Austenización
Temple
Revenido
Limpieza con chorros de arena
Enchapado y decapado
La Planta B es una planta de tratamiento térmico comercial (SIC 3398) diseñada para procesar piezas de metales ferrosos y no ferrosos. La planta emplea 140 trabajadores y fue creada en 1940. En la planta se tratan térmicamente aleaciones de acero inoxidable, acero al carbono, aluminio y titanio. Numerosos abastecedores envían para tratamiento térmico piezas maquinadas cuyo peso varía desde unas cuantas libras hasta 20 toneladas.
Esta evaluación de la minimización de residuos se centra en el tratamiento de metales ferrosos que constituye la principal línea de trabajo de la planta. El tratamiento térmico de metales ferrosos incluye las siguientes operaciones:
La austenización se realiza por lotes en hornos verticales con soporte accionados a gas. Las piezas más grandes (partes de misiles) pesan hasta 20 toneladas y son tratadas en un horno especial. El horno tiene una construcción de balancín que consiste de dos grupos de rieles de apoyo: uno estacionario y el otro movible. El proceso de austenización se realiza calentando la pieza hasta 885oC durante 2.5 horas aproximadamente y posteriormente manteniendo la pieza a esta temperatura durante otras 2.5 horas. La La temperatura es controlada con un sensor de termocupla. La temperatura y el tiempo de retención son los parámetros más importantes en el proceso de austenización. Las temperaturas de austenización demasiado elevadas o los períodos de retención anormalmente prolongados pueden dar como resultado un crecimiento anormal del grano, la pérdida de ductilidad y una baja resistencia. Un calentamiento por debajo de lo necesario puede dar como resultado poca dureza y poca resistencia al desgaste. En este proce so se usa un calentamiento por tubo radiante accionado a gas. Este método de calentamiento protege a la cámara de trabajo de los productos de la combustión del gas natural.
Los hornos a gas generan gases de combustión que son emitidos directamente a la atmósfera. Se usa agua del sistema municipal para enfriar el foso que da acceso al horno de balancín. Debido a que las piezas de trabajo se procesan sin contacto directo con el material refractario del horno, no se transfiere ningún óxido metálico ni otro contaminante al agua que se evapora del foso. Por lo tanto, el agua no se convierte en un residuo peligroso. Los revestimientos refractarios de los hornos se han cambiado una vez en los últimos 40 años de asbesto a fibra de vidrio. No se genera ningún residuo peligroso de manera continua en este proceso. La sustituc ión del revestimiento por uno que no genere residuos peligrosos ha sido la única medida de minimización de residuos empleada hasta ahora en este proceso. Las piezas de trabajo más pequeñas son tratadas en hornos de soporte estacionarios accionados a gas que generan el mismo tipo de residuos no peligrosos descritos líneas arriba.
Insumos y residuos
Alternativas de reducción de residuos
Las piezas de trabajo pueden ser templadas en uno de los tres pozos independientes llenos de aceite, agua o un medio de sales fundidas. Las piezas metálicas más grandes provenientes de los hornos de balancín son templadas en un pozo lleno con sales fundidas de nitrato de sodio y potasio. Las piezas son llevadas al pozo usando una grúa. Completado el temple, las piezas con sus residuos de sal son devueltas al horno para el revenido.
La mayoría de piezas de acero al carbono son templadas en aceite a temperaturas que van de 24 a 60oC. Algunas piezas de acero inoxidable son templadas en agua a temperatura ambiente. Si la misma operación se realizara con piezas de acero al carbono, éstas se quebrarían como resultado de un ambiente de enfriamiento muy drástico. Otras aleaciones ferrosas son templadas en un baño de sales fundidas a aproximadamente 204oC. Todas las piezas templadas en aceite son transportadas por grúa hasta una estación de lavado con agua caliente.
Los medios enfriadores de sales fundidas consisten de nitrato de potasio y nitrato de sodio mezclados en una proporción de 1:1. Periódicamente se agregan al baño estas sales para mantener el volumen requerido del medio enfriador. Desde 1971, no se ha cambiado el medio de sales fundidas ni se ha procedido a la disposición del mismo. No ha habido necesidad de remover sólidos que se hayan sedimentado desde entonces.
Otro enfriador utilizado es el aceite mineral. Los residuos de aceite se recolectan en un clarificador subterráneo ubicado en una estación de lavado con agua y de allí es retirado periódicamente por un contratista para su reciclaje fuera de la planta. En promedio la carga de un camión contiene aproximadamente 5% de aceite y 95% de agua. La planta B genera aproximadamente 4,300 galones de aceite residual cada 6 o 7 meses.
Se utiliza agua como medio enfriador cuando un enfriamiento drástico no da como resultado una distorsión excesiva o fisuras en la pieza. Rara vez se usa el pozo de temple con agua y en los últimos años no ha habido necesidad de limpiar dicho pozo.
Las medidas de reducción en la fuente para residuos de medios enfriadores podrían incluir:
El reciclaje de baños de temple en aceite también podría minimizar la generación de residuos de aceite y podría lograrse mediante el acondicionamiento mecánico o térmico para eliminar los siguientes contaminantes:Sustitución del aceite enfriador convencional por un aceite enfriador "rápido" menos viscoso (un aceite mineral combinado con aditivos patentados), lo que daría un descenso en el arrastre de aceite por parte de las piezas y, en consecuencia, una reducción en el consumo de aceite Adición de antioxidantes para retardar la oxidación del aceite Uso de un ventilador para la remoción mecánica del medio enfriador de la superficie de la pieza de trabajo Incremento del tiempo de drenaje de las piezas
Los contaminantes pueden ser removidos mediante filtración, evaporación o drenaje. La mejor forma de remover sólidos es utilizar filtros de derivación adecuados. La opción de los medios de filtrado para remover sólidos es importante. Los medios de filtración usados más comúnmente son la lana mineral y la celulosa, que deben ser reemplazadas después de que su capacidad de filtración se haya agotado. Los filtros de arcilla son más caros que los tipos mencionados pero pueden ser regenerados y reutilizados después que se hayan agotado su capacidad de filtración. Sin embargo, la regeneración no removerá las escamas ni la arena. Los filtros de arcilla deben ser seleccionados cuidadosa mente cuando se van a filtrar aceites de enfriamiento rápido, porque es posible que se remuevan los aditivos necesarios del aceite junto con los materiales carbonosos indeseables. También se pueden usar filtros de metal sinterizado; estos filtros pueden ser limpiados y reutilizados.Escamas Lodos carbonosos que son producto de la oxidación del aceite Otros sólidos insolubles, como la arena Agua Compuestos solubles, como el dióxido de carbono, removido en condiciones térmicas
Las trampas, las cribas y los filtros magnéticos son útiles para remover escamas y otros materiales extraños. Estos tipos de filtros pueden ser fácilmente limpiados y devueltos al servicio. Son especialmente útiles para evitar los atoros prematuros de los filtros y para proteger las bombas.
El agua se puede eliminar mediante filtración o centrifugación, pero estos métodos son caros y rara vez se usan. Generalmente, el agua en general se remueve mediante drenaje y el agua suspendida se remueve mediante calentamiento. El dióxido de carbono también se remueve mediante calentamiento.
Los residuos de aceite recolectados en los clarificadores subterráneos se envían fuera para su reciclaje. Podría considerarse el reciclaje en la planta, usando métodos como la separación aceite/agua por gravedad y el posterior acondicionamiento mecánico/térmico para la recuperación futura de aceite enfriador.
El acero es revenido volviendo a calentar la pieza después del temple con la finalidad de obtener valores específicos de propiedades mecánicas (como ductilidad y tenacidad) así como para eliminar los esfuerzos del temple y asegurar una estabilidad dimensional. Las piezas metálicas, después de ser templadas, pasan por un proceso de revenido en hornos a gas con atmósferas de aire a presión y temperaturas entre 371oC y 704oC. El gas de combustión es descargado en la atmósfera. En este proceso no se genera ningún residuo peligroso.
La limpieza con chorros de arena en la Planta B se realiza en cuatro recintos especialmente diseñados para ello. Una cámara de bolsas recolecta las partículas de todos estos sistemas. Estas instalaciones reciben 25 toneladas de arena al mes. La arena usada es dispuesta fuera de la planta por el abastecedor.
Futuras medidas para reducir la cantidad de arena usada podrían incluir:
Reciclar el polvo de sílice Remover los tóxicos de la arena peligrosa con silicato de sodio y óxido de calcio mediante estabilización Reducir el uso de arena sin procesar optimizando el sistema de control de la alimentación
Insumos y residuos
Alternativas de reducción de residuos
Tratamiento de aguas residuales
El enchapado se emplea en algunas piezas que deben ser protegidas mediante un revestimiento que sea impermeable a la atmósfera de carburación en el horno. El cobrizado se usa mucho con este propósito porque es relativamente fácil de aplicar, es maquinable, no contamina la atmósfera del horno y es fácil de retirar mediante la inmersión de la pieza en una solución de decapado. La mayor parte, si no todo el cobre del revestimiento, puede ser retirado en el transcurso de las operaciones de maquinado posteriores.
En algunas piezas de acero y otras aleaciones ferrosas se usan operaciones de deposición eléctrica de cobre para optimizar el proceso de cobrizado que se realiza antes de la austenización. Después de esto, una pieza metálica normalmente pasa por la austenización, el temple en sales fundidas, el revenido, el enfriamiento por aire, el decapado, la limpieza con chorro de arena y las pruebas.
Las siguientes operaciones unitarias se desarrollan en secuencia en la estación de electroenchapado/decapado:
Insumos y residuos
Los insumos incluyen limpiadores alca-linos, soluciones ácidas débiles, baños de
cianuro de cobre para la deposición de la capa primaria y soluciones para el
enchapado y el decapado del cobre. El limpiador alcalino se utiliza para remover
la suciedad de las piezas metálicas y el limpiador ácido se utiliza para remover
el polvo y las escamas.
Todos, excepto los residuos ácidos, se recolectan para su tratamiento en lotes en
un tanque de 6,500 galones. Un tanque de limpieza (1,200 galones) se vacía cada
1 a 5 meses. La cantidad total de residuos peligrosos generados en este lugar es
igual a aproximadamente 6,500 galones cada tres meses.
Alternativas de reducción de residuos
En volumen, el agua de enjuague contaminada representa el elemento mayoritario de
los residuos del proceso de enchapado. El agua de enjuague se utiliza para lavar
los residuos arrastrados por la pieza de trabajo luego de que es retirada de un
baño. Si se minimiza la cantidad de arrastre de un baño de enchapado o limpieza
a un baño de enjuague, se necesitará menor cantidad de agua para enjuagar la pieza.
Como resultado de ello, una menor cantidad de los constituyentes de la solución
de enchapado dejará el
proceso, lo que en última instancia permitirá un ahorro de insumos y de costos
de tratamiento/ disposición.
Las técnicas de minimización del arrastre que se pueden utilizar incluyen:
Las soluciones limpiadoras usadas pueden ser dispuestas como residuos no peligrosos
si se las mantiene separadas de los residuos de enchapado y se las neutraliza.
Otra medida de minimización de residuos promisoria es reemplazar las soluciones
de enchapado con cianuro por soluciones de enchapado con cobre pirofosfórico libre
de cianuro.
Tratamiento de aguas residuales
Se usa una solución de hipoclorito de sodio para el tratamiento en lotes de aguas
residuales con el fin de oxidar los cianuros en condiciones alcalinas. Se toman
muestras del agua tratada y se analizan para determinar su concentración de
cianuro. Las aguas resi-duales con un alto contenido de cobre pasan por un
proceso de ajuste del pH para una precipitación óptima del Cu(OH)2 y luego se
las bombea a una prensa filtrante tipo plancha y bastidor. El filtrado se
descarga en el sistema de alcantarillo. Cada
2 a 3 meses se disponen de 6 a 7 cilindros de lodo (de 500 lbs cada uno)
fuera de la planta como residuo peligroso.
La Planta B actualmente está investigando la posibilidad de una recuperación de
cobre del lodo en instalaciones fuera de la planta. Una opción sería contratar
a recicladores de
cobre para que se hagan cargo de estos lodos. Algunos recicladores especifican
el contenido mínimo de metal en la torta de lodo y un tonelaje mínimo por año
para que el residuo sea aceptado para su recuperación.
En el caso de pieza de forma regular que no contengan objetos de formas extrañas,
se puede utilizar toberas de niebla o rociado para enjuagar las piezas
y retirar los contaminantes de la superficie. Una tobera de niebla utiliza
agua y presión de aire para producir una niebla fina. Se utiliza menos agua
que con una tobera de rociado convencional. Es posible usar una tobera de
niebla directamente sobre un baño de enchapado calentado para enjuagar una pieza. Esto permite simultáneamente enjuagar y recuperar las pérdidas por evaporación del tanque.
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