El cromado es un galvanizado, basado en la electrlisis, por
medio del cual se deposita una fina capa de cromo metlico sobre
objetos metlicos e incluso sobre material plstico. El recubrimiento
electroltico con cromo es extensivamente usado en la industria para
proteger metales de la corrosin, mejorar su aspecto y sus
prestaciones.
El llamado cromo duro son depsitos electrolticos de espesores
relativamente grandes (0,1 mm) que se depositan en piezas que deben
soportar grandes esfuerzos de desgaste. Se realizan este tipo de
depsitos especialmente en asientos de vlvulas, cojinetes cigeales
ejes de pistones hidrulicos y en general en lugares donde se
requiera bastante dureza y precisin.
El cromo brillante o decorativo son finas capas de cromo que se
depositan sobre cobre, latn o nquel para mejorar el aspecto de
algunos objetos. La grifera domstica es un ejemplo de piezas
cromadas para dar embellecimiento.
El cromo tiene poco poder de proteccin, menos aun si las capas
que se depositan son tan delgadas como una micra. Por ello las
superficies a cubrir deben estar bien pulidas, brillantes y
desengrasadas. El cromo se aplica bien sobre el cobre, el nquel y
el acero, pero no sobre el zinc o la fundicin.
El cromo hexavalente (Cr (VI)) es el material ms utilizado por
la mayora de empresas dedicadas al metalizado, concretamente al
cromado. Una de las grandes desventajas que presenta este material
es su potencial cancergeno.
Generalmente, no se considera que el cromo metal y los
compuestos de cromo (III) sean, especialmente, un riesgo para la
salud; se trata de un elemento esencial para el ser humano, pero en
altas concentraciones resulta txico.
Los compuestos de cromo (VI) son txicos si son ingeridos, siendo
la dosis letal de unos pocos gramos. En niveles no letales, el Cr
(VI) es carcingeno. La mayora de los compuestos de cromo (VI)
irritan los ojos, la piel y las mucosas. La exposicin crnica a
compuestos de cromo (VI) puede provocar daos permanentes en los
ojos.
La Organizacin Mundial de la Salud (OMS) recomienda desde 1958
una concentracin mxima de 0.05 mg/litro de cromo (VI) en el agua de
consumo. Este valor ha sido revisado haciendo nuevos estudios sobre
sus efectos en la salud, pero ha permanecido constante.
Sin embargo, adems del Cromo, en el proceso del cromado se
utilizan muchos otros insumos qumicos y metales para los anodos,
entre ellos:
Los insumos qumicos:
Hidroxido de sodio (en escamas): NaOHCarbonato de sodio:
Na2CO3Metasilicato de SodioTripolifosfato de SodioCianuro de sodio:
NaCNCianuro de cobre: CuCNBisulfito de sodioSulfato de niquel:
NiSO4.7H2OCloruro de niquel: NICl2Acido Brico: H3BO3Perxidos de
hidrogeno: H2O2Nitrato de plata AgNO3 Oxido cromico (en escamas):
CrO3Acido sulfrico: H2SO4
Los anodos (lminas o planchas):
-Aceros o hierro-Niquel-Plomo-estao (7% Sn)-Cobre
Muchos de estos se aprovechan de manera integral en el proceso,
sin embargo, muchos otros se desperdician o no se agotan del todo,
y en lugar de ser reutilizados se convierten en residuos, lo cual
no solo provoca un aumento en la contaminacin provocada por el
proceso y un potencial riesgo a la salud de los seres vivos que
entran en contacto con dichos efluentes, sino que tambin representa
un costo econmico mayor para la planta, lo cual podra ser evitado
con una optimizacin del proceso.
As pues, es en este punto donde entra la minimizacin de residuos
como una estrategia para mejorar las condiciones en las cuales una
planta labora.
1.1 JUSTIFICACIN
La presente investigacin se realiza en primer lugar, para
observar y conocer los distintos procesos de cromado que han
desarrollado a lo largo del tiempo y as conocer los residuos
generados en los mismos, para con esto poder proponer algn mtodo
para poder disminuir sus efectos al medio ambiente y por ende a
todos los seres vivos que habitan el planeta.
Se eligi centralizarlo en el proceso de cromado electroltico,
pues debido a las dificultades de la metalurgia de cromo, cuando es
necesario aplicarlo se emplea bsicamente el recubrimiento
electroltico, adems de que en la comunidad donde actualmente
vivimos, en especfico la ciudad de Morelia, Michoacn, existe una
planta de recubrimiento de cromo a travs del proceso anterior, con
todos los problemas que esto implica.1.2 OBJETIVOS
Objetivo General
Conocer el proceso de cromado y estimar los posibles medios para
minimizar los residuos generados durante la operacin del mismo.
Objetivos Particualres
* Conocer el proceso de cromado electroltico e identificar los
posibles residuos generados que puedan causar daos al medio
ambiente y por consecuencia al ser humano.
* Identificar y clasificar cada uno de los residuos en el
proceso de cromado electroltico de acuerdo a su peligrosidad y
toxicidad para el buen manejo de los mismos.
* Proponer distintos tratamientos de minimizacin para estos
residuos, y as disminuir sus efectos.
* Estimar la viabilidad de las propuestas hechas y cuantificar
los posibles valores de minimizacin en un proceso real que dichas
alternativas nos daran.
El cromo hexavalente se utiliza ampliamente en los procesos
industriales del acero, de las pinturas, de los colorantes y de las
cermicas; por el contrario, el cromo trivalente es utilizado en la
industria textil para colorantes, en la industria del vidrio, y en
la industria curtidora. De esta manera, el cromo en sus dos estados
de oxidacin (hexavalente y trivalente) puede estar presente en las
aguas residuales, y si stas no son tratadas adecuadamente, pueden
llegar a contaminar los acuferos, comprometiendo la calidad
sanitaria.
Sin embargo, la mayor fuente de contaminacin por cromo est
relacionada con las descargas de la industria cromadora, en la cual
la forma hexavalente de extrema toxicidad es la ms abundante, y se
encuentra altamente concentrada en los efluentes de procesos de
cromado, por lo que no debera ser descargada al medio ambiente.
Los lmites en la legislacin internacional respecto a la
concentracin de cromo hexavalente en acuferos y en agua potable es
de unas pocas partes por milln (ppm); as por ejemplo, el lmite
mximo permisible en el agua para beber, en los Estados Unidos, es
de 0.1 ppm. Estos niveles de tolerancia son similares para otros
pases, entre ellos Mxico.
El uso de la forma hexavalente del cromo en la industria del
cromado ha resultado ser en extremo txico para la salud de las
personas, as como contaminante para el medio ambiente
(particularmente, para los acuferos).
El cromo hexavalente es reconocido como altamente txico, toda
vez que los daos sufridos por los trabajadores expuestos a su
manejo en las plantas industriales de produccin de cromatos por
largos periodos, han sido comprobados, pues se ha reportado que tal
exposicin es capaz de provocarles cncer de pulmn, adems de causar
efectos deletreos al medio ambiente. El cromo contamina el aire
mediante procesos de soldadura, principalmente, con acero
inoxidable, y tambin por el uso de productos qumicos que contienen
cromo hexavalente como algunas pinturas. La contaminacin en el agua
ocurre mediante desechos de la industria textil y las curtidoras de
cuero; por el contrario, la contaminacin de suelos se efecta
mediante residuos de cromo de la industria y cenizas de carbn
provenientes de plantas de electricidad. Debido a esta problemtica,
recientemente se han impuesto limitaciones ms estrictas relativas
al uso del cromo en diferentes sectores industriales como el
aeroespacial, el del acero, el automotriz y el de maquinarias
agrcolas e industriales, entre otros. Consecuentemente, el cromo
hexavalente ha sido clasificado en el grupo 1 (lo cual significa
que es cancergeno en humanos), por la Agencia Internacional para la
Investigacin en Cncer (IARC).
Por otro lado, el cromo trivalente el cual proviene del xido de
cromo o cloruro de cromo trivalente (Cr2O3 y CrCl3.6H2O), que
tambin suele emplearse en las formulaciones para la obtencin de
recubrimientos de cromo, se ha reportado como no txico, siendo
clasificado por la IARC en el grupo 3 (no cancergeno en
humanos).
Conviene enfatizar que, en estas dos formas del cromo
(hexavalente y trivalente), la qumica y la toxicologa son
marcadamente diferentes; por lo cual el uso del ltimo en el mbito
industrial es preferido.
Segn el acuerdo internacional 2002/95/CE, el cual entr en vigor
a partir del primero de julio de 2006, los nuevos equipos elctricos
y electrnicos no deben contener plomo (Pb), mercurio (Hg), cadmio
(Cd), polibromobifenilos (PBB), polibromodifeniloeter (PBDE), ni
cromo hexavalente (Cr6+).
Para dar solucin a los problemas sanitarios derivados de la
industria del cromado se ha buscado la forma de reducir la
toxicidad de las formulaciones de cromo hexavalente y varias
alternativas han sido propuestas, una de ellas se desarrolla a
partir de una formulacin de cromo trivalente 30 veces menos txica
que las de cromo hexavalente. Lamentablemente, hasta la fecha, las
formulaciones resultantes producen recubrimientos con apariencia
similar a los obtenidos con cromo hexavalente pero ligeramente
menos brillantes, por lo que han sido utilizados solamente con
fines decorativos, ya que presentan ciertas limitaciones en lo
relativo a la adherencia al sustrato.
Otra alternativa propuesta es la reduccin in situ del cromo
hexavalente en la formulacin, sta se efecta en la misma solucin
hablamos de la reduccin qumica. Lo que se pretende lograr es la
transformacin de cromo hexavalente en cromo trivalente mediante la
adicin de un agente que facilite la reaccin y un agente que
convierta el cromo hexavalente en cromo trivalente. La reduccin
debe realizarse con extremo cuidado, debido a que suele producirse
una reaccin exotrmica por la adicin del agente reductor. De esta
manera, la formulacin reducida contendr una mayor cantidad de cromo
en la forma trivalente, y se espera que sea empleada en la
elaboracin de recubrimientos con fines decorativos y duros, adems
de contar con caractersticas similares a las obtenidas con las
formulaciones que involucran el uso de cromo hexavalente. No
obstante, conviene aclarar que la aplicacin de este tipo de
investigacin est limitada a realizar el proceso en laboratorio de
piezas experimentales debido a que el proceso todava presenta
problemas para obtener recubrimientos de buena calidad (brillantes
y adherentes), adems de que la solucin es inestable (se degrada
rpidamente).
Las investigaciones que se llevan a cabo por diferentes
laboratorios estn encaminadas a encontrar alternativas para el
cromo hexavalente. En particular el cromo trivalente se perfila
como una buena opcin; pero an hay mucho trabajo por realizar para
mejorar el desempeo de este bao.
El objetivo final es desarrollar un bao menos txico, pero capaz
de aportar recubrimientos con brillo, dureza y resistencia a la
corrosin similares a las obtenidas con cromo hexavalente. La meta
es ofrecer una alternativa menos txica a la industria metal-mecnica
y ms amigable con el medio ambiente.
3.1 EL CROMO
El cromo es un elemento qumico de nmero atmico 24 que se
encuentra en el grupo 6 de la tabla peridica de los elementos. Su
smbolo es Cr. Es un metal que se emplea especialmente en
metalurgia.El cromo es un metal de transicin duro, frgil, gris
acerado y brillante. Es muy resistente frente a la corrosin.Su
estado de oxidacin ms alto es el +6, aunque estos compuestos son
muy oxidantes. Los estados de oxidacin +4 y +5 son poco frecuentes,
mientras que los estados ms estables son +2 y +3. Tambin es posible
obtener compuestos en los que el cromo presente estados de oxidacin
ms bajos, pero son bastante raros.Aplicaciones * El cromo se
utiliza principalmente en metalurgia para aportar resistencia a la
corrosin y un acabado brillante. * En aleaciones, por ejemplo, el
acero inoxidable es aquel que contiene ms de un 12% en cromo,
aunque las propiedades antioxidantes del cromo empiezan a notarse a
partir del 5% de concentracin. Adems tiene un efecto alfgeno, es
decir, abre el campo de la ferrita y lo fija. * En procesos de
cromado (depositar una capa protectora mediante electrodeposicin).
Tambin se utiliza en el anodizado del aluminio. * En pinturas
cromadas como tratamiento antioxidante * Sus cromatos y xidos se
emplean en colorantes y pinturas. En general, sus sales se emplean,
debido a sus variados colores, como mordientes. * El dicromato de
potasio (K2Cr2O7) es un reactivo qumico que se emplea en la
limpieza de material de vidrio de laboratorio y, en anlisis
volumtricos, como agente valorante. * Es comn el uso del cromo y de
alguno de sus xidos como catalizadores, por ejemplo, en la sntesis
de amonaco (NH3). * El mineral cromita (Cr2O3FeO) se emplea en
moldes para la fabricacin de ladrillos (en general, para fabricar
materiales refractarios). Con todo, una buena parte de la cromita
consumida se emplea para obtener cromo o en aleaciones. * En el
curtido del cuero es frecuente emplear el denominado "curtido al
cromo" en el que se emplea hidroxisulfato de cromo (III)
(Cr(OH)(SO4)). * Para preservar la madera se suelen utilizar
sustancias qumicas que se fijan a la madera protegindola. Entre
estas sustancias se emplea xido de cromo (VI) (CrO3). * Cuando en
el corindn (-Al2O3) se sustituyen algunos iones de aluminio por
iones de cromo se obtiene el rub; esta gema se puede emplear, por
ejemplo, en lseres. * El dixido de cromo (CrO2) se emplea para
fabricar las cintas magnticas empleadas en las casetes, dando
mejores resultados que con xido de hierro (III) (Fe2O3) debido a
que presentan una mayor coercitividad.
3.2 RECUBRIMIENTO ELECTROLTICO DEL CROMO
El cromo es un metal muy difcil de trabajar en fro porque es muy
duro y quebradizo, en caliente es igual de difcil porque se oxida
con una capa de oxido de cromo dura e infusible. Por estas razones
el cromo no se suele emplear como metal puro salvo en ocasiones muy
raras aunque eso si, entra a formar parte de muchas aleaciones.
Especialmente es aleado con el hierro porque mejora su dureza y
resistencia a la corrosin. El acero inoxidable contiene entre un 8
y un 12 % de cromo, y es el principal responsable de que sea
inoxidable. Muchas herramientas estn fabricadas con aleaciones de
hierro cromo y vanadio. El nicrom o cromoniquel se emplea para
fabricar resistencias elctricas.
El proceso de recubrimiento electroltico realizado con cromo es
extensivamente usado en la industria para proteger metales de la
corrosin y mejorar su aspecto. Tambin se emplea para restaurar
piezas metlicas o conseguir superficies muy duraderas y con bajo
coeficiente de rozamiento (cromo duro).
El cromo as depositado es un metal blanco azulado que tiene
elevada resistencia al deslustre o empaamiento. Como era de
esperar, su poder reflector en la regin azul del espectro es bueno;
sobre todo el espectro visible, el poder reflector muestra ser de
un 65 %. Los depsitos de cromo brillante tienen una dureza que
oscila entre 400 y 1.200 unidades Brinell segn las condiciones en
que se ha efectuado el depsito. La dureza de todos los tipos de
cromo depositado electrolticamente es mucho mayor que la del metal
fundido.
El llamado cromo duro son depsitos electrolticos de espesores
relativamente grandes (0.1 mm) que se depositan en piezas que deben
soportar grandes esfuerzos de desgaste. Se realizan este tipo de
depsitos especialmente en asientos de vlvulas, cigeales, ejes de
pistones y en general en lugares donde se requiera bastante
precisin. Por ello antes de que exista una rotura grave se reponen
las partes de metal perdidas mediante cromo electroltico.
Generalmente la capa de cromo depositada no es totalmente uniforme
por lo cual se da espesor mayor del necesario y despus se
rectifican las piezas para conseguir las dimensiones y acabado
adecuados.
El cromo brillante o decorativo son finas capas de cromo que se
depositan sobre cobre o nquel para mejorar el aspecto de algunos
objetos. El color del cromo es mas azulado y reflectante que el
nquel y es mucho mas resistente a la corrosin ya que inmediatamente
se forma una fina e imperceptible capa de oxido que protege al
metal.El cromo tiene poco poder cubriente, menos an si las capas
que se depositan son tan finas como una micra. Por ello las
superficies a cubrir deben estar bien pulidas, brillantes y
desengrasadas ya que el cromo no va a tapar ninguna imperfeccin. Es
por esto por lo que frecuentemente las piezas que se croman con
objeto decorativo se recubren con cobre y nquel antes de ser
cromadas. El cromo se aplica bien sobre el cobre, el nquel y el
acero, pero no sobre el zinc o la fundicin.
3.3 TIPOS DE BAOS PARA ELECTRODEPOSITACIN DEL CROMO
Para poder realizar la electrodeposicin del Cromo, se necesitan
diferentes baos entre los cuales se encuentran:
Baos autorregulables: Baos ms modernos que utilizan una
combinacin de componentes, como iones sulfato, fluoruro y
silicofluoruro. Estos tipos de baos, poseen la cualidad de
autorregularse, ya que los iones mencionados funcionan como agentes
catalticos dentro de la solucin.
La autorregulacin se obtiene adicionando las sustancias
catalizadores como una sal soluble de los iones deseados, donde la
constante de solubilidad mantiene el control de la
concentracin.
Esto se puede lograr mediante la utilizacin de iones sulfato,
fluoruro o con una sal compleja de ambos. Para los baos no
regulables, el control de la solucin debe hacerse mediante anlisis
qumicos peridicos.Es importante hacer notar que se obtienen
depsitos mejores y de mayor cobertura a bajas temperaturas, pero en
esas condiciones, se deber trabajar con menor densidad de corriente
para prevenir el "quemado". La velocidad de depsito es
proporcionalmente ms lenta, debiendo estar el objeto a cromar mayor
tiempo en proceso dentro del bao, para la obtencin de un espesor
equivalente.
Una formulacin tpica para el cromado decorativo a temperatura
ambiente es la de J. Hyner, la cual puede ser aplicada sobre
diferentes metales de base. Este bao consta fundamentalmente de
anhdrido crmico, fluorosilico de sodio y sulfato de sodio. El
tiempo de electrodeposicin es de 6 a 10 minutos. Para el cromado
decorativo, es suficiente aplicar un espesor de 0,25 m.
Baos de cromo microfisurado: En los baos de cromo, con el
tiempo, se comprob que resultaba ms efectivo obtener una capa
porosa o fisurada ("microcracked") de cromo, para que el proceso de
corrosin fuera controlado. Partiendo de este concepto, se
formularon diversos electrolitos a tal fin.
La norma ASTM B-456-67, exige 40 m de nquel si se deposita cromo
comn sobre l, o 30 m, si se deposita cromo microfisurado. Queda a
la vista el mayor poder protector que esta combinacin le otorga al
material de base.
Los fundamentos tericos que explican este comportamiento, se
basan en los potenciales electroqumicos del cromo y del nquel. Al
existir alguna fisura o poro, la corrosin tiende a disolver el
nquel, que acta como nodo, frente al cromo, que acta como ctodo. Al
generarse esto en un punto determinado de la pelcula depositada, la
disolucin es muy veloz, dejando rpidamente al desnudo al metal
base. Esto ocurre porque la densidad de corriente galvnica que
generan los dos metales es muy alta, por ser pequea la superficie
de corrosin.
Si se aplica el mismo razonamiento a una superficie porosa, se
generarn mas puntos de corrosin, pero disminuyendo la densidad de
corriente galvnica, ya que la superficie que interviene es un gran
porcentaje de la pieza. De esta forma, la velocidad de disolucin
del nquel por efecto de la corrosin es mucho menor.
Existen varias formas de conseguir una pelcula de cromo
microfisurado, pero la de uso ms comn en la actualidad, es la de
depositar un bao de nquel semibrillante de base, dar luego un
"flash" de nquel con muy alto "stress" superficial, y luego el
cromo. Al quedar los tres metales depositados, se generar una gran
tensin interna entre la segunda capa (bao de nquel) y la tercera
(bao de cromo).
Existen varias formas de obtener un depsito poroso de cromo:
* Preparar previamente la superficie, otorgndole una rugosidad
al material de base mediante la proyeccin a presin de material
abrasivo con forma piramidal.
* Realizar un proceso de electroerosin antes y despus del
depsito de cromo.
* A travs de procesos qumicos o electroqumicos, despus de
realizar la electrodeposicin.
* Realizando una combinacin de los procesos detallados en los
puntos 1 a 3.
El procedimiento ms utilizado es el electroqumico.
Baos al Cromo Trivalente: Los baos de cromo basados en
formulaciones de cromo trivalente, son ms antiguos an que los baos
convencionales actuales de cromo hexavalente. El proceso en s
resulta atractivo, ya que la corriente necesaria para
electrodepositar cromo trivalente es la mitad de la necesaria para
su par hexavalente. Adems, el bao de trivalentes puede llegar a
tener mucha mejor eficiencia de corriente. Por otra parte, este bao
desde el punto de vista qumico, no difiere de uno de nquel o de
cobre, por ende, resulta fcil de entender y operar.
Baos de Cromado Negro: Este tipo de electrolito, ha sido muy
requerido en los ltimos 25 aos debido a su aplicacin y utilidad en
superficies de absorcin de energa, especficamente en paneles
solares. Debido a su gran resistencia a la temperatura y a su
duracin, el cromo negro se ve favorecido frente a otras
terminaciones.
El cromo negro, con su uso en energa solar, posee una gran
absorcin (alfa), y una baja emisividad (psilon), lo que significa
que absorbe todas las ondas con un reenvo mnimo.
Adems de su uso en energa solar, este bao se usa con fines
decorativos o en accesorios que necesiten poca reflexin,
principalmente para uso en ptica.
Bsicamente, un bao de cromo negro, es un bao que no tolera el
ion sulfato. Las caractersticas generales son similares a las de un
bao de cromo convencional.
3.4 PROCESO DE CROMADO
En la prctica corriente de los acabados metlicos, el cromo se
aplica generalmente en forma de depsito sumamente delgado
(aproximadamente de 0,000025 a 0,00005 cm. de espesor) para
comunicar resistencia al deslustre a un depsito electroltico
subyacente (generalmente de nquel), que sirve de principal
proteccin al metal de base al que se aplica.
Procesos en los recubrimientos electrolticos
Para entenderlo mejor, es conveniente dividir el proceso en tres
etapas fundamentales como son:
* Tratamiento previo (preparacin de superficie)
* Recubrimiento electroltico
* Control de calidad
Tratamientos previos al cromado
Proceso de mordentado y decapado: En el decapado de los metales
ferrosos se considera, en general, que el xido formado al calentar
el hierro est constituido por tres capas distintas:
* La capa ms externa, que es relativamente delgada; contiene la
mayor proporcin de oxgeno y consiste en xido frrico, Fe 203
* Una capa intermedia, que es ms bien gruesa; est compuesta de
xido ferroso frrico, Fe3 04
* Una capa relativamente compacta en la proximidad del hierro
inalterado; contiene la mayor proporcin de este elemento, y su
composicin corresponde aproximadamente a la frmula FeO.
cidos Usados: La eliminacin del herrn de los metales ferrosos se
lleva a efecto decapando en una solucin de cido sulfrico o
clorhdrico.
La eliminacin del herrn se produce como resultado de: a) la
disolucin qumica de la capa de herrn; y b) el desprendimiento del
gas originado al reaccionar el cido con el metal base.
Con cido sulfrico, las reacciones que tienen lugar estn en gran
parte limitadas a los dos xidos, ferroso y frrico, y al hierro
metlico:
Fe203 + 3H2S04 => Fe2 (S04)3 + 3H20 FeO + H2S04 => FeS04 +
H20Fe + H2S04 => FeS04 + H2
La reduccin del sulfato frrico a sulfato ferroso se realiza a
causa de la presencia del hidrgeno naciente:
Fe2(S04)3 + 2H => 2FeS04 + H2S04Las reacciones que
corresponden al cido clorhdrico son las siguientes:
Fe203 + 6 HCl => 2FeCl3 + 3H20 FeO + 2HCl => FeCl2 + H20
Fe + 2HCl => .FeCl2 + H2
La reduccin del cloruro frrico por el hidrgeno naciente est
representada por la ecuacin:
FeCl3 + H => FeCl2 + HCl
La disolucin del xido ferroso frrico, Fe3O4, en los cidos
indicados es lenta; este xido es difcilmente soluble en los
cidos.
La disolucin del xido en el cido sulfrico (de cualquier
concentracin) tiene una marcada importancia en las operaciones de
decapado, y en cuanto a la relacin entre la cantidad de hierro
metlico disuelto y la de sus xidos, es mucho mayor a elevadas
temperaturas que a temperatura ambiente. El xido ferroso (FeO) en
contacto con el acero es el ms soluble de los xidos presentes en el
herrn; de aqu que, cuando hay junto a la superficie del acero una
cantidad realmente importante de este xido, tiene lugar un decapado
mucho ms rpido que cuando existen en dicha zona xidos ms elevados.
Durante el decapado, el cido penetra hasta la capa de FeO a travs
de los poros y fisuras del herrn, y de esta manera la disolucin del
FeO en el cido da por resultado el desprendimiento de las capas
superficiales de herrn.
cido sulfrico: El mejor cido sulfrico comercial tiene una
concentracin del 95 %; su accin sobre el hierro y el acero es
pequea. Empezando con una baja concentracin de cido, se observa que
al aumentar la misma, disminuye el tiempo de decapado, hasta que
alcanza un mximo cuando la concentracin est prxima al 25 %; despus,
la velocidad del decapado disminuye rpidamente. E l decapado con
cido sulfrico deber llevarse a cabo con cido caliente; as podr
lograrse un mayor rendimiento. La velocidad del decapado disminuye
a medida que aumenta en la solucin el contenido en sulfato
ferroso.
El efecto retardador de las sales ferrosas es menor a elevadas
que a bajas temperaturas, tanto en el caso del cido sulfrico como
en el del cido clorhdrico, y es debido a la mayor solubilidad de
las sales a alta temperatura. Con bajas concentraciones de cido
sulfrico el efecto es menos marcado que con las elevadas. Las sales
frricas aceleran la velocidad de decapado.
Aunque en el caso del cido clorhdrico la presencia del hierro
puede acelerar la velocidad de decapado, dentro de ciertos lmites
de temperatura y concentracin del cido, una concentracin excesiva
de sales de hierro en toda clase de soluciones cidas reduce muy
considerablemente la velocidad de decapado
cido clorhdrico : El cido clorhdrico comercial consiste en una
solucin acuosa al 30 a 35 % de cido clorhdrico gaseoso. La
volatilidad del cido hace impracticable su empleo a elevadas
temperaturas; a temperaturas superiores a 40 C, la velocidad de
volatilizacin del cido es realmente muy rpida. En la prctica
actual, la velocidad de decapado se incrementa ms con elevadas
concentraciones de cido que con una elevacin de la temperatura.
Formacin de lodo: Despus del decapado, queda sobre la superficie
del metal una capa de lodo adherente; mucho de este lodo se acumula
tambin en la parte superior del depsito. En el decapado con cido
sulfrico, el depsito contiene hasta un 0,6 % del hierro disuelto en
el cido; con cido clorhdrico, la cantidad de lodo producida es
menor. Este lodo contiene tambin una alta proporcin de los metales
nobles contenidos como trazas en el metal que se decapa, los cuales
se precipitan sobre la superficie del acero.
Es importante el lavado cuidadoso del metal decapado para quitar
estos depsitos.
Agentes humectantes en el decapado: Hay una gran cantidad de
materiales capaces de provocar una considerable reduccin de la
tensin superficial de las soluciones acuosas, aun cuando se aadan a
stas en cantidades muy pequeas. Ejemplos tpicos de compuestos de
esta clase son los alkil-naftalen-sulfonatos, los compuestos de
amonio cuaternario con largas cadenas laterales de hidrocarburos y
los sulfonatos alifticos (como los steres del cido sulfosuccnico).
Los agentes humectantes para decapado deben ser estables en medio
cido y no deben resultar excesivamente espumantes. Disminuyendo la
tensin superficial del cido de decapado se consigue una mejor
penetracin de ste en la capa de herrn, y las burbujas de hidrgeno
se desprenden ms fcilmente; con ello se consigue que el cido
alcance la superficie del metal de un modo ms rpido y uniforme y,
por otra parte, se reduce la tendencia de los barros a adherirse.
Finalmente, se pierde menos cido por arrastre, con lo que se logra
una reduccin en el consumo total de cido.
Lavado despus del decapado: Es esencial un lavado cuidadoso
despus del decapado, pues cuando se retira el metal de la solucin,
se adhieren al mismo considerables cantidades de sales de hierro
conteniendo cido interpuesto. Si se efecta un lavado imperfecto,
estas sales provocan la corrosin, y contaminan los de psitos con
substancias perjudiciales para los tratamientos siguientes (baos de
galvanizado, soluciones para recubrimientos, etc.). Las sales
residuales pueden acumularse tambin en los poros del metal y exudar
despus, perjudicando a cualquier recubrimiento que se aplique
ulteriormente
El metal decapado deber lavarse primero en una corriente de agua
fra, preferentemente en chorros pulverizados a alta presin. Deber
lavarse luego en otro depsito de agua corriente; este segundo
depsito se mantendr prcticamente aislado de la llegada de residuos
cidos. El metal ser despus sumergido en agua muy caliente para
disolver las sales residuales, permaneciendo en el depsito el
tiempo suficiente para que adquiera la temperatura del agua. Esto
tiene por efecto quitar de los poros del metal la mayor parte del
cido. El metal retendr tambin suficiente calor para secarse
espontneamente cuando se le saque del bao, a menos que tenga muy
escasa seccin. Al sacarlo del agua, el acero decapado est expuesto
a oxidarse muy fcilmente; generalmente se reduce esta tendencia
adicionando cal al agua caliente del lavado final.
Decapado electroltico: En el decapado electroltico, el metal
acta como nodo o como ctodo en una solucin de un cido o de una sal
neutra. El decapado andico es el preferible, pues se evita el
peligro de que el material adsorba hidrgeno y adquiera la
caracterstica fragilidad debida al mismo al no desprenderse este
elemento en el nodo, lo cual es de temer cuando el decapado se
efecta en el ctodo. El herrn se elimina principalmente como
resultado de la accin mecnica del gas puesto en libertad (durante
la electrlisis) en la superficie del metal. Generalmente se usa
como electrolito, cido sulfrico diluido, siendo la densidad de
corriente de 2 a 10 amperios por decmetro cuadrado. Las
dificultades de aplicar la corriente y la duda de saber si los
resultados justifican el empleo de un equipo relativamente
complicado han limitado la aplicacin general del sistema.
El metal decapado por este procedimiento est sujeto a la
fragilidad debida al hidrgeno, pero ello puede remediarse. El
depsito de estao puede dejarse sobre la superficie, y en este caso
constituye una buena capa de preparacin para un posterior esmaltado
o pintado; tambin, si es necesario, puede ser rpidamente quitada
mediante un tratamiento andico en sosa custica. Se usan ctodos de
ferrosilicio sobre los cuales se deposita el estao, que luego
pueden colocarse en el bao de decapado y de esta manera es
recuperado el estao.
Recubrimientos de proteccin: Una importante mejora de las
instalaciones de decapado ha sido la introduccin de los
recubrimientos de caucho y de ebonita. stos se aplican generalmente
al acero, depositndolos homogneamente sobre el metal; dichos
depsitos son de una gran resistencia y tenacidad. Se emplean varios
cementos, tales como derivados sulfonados del caucho obtenidos
amasando, con los molinos de rodillos propios de la industria del
caucho, cido sulfrico y goma.
Sistema de aspiracin: Es esencial poder disponer de un sistema
realmente efectivo para la eliminacin de los humos de los tanques.
El primitivo sistema de eliminacin por campana superior es
anticuado, obstructivo y deficiente. Las modernas instalaciones
usan una aspiracin cruzada (es decir tangencial) a travs de un
estrecho conducto situado a un lado a todo lo largo del tanque, o,
si ste es ancho, los hay en ambos lados. El conducto puede
construirse de madera recubierta de plomo; de acero recubierto de
caucho, etc.
Calefaccin: El caldeo de los tanques de decapado se efecta
corrientemente por inyeccin de vapor directo dentro de los tanques.
El choque del vapor con el fondo de los tanques es perjudicial y
debe, a ser posible, evitarse. Con este fin, se han desarrollado
distintos tipos de inyectores fijos y rotatorios que hacen posible
la introduccin ms uniforme del vapor dentro de la solucin. Como la
introduccin de considerables cantidades de vapor, diluye la
solucin, se hace necesario el uso de serpentines; stos pueden
construirse de acero recubierto de plomo. Se han empleado con xito
calentadores elctricos construidos de un metal o aleacin apropiados
o de slice fundida.
Existen, tambin, instalaciones calentadas por gas. El
calentamiento directo con llama desnuda debajo de los tanques no es
satisfactorio, pero los gases quemados pueden inyectarse desde el
lado del tanque en tubos que se extienden alrededor del mismo,
cerca del fondo, y conectados todos ellos a un tubo vertical de
humos para su evacuacin.
Agitacin de la solucin: Es conveniente disponer de alguna forma
de agitacin del bao de decapado, puesto que ello ayuda a eliminar
el hidrgeno de la superficie del metal y favorece que nuevas
cantidades de cido alcancen constantemente dicha superficie. Puede
obtenerse la agitacin en las soluciones calientes mediante el
inyector de vapor; cuando se usan serpentines, puede obtenerse
cierto movimiento de la solucin mediante las corrientes de
conveccin.
El movimiento de la solucin puede obtenerse por un mtodo mecnico
apropiado, balanceando los cestos de decapado en una direccin
vertical, mediante el empleo de roscas o paletas movidas
elctricamente en la solucin, o por aire comprimido. El primer mtodo
es el ms corrientemente usado, pero muchas de las instalaciones
pequeas trabajan sin estos mecanismos.
Pulido: Para los acabados con fines decorativos, tales como el
cromado brillante, y en muchas clases de trabajo en que se requiere
un buen acabado, es necesario sin embargo cierto grado de pulido.
Hay ciertos datos, no despreciables, que tienden a indicar que una
superficie metlica pulida puede ser ms resistente a la corrosin
cuando se le aplica exteriormente un recubrimiento electroltico que
si se trata de una superficie no pulida.
Hablando en un sentido amplio, los mtodos en uso son:
* Bruido.
* Pulido con abrasivos, usando ruedas flexibles, correas,
discos, etc.
Actualmente, el bruido es muy poco empleado en comparacin con
los otros mtodos.
El mtodo de pulido ms generalmente empleado implica el uso de
ruedas abrasivas flexibles de formas diversas.
Pulido con abrasivos: Cuando se requiere un buen acabado, es
necesario pulir los artculos mediante un abrasivo apropiado. Si el
metal es muy basto y debe quitarse un exceso importante de metal,
es precisa una operacin preliminar de amolado. Son utilizables una
gran cantidad de mquinas de amolar que hacen uso de slidas muelas
horizontales, de discos verticales, etc. stas pueden emplearse ya
sea en seco o hmedo.
Son tpicos entre los abrasivos para muelas: el esmeril (que se
compone esencialmente de almina, xido frrico, silicatos y distintas
impurezas), que puede aglomerarse en forma de ruedas; la almina
artificial, que ha reemplazado en gran parte a los abrasivos de
slice perjudiciales, tales como la piedra arenisca, y el
carborundo, un abrasivo muy duro que se obtiene fundiendo carbn y
slice a las altas temperaturas del horno elctrico.
Secado: La siguiente operacin consiste en el secado del disco, y
ste debe realizarse, si se desea obtener buenos resultados, bajo un
estrecho control de las condiciones en que se efecta. La cola de
piel alcanza su mxima resistencia no cuando est completamente seca,
como a veces se cree errneamente, sino cuando retiene un contenido
de agua del 10 al 12 %. El secadero debe, pues, ser controlado
desde el punto de vista de la temperatura y de la humedad relativa,
a fin de que el contenido final en humedad de la cola se aproxime a
las condiciones para las cuales la resistencia es mxima. Las
condiciones ideales de secado generalmente recomendadas son una
temperatura de 30 C y una humedad relativa del 50 %.
El tiempo de secado depende del espesor de la capa de cola que
contiene el abrasivo y de la concentracin de la cola usada (la cual
a su vez depende del tamao de grano usado para el abrasivo).
En las condiciones especificadas, el secado es generalmente
completo de las 24 a 48 horas; los discos con gruesos
recubrimientos requieren, naturalmente, un tiempo algo ms largo.
Debe procurarse una circulacin de aire en el secadero.
Desengrases previos: De la eficacia de los procesos de
desengrase depende la adherencia del depsito metlico. La eliminacin
de todo rastro de grasa es vital si los artculos estn destinados a
recibir un depsito electroltico.
La eliminacin defectuosa de la grasa superficial del artculo a
procesar, conduce a la formacin de ampollas y/o depsitos poco
adherentes que se desprenden o pelan. El proceso de desengrase
previo consiste en quitar la grasa y aceite, ya sea del estampado,
trefilado, embutido o pulido de la superficie de la pieza. Se puede
realizar de diferentes maneras. Manualmente, se puede realizar
mediante el cepillado con cal de Viena. Tambin se puede usar un
cepillo de bronce (grata) y cepillar mojando la pieza en una
solucin jabonosa (tensioactiva). Se suelen utilizar solventes para
realizar la limpieza previa, pero resultan txicos y voltiles.
Estos actan de tres maneras diferentes: emulsin, peptizacin y
saponificacin.
* Por emulsin se entiende la formacin de una mezcla de lquidos
que no se separan en capas al reposar. La leche es el ejemplo ms
corriente de una emulsin. En el caso del desengrase de metales, la
emulsin se compone de pequeos glbulos de aceite en suspensin en la
solucin empleada.
* Peptizacin es el trmino dado a la reduccin de partculas slidas
de suciedad en una forma finamente dividida, con lo cual se
eliminan fcilmente. Esto significa que cada molcula de tierra de
pulir, grasa, restos de aceite de maquinado, etc., queda mojada y
completamente rodeada de una capa de solucin.
* Saponificacin es el nombre cientfico para la formacin de jabn,
que resulta de la accin qumica del lcali con grasas y aceites
animales y vegetales. Los jabones as formados son solubles en agua,
por lo cual, el artculo queda perfectamente limpio con un buen
enjuague en agua.
Son los disolventes clorados los que desde hace treinta aos
vienen conquistando el mercado. El tetracloruro de carbono, el
cloroformo y el pentacloroetano son excesivamente txicos para su
uso generalizado. En ciertos casos se utilizan como potenciadores
de otros disolventes menos activos.
Desengrasado por disolventes: El desengrase ms simple es el que
usa disolventes. Los films de grasa que han sido adsorbidos se
disuelven, pero hay otras sustancias que no pueden ser eliminadas
por ellos, e incluso con las grasas tienen una limitacin
cuantitativa.
Con el uso se incrementa la contaminacin del disolvente que ha
de ser regenerado por destilacin.
En los desengrases por emulsin, sea por impregnacin con
disolvente emulsionable y posterior emulsin por rociado con agua, o
por empleo de disolventes ya emulsionados, juegan un importante
papel las propiedades y reacciones coloidales en la peptizacin de
la suciedad.
En el proceso de desengrase por emulsin, es de uso convencional
utilizar hidrocarburos o productos derivados clorados disueltos en
agua.
Dengrasantes en caliente: Por lo general, el desengrase en
caliente es el mtodo ms difundido y comn de los normalmente
utilizados, especialmente en la primera eliminacin de gruesas capas
de aceite mineral.
En ciertos casos se adoptan mtodos adicionales de acuerdo con el
metal de base del que se trate.
Todava se practica, proveniente de la ms vieja escuela de
plateros, el uso de la potasa custica (KOH) como desengrasante
general. Sus propiedades detersivas son excelentes, pero debe
emplearse con habilidad y cautela, ya que para algunos materiales
puede resultar muy agresiva.
Para la preparacin de las soluciones de desengrase, deben usarse
siempre aguas blandas, ya que las aguas duras poseen
hexametafosfato de sodio, cuya sal incorporada a las formulas
detalladas har que el comportamiento cambie desfavorablemente.
Los artculos se cuelgan en la barra catdica o andica, segn el
tipo de tratamiento especificado anteriormente. Con una tensin de 6
voltios a una temperatura de 82 a 93C, se obtendr una densidad de
corriente catdica de 2 a 5 Amp/dm2.
En estas condiciones se produce un burbujeo de la pieza en forma
continua. Normalmente, para realizar un correcto desengrase, son
necesarios 2 a 3 minutos de inmersin. Para evitar problemas con las
soluciones desengrasantes, se recomienda retirar la materia grasa
en suspensin, ya que de no hacerlo, puede volver a adherirse a
nivel superficial sobre las piezas al retirarlas del mismo.
Desengrasado Electroltico: Resulta ms conveniente que los
artculos de latn, cobre y alpaca, despus del desengrasante caliente
usual sean tratados en un bao de desengrase elec troltico en fro.
Se emplea una tensin de 4 a 12 voltios y una densidad de corriente,
segn la formulacin elegida, de 1 a 43 Amp/dm 2 . Los artculos
quedarn desengrasados con un proceso de 2 a 3 minutos de duracin.
Luego del desengrase, se enjuagan bien en agua corriente, limpia y
fra, agitando enrgicamente. Debe tenerse especial cuidado con
piezas huecas, ya que suelen llenarse de lquido, habiendo
transporte de solucin y pudiendo causar ello la contaminacin de los
baos subsiguientes.
Despus de realizado el enjuague, se sumergen en agua cida, la
cual se prepara diluyendo cido sulfrico al 10%, se enjuaga otra vez
en agua corriente, y entonces, la pieza quedar preparada para
continuar el proceso. La inmersin en cido sulfrico diluido, tiene
la finalidad de evitar transporte de residuos alcalinos a otros
baos, y es imprescindible su realizacin para obtener un
neutralizado perfecto. Esta operacin, adems, acta como proceso
superficial de activacin, especialmente cuando debe depositarse
algn metal sobre una base de nquel o niquelada, aunque posee las
mismas propiedades sobre la gran mayora de los metales de base.
Si los artculos deben recibir algn tratamiento en un bao
cianurado o de pH superior a 7 (cobre al cianuro, latn, cadmio
alcalino, etc.), entonces, es muy aconsejable una inmersin en
alguna solucin alcalina (tales como cianuro, hidrxido, carbonato,
etc.) inmediatamente despus del enjuague en agua y antes de
sumergirlos en el bao galvnico. La funcin de este enjuague alcalino
previo es eliminar restos posibles del enjuague cido anterior. Se
debe ser cuidadoso de no transportar restos de cido a los baos
alcalinos, ya que estos se estropearn irreversiblemente, debido a
la formacin de sales como sulfocianuros.
Los artculos a desengrasar se cuelgan de la barra catdica o
andica, segn el tipo de tratamiento especificado.
Debe tenerse en cuenta si el proceso es andico o catdico, ya que
de aplicar la polaridad inadecuada, la pieza se estropear
irreversiblemente.
Cobreado: Slo dos son los tipos de solucin que se utilizan en
gran escala, esto es, las soluciones de cianuro y las soluciones
cidas. El primer tipo consiste esencialmente en una solucin de
cianuro cuproso en un cianuro de metal alcalino, con o sin varios
agentes de adicin. Las soluciones de cianuro tienen un excelente
poder de penetracin; no obstante, en general, son inapropiadas para
la obtencin de depsitos de un espesor apreciable, pero tienen la
ventaja de poder ser aplicadas directamente a los metales ferrosos.
Las soluciones cidas consisten en una solucin de sulfato de cobre y
cido sulfrico, y se utilizan principalmente para recubrir aquellos
metales que no son atacados qumicamente por la solucin, y
especialmente cuando se requiere un espesor apreciable, como en
galvanoplastia.
Soluciones de cianuro: El bao de cobre cianurado, a pesar de los
peligros que involucra su operacin para la salud, y por sus
desechos provenientes de aguas de enjuague, an sigue siendo en
algunos casos una opcin insustituible.
Las soluciones de cianuro se aplican comnmente en cubas de
acero, aunque ms recientemente se ha incrementado el uso de cubas
recubiertas de goma.
Soluciones cidas: El cobreado cido se efecta a partir de una
solucin que consiste fundamentalmente en sulfato de cobre y cido
sulfrico. Este tipo de soluciones tiene un bajo costo de preparacin
y los rendimientos andicos y catdicos llegan al ciento por ciento
en muchos casos.
El depsito de cobre logrado con este tipo de soluciones suele
ser de color mate. Es preciso limpiar mucho ms cuidadosamente el
metal de base antes de proceder al cobreado en bao cido de lo que
precisan las soluciones de cianuro, pues, a diferencia de estas
ltimas, la solucin de sulfato no posee propiedades detergentes.
La presencia del cido sulfrico es esencial, pues evita la
formacin de precipitados de sales bsicas de cobre y tambin aumenta
la ionizacin y, por consiguiente aumenta la conductibilidad de la
solucin, reduce la posibilidad de que los electrodos se polaricen y
ahorra el consumo de fuerza. Reduciendo la concentracin de iones
cobre de la solucin, el cido tiene tambin el efecto de producir
depsitos lisos de pequeo tamao de grano.
Comnmente, se utilizan densidades de corriente de 2 a 6,5
amperios por dm 2 . Las soluciones de cobre trabajan usualmente a
temperatura ambiente, aunque a veces se utilizan temperaturas hasta
de 50 C. La elevacin de la temperatura da lugar a la obtencin de un
depsito de cobre ms blando. La agitacin con aire aumenta la
densidad de corriente que pueda utilizarse.
Baos de nquel: Los depsitos de nquel pueden ser usados con fines
decorativos, en ingeniera o en electro formado.
Los niquelados decorativos se logran de un electrolito
conteniendo agentes de adicin orgnicos de diversos tipos. Los
depsitos obtenidos resultan protectores, lisos, de alta nivelacin y
con un brillo especular.
Las aplicaciones en ingeniera, utilizan electrolitos que
depositan nquel puro, y las caractersticas habitualmente necesarias
para este tipo de aplicaciones son
* Alta resistencia a la corrosin.
* Resistencia a la abrasin.
* Soldabilidad.
* Propiedades magnticas.
Este proceso se lleva a cabo mediante una corriente continua
aplicada a los electrodos, lo cual disocia en iones las sales
contenidas en la solucin, producindose un depsito de nquel metlico
sobre e! ctodo (negativo), y disolucin de nquel sobre el nodo
(positivo).
Es necesario, no obstante, tener presentes en la solucin ciertos
agentes reductores y compuestos qumicos para favorecer la disolucin
de los nodos y para hacer la solucin ms conductora, lo cual
depender bsicamente del contenido de sales disueltas, de manera que
puedan circular altas corrientes por el electrolito con diferencias
de potencial (voltajes) relativamente bajas.
Cuando las sales estn disueltas en agua, el nquel en solucin es
bivalente (Ni +2 ). Mediante la circulacin de corriente elctrica,
el ion metlico reacciona con dos electrones y pasa a su estado
metlico (Ni) sobre el ctodo. Lo inverso ocurre en el nodo, donde el
nquel metlico se disuelve formando iones bivalentes.
La reaccin electroqumica es la siguiente: Ni +2 + 2 e Ni.
Desarrollo para el cromado posterior: Generalmente se utiliza en
primer lugar un bao de cobre UBAC, seguido de una gruesa capa de
nquel que resulta ser el principal factor de prevencin de la
corrosin. Esta capa puede ser desarrollada de distintas formas con
las que se alcanzan resultados muy diversos.
3.5 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO
3.6 MATERIAS DE PARTIDA Y RESIDUOS GENERADOS EN UNA CADENA TPICA
DE RECUBRIMIENTO ELECTROLTICO
3.7 MINIMIZACIN DE RESIDUOS
Segn la mayora de los autores, el problema de los residuos est
totalmente ligado al modelo econmico actual de produccin y consumo.
Por lo tanto, las soluciones han de venir por la ruta del
desarrollo sostenible, por la optimizacin en el consumo de materias
primas y de energa, por la minimizacin de residuos. Es decir, por
prcticas industriales ambientalmente sustentables y sostenidas en
el tiempo.
Muchas empresas con visin de futuro han notado que la
minimizacin de residuos y emisiones es clave para modernizar la
productividad y as sobrevivir en los mercados del futuro. Esto
implica un profundo cambio en la cultura y en la prctica comercial,
a veces llamada "segunda revolucin industrial", que considera a los
productos y procesos industriales como parte de un ecosistema
industrial mayor, formando un sistema casi cerrado de flujo de
materiales. La presin social exige cada vez ms productos con
calidad adecuada, con condiciones sanitarias correctas, que sean
ecolgicamente aceptadas y que hayan sido fabricadas en condiciones
apropiadas desde el punto de vista medioambiental.
La industria se ve obligada a desarrollar tecnologas ms
eficaces, ms productivas, menos contaminantes y que constituyan un
ahorro respecto de las anteriores. Estas, llamadas tecnologas
limpias si usan las materias primas y la energa racionalmente y si
producen un impacto ambiental mnimo al fabricar productos generan a
su vez acciones tanto anticontaminantes (procesos no contaminantes)
como des-contaminantes (descontaminacin en procesos existentes),
buscndose con ellas sistemas ms limpios y procesos y mtodos que
eviten o reduzcan la contaminacin. En esta va surge la minimizacin
de los residuos, que es una accin o conjunto de acciones destinadas
a evitar la produccin de contaminantes o a reducirlos en cantidad y
peligrosidad.
MINIMIZACIN DE RESIDUOS| ACCIONES| Reduccin de contaminantes en
el origen| Aplicacin de tecnologas limpiasOptimizacin de
procesosSustitucin de materias primas por otras menos
contaminantes| Reciclado de productos| Reutilizacin directa de
residuos o subproductos en los procesos propiosGestin de los
residuos y subproductos para que los utilice la propia industria u
otra como materia prima en cualquier tipo de proceso (bolsas de
residuos)|
Recuperacin de materiales de inters| Separacin, preparacin,
limpieza y adecuacin de los materiales contenidos en los residuos,
que son susceptibles de aprovechar en cualquier sector
industrial|
Por lo tanto, la minimizacin es una solucin viable para el
problema de los residuos porque comprende tanto la reduccin como la
valorizacin de algunos de ellos, lo que se traduce en disminucin de
costos y en mejoras de la competitividad de las empresas. Por lo
tanto, es fundamental revisar los procesos de produccin de materias
primas, de fabricacin y de consumo para que se modifique todo
aquello que sea susceptible de reducir la generacin de residuos a
travs de toda la cadena productiva. La prevencin es la accin ideal,
porque con ella se reducen tanto el consumo de materias primas y la
demanda de agua y de energa, como las instalaciones de tratamiento
y eliminacin de residuos. La minimizacin suena bien. La idea es
convincente, pero la realidad es muy distinta: la gran mayora de
las empresas ignoran o marginan el tema, a no ser que tengan un
problema que afecte muy directamente a su imagen o a su economa
(produccin, sanciones o mercado). Las empresas ven bien todo
aquello sobre mejoras de mercado, de competitividad y de imagen: el
empresario se interesa por los sistemas de gestin ambiental, por la
implantacin de la Norma ISO 14.001, por su imagen corporativa, pero
le es difcil dar el paso siguiente que, por ahora, le parece
prematuro y costoso. Solamente acta si la competencia lo hace, o si
ve tan claras las ventajas que acaba convencindose. Porque es
cierto que obtener la etiqueta ecolgica o implantar la Norma ISO
14.001 es un proceso caro, largo y molesto.
La empresa se encuentra, en general, en una situacin en que
genera residuos con la tecnologa de que dispone y que si realiza un
cambio para reducir aquellos mediante modificaciones en ste,
supondr un costo que en esos momentos no tiene. En ese caso, que es
el ms frecuente, tendr que estudiar las experiencias que existen en
situaciones similares, y realizar anlisis costo/beneficio para
decidir si aplica tcnicas de minimizacin. Porque la empresa en la
situacin actual busca a lo ms cumplir la legislacin vigente y, en
algunos casos, toma medidas adicionales por presin de la
competencia.
Motivos que justifican una poltica de minimizacin de residuos en
la empresa:
* Que en la competencia los estn realizando * Que los clientes
la exijan directa o indirectamente * Que observen que ha sido
beneficiosa para otras empresas y no necesariamente de la
competencia * Que quieran ser vanguardistas y tener una actitud
verdaderamente respetuosa con el medio ambiente * Que tengan
problemas de residuos realmente graves * Que la ley les exija
minimizar los residuos * Que quieran mostrar una buena imagen,
tanto ante sus clientes como ante sus vecinos * Que observen que a
cierto plazo les resulte econmicamente rentable, adems de otros
beneficios * Que estn convencidos de que una modernizacin en la
gestin y en las instalaciones que incluya el rea medioambiental
potencia su presencia en el mercado
3.8 PLANIFICACIN AMBIENTAL PARA RESIDUOS ESPECFICOS
Ciertas corrientes de residuos, normalmente disoluciones de
recubrimiento agotadas, pueden reducirse por los siguientes
mtodos:
Filtracin: Pueden utilizarse filtros de cartuchos o de tierra de
diatomeas para eliminar los slidos acumulados que reducen la
eficacia del proceso.
Mediante tratamiento con carbono pueden eliminarse los
contaminantes orgnicos (aplicados sobre todo en el niquelado, en el
cobreado electroltico y en el zincado y cadmiado).
Agua purificada: Los contaminantes naturales del agua de relleno
y de lavado (por ej., calcio, hierro, magnesio, manganeso, cloro y
carbonatos) pueden eliminarse mediante desionizacin, destilacin u
smosis inversa. Mejorando la eficacia del agua de lavado se reduce
el volumen de lodos de los baos que requieren tratamiento.
Congelacin de los carbonatos de los baos de cianuro: Reduciendo
la temperatura del bao a3 C cristalizan los carbonatos formados en
el bao de cianuro por descomposicin del cianuro, densidades
excesivas de corriente andica y adsorcin de dixido de carbono del
aire, y se facilita su eliminacin.
Precipitacin: Los contaminantes metlicos que entran en el bao
como impurezas de los nodos, pueden eliminarse por precipitacin con
cianuro de bario, hidrxido de bario, hidrxido clcico, sulfato
clcico o cianuro clcico.
Alternativas al cromo hexavalente: El cromo hexavalente puede
sustituirse por disoluciones de recubrimiento de cromo trivalente
para cromados decorativos. En ocasiones, los recubrimientos de
conversin de cromo para tratamientos previos a la pintura se pueden
sustituir por recubrimientos de conversin sin cromo o qumicas de
cromo sin lavado.
Qumicas de proceso no queladas: En lugar de aadir queladores a
los baos de proceso para controlar la concentracin de iones libres
en la disolucin, pueden utilizarse qumicas de proceso no queladas
para que no sea necesario mantener los metales en disolucin. Se
puede dejar que estos metales precipiten y extraerlos por filtracin
continua.
Productos qumicos de proceso sin cianuro: Las corrientes de
residuos que contienen cianuro libre se tratan normalmente con
hipoclorito o con cloro para producir la oxidacin, y en el caso de
los cianuros complejos se utiliza por lo general sulfato de hierro
para provocar su precipitacin. El uso de qumicas de proceso sin
cianuro elimina un paso de tratamiento y reduce el volumen de
lodos.
Desengrasado con disolventes: En lugar de usar disolventes para
desengrasar las piezas antes del proceso, pueden utilizarse baos de
limpieza alcalinos calientes. Se puede aumentar la eficacia de los
limpiadores alcalinos aplicando corrientes elctricas o
ultrasonidos. Las ventajas que supone evitar los vapores y lodos de
disolvente suelen compensar cualquier coste operativo
adicional.
Limpiadores alcalinos: Puede evitarse el tener que desechar los
limpiadores alcalinos cuando la acumulacin de aceite, grasa y
suciedad producida por el uso alcanza un nivel que reduce la
eficacia del bao, utilizando dispositivos de despumacin para
eliminar los aceites que flotan libremente, dispositivos de
decantacin o filtros de cartucho para eliminar partculas y agentes
de coalescencia de aceite y agua, y utilizando microfiltracin o
ultrafiltracin para eliminar los aceites emulsificados.
Reduccin de las escurriduras: Reduciendo el volumen de disolucin
que queda adherida a las piezas en los baos de proceso disminuye la
cantidad de productos qumicos valiosos que contaminan el agua de
lavado, lo que a su vez reduce la cantidad de lodos generados en un
proceso de tratamiento convencional de precipitacin de metales.
Hay varios mtodos para reducir las escurriduras, entre ellos los
siguientes:
Concentracin operativa del bao de proceso: La concentracin
qumica deber ser lo ms baja posible con el fin de reducir al mnimo
la viscosidad (para un drenaje ms rpido) y la cantidad de productos
qumicos (en la pelcula).
Temperatura operativa del bao de proceso: La viscosidad de la
disolucin de proceso puede reducirse elevando la temperatura del
bao.
Tensoactivos: Se puede reducir la tensin superficial de la
solucin aadiendo tensoactivos al bao de proceso.
Colocacin de la pieza: La pieza deber colocarse sobre el soporte
de manera que la pelcula adherente escurra libremente y no quede
retenida en huecos o ranuras.
Tiempo de extraccin o de drenaje: Cuanto antes se extrae una
pieza del bao de proceso, ms gruesa es la pelcula adherida a la
superficie de la pieza.
Chorros de aire: Se pueden mejorar el drenaje y el secado
proyectando un chorro de aire sobre la pieza mientras el soporte de
sta se eleva por encima del tanque de proceso.
Lavados por aspersin: Pueden utilizarse por encima de los baos
calientes para igualar el caudal de lavado con la velocidad de
evaporacin del tanque.
Baos de recubrimiento: Se deben eliminar los carbonatos y los
contaminantes orgnicos para evitar que se acumule la contaminacin,
ya que sta aumenta la viscosidad del bao.
Tablas de drenaje: Los huecos entre tanques de proceso deben
cubrirse con tablas de drenaje para capturar las disoluciones de
proceso y devolverlas al bao de proceso.
Tanques de escurrido: Las piezas deben colocarse en tanques de
escurrido (tanques de lavado esttico) antes de la operacin de
lavado estndar.
3.9 PELIGROSIDAD Y TOXICIDAD DE LOS RESIDUOS GENERADOS
El cianuro es un anin altamente txico, puesto que al igual que
el cido cianhdrico o HCN bloquea la respiracin celular en los
organismos, inhibiendo la actividad de la encima citocromooxidusa.
La dosis letal del HCN para humanos es de 1-2 g/l. Si se administra
por va oral. La toxicidad aguda para peces del cido cianhdrico se
sita entre los 0,03 y 3 mg/l., mientras que la dosis letal del
cianuro sdico se sita en 50 mg/l para las truchas. La movilidad del
cianuro en soluciones acuosas es muy elevado. La biodegrabilidad y
la hidrlisis qumica, fotoltica del cianuro y del HCN es,
afortunadamente, alta exceptuando el caso de diversos complejos
estables y poco txicos como el hexaciano ferrato. Su persistencia
en el medio es, en consecuencia, reducida. Los productos de
degradacin son el cianuro en una primera fase y el CO2 en una
segunda.
El cromo (+VI) aparece, dependiendo del pH, en forma de
dicromato, cromato o hidrocromato. La toxicidad de este compuesto
reside bsicamente en su alto poder oxidante, que tambin origina
daos en el cdigo gentico. Por ello se considera el Cr (+VI) como
sustancia mutagnica potencial para mamferos. El cromo se bioacumula
fuertemente en los mamferos en tejidos como el hgado y los riones
posibilitando la formacin de tumores. La solubilidad y movilidad
del anin cromo VI en sistemas acuosos es alta mientras que el cromo
III, en forma catinica, precipita y se absorbe con facilidad. El
cido crmico posee una presin de vapor relativamente elevada sus
emisiones gaseosas pueden causar efectos nocivos en el puesto de
trabajo. La reactividad del cromo VI es alta en presencia de
material orgnico, otras sustancias reductoras bajo pH o pH
cido.
En las plantas se conocen, entre otras, lesiones en el sistema
radicular, las races no desarrollan bien y las hojas se mantenan
angostas, tomando una coloracin pardo rojiza con aparicin de
pequeas manchas neurticas.
En los sistemas acuticos, la toxicidad de los compuestos
solubles del cromo vara segn la temperatura, pH y dureza del agua y
segn las especies de organismos que los pueblan. Los compuestos del
cromo VI se disuelven con facilidad, pero en condiciones naturales
y en presencia de materia orgnica oxidable se reducen rpidamente a
compuestos cromo III, que es ms estable y menos hidrosolubles.
En los suelos la movilidad del cromo en la pedosfera solamente
puede evaluarse si se consideraran la capacidad de absorcin y
reduccin de los suelos y de los sedimentos. El cromo VI, aun en
concentraciones relativamente bajas, ya resulta toxico, siendo el
PH del suelo un factor fundamental. El uso de abonos fosfatados
incrementa el ingreso de cromo al suelo. Los compuestos de cromo
III asimilados juntos con los alimentos resultan relativamente
inocuos, los compuestos del cromo VI en cambio tienen efectos
altamente txicos. Tanto los animales como los seres humanos solo
incorporan a sus organismos cantidades relativamente pequeas de
cromo por inhalacin, la mayora de las sustancias que contienen
cromo ingresan al organismo a travs de los alimentos y del agua que
se bebe.
Los valores lmites establecidos segn antecedentes bibliogrficos,
para el cromo en el ambiente general son los siguientes:
* Aire urbano: 50 mg/m3 * Agua de ros: 10 mg/m3 * Agua de
ocanos: 5 mg/m3 * Agua potable: 0,05 mg/L * Suelo: 125 mg/kg. en
promedio, aunque puede aumentar hasta 250 mg/kg. (no existe un
lmite preciso) * Alimentos: la ingesta diaria no debe exceder de
0,03-0,2 mg/da.
El zinc, el cobre y el nquel son metales pesados que se
necesitan en pequeas cantidades en la mayora de los organismos. Son
oligoelementos. Estos forman parte del centro activo de encimas y
de procesos oxido-reductivos. En mayores concentraciones bloquean
importantes etapas del metabolismo de los organismos.
Los compuestos de cromo y nquel utilizados en los baos galvnicos
para recubrimiento electroltico pueden ser peligrosos. Los
compuestos de cromo pueden causar quemaduras, ulceracin y eccema de
la piel y las mucosas, as como una perforacin caracterstica del
tabique nasal. Tambin puede producirse asma bronquial. Las sales de
nquel pueden causar lesiones de la piel alrgicas o
txico-irritativas rebeldes. Existen pruebas de que tanto los
compuestos de cromo como los de nquel pueden ser cancergenos. Son
esenciales la ventilacin local por extraccin y una adecuada
proteccin de la piel.
Resumen de los Riesgos Inherentes al Recubrimiento
Electroltico
Riesgos
Exposicin a cromo y nquel potencialmente cancergenos; exposicin
a cianuros; quemaduras e irritacin por productos qumicos custicos y
corrosivos; sacudidas elctricas; el proceso puede ser en fase
hmeda, con el consiguiente riesgo de resbalones y cadas; produccin
de polvo potencialmente explosivo; riesgos ergonmicos
Precauciones
Usar equipo de proteccin personal adecuado. Instalar un sistema
eficaz de ventilacin por extraccin, normalmente ranurado, de tipo
impelente-aspirante. Limpiar los derrames inmediatamente. Instalar
pavimento antideslizante. Utilizar procedimientos y puestos de
trabajo bien diseados para evitar el estrs de origen ergonmico.
3.91BUENAS PRCTICAS DE GESTIN
Pueden conseguirse importantes mejoras en lo tocante a
seguridad, salud y medio ambiente introduciendo en los procesos
mejoras como las siguientes:
* Utilizando lavados a contracorriente y controles de
conductividad.
* Aumentando el tiempo de drenaje
* Empleando ms o mejores tensoactivos
* Utilizando temperaturas de proceso lo ms altas posible para
reducir la viscosidad y as aumentar la recuperacin de escurriduras
(recuperacin de la solucin que ha quedado adherida al metal)
* Recurriendo a la agitacin con aire en el lavado para aumentar
su eficacia
* Usando bolas de plstico en los tanques de recubrimiento para
reducir la formacin de neblinas
* Utilizando mejores sistemas de filtracin en los tanques de
recubrimiento para reducir la frecuencia del tratamiento de
purificacin
* Colocando un bordillo alrededor de todas las zonas de proceso
para contener los derrames
* Empleando tratamientos separados para los metales
recuperables, tales como el nquel
* Instalando sistemas de recuperacin, por ejemplo de intercambio
inico, evaporacin atmosfrica, evaporacin al vaco, recuperacin
electroltica, smosis inversa y electrodilisis
* Complementando los sistemas de recuperacin de escurriduras con
reducciones de la adherencia de contaminantes y mejores sistemas de
limpieza
* Utilizando modernos sistemas de control de existencias para
reducir los residuos y los riesgos de los lugares de trabajo
* Aplicando procedimientos estndar (es decir, procedimientos por
escrito, revisiones peridicas de las operaciones y registros
cronolgicos rigurosos de las mismas) que sirvan de base a una slida
estructura de gestin ambiental.
4.1 IDENTIFICACIN DE RESIDUOSPara poder identificar los
residuos, primeramente se conoci el diagrama de flujo del proceso
para despus identificar los residuos y encontrar las posibles
soluciones para de ellas elegir la o las factibles.
As se encontraron los tipos principales de residuos en el
proceso, tomando en cuenta que la mayor carga contaminante y
volumen de residuo es generada en las agua de lavado, sin embargo
la mayor toxicidad se encuentra en los baos agotados debido a su
alta concentracin de sustancias nocivasInvestigaciones realizadas
en el tratamiento de dichas aguas, han demostrado que es importante
que las aguas residuales galvnicas sean clasificadas en las
siguientes cuatro categoras en funcin de las necesidades de
segregacin para efectos de su tratamiento posterior: a) Aguas
residuales alcalinas que contienen cianuros: Debido a la alta
toxicidad del cianuro y la especificidad del tratamiento de
oxidacin para destruirlo. Se utiliza en baos de cinc, cobre, plata
y oro como acomplejante de los metales y puntualmente en
desengrases.
b) Aguas residuales cidas que contienen cromo: Debido a la alta
toxicidad del cromo VI y la especificidad del tratamiento de
reduccin a que debe someterse se distinguen a la vez baos
concentrados de cromo (Cr O3 de 100 a 500 g/l) y baos de cromo del
pasivado, ms diluidos.
c) Aguas residuales alcalinas exentas de cianuros que contienen
otros aniones: principalmente residuos del mordentado, debido a su
contenido de amonio, cloruros (300 g/l). El mordentado es una etapa
de proteccin previa al cincado por inmersin y se presenta aparte de
la corriente anterior por practicarse con frecuencia el cambio de
bao. Estas aguas tambin pueden contener cierta cantidad de zinc
(125g/L).
d) Aguas residuales cidas exentas de cromo que contienen otros
metales pesados: Debido a la alta toxicidad de metales no frreos
como Ni, Cr, Cu, Ag y Zn. Incluyen los baos agotados de metalizado,
que tienen una bajsima frecuencia de cambio y los lodos de
depuradora de aguas residuales galvnicas que contienen
frecuentemente al menos txicos cromo III, junto con nquel, cobre,
cinc o estao.
e) Lodos provenientes de agua de lavado de decapado: Contienen
lodos con Fe principalmente en forma de hidrxido y otros metales
provenientes de estos lavados.
f) Aguas residuales de procesos posteriores: Estas aguas no son
provenientes propiamente del proceso galvnico sino que se generan
de procesos de tratamientos posteriores con fines protectivos o
formacin de una base previa al pintado, y pueden contener altos
contenidos de Zn, Ni, Mn y nitratos, por lo que se tratan como
lodos.Es de suma importancia la segregacin de los desechos que
contienen cianuros de los desechos cidos por la posible formacin
del cido cianhdrico. As mismo, es necesario segregar los desechos
con cianuros de los desechos que contienen cromo, porque adems de
formarse el cido cianhdrico, sera imposible conseguir la oxidacin
de cianuros y la reduccin del cromo en el desecho. Finalmente, es
importante separar las aguas cianuradas de las que contienen nquel
y hierro, debido a que pueden formar complejos cianurados que
requieren tiempos de retencin mucho mayores en las unidades de
oxidacin de cianuros
4.2 INVESTIGACIN DE TECNOLOGAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTESUna
vez que se identificaron los residuos generados durante el proceso,
se paso a la tarea de investigar las tecnologas existentes que
puedan tratar dichos efluentes puesto que muchas de las tecnologas
existentes y emergentes, se basan en el tipo de contaminante
predominante en el efluente lquido a tratar, esto con el fin de
hacer una mejor toma de decisin al momento de proponer la tecnologa
a utilizar. En el caso de la industria galvnica y metalrgica, la
contaminacin de las aguas se debe a la presencia de: cianuros,
metales pesados, pH, slidos suspendidos, slidos disueltos,
amoniaco, arsnico, nitratos y sustancias orgnicas. En base a lo
anterior, existen dos tipos de clasificaciones, de acuerdo a su
utilizacin y de acuerdo al tipo de proceso. La experiencia ha
demostrado que no basta la aplicacin de un solo mtodo, sino que
generalmente una tecnologa es efectiva cuando se usa en combinacin
con otra(s) tecnologa(s). a) De uso amplio
b) De uso limitado
c) Piloto
d) Potencial (Fase de investigacin y desarrollo)
Cianuros Las aguas residuales que contienen cianuros son
comnmente tratados usando cloracin alcalina. El proceso es ms
efectivo utilizando un sistema de dos etapas en el cual el cianuro
es oxidado a cianato (CNO-), seguido de una cloracin adicional como
segunda etapa. Los cianuros han sido tambin tratados usando ozono,
oxidacin con perxido de hidrgeno o descomposicin electroltica.
Arsnico El arsnico inorgnico existe como in arsenito (As+3) o in
arseniato (AS+5). El arsnico puede ser removido por precipitacin
con cal o con sulfuro, o coprecipitado con hidrxido de hierro o
aluminio. La eficiencia del tratamiento est influenciada por el
estado de oxidacin del arsnico. La precipitacin con sulfuro es
parcialmente efectiva para el arseniato pero inefectiva para
arsenito. La precipitacin con cal produce una eficiencia de
tratamiento ms alta pero requiere pH l2. La coprecipitacin produce
el efluente de mayor calidad pero tiene el inconveniente de
producir mucho lodo. La eficiencia con aluminio decrece por encima
de pH 7 mientras que con hierro lo hace por encima de pH 9. Estos
procesos operan mejor sobre arseniatos, de forma tal que se debe
realizar un proceso previo de oxidacin cuando el arsnico est
presente como arsenito. Para altas concentraciones de arsnico se
encontr que una coprecipitacin de mltiples etapas es efectiva,
produciendo una considerable reduccin en la generacin de lodo.
Cadmio El cadmio se remueve ms eficientemente por precipitacin del
hidrxido a pH entre 9 y l2. La precipitacin es tambin posible como
carbonato de cadmio a pH l0. La cal dar un precipitado de mayor
capacidad de sedimentacin que el castico. Cromo hexavalente El
cromo hexavalente debe ser reducido al estado trivalente con la
precipitacin del hidrxido subsecuente. La precipitacin del cromo
trivalente es ms efectiva a pH entre 8,5 y 9,5. La reduccin se
alcanza a pH entre 2 y 3 con un agente qumico reductor como dixido
de azufre, bisulfito de sodio o sulfato ferroso. La eficiencia de
la conversin de cromo es inter- dependiente del tiempo de reaccin,
pH y el tipo y concentracin del agente reductor usado. En la
industria de galvanoplastia se ha usado el sistema de intercambio
inico para recuperacin de cromo y reuso de agua. Cobre El cobre se
remueve comnmente por precipitacin a pH entre 9 y l0,3. Los
cianuros, otros agentes complejantes o altas concentraciones de
carbonatos se complejarn con el cobre e interferirn con la
precipitacin, siendo requerido un pre tratamiento para su remocin.
La clarificacin por gravedad es usualmente efectiva para la remocin
de slidos. Plomo Tetraetilo La precipitacin es muy efectiva con
excepcin de aquellos casos como en la industria del tetraetilo de
plomo en los cuales se producen concentraciones significativas de
compuestos orgnicos con plomo. El plomo en su forma orgnica no es
fcil de eliminar por precipitacin y el componente orgnico debe ser
destruido qumicamente, como por ejemplo, por cloracin antes de la
precipitacin. La precipitacin es ms efectiva entre pH 9 y l0. El
tratamiento con cal produce un lodo de buena sedimentacin mientras
que el tratamiento con soda castica puede requerir filtracin.
Mercurio Hay varias tecnologas que han sido aplicadas para la
remocin de mercurio. El intercambio inico y la coagulacin son
empleados comnmente. El intercambio inico implica la formacin de
complejos de un cloruro mercrico cargado negativamente por adicin
de cloro o hipoclorito y la remocin del complejo de cloruro
mercrico con una resina de intercambio inico. La coagulacin ha sido
aplicada con xito a aguas de lavado que contienen mercurio orgnico
e inorgnico. El hierro y el alumbre producen una remocin
equivalente de mercurio; sin embargo, el lodo de alumbre muestra
propiedades de sedimentacin ms pobres. Se requiere de filtracin del
efluente para llegar a la calidad ptima del mismo. Puede emplearse
tambin la adsorcin por carbn para remover mercurio, pero es menos
efectiva que el intercambio inico o la coagulacin para altos
niveles de mercurio en el afluente. La adsorcin puede ser empleada
cuando los niveles de mercurio en el afluente estn por debajo de 50
g/l. Nquel El nquel existe usualmente como un in soluble pero forma
compuestos estables con amonaco, EDTA o cianuro. La precipitacin
con hidrxido se logra a pH 9,5. Usualmente se requiere de filtracin
para una calidad ptima consistente del efluente. Zinc El zinc es
comnmente removido por precipitacin con hidrxido. Se ha observado
un rendimiento ptimo a valores de pH tan bajos como 9,0 a 9,5 y tan
altos como ll, y ms. El zinc es un metal anftero cuya solubilidad
se incrementa a pH altos y bajos. Es posible que algunos
constituyentes (como agentes complejantes), que no fuesen el zinc
en las aguas residuales, puedan influir en la eficiencia de la
precipitacin del zinc como funcin del pH. Para las aguas residuales
que contienen zinc, la mejor tecnologa requiere la determinacin de
y tratamiento al valor ptimo de pH para las aguas residuales
especficas, y una remocin eficiente de los slidos suspendidos por
medio de clarificacin por gravedad y/o filtracin.
4.3 COMPARACIN Y ELECCIN DE TECNOLOGAS EXISTENTES CON TECNOLOGAS
PROPUESTAS.Para poder elegir una tecnologa existente o proponer
alguna otra, primeramente se identificaron los principales
efluentes que requieren tratamiento, dentro del proceso
descrito.
4.31 Corrientes denominadas con numero 1Accin existente en el
procesoEl objetivo de este punto es neutralizar los vertidos
resultantes de la mezcla de las aguas de lavado y de los baos segn
sea el caso. Debido a que se trata de un proceso discontinuo, en
cada vertido se mide el pH y se corrige con NaOH o Na2CO3 en caso
de que la mezcla tenga pH cido y H2SO4 para el caso de que el pH
sea bsico. Este procedimiento se realiza en un tanque de
neutralizacin con agitacin continua.
Accin propuestaEn esta parte del proceso se propone realizar la
integracin msica de las corrientes de lavados cidos con las que
tengan un pH bsico, para as aplicar dos de las avenidas de
minimizacin de residuos y utilizar una menor cantidad de NaOH,
Na2CO3 y H2SO4 segn sea el caso. a) Reduccin en la fuente: Se
reduce la cantidad de corrientes contaminantes que salen del
proceso, pues el efecto que generara el pH de cada una se reducira
y la utilizacin de una mayor cantidad de NaOH, Na2CO3 o H2SO4
generara aun mas cantidad de contaminantes.
b) Reciclamiento: Al momento de mezclar las corrientes, se estn
reciclando disminuyendo sus efectos contaminantes.
4.32 Corrientes denominadas con numero 2Accin existente en el
procesoEn este punto se tratan los baos agotados del cobreado y
niquelado. El Cu y l Ni se precipitan como hidrxidos que
posteriormente se calcinan para obtener el correspondiente xido del
metal inactivo. Para este tipo de tratamiento el equipamiento
consiste, principalmente, en tanques de reaccin, sistemas de
bombeo, equipos de sedimentacin y calcinacin.Accin propuestaSe
tienen dos alternativas para tratar estos efluentes que actualmente
se encuentran en desarrollo la primera es, aprovechar el
intercambio de iones para recuperar el arrastre de las aguas de
enjuague y la segunda electrodeposicin catdica.INTERCAMBIO
IONICOEste proceso ofrece iones de substancias no peligrosas que se
encuentran dentro de la resina de intercambio, a cambio de los
metales del agua de enjuague. Las partculas slidas de intercambio
de iones en las resinas son o bien zeolitas inorgnicas que estn
presentes naturalmente, o son las resinas orgnicas sintticas que se
usan comnmente. Este sistema es adecuado para los enjuagues de
cidos de cromo y se usa para recuperar varios metales (ej., Ni, Cu,
Ag) en la forma de soluciones concentradas, para devolverlas al
proceso. Sin embargo, para hacer esto se deben segregar las aguas
de enjuague. Este mtodo es generalmente menos delicado que el de la
osmosis inversa. Puede tambin ser til para eliminar/recuperar el
aluminio, el arsnico, el cadmio, el cobre, y el cianuro. Por otra
parte, las unidades de intercambio de iones requieren una cuidadosa
suspensin y pueden aadir ms residuos al tratamiento de las aguas,
debido a las grandes cantidades de soluciones que se han usado para
regenerar y para lavar.
ELECTRODEPOSICIN CATODICA, CON CATODO TRIDIMENSIONAL, EN REACTOR
FILTRO PRENSA SIN SEPARACIN DE COMPARTIMENTOS.Aqu se propone otra
manera de utilizar la avenida de tratamiento, pues se tratarn los
baos agotados del cobreado y niquelado dndose como propuesta el
tratamiento electroqumico para disminuir la concentracin de estos
metales en los efluentes de proceso. Debido a que normalmente los
efluentes que contienen estos metales se encuentran dentro de la
norma, sin embargo se han estado poniendo ms exigentes las normas,
lo que genera problemas en el tratamiento de estos metales,
principalmente aparece cuando se usan complejantes orgnicos en las
etapas de desengrase, decapado, neutralizado, entre otras, que
forman complejos muy estables que inhiben su precipitacinLa
viabilidad de este tratamiento se ha estudiado aplicando esta
tecnologa en dos puntos, generando cuatro escenarios posibles. 1)
En el vertido final como tecnologa de afino como sistema de
seguridad por un mal funcionamiento del sistema de depuracin
tradicional.
a) Tratamiento electroqumico de afino del efluente tras
tratamiento fsico-qumico
b) Tratamiento electroqumico de afino del efluente tras mal
funcionamiento de la depuradora fsico-qumica
2) En las aguas acidas procedentes de los enjuagues del proceso
galvnico.
c) Tratamiento de enjuagues cidos con control de pH
d) Tratamiento de enjuagues cidos sin control de pH4.33
Corrientes denominadas con numero 3Accin existente en el procesoLa
finalidad aqu es tratar el agua con el que se lavan las piezas
luego de cada bao de cobre y nquel. Las soluciones resultantes son
muy diluidas, para concentrarlas se utilizarn columnas de
intercambio catinico. Una vez saturadas las resinas, stas se
regenerarn con cido y el efluente concentrado resultante se tratar
segn el proceso anterior.Accin propuesta en el procesoEn este paso
se propone la mezcla de estos efluentes con los efluentes de la
generados en la parte dos, pues se ha observado que la
electrodeposicin funciona tanto para efluentes concentrados como
diluidos, ahorrando as un paso de tratamiento logrando la
disminucin de corrientes de proceso.4.34 Corrientes denominadas con
numero 4Accin existente en el procesoEste punto es igual al
anterior, con la diferencia de que se emplea una resina aninica
para eliminar el cromato, seguida de una columna catinica para
eliminar el Cr trivalente. La regeneracin de la primera se realiza
con soda custica o hidrxido de K o Na. Los efluentes concentrados
obtenidos de este procedimiento se tratan segn el proceso 5.
Accin propuestaLlegando a este paso, se proponen cuatro maneras
de reducir el Cr, cabe destacar que estas cuatro se presentan en
las tecnologas existentes como potencial siendo:
a) Precipitacin con carbonatos
La reaccin entre el carbonato de calcio y una sustancia cida
ocurre con desprendimiento de dixido de carbono
De esta forma, cuando el carbonato se agrega al lquido curtiente
residual se produce su reaccin con los protones (hidronios) del
medio y el correspondiente aumento de pH. El exceso de CO32- que
permanece en el lquido curtiente residual se combina con agua y
resulta una reaccin ligeramente bsica de la fase lquida como se
muestra en la ecuacin (2). Seguidamente, los hidroxilos formados
durante la hidrlisis se combinan con el cromo (III) y producen la
precipitacin del catin.
b) Osmosis Inversa con membrana de poliamida
Durante mucho tiempo se ha usado la tecnologa de la osmosis
inversa (RO) para recuperar los qumicos de enchapado del agua de
enjuague y tambin para purificar las aguas residuales mezcladas
para luego volverlas a usar. Se usa ms comnmente para purificar el
agua de enjuague de los baos de proceso de cido de nquel. El agua
se devuelve a! tanque de enjuague mientras que las sales de nquel
se usan para rellenar el tanque de enchapamiento. Este mtodo
requiere hacer pasar por una membrana semipermeable, bajo presin de
entre 200 y 1200 libras por pulgada cuadrada (psi), aguas con gran
contenido de metal. La membrana es impermeable para la mayora de
los slidos disueltos.
Ahora se pretende para eliminar el Cr de las aguas residuales de
sus baos agotados pues este mtodo a dado resultados prometedores en
cuanto a tratamiento de efluentes residuales con metales pesados,
especialmente Cr. Se ha observado adems de una disminucin del Cr,
tambin disminuyen otros iones, lo que hace especular sobre su
posible uso en el tratamiento de otras corrientes de lavado.
c) Adsorcin sobre carbn activado
Una isoterma de adsorcin describe la relacin existente entre la
cantidad adsorbida de una sustancia y su concentracin de equilibrio
a temperatura constante. Para el caso del Cr(III) en particular se
observa un comportamiento irregular con la concentracin del catin
en el equilibrio, pues al principio se observa un rpido crecimiento
en la cantidad de Cr adsorbido, pero luego llega a un mximo para
disminuir dicha cantidad, esto se debe a que esta adsorcin es muy
sensible al pH, y conforme se lleva a cabo adems de disminuir la
cantidad de Cr, tambin disminuyen los iones H+, por lo que se podra
usar adems para controlar el pH de algunos efluentes.
d) La Electrodilisis
La electrodilisis emplea membranas seleccionadoras para separar
los aniones y os cationes de las aguas de enjuague. Cada componente
se puede luego devolver al tanque apropiado.
4.36 Corrientes denominadas con numero 5Accin existente en el
procesoAqu lo que se busca es reducir el cromo trivalente y
hexavalente mediante el empleo de bisulfito obtenindose un
precipitado fcilmente filtrable, con una baja concentracin de los
elementos mencionados anteriormente. Se utilizan equipos similares
al procedimiento del punto 2 (tanques, sedimentadores, filtros,
bombas).
Accin propuesta en el procesoPara este paso se tomo la
iniciativa de realizar el mismo procedimiento que se uso para los
cationes de los baos agotados de Cu y Ni, ya que la concentracin de
Cr, despus del paso 4 se espera que sea mucho menor a la que
actualmente se trata a esta altura del proceso.
4.4 ESTRATEGIAS PROPUESTAS ADICIONALES DE MINIMIZACIN DE
RESIDUOS PARA EL PROCESO DE CROMADO
Recubrimiento a partir de cromo trivalente en vez de cromo
hexavalenteEsta propuesta se genera ya que se ha demostrado que el
Cr(III) se considera una forma esencial para el hombre,
prcticamente no es txico y aparentemente, no se conocen efecto
locales o sistmicos del mismo, en cambio el cromo hexavalente, en
concentracin de 10 mg/kg de peso corporal produce casos de necrosis
heptica, nefritis y muerte en el hombre; las dosis mas bajas causan
irritacin de la mucosa gastrointestinal. En medios acuticos se
encuentra en forma soluble y puede ser transportado. Se acumula en
muchas especies acuticas, principalmente en peces que se alimentan
del fondo y en bivalvos.El cromo trivalente se absorbe muy poco. El
ndice de absorcin para el cromo hexavalente contenido en el agua es
nueve veces mayor que en el caso del cromo trivalente.Los efectos
dainos para el hombre del cromo contenido en el agua se relacionan
con la forma hexavalente. En dosis altas causa cancer en el tracto
digestivo y crea riesgo de cancer pulmonar. tambin puede producir
lceras cutneas y en la mebrana mucosa nasal, as como
dermatitisCaractersticas de procesos de cromo trivalenteLas
principales ventajas de los recubrimientos a partir de cromo
trivalente son: a) Baja viscosidad por una menor concentracin de
cromo, lo que disminuye prdidas por arrastre de materia prima. b)
Menor toxicidad del proceso. c) El peso equivalente es el doble que
el del in Cr+6, es decir, se obtiene mayor eficiencia catdica. d)
La microestructura del depsito que se obtiene da mayor resistencia
a la corrosin. e) Es completamente tolerante a interrupciones de
corriente durante el procesoSin embargo, el cromo metlico no se
puede obtener directamente a partir de una solucin de sulfato o
cloruro de cromo III, ya que el cromo forma complejos estables e
inertes con los iones OH-y Cl-, y tambin xidos que interfieren en
la reaccin catdica, el cromo debe formar un complejo con un
compuesto que libere fcilmente el Ion Cr+3 y de esta manera se
produzca la reduccin a Cr0Los formadores de complejos de cromo
trivalente comnmente empleados son: hipofosfito de sodio y glicina,
tambin otros quelantes como cidos carboxlicos o sus sales, urea,
tiourea, tiocianatos y dimetilformamida, entre otros la formacin de
los complejos de cromo trivalente no ocurre de manera instantnea,
sino que se debe dar un tiempo de reaccin hasta lograr el
equilibrio; la formacin del complejo y por tanto la calidad del
recubrimiento de cromo, dependen del pH, temperatura y tiempo de la
reaccin de complejacin. El pH de la solucin debe estar entre 2-4
unidades, a bajas temperaturas la reaccin puede tardar hasta dos
meses en llegar al equilibrio, mientras que a temperaturas ms
altas, del orden de 90C o ms, el tiempo se puede reducir
considerablemente.El reciclaje de los solventesSi es inevitable
usar solventes, la mejor estrategia para administrar los
desperdicios es reciclarlos con equipo de destilacin en el mismo
lugar en que se usan. Este equipo puede manejar cantidades tan
pequeas como cinco galones. Si el operador de la planta no quiere
comprar o alquilar el equipo para usar en la planta, entonces como
ltimo recurso se debe recurrir al reciclaje fuera de la planta. Hay
que tener cuidado para evitar mezclar y as contaminar an ms los
solventes. Los solventes mezclados son difciles y a veces
imposibles de reciclar y deben incinerarse. El reciclaje de
limpiadores de base acuosaEl reciclado de limpiadores de base
acuosa es posible cuando no hay emulsin que evita la separacin del
aceite. Se han demostrado sistemas de cadena cerrada para tratar
los residuos del decapado cido. Recientemente se ha procesado el
licor de decapado gastado a travs de una membrana bipolar, lo cual
resulta en un licor de decapado regenerado y en un filtrado que
contiene los metales precipitados.La recuperacin y reutilizacin del
materialSegn han aumentado los requisitos reglamentarios para los
residuos del enchapado, los mtodos de recuperacin que antes no eran
econmicos se han convertido en viables, particularmente para las
empresas grandes. Aunque las pequeas empresas no puedan implementar
estas tecnologas en la planta misma, se les debe informar sobre los
mtodos relativos de estas alternativas para que puedan tomar las
decisiones apropiadas con relacin al tratamiento fuera de la
planta.Las tecnologas disponibles son: 1) la evaporacin, 2) la
osmosis inversa, 3) el intercambio de iones, 4) la recuperacin
electroltica, y 5) la electrodilisis.La reutilizacin agua de
enjuagueConsidere la posibilidad de usar el agua de enjuague,
desp