Manual de Minimización y Buenas Prácticas en - ecometal

Transcripción

Proyecto
“ACCIONES GRATUITAS dirigidas a trabajadores
activos de PYMEs y profesionales autónomos
relacionados con el sector medioambiental que
desarrollen su actividad en la Comunidad
Valenciana”
“El Fondo Social Europeo contribuye al desarrollo
del empleo, impulsando la empleabilidad, el
espíritu de empresa, la adaptabilidad, la igualdad
de oportunidades y la inversión de recursos
humanos”
“Acciones cofinanciadas por el Fondo Social
Europeo en un 70% (para Objetivo 1) y un 45%
(para Objetivo 3) y por la Fundación
Biodiversidad, en el marco de los Programas
Operativos de “Iniciativa Empresarial y Formación
Continua”2005-2006”
MANUAL
UNIÓN EUROPEA
Fondo Social Europeo
Herramientas de concienciación y
sensibilización para la prevención de la
contaminación en el sector metal-mecánico
de minimización
y buenas prácticas
en el sector de
Galvanotecnia
Edita:
AIMME
Diciembre 2006
Autores:
Jesús Ribera Ferrando
y Francisco Bosch Mossi
Cofinancian:
Fundación Biodiversidad
y Fondo Social Europeo
Proyecto
Agradecimientos:
AIMME agradece a las
empresas CANDEL HIJOS S.L.
y MASUNO su colaboración en
la elaboración de esta guía.
Manual de minimización y buenas prácticas en el sector de galvanotecnia
UNIÓN EUROPEA
INDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVOS
5
9
3.CLASIFICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE
MINIMIZACIÓN
11
3.1. Pérdidas producidas en un proceso
galvánico.
11
4.3.2. Cinc cianurado
22
4.3.2.2. Cinc ácido
23
4.3.3. Cobre cianurado
24
4.3.3.1 Cobre alcalino sin cianuro
24
4.3.3.2 Cobre pirofosfato
25
4.3.3.3. Níquel a alto pH
25
4.3.4. Stripping cianurado
3.1.1. Objetivos de la minimización
11
4.4 Alternativas a los baños conteniendo
3.1.2. Pérdidas sistemáticas.
12
cromo hexavalente
3.1.3. Pérdidas accidentales
13
3.1.4. Pérdidas producidas en el
almacenamiento y manipulación de las
materias primas.
13
26
4.4.1 Introducción
26
4.4.2 Baños de cromo trivalente
27
cloruro
28
4.4.2.2 Cromo trivalente en base
14
4. SUSTITUCIÓN Y/O PURIFICACIÓN DE MATERIAS
PRIMAS
26
4.4.2.1 Cromo trivalente en base
3.2. Clasificación de las Técnicas de
minimización
22
4.3.2.1. Cinc alcalino sin cianuros
sulfato
29
4.4.3 Aleaciones de estaño-cobalto
30
4.4.4 Cromo hexavalente en frío
30
17
4.4.5 Alternativas a los pasivados de
4.1 Introducción
17
cromo hexavalente
4.2 Desengrases
18
4.4.5.1 Pasivados de cromo
19
trivalente
31
21
4.4.5.2 Pasivados exentos de cromo
32
4.2.1 Desengrase biológico
4.3 Alternativas a los baños no cianurados
4.3.1 Introducción
21
4.5 Sustitución de productos quelantes
31
33
5. MODIFICACIONES DEL PROCESO PRODUCTIVO.
36
5.1. Modificación y sustitución de equipos.
36
5.2. Segregación de flujo de residuos.
38
5.3. Racionalización de los sistemas de
enjuague.
UNIÓN EUROPEA
5.3.2.4.3. Cubas de recogida de
goteos
55
5.3.3. Sistemas de enjuague
56
5.3.3.1. Introducción
56
38
5.3.3.2. Diseño óptimo de una cuba
5.3.1. Calidad de una función de enjuague
38
de enjuague
57
5.3.2. Arrastre y su minimización
42
5.3.3.3. Enjuague simple corriente
59
42
5.3.3.4. Enjuague doble (y múltiple)
5.3.2.1. Pérdidas por arrastre
5.3.2.2. Estimación del caudal de
arrastre
en paralelo
44
5.3.2.3. Técnicas de reducción de
arrastres
47
5.3.2.3.1. Control de las
propiedades del baño.
48
5.3.2.3.2. Posicionamiento de las
piezas en los bastidores
49
5.3.2.3.3. Velocidad de extracción
49
5.3.2.3.4. Mantenimiento y diseño
de bastidores y bombos
60
5.3.3.5. Enjuague doble (y múltiple)
en cascada y contracorriente
61
5.3.3.6. Enjuague estanco
62
5.3.3.7. Enjuague ECO
67
5.3.3.8. Enjuague por aspersión
68
5.3.3.9 Reutilización de ciertas aguas
71
5.3.3.10 Enjuague caliente
72
5.4. Técnicas alternativas de deposición
72
5.4.1. Deposición al vacío
72
50
5.4.2. Técnicas de spray térmico
76
51
6. BUENAS PRÁCTICAS MEDIOAMBIENTALES
80
5.3.2.3.5. Diseño óptimo de las
piezas
5.3.2.3.5. Utilización de productos
químicos compatibles
51
5.3.2.4. Técnicas de recuperación directa
de arrastres
5.3.2.4.1. Escurrido sobre el baño
52
52
5.3.2.4.2. Bandejas de recogida de
goteos
6.1. Introducción
80
6.2. Sensibilización y formación de operarios
80
6.3. Compra, almacenamiento y manipulación
81
de materias primas
82
6.3.1. Gestión de compras e inventarios
82
6.3.2. Almacenamiento de productos
55
químicos
82
UNIÓN EUROPEA
6.3.3. Manipulación de productos químicos
83
6.4. Protección de piezas antes y después
del tratamiento
84
6.4.1. Reducción del tiempo de
almacenamiento
7.3.2. Aplicaciones
102
7.3.3. Ventajas
104
7.3.4. Limitaciones
105
7.4. Micro/ultrafiltración
85
6.4.2. Condiciones de almacenamiento
105
7.4.1. Fundamento
105
7.4.2. Aplicaciones
106
y transporte
85
7.4.3. Ventajas
107
6.4.3. Empaquetado de las piezas
85
7.4.4. Limitaciones
108
6.5. Mantenimiento preventivo
86
6.6. Prevención de fugas y derrames
86
7.5.1. Fundamento
108
6.7. Agua de alimentación
87
7.5.2. Aplicaciones
109
7.5.3. Ventajas
112
7.5.4. Limitaciones
113
6.8 Mantenimiento de las condiciones
operativas de los baños
88
7.5. Ósmosis inversa
7.6. Electrodiálisis
7. TECNICAS DE RECICLADO DE BAÑOS Y AGUAS
108
113
7.6.1. Fundamento
113
92
7.6.2. Aplicaciones
114
93
7.6.3. Ventajas
115
7.1.1. Fundamento
93
7.6.4. Limitaciones
115
7.1.2. Aplicaciones
94
7.1.3. Ventajas
95
7.1.4. Limitaciones
96
DE ENJUAGUE
7.1. Evaporación
7.2. Electrólisis
7.2.1. Fundamento
7.2.2. Aplicaciones
96
96
97
7.2.3. Ventajas
100
7.2.4. Limitaciones
101
7.3. Intercambio iónico
101
7.3.1. Fundamento
101
UNIÓN EUROPEA
Introducción
1
L
a más conocida definición de Desarrollo sostenible es la de la Comisión
Mundial sobre Ambiente y Desarrollo (Comisión Brundtland) que en 1987 definió
Desarrollo Sostenible como:
El desarrollo que asegura las necesidades del presente sin comprometer
la capacidad de las futuras generaciones para enfrentarse a sus propias
necesidades".
Según este planteamiento el desarrollo sostenible tiene que conseguir a la vez:
Satisfacer a las necesidades del presente, fomentando una actividad
económica que suministre los bienes necesarios a toda la población mundial.
Satisfacer a las necesidades del futuro, reduciendo al mínimo los efectos
negativos de la actividad económica, tanto en el consumo de recursos como
en la generación de residuos, de tal forma que sean soportables por las
próximas generaciones.
Por tanto, cuando una empresa decide desarrollar su actividad económica
enmarcada en el concepto de desarrollo sostenible debe incorporar progresivamente
las mejores tecnologías disponibles, las denominadas tecnologías limpias, con
objeto de producir con el mínimo impacto ambiental posible.
UNIÓN EUROPEA
Las posibilidades de minimizar el impacto ambiental
definido por la oficina de prevención y control integrado
en el sector de tratamiento de superficies abarcan todas
de la contaminación (IPPC), habiendo sido editado por
las etapas productivas, desde el almacenamiento de
la Comisión Europea. Igualmente, se incluye información
productos químicos o la refrigeración de cubas, hasta las
extraída de la experiencia de más de 15 años del Instituto
operaciones de enjuague, baños electrolíticos o depuración
Metal-Mecánico de la Comunidad Valenciana en el
de vertidos. La minimización de la contaminación se puede
asesoramiento medioambiental a empresas del sector de
plantear tanto en el origen, es decir en la fuente de la
tratamiento de superficies.
contaminación, como para el reciclaje o reutilización de
un residuo o emisión.
El manual se divide en siete bloques. Los tres primeros
introducen el manual, enumeran los objetivos del mismo,
La experiencia demuestra que la reducción del nivel
y presentan las técnicas de minimización. Los otros cuatro
de emisiones y residuos, bien en origen, bien por
describen las distintas opciones de minimización agrupadas
implantación de tecnologías de reciclaje, puede llevar
según las siguientes áreas:
asociado importantes ahorros de costes, así como mejoras
en la calidad, ya sea del proceso o del producto acabado.
Substitución y/o modificación de materias primas
Modificación del proceso productivo
El presente manual pretende ser una herramienta de
Buenas prácticas medioambientales
trabajo que permita a las empresas plantearse posibles
Tecnologías de reciclaje
opciones de minimización económica asociadas a la
minimización medioambiental, con lo cual conseguirán
La información que contiene el manual así como su
enmarcarse en el denominado “desarrollo sostenible”.
estructura permiten que se pueda utilizar como un
complemento a aquellas publicaciones que guían para la
Aunque el contenido del manual tiene múltiples y
realización de los denominados planes de minimización
prestigiosas fuentes de información, se ha tomado como
de residuos y emisiones. Estas publicaciones son muy
referencia más importante el documento de mejores
útiles para la estructurar dicho plan pero suelen ser de
técnicas disponibles (MTD´s) para tratamientos superficiales
carácter muy horizontal, de tal forma que no permiten
6
UNIÓN EUROPEA
identificar las oportunidades de minimización que tiene
una actividad industrial en particular. Es aquí donde se
muestra útil el presente Manual, de tal forma que tales
oportunidades se concretan en actuaciones claras y
fácilmente evaluables económicamente.
7
UNIÓN EUROPEA
Objetivos
2
L
os objetivos del presente manual se enmarcan dentro de tres áreas
fundamentales en el ámbito medioambiental:
Información
Concienciación
Divulgación
Los objetivos están dirigidos al mundo empresarial, y son los siguientes:
1_. Informar de la existencia de prácticas y alternativas de minimización de
residuos y vertidos, con un coste asumible por la pequeña y mediana empresa.
2_. Concienciar al empresario de que un comportamiento medioambiental
correcto no supone un gasto añadido al producto fabricado, sino todo lo contrario,
un ahorro de materias primas y de gestión de residuos/vertidos.
3_. Divulgar el manual como una herramienta de ayuda con el fin de facilitar
la toma de decisiones tendentes a la implantación de un plan de minimización.
Para conseguir los objetivos citados, el manual se ha estructurado de forma
clara y sencilla, sin que por ello deje de contener la información técnica necesaria
para la correcta implantación de cada una de las opciones de minimización que
se plantean.
UNIÓN EUROPEA
Clasificación de las técnicas
de minimización
3
3
.1. Pérdidas producidas en un proceso galvánico.
3.1.1. Objetivos de la minimización
En un proceso galvánico existen varios puntos donde se pierde materia
prima. Teniendo como referencia un proceso standard donde se incluye un
baño galvánico y su correspondiente enjuague, las pérdidas se ven reflejadas
en el siguiente esquema:
Arrastre de vapores
Lavado de gases
Arrastres
Evaporación
Mantenimiento
del baño (filtración,
decantación...)
Enjuague
Goteos sobre el suelo
=Perdidas
Lavado de suelos
y manteriales
anexos
Vaciado del
baño
agotado
Lodos
residuales
Vertidos
continuos
Vaciado aguas
de lavado
Fig 3.1.- Pérdidas producidas en un baño galvánico
UNIÓN EUROPEA
La minimización o prevención, tiene como objetivo
principal el desarrollo de técnicas de reducción de estas
pérdidas en la misma fuente donde se generan, evitando
así que pasen a formar parte de la contaminación presente
en las emisiones, vertidos y residuos. La aplicación de
estas técnicas, permiten a la empresa la obtención de
beneficios económicos mediante la reducción de la
contaminación.
A continuación se detallará el origen
de las pérdidas producidas en un proceso
galvánico.
PRODUCTO
QUÍMICO
3.1.2. Pérdidas sistemáticas.
CIANURO
Estas pérdidas son de varios tipos:
Vaciado total o parcial de baños
agotados
Pérdidas por arrastres del baño en
las aguas de enjuague
Pérdidas por evaporación de los baños
Pérdidas por fugas y derrames
Limpieza de materiales
Limpieza de equipos, filtros, ánodos,
etc.
Depuración de baños de trabajo
La evaluación de estas pérdidas puede
ser efectuada a partir de las cantidades
de productos químicos consumidas, las
CROMO VI
DEPOSICIÓN
DE METALES
DEPOSICIÓN
QUÍMICA DE
METALES
cuales dependen de los siguientes factores:
Modo operacional
Condiciones operativas
A pesar de la gran diversidad existente de procesos
productivos, se pueden establecer valores representativos
de tasas de pérdidas para distintos baños de tratamiento:
TRATAMIENTO UTILIZADO
PERDIDA EXPRESADA EN % DEL
CONSUMO DE PRODUCTO
Reacciones
químicas TOTAL
Baños
agotados
Vapores
60-90%
50-60%
10%
10%
10-40%
30-40%
100%
Trat. Térmicos
80-90%
80-90%
30-50%
0-5%
0-10%
20%
10%
10%
20%
100%
100%
50-70%
Cromado duro
0-25%
25-50%
0-5%
30-50%
Cromado decorativo
50-60%
20-30%
0-5%
80-90%
Pasivado Trat. químicos
60-80%
0-20%
0-20%
70-90%
Cobre ácido/alcalino/cianurado
Zinc ácido/alcalino/cianurado
5-20%
5-15%
5-20%
5-15%
Niquel ácido
5-15%
5-15%
Cobre químico
30-70%
30-70%
Níquel químico
30-80%
30-80%
Trat.
electrolítico
Desengrase
Trat.
químicos
Desengrase
Baño de electro- deposición
Neutralización
100%
Tabla 3.1- Pérdidas de productos producidas en los procesos galvánicos (J.N. Breuil ).
12
UNIÓN EUROPEA
3.1.3. Pérdidas accidentales
3.1.4.Pérdidas producidas en el almacenamiento
y manipulación de las materias primas
Estas pérdidas son, por definición, difíciles de
cuantificar. Provienen de accidentes, como por ejemplo:
Perforación de una cuba de trabajo
Desbordamiento de una cuba de trabajo
Contaminación de un baño por falsa maniobra
(adición de un producto indeseable)
Fugas en conducciones
Sifonado de la cuba
No se puede olvidar que los productos químicos, antes
de ser empleados en la cadena de tratamiento de superficies,
pueden ser en origen una fuente potencial de contaminación:
Durante su almacenaje
En su manipulación
En la gestión de los envases
A continuación se exponen los principales riesgos de
contaminación:
ORIGEN
Apertura de recipientes
Goteo
Deterioro de un baño de
trabajo por mezclas
incompatibles
Envases
RIESGOS DE CONTAMINACIÓN
Recipientes frágiles
Deformaciones de los mismos
Generación de gas en el interior
Golpes y accidentes en el momento de la manipulación
Malas condiciones de almacenaje
Explosión
Goteo en el suelo
Vertido a la red de alcantarillado
Recipientes mal cerrados
Conducciones defectuaosas
Manipulación poco cuidadosa
Vertido en operaciones de carga y descarga
Vertido al suelo por goteo
Error en la identificación de un producto
Etiquetado erróneo o ausencia de etiquetado
Reutilización del etiquetado
Vertido en el baño de recubrimiento
Eliminación de los envases deteriorados, conteniendo producto
Vertido en contenedor de residuos general de la empresa
Tabla 3.2 - Riesgos de contaminación por manipulación y almacenaje de productos. (J.N. Breuil )
13
3.2.Clasificación de las Técnicas de
minimización
competitividad dentro de su estrategia empresarial.
Una clasificación de referencia obligada de las técnicas
de minimización que pueden ser aplicadas por las industrias
para la consecución de sus objetivos medioambientales,
es la dada en el Manual MEDIA, publicado por el Ministerio
de Industria, Comercio y Turismo y que se refleja en la
figura que se adjunta.
MEDIA son las iniciales correspondientes a Minimización
Económica del Impacto Ambiental, tema genérico abordado
por dicho Manual. La publicación se encuadra en el marco
de la iniciativa EUREKA, programa europeo de cooperación
en el ámbito de la investigación y desarrollo orientado al
mercado. El manual se concibe como una herramienta
que permite a las empresas desarrollar medidas, técnicas
y procedimientos tendentes a la prevención de la
contaminación, ayudando al empresario a considerar el
aspecto medioambiental como un factor más de
PRIORIDAD DE
LA TÉCNICA
Reducción en la Fuente
PREVENCIÓN DE
CONTAMINACIÓN
OTRAS TÉCNICAS
ALTERNATIVAS
UNIÓN EUROPEA
Es muy importante aplicar las técnicas en el orden
que se indica en la tabla, estudiando primero las
posibilidades de reducción en la fuente, intentando después
el reciclaje interno, y utilizando el reciclaje externo
únicamente en caso de que los dos anteriores no sean
factibles.
A continuación se introduce de forma breve cada una
de las opciones de minimización, de acuerdo con el Manual
Media, sirviendo de base para la estructura del presente
manual.
A) Técnicas de prevención (reducción en origen)
Son técnicas basadas en la minimización de la cantidad
y/o peligrosidad de las emisiones y residuos en la misma
fuente donde se generan mediante alguno de los siguientes
métodos:
Sustitución y/o purificación de materias primas
Modificación en el proceso productivo
Modificación en equipos auxiliares y actividades complementarias
Sustitución o modificación del producto
Reciclaje en el
Emplazamiento
Reciclaje para su empleo como materia prima
Recuperación de material
Utilización del residuo para la aplicación útil
Reciclaje externo
Venta a otra empresa
Pago por su retirada a un gestor de residuos
SECUENCIA
ACTUACIÓN
Figura 3.2. Técnicas de minimización que pueden aplicar las industrias (Manual Media)
14
UNIÓN EUROPEA
Utilización de materias primas sin contaminantes o
con una menor proporción de éstos: Supone la
sustitución una materia prima con un potencial alto
de contaminación por otra con prestaciones técnicas
similares, pero que su utilización suponga un menor
impacto medioambiental. Otra opción es la purificación
de la materia prima con el objeto de alargar su vida
útil (muchas veces se puede exigir al proveedor que
nos suministre el producto con su mayor grado de
pureza).
Modificación del proceso productivo: Se trata de
cambios en la tecnología, de procedimiento, sustitución
de equipos y maquinaria, segregación de flujos de
residuos, mejoras en la gestión de materiales, etc.
Alteraciones en los equipos auxiliares (calderas, compre
s o res, generadores de vapor, etc.) o modificación
de actividades complementarias al proceso productivo
(mantenimiento, limpieza de instalaciones, depuración
de materiales, etc.)
Sustitución o modificación del producto por otro
alternativo compatible con el actual, o incluso con
ventajas desde el punto de vista del mercado. El
cambio debe suponer una menor generación de
emisiones y residuos.
B) Técnicas de reciclaje en el emplazamiento
Son técnicas basadas en el reciclaje del residuo
o emisión dentro de la propia instalación, existiendo varias
alternativas:
15
Empleo del residuo como materia prima en el mismo
proceso de fabricación o en otro proceso.
Recuperación de algún material que forme parte del
residuo y que pueda ser utilizado dentro del
emplazamiento.
Utilización del residuo para diferentes aplicaciones
útiles dentro de la empresa.
Cuando las dos primeras alternativas no son viables,
se plantea una tercera opción, reciclaje externo, que
ofrece dudas acerca de si debe ser considerada dentro
del ámbito de la minimización o no, pero en cualquier
caso, es la única alternativa actual que puede escoger
una empresa cuando el resto de opciones de minimización
han sido rechazadas.
C) Técnicas de reciclaje externo
En este caso los residuos son retirados por una empresa
externa, existiendo dos modalidades:
El residuo es útil como materia prima o segunda
materia en una empresa externa, la cual está dispuesta
a pagar dinero por él. En este caso, el residuo o
emisión se convierte en un subproducto que es vendido
a dicha empresa. Las bolsas de residuos son muy
útiles para encontrar un posible comprador de los
mismos.
Se paga a un gestor de residuos para que lo retire y
lo trate o regenere en sus instalaciones.
UNIÓN EUROPEA
Sustitución y/o purificación
de materias primas
4
4
. 1 Introducción
La sustitución de las materias primas es una de las posibles alternativas a
utilizar con el fin de reducir la generación de residuos y vertidos en las empresas.
En muchos casos, se están empleando materias primas altamente contaminantes
en los procesos de preparación de las piezas o en los baños de proceso. Sin
embargo, existen en el mercado materias primas alternativas basadas en
productos de menor peligrosidad, y que al mismo tiempo realizan la misma
función o proporcionan los mismos resultados que las materias primas
tradicionales. Algunas de estas materias primas ya se han probado obteniendo
buenos resultados.
La sustitución puede llevarse a cabo por:
La sustitución directa de una sustancia por otra menos perjudicial. Un
ejemplo es la sustitución de EDTA o NTA por derivados del ácido glucónico.
Sustitución por diferentes procesos químicos. En este grupo se encuentran
la mayor parte de las alternativas. La alternativa se usa cuando no hay una
sustancia que pueda ser directamente reemplazada, como en el caso anterior,
por ejemplo, sustitución del cinc cianurado por cinc alcalino exento o cinc
UNIÓN EUROPEA
ácido. Los procesos alternativos pueden producir
Modificación de las características externas del depósito
recubrimientos de propiedades distintas al proceso
(por ejemplo: diferencia de color en el depósito).
original, incluso cuando el metal depositado es el
mismo.
En todo caso, es esencial discutir los cambios previstos
con el cliente final antes de realizarlos. Es una buena
El cambio de las materias primas actuales por las
práctica no poner en marcha ningún cambio sin tener un
materias primas alternativas sólo se puede realizar cuando:
conocimiento preciso de las exigencias del cliente. Cualquier
incumplimiento de estas exigencias puede conducir a una
La calidad y los resultados a obtener son al menos los
pérdida de confianza del cliente y a un aumento de los
mismos que con los productos o procesos existentes.
rechazos.
Los residuos generados con el proceso alternativo son
Existen varias opciones que se han demostrado como
globalmente inferiores en cantidad y toxicidad después
sustitutos viables para los procesos actuales. Estos procesos
de un tratamiento eficiente del agua residual.
alternativos se describen a continuación.
Los costes son económicamente aceptables.
4.2 Desengrases
Las principales barreras al empleo de los procesos
alternativos en procesos de recubrimientos metálicos son:
Un factor esencial para la preparación de los metales
Desconfianza ante nuevos productos con resultados
antes de cualquier proceso de acabado (fosfatación,
inciertos.
galvanizado, pintura, etc) es que la superficie de los
mismos se encuentre limpia y activa.
Cambios en la forma de trabajo.
Los baños de desengrase clásicos están compuestos
Efectos secundarios asociados al desconocimiento de
de sosa o potasa, de fosfatos, silicatos, carbonatos,
proceso y de los compuestos empleados.
agentes complejantes y tensoactivos; cada uno de estos
18
UNIÓN EUROPEA
elementos son capaces de eliminar las grasas y mantenerlas
tensoactivos y bacterias desengrasantes. Las bacterias
en suspensión con el fin de obtener una superficie limpia
aseguran la degradación de la suciedad y la grasa presente
y apta para recibir el depósito o el tratamiento de superficie
en la pieza. El baño también presenta una solución nutritiva
deseado.
para asegurar el mantenimiento de los microorganismos.
A medida que se utiliza el baño de desengrase, los
Los microorganismos empleados son inofensivos para
aceites y las grasas se acumulan haciendo ineficaz el
la especie humana ya que se presentan habitualmente
desengrase y momento en el cual es necesario cambiar
en los sistemas minerales en descomposición, y no se
el baño. Sin embargo, el baño de desengrase está
encuentran asociados a las bacterias que generan
compuesto por productos más o menos nocivos o tóxicos
enfermedades. Los lodos producidos en el proceso no
para el medio ambiente por lo que su vertido directo es
contienen partículas nocivas para el medio ambiente y
casi imposible.
excepto contaminaciones accidentales, se pueden eliminar
como residuos no peligrosos después de una verificación
4.2.1 Desengrase biológico
según la legislación vigente.
Los desengrases biológicos, aplicados hace unos años
El sistema permite eliminar la suciedad que se acumula
a otros sectores industriales para operaciones de
en el baño de forma continua, con lo que se alarga
desengrase y limpieza, combinan la capacidad de emulsión
enormemente la duración del baño, reduciendo por tanto
de los productos desengrasantes en disolución acuosa
los costes de gestión del mismo una vez agotado.
con la degradación biológica de los aceites y grasas
retenidos en la disolución desengrasante, por medio de
El sistema lleva adosado un equipo para precipitar y
ciertos microorganismos naturales que se adicionan al
eliminar las partículas presentes en el baño y los
baño junto con el desengrasante.
microorganismos muertos.
Los desengrases biológicos están formados por una
disolución neutra pH = 7 a una temperatura media de
aproximadamente 45ºC y compuesta por una mezcla de
19
Baño de
desengrase
Productos
Desengrasantes
Aireación
(Pretratamiento)
Agua de enjuague
(Recuperación)
Enj
Aireación
Enj
UNIÓN EUROPEA
En la actualidad, los desengrases biológicos existentes
tan solo pueden ser utilizados como predesengrases,
pero situados como etapa previa a un desengrase
electrolítico alargan la vida de éste al reducir
sustancialmente los arrastres de aceites y grasas que
llegan al mismo.
Las ventajas medioambientales del sistema pueden
resumirse en:
Operación a pH neutro, con bajas temperaturas de
trabajo.
Aceite
Degradado
Reducción del consumo de productos de desengrase,
ya que la solución rara vez necesita ser reemplazada.
Bio Aditivos
Reducción en el uso de sustancias peligrosas.
Figura 4.1. Esquema de desengrase biológico
El baño de desengrase debe cumplir las características
adecuadas para la supervivencia de los microorganismos:
el baño es recirculado hasta otra cuba donde se realiza
el ajuste del pH y las adiciones de concentrado para el
mantenimiento del baño. Los baños trabajan a bajas
temperaturas (hasta 45ºC) y presentan agitación por aire
(bacterias aerobias), pudiendo ser utilizadas para todo
tipo de metales (acero, zamak, latón, aluminio, etc).
Reducción del consumo de reactivos neutralizantes
cuando el baño necesita ser vertido y menor impacto
de los tensioactivos en el tratamiento de las aguas
residuales.
Menores pérdidas por evaporación y menos necesidad
de extraer los vapores de agua del proceso
Se han descrito algunos problemas con ciertos aceites
y grasas que pudieran contener compuestos sulfurados.
20
UNIÓN EUROPEA
En algunas aplicaciones, la biomasa de la solución
desengrasante puede ser parcialmente arrastrada a otros
procesos causando problemas de calidad en los mismos.
Para evitar ese problema, relacionada con la limitada
eficacia de separación de los sistemas lamelares, se están
estudiando sistemas de separación con membranas.
Existen ciertas sustancias que son tóxicas para las
bacterias tales como cianuro, cobre, AOX etc. que pudieran
llegar por arrastre a la solución, así como ciertas pastas
de pulir que pueden tener carácter biotóxico.
Este dispositivo de desengrase puede ser empleado en
numerosas industrias de tratamiento de superficies: en
cadenas de cincado, de niquelado, de pintura, de
galvanizado, para la preparación de metales como aluminio,
cobre, aceros, etc.
4.3 Alternativas a los baños cianurados
4.3.1 Introducción
Posiblemente la sustancia más tóxica utilizada en los
talleres de galvanotécnia sea el cianuro. Es una sustancia
que se ha utilizado ampliamente debido a sus buenas
propiedades como complejante y su tolerancia a las
impurezas y a las variaciones en la composición del baño.
21
Sus principales inconvenientes son su elevada toxicidad
y el alto coste del tratamiento de sus aguas residuales.
Los beneficios de reemplazar los baños cianurados
con soluciones exentas incluyen una reducción de impactos
ambientales y riesgos para la salud. Los baños exentos
presentan los siguientes beneficios:
Reducen los riesgos laborales en los trabajadores
Pueden reducir los costes y la complejidad de
tratamiento de las soluciones agotadas
No poseen riesgo de desprendimiento de HCN
Pueden aumentar la velocidad de recubrimiento
Eliminan un componente peligroso y sus vertidos y
residuos derivados
Reducción de AOX (haluros orgánicos): los AOX pueden
generarse mediante la oxidación química del cianuro
en las aguas residuales con hipoclorito sódico
Puede reducir la generación de lodos debido a las
concentraciones metálicas.
A continuación se describirán las últimas tendencias
en cuanto a la sustitución de los baños cianurados de uso
más frecuente.
4.3.2. Cinc cianurado
Hace escasamente quince años prácticamente todos
los baños de electrocincado de la Comunidad Valenciana
eran cianurados. Este baño es quizás una de las muestras
de los cambios que se han producido en el sector en los
últimos años, ya que en la actualidad son raros los baños
de cinc cianurado que existen funcionando todavía.
UNIÓN EUROPEA
baño cuando no trabaja. Concentraciones de metal muy
bajas, producen una caída de la eficacia de la deposición
por debajo del 60%, mientras que concentraciones muy
elevadas de metal producen depósitos mates y grises.
Al aumentar la concentración de hidróxido de sodio,
aumenta la eficacia de la deposición, sin embargo,
concentraciones excesivamente altas pueden causar el
crecimiento del metal en filos y esquinas.
4.3.2.1. Cinc alcalino sin cianuros
El sustituto más reciente para el cinc cianurado es el
baño de cinc alcalino o cinc exento. Se formula con
hidróxido sódico y cinc. Da buenos resultados de brillo,
penetración y uniformidad de depósito, y sus aguas de
enjuague son fáciles de tratar. Además genera menos
lodos en la depuración debido al bajo contenido en metal.
Las características operativas de los baños no
cianurados dependen en gran medida del tipo de aditivos
y agentes abrillantantes empleados en el mismo. Aunque
los baños alcalinos no cianurados son baratos de preparar
y producen efluentes libres de cianuros, presentan un
intervalo de concentración de cinc muy estrecho.
Se le ha atribuido problemas en el pasivado amarillo,
aunque las últimas formulaciones comerciales proporcionan
un excelente brillo y buen color.
Frecuentemente da problemas de ampollado que se
pueden relacionar con una defectuosa preparación de la
pieza o con un exceso de abrillantantes. Por esta razón
se debe llevar un mantenimiento más cuidadoso que con
el cinc cianurado.
A los beneficios medioambientales de no utilizar cianuro
y simplificar las necesidades de tratamiento de aguas
residuales se unen los siguientes efectos colaterales:
Al trabajar con voltajes altos, a causa de ánodos
insolubles, y presentar un bajo rendimiento eléctrico
(entre un 50 - 70 %, disminuyendo con el aumento
de la densidad de corriente), el proceso consume al
El problema más común de este tipo de baño es el
control del cinc metal, el cual se debe vigilar
cuidadosamente y se debe evitar dejar los ánodos en el
22
UNIÓN EUROPEA
menos 2 veces más energía que cualquier otro proceso
con zinc. Con electrolitos de Potasio la eficiencia de
corriente puede aumentarse hasta el 70 %. Hay
referencias de que en procesos bien llevados es posible
2
alcanzar rendimientos de un 70 – 85 % a 2 A/m .
Debido a su bajo rendimiento, la capacidad de los
baños debe ser mayor (posiblemente 2 veces) que la
de los baños ácidos.
Se necesita una mayor extracción de aire que en otros
procesos de zinc. Se puede optimizar mediante el uso
de agentes humectantes, que proporcionan una capa
de espuma al baño. Otra opción es cubrir la cuba
donde se disuelve el zinc, aunque los supresores de
espuma pueden contener PFOS (perfluorooctano
sulfonato).
La sustitución del baño de cinc cianurado por el cinc
alcalino sin cianuros está considerada una MTD en aquellos
casos en que se requiere un buen poder de reparto.
4.3.2.2. Cinc ácido
Sustituir las soluciones de cinc cianurado por cinc
ácido también se considera una MTD cuando se requiere
una óptima eficacia energética, una reducción del impacto
medioambiental y un acabado brillante.
23
Este proceso es ya antiguo, estando en el mercado
desde los años 60. El proceso proporciona una resistencia
a la corrosión comparable con los acabados obtenidos con
los electrolitos alcalinos. El poder de reparto sin embargo
es inferior, oscilando de pobre a aceptable, y siendo mejor
en aquellos electrolitos que trabajan en caliente. Es
especialmente eficaz para el cincado de hierro fundido y
aceros al carbono y nitrurados.
Los electrolitos se formulan con cloruro de cinc, cloruro
potásico, y/o sódico, ácido bórico y humectantes. Las
soluciones presentan una buena conductividad y un alto
rendimiento eléctrico (aproximadamente un 95 %), lo
cual implica un menor consumo energético.
Su utilización, sin embargo, puede producir efectos
colaterales como un aumento en la producción de lodos
(hasta cuatro veces más sólidos respecto a los baños
cianurados). También puede ser necesaria la extracción
de nieblas ácidas, para la prevención de la corrosión de
las instalaciones, y el subsiguiente tratamiento de las
mismas. Finalmente necesita ser precedido por un
desengrase de alta calidad, y necesita mayores
requerimientos de control y mantenimiento.
4.3.3. Cobre cianurado
4.3.3.1 Cobre alcalino sin cianuro
La aparición de baños de cobre alcalinos es mucho
más reciente que la de los baños de cinc exento comentados
en el punto anterior. Su utilización no es frecuente y el
número de empresas que lo tienen instalado es pequeño
aunque creciendo.
El beneficio obvio de los baños de cobre alcalino sin
cianuro es la eliminación del cianuro en las aguas residuales,
pero existen otros beneficios, no tan evidentes, como la
alta velocidad de deposición a bombo, ausencia de envases
contaminados de cianuro, menor generación de lodos
residuales debido a una menor concentración del metal
en el baño, una simplificación en el tratamiento de las
aguas residuales y ausencia de problemas por acumulación
de carbonatos.
Los baños de cobre no cianurados requieren un análisis
más frecuente que los baños cianurados. Estos últimos
no requieren un control del baño tan exhaustivo porque
eliminan impurezas. Los baños no cianurados son menos
tolerantes por tanto las etapas de limpieza y activación
de la superficie son críticas para obtener un buen acabado.
Por lo general presentan problemas en la deposición
UNIÓN EUROPEA
sobre zámak, aunque ya han aparecido algunas
formulaciones que parecen solventar este inconveniente.
Son más sensibles a las impurezas y el control del baño
es más complejo, necesitando una celda de purificación
anexa en algunos casos.
El baño trabaja a un pH inferior al cianurado (8,8-9,8,
frente a 13-14). Su poder de penetración es superior al
del cianurado, sobre todo en recubrimientos a bombo.
El proceso no cianurado emplea sales cúpricas (Cobre
II), mientras que el cianurado utiliza cuprosas (cobre I),
siendo el ión cuproso un contaminante que se debe
eliminar. La eliminación del cuproso se efectúa en ciertos
baños en una celda aneja de oxidación anódica que
previene la acumulación del ión. Para su funcionamiento
requiere una buena filtración con carbón y una excelente
preparación de la superficie.
El hecho de que el cobre se encuentre en forma cúprica
implica una menor velocidad de deposición a la misma
densidad de corriente que el baño cianurado, requiriendo,
al mismo tiempo, el doble de consumo energético.
A pesar de las ventajas medioambientales, hoy por
hoy, los costes del proceso son mayores que los del cobre
cianurado, incluso considerando el ahorro de costes en
el proceso de depuración.
24
UNIÓN EUROPEA
4.3.3.2 Cobre pirofosfato
El BREF de Tratamiento de superficies metálicas
propone como MTD el sustituir el cobre cianurado por
cobre ácido o cobre pirofosfato, excepto para el cobre
strike sobre acero o zámak.
El cobre pirofosfato ha sido utilizado principalmente
para la obtención de depósitos de espesor en aplicaciones
técnicas, habiendo desempeñado un escaso papel para
la utilización convencional de los baños de cobre. Se
formula en base a pirofosfato de cobre y pirofosfato
potásico, utilizando como aditivos ácido cítrico y amoniaco.
El pirofosfato se descompone continuamente por
hidrólisis si el pH no se mantiene suficientemente, acortando
la vida de la solución. Sin embargo, debidamente
mantenido, el baño puede alcanzar una vida de más de
10 años.
La principal desventaja del proceso es que es caro y
el tratamiento del agua no es menos complejo que el del
baño cianurado. Se requiere un tratamiento con lechada
de cal, ya que el hidróxido sódico no precipita el pirofosfato
de cobre, produce más lodos y requiere un tratamiento
específico para la eliminación del amonio.
25
Una alternativa poco conocida frente a los baños de
strike de cobre cianurado sobre zámak o amalgama de
cinc, y que fue utilizado en el pasado, es el baño de níquel
de alto pH, que se abandonó debido a sus elevados
requerimientos de control analítico y preparación de la
pieza, y que en los últimos años se está volviendo a
recuperar.
El baño se formula con sulfato de níquel, cloruro
amónico, sulfato sódico y ácido bórico y opera a un pH
entre 5,3 y 5,8. En el proceso de recubrimiento se produce
contaminación no severa de cinc que debe ser eliminada
por electrólisis a baja densidad de corriente en celda
aparte. El baño no necesita aditivos.
Debido al alto contenido en sodio, el recubrimiento
que produce es frágil y quebradizo, por lo que solo debe
ser utilizado como “strike” previo al níquel convencional.
Aunque el baño elimina el cianuro presenta el
inconveniente adicional del amonio, que debe ser vigilado
con una buena política de reducción de arrastres. Otro
inconveniente es el que, debido a su alto contenido en
metal, produce más lodos que los procesos convencionales.
UNIÓN EUROPEA
Una alternativa poco conocida frente a los baños de
strike de cobre cianurado sobre zámak o amalgama de
cinc, y que fue utilizado en el pasado, es el baño de níquel
de alto pH, que se abandonó debido a sus elevados
requerimientos de control analítico y preparación de la
pieza, y que en los últimos años se está volviendo a
recuperar.
El baño se formula con sulfato de níquel, cloruro
amónico, sulfato sódico y ácido bórico y opera a un pH
entre 5,3 y 5,8. En el proceso de recubrimiento se produce
contaminación no severa de cinc que debe ser eliminada
por electrólisis a baja densidad de corriente en celda
aparte. El baño no necesita aditivos.
Debido al alto contenido en sodio, el recubrimiento
que produce es frágil y quebradizo, por lo que solo debe
ser utilizado como “strike” previo al níquel convencional.
Aunque el baño elimina el cianuro presenta el
inconveniente adicional del amonio, que debe ser vigilado
con una buena política de reducción de arrastres. Otro
inconveniente es el que, debido a su alto contenido en
metal, produce más lodos que los procesos convencionales.
4.3.4. Stripping cianurado
El proceso de stripping es necesario cuando se deben
reprocesar piezas defectuosas sin dañar las propiedades
del metal base. También se utiliza para desmetalizar los
contactos de los bastidores y así alargar la vida de estos.
Pueden utilizarse sistemas químicos o electrolíticos,
o una combinación de ambos. Muchos sistemas químicos
utilizan todavía en su formulación cianuros, el cual no
ataca el acero pero compleja eficazmente la mayor parte
de los metales utilizados como recubrimiento.
La utilización de estos procesos de desmetalizado da
como resultado la generación de residuos líquidos
cianurados en el momento en que se agota su capacidad
desmetalizante. El tratamiento y eliminación de estos
residuos y de los enjuagues asociados es complicada,
debido a la elevada estabilidad de los complejos formados,
especialmente los de níquel cianuro.
Existen en el mercado desde hace años formulaciones
de desmetalizado sin cianuro para eliminar cobre o níquel
de varios sustratos. Estas formulaciones pueden contener
iones amonio o aminas que actúan como complejantes.
También existen soluciones conteniendo persulfatos o
cloritos.
La gran variedad de strippers no cianurados dificulta
la generalización sobre sus condiciones operativas. Algunos
funcionan a temperatura ambiente, mientras que otros
26
UNIÓN EUROPEA
lo hacen en caliente. Pueden encontrarse strippers ácidos
y también básicos, e incluso algunos que funcionan
electrolíticamente. No obstante la sustitución es sencilla
ya que, por lo general, pueden utilizarse las mismas
instalaciones que para los strippers cianurados.
Las principales desventajas del uso de estos baños
son:
Problemas de seguridad en aquellos procesos que
trabajan a alta temperatura.
Velocidad de desmetalizado inferior que en las
formulaciones conteniendo cianuro.
Algunas formulaciones pueden producir efectos
indeseables en el sustrato.
4.4 Alternativas a los baños conteniendo
cromo hexavalente
4.4.1 Introducción
El cromo hexavalente es uno de los elementos que ha
permitido mejorar considerablemente la protección
anticorrosiva de las piezas de hierro. Se encuentra en las
pasivaciones asociadas a los depósitos de cinc o como capa
decorativa posterior a recubrimientos de níquel.
Sin embargo, el cromo hexavalente es altamente tóxico,
corrosivo, cancerígeno y contaminante de la atmósfera;
27
presenta altos costes de depuración y produce lodos de
depuración abundantes y peligrosos.
Además, las nuevas directivas europeas, limitan la
cantidad de cromo bajo la forma hexavalente en la
fabricación de vehículos y aparatos eléctricos y electrónicos.
Todo ello hace imperiosa la necesidad de sustituir el cromo
hexavalente por otros procesos alternativos que cumplan
los mismos requisitos.
Las alternativas que se pueden encontrar funcionando
en el mercado se formulan con cromo trivalente, pero más
recientemente han aparecido alternativas que no contienen
cromo o que trabajan a baja concentración de cromo
hexavalente. La sustitución no es sencilla, ya que el
recubrimiento que proporciona el cromo hexavalente es
de unas excelentes propiedades, sobre todo de resistencia
a la corrosión.
4.4.2 Baños de cromo trivalente
Los baños de cromo decorativo formulados con cromo
trivalente existen en el mercado desde el año 1973. Se
considera una MTD reemplazar el cromo hexavalente por
cromo trivalente para usos decorativos cuando las
especificaciones del recubrimiento no exijan Cr (VI) o
cuando los requerimientos de resistencia a la corrosión
sean bajos (por ejemplo, donde el requerimiento CASS
sea menor de 16 h). Cuando se requiera una mayor
resistencia a la corrosión, se puede usar el cromo trivalente
UNIÓN EUROPEA
con una mayor capa de níquel o una pasivación orgánica.
Los primeros baños de cromo trivalente se formularon
en base cloruro, apareciendo después los de base sulfato,
los cuales requieren filtración, agitación por aire, tratamiento
con carbón y calefacción. Ambos procesos requieren,
además de la calefacción, refrigeración para evitar
sobrecalentamientos.
En los casos donde se ha implantado el proceso se han
encontrado los siguientes beneficios:
Reducción o eliminación del almacenamiento,
manipulación y uso de compuestos de cromo
hexavalente.
Reducción de los lodos residuales del tratamiento de
efluentes de 10 a 30 veces menos.
Una de las mejores características de los baños de
cromo trivalente es que no “quema” pudiendo trabajar a
elevadas densidades de corriente. Además la penetración
que produce es excepcional, con un poder de cubrición
mucho mejor que el de los baños de cromo hexavalente.
Sin embargo son más sensibles a la contaminación, de ahí
la exigencia de las continuas purificaciones y los tratamientos
con carbón.
El control analítico de los baños trivalentes es más
crítico, así como el control del pH de la solución. Uno de
los principales inconvenientes del baño de cromo trivalente,
además de su precio, es que produce depósitos más oscuros
que el cromo hexavalente. Los últimos aditivos que han
aparecido parece que mejoran bastante el color, pero aún
así frecuentemente se encuentra con el rechazo que produce
en el mercado final.
Los baños de cromo trivalente trabajan a una
concentración mucho menor que el cromo hexavalente.
La menor viscosidad del baño implica menor pérdida de
cromo arrastrado.
Reducción del consumo eléctrico en un 30%.
Eliminación de reactivos necesarios para la reducción.
Eliminación de humectantes para la prevención de
aerosoles.
Los requerimientos de tratamiento de la contaminación
atmosférica se ven reducidos.
4.4.2.1 Cromo trivalente en base cloruro
El baño trabaja a una concentración de 20 g/l de metal,
frente a 200 a 450 g/l correspondiente al baño de cromo
hexavalente. El proceso utiliza ánodos de grafito inertes
y aditivos para evitar la formación de cromo hexavalente.
Los ánodos se disgregan con el tiempo debiendo ser
reemplazados.
Se han descrito problemas en el tratamiento de las
28
UNIÓN EUROPEA
aguas residuales relacionados con la presencia de
complejantes en la formulación del baño.
El depósito obtenido con Cr(VI) es de un brillo azulado,
mientras que el depósito obtenido en los baños de cromo
trivalente en base cloruro varía de un brillo grisáceo a
oscuro, pasando por un tono amarillento. Los históricos
problemas de diferencia de color con el cromo hexavalente
y las variaciones del mismo a lo largo del proceso han sido
en gran parte superados con los nuevos baños. Estos y la
baja fiabilidad del proceso han sido superados mediante
el uso de filtración con carbón e intercambio iónico u otros
tratamientos específicos, así como mediante la prevención
cuidadosa los arrastres de los procesos previos al baño.
La mayor eficiencia eléctrica implica la posibilidad de
aumentar la carga de los bastidores, habiéndose observado
incrementos de hasta un 15 %.
La utilización de bajas densidades de corriente implica
el uso de bastidores y sistemas de transmisión de la
corriente menos exigentes y por tanto más económicos.
La tasa de rechazos se reduce desde un 5-10 % hasta
un 0’5 % debido al menor reparto de la corriente, menor
susceptibilidad a las oscilaciones de la corriente y reducción
de depósitos rugosos (por ejemplo, quemado en las zonas
de alta densidad de corriente).
El baño en principio no es útil para ciertas aplicaciones
donde se requiere una alta resistencia a la corrosión, tal
29
como aquellas donde el requerimiento CASS es mayor de
16 horas. El cromo trivalente no pasiva las superficies no
recubiertas. La baja resistencia a la corrosión observada
es probable que se a debida a estas superficies o las áreas
no niqueladas o con bajo espesor de níquel. Cuando se
tratan piezas huecas (como tubos), se debe tener especial
cuidado para prevenir la corrosión. Esto puede hacerse
mediante un rápido y cuidadoso enjuague del baño,
posiblemente seguido de una pasivación en una solución
orgánica o una ligera pasivación con Cr (VI) (esto reduce
algunas de las ventajas del sistema exento de Cr (VI)).
4.4.2.2 Cromo trivalente en base sulfato
El baño trabajo con un electrolito en base sulfato con
una concentración metálica entre 6 y 8 g/l. En su
composición no se utilizan agentes complejantes (a diferencia
del baño en base cloruro) lo cual evita los problemas
asociados al tratamiento de las aguas residuales. La solución
es también menos agresiva y el problema de disolución de
hierro en el interior de piezas huecas se reduce
significativamente.
Se emplean ánodos de plomo o aleaciones de plomo
que van recluidas en una celda especial. Esta celda presenta
una membrana que permite el paso de la corriente eléctrica
y de ciertos iones, pero es impermeable al paso del cromo
trivalente, evitando la formación de cromo hexavalente en
el ánodo. La celda contiene una solución al 10%, de ácido
sulfúrico que debe ser reemplazada periódicamente. Las
membranas tienen una vida limitada y son costosas de
reemplazar.
El baño trabaja a 55 °C lo cual posibilita la utilización
de enjuagues de recuperación para compensar las pérdidas
de nivel.
La diferencia de color respecto al depósito obtenido
con cromo hexavalente no es tan sustancial como en los
baños en base cloruro.
El poder de penetración es excelente, lo cual produce
un incremento global de la resistencia a la corrosión, en
particular en aquellos lugares de las piezas donde no
alcanzaría el recubrimiento de cromo hexavalente, que es
donde se produce la primera corrosión.
Una desventaja del proceso, en mayor medida que en
el de base cloruro, es su precio. Su mayor coste es solo
parcialmente cubierto por el ahorro de costes en el
tratamiento de las aguas residuales y la gestión de los
lodos producidos. Sin embargo existen otros ahorros que
al igual que en los de base cloruro, no deben ser olvidados,
como el ahorro energético, ahorro en el control y tratamiento
de emisiones atmosféricas, y reducción de los riesgos
laborales asociados al uso del baño.
4.4.3 Aleaciones de estaño-cobalto
El baño de estaño-cobalto funciona en producción desde
hace varios años en instalaciones italianas. Es una MTD
reemplazar el cromo hexavalente por este baño, cuando
lo permitan las especificaciones o para acabados decorativos.
UNIÓN EUROPEA
Las aleaciones de estaño cobalto proporcionan acabados
similares en apariencia a los del cromo. El color que
presentan varía entre el color brillante del cromo a un color
parecido a la plata. El color se controla variando el porcentaje
de estaño en la aleación, siendo la óptima relación estañocobalto en solución de a 50:50.
Estos baños se utilizan principalmente para la deposición
de finas capas de metal del orden de 0,2 µm. La capa de
aleación es bastante resistente a la corrosión debido a la
formación de una película protectora de óxido sobre la
superficie. La dureza de la capa es de unos 400 HV y se
incrementa al aumentar el contenido en cobalto.
El baño trabaja a un pH de aproximadamente 8.5
operando a una temperatura de alrededor de 40º. El
acabado proporciona una dureza y resistencia al desgaste
suficiente para la mayor parte de aplicaciones decorativas
de interior.
El proceso puede trabajar en bastidor y a bombo,
utilizando una formulación alcalina en base sulfato con
abrillantadores del tipo amina, los cuales pueden causar
algún problema en el tratamiento de las aguas residuales.
El baño es bastante inestable y precisa de un estricto
control de sus condiciones operativas, en particular el pH.
Frecuentemente necesita un ligera pasivación con Cr (VI).
Las aplicaciones más frecuentes en las que se aplica
en la actualidad incluyen componentes interiores del
automóvil, componentes de ordenadores, radios de bicicleta
y tornillos.
30
UNIÓN EUROPEA
4.4.4 Cromo hexavalente en frío
4.4.5 Alternativas a los pasivados de cromo
hexavalente
Una técnica nueva que usa un baño de cromo
hexavalente “en frío” se ha puesto en producción en el año
2000 en una planta italiana. La temperatura del baño se
mantiene alrededor de 18 ºC mediante un sistema de
refrigeración. A esta temperatura, es posible reducir la
concentración de cromo en el baño hasta en un 50 %. La
calidad del depósito es la misma.
El BREF de Tratamiento de superficies metálicas
considera una MTD la sustitución de formulaciones de alta
concentración de cromo por formulaciones de baja
concentración o por una técnica de cromo frío como la que
nos ocupa.
Beneficios medioambientales derivados de la técnica
son:
Minimización del cromo hexavalente vertido.
Minimización de la evaporación.
Reducción de la exposición al cromo por parte de los
trabajadores.
La reciente entrada en vigor de las directivas europeas
ELV y ROHS han estimulado de forma importante los
trabajos encaminados a obtener alternativas a los pasivados
de cromo hexavalente. En los últimos años han aparecido
numerosas mejoras y opciones interesantes. En algunos
círculos se indica que el futuro va ligado a la utilización de
sustratos distintos, o recubrimientos alternativos, tales
como la sustitución del cinc por aleaciones de cinc. No
obstante, se considera un MTD la sustitución de las capas
de cromo hexavalente por capas de cromo trivalente o
capas libres de cromo, usando tratamientos adicionales si
fuera necesario.
4.4.5.1 Pasivados de cromo trivalente
Ya hace algunos años que funcionan en los talleres de
electrocincado soluciones de pasivado de cinc en base
cromo trivalente, tanto para acabados azules y blancos,
como para cromatizados. Estos pasivados presentan
excelentes propiedades comparativamente con los pasivados
hexavalente, teniendo además periodos largos de vida
(algunos meses) cuando se lleva un adecuado
mantenimiento.
Reducción del consumo de agua.
Pueden encontrarse los siguientes efectos colaterales:
El sistema requiere un aporte adicional de energía para
la refrigeración. Al ser el baño menos concentrado se
requiere un tiempo de procesado mayor.
31
Pueden implicar el uso y presencia de otros metales,
tales como el cobalto.
Funcionan a concentraciones 10 veces superiores a las
del cromo (VI), requiriéndose más atención en la
minimización de los arrastres y posiblemente un mayor
tratamiento de aguas residuales.
Requieren soluciones calentadas, lo que implica un
mayor consumo de energía.
La protección contra la corrosión alcanzable con estos
procesos normalmente se limita al nivel de protección
proporcionado por el acabado equivalente alcanzado con
el cromo hexavalente para los colores azul claro y amarillo
iridiscente. Aunque el cromo trivalente pueda superar el
funcionamiento del equivalente en cromo hexavalente para
estos colores, no es capaz de reemplazar los acabados en
marrón, aceituna y negro. Cuando s e usan capas adicionales
puede alcanzarse la resistencia a la corrosión del Cr (VI)
o incluso superarla. También es necesario añadir una capa
orgánica encima del pasivado para cumplir los requisitos
de los coeficientes de fricción definidos y reproducibles
para algunas piezas como conjuntos o roscados. Con esta
capa además se elimina la posible oxidación del cromo
(III) a cromo (VI).
Los ahorros que proporciona el proceso se refieren a
la reducción de costes en el tratamiento de aguas residuales
y la gestión de riesgos laborales, incluyendo el lavado del
aire extraído.
4.4.5.2 Pasivados exentos de cromo
UNIÓN EUROPEA
Los pasivados más novedosos en sustitución de los
formulados con cromo hexavalente son aquellos que no
contienen cromo.
Algunos de ellos implican la aplicación de recubrimientos
orgánicos. Están basados en el tratamiento con soluciones
de composites orgánico y fluoruro de zirconio o derivados
orgánicos de silicio (silanos). Requieren una capa posterior
polimérica, tal como un lacado electroforético, para alcanzar
la resistencia a la corrosión requerida. Hay métodos de
coloreado en negro que necesitan ser complementados
mediante sellado o topcoats para una mejor residencia a
la corrosión.
Por su posición en la tabla periódica el molibdeno ha
sido objeto de investigaciones relativas a su utilización
como agente pasivante del cinc. De esta forma, se han
ensayado baños a base de molibdato de sodio (NaMoO4
· 2H2O) y ácido sulfúrico. Variaciones de la temperatura
entre 20 y 60ºC y la adición de agentes reductores, permiten
obtener depósitos de color oscuro (de marrón a negro).
Más recientemente se han desarrollado pasivaciones
que emplean baños formulados con mezclas de molibdatos
y fosfatos en unas proporciones determinadas. Estos últimos
producen pasivados de características similares a las del
cromatizado, aunque con resistencias algo inferiores en la
cámara de niebla salina. Sin embargo, la adición posterior
de una capa adicional sellante tipo "organo-mineral", mejora
la resistencia a la corrosión con lo que se pueden obtener
32
UNIÓN EUROPEA
unos resultados de ensayos de cámara de niebla salina
similares a los pasivados crómicos hexavalentes.
4.5 Sustitución de productos quelantes
Los quelantes se utilizan en los baños de proceso con
objeto de mantener en dilución los iones metálicos por
encima de su límite normal de solubilidad. Los quelantes
se usan normalmente en baños tales como decapados,
grabados químicos, desengrases y baños de deposición sin
corriente.
Una vez que los quelantes se incorporan a la corriente
de agua residual inhiben la precipitación de los metales,
con lo que se precisa un tratamiento adicional con reactivos
específicos. Estos reactivos pasan a formar parte del lodo
residual incrementando por tanto el volumen de residuos
peligrosos.
De igual forma, la mayor parte de los baños concentrados
agotados contienen estos quelantes haciendo necesario su
tratamiento en un centro externo, aumentando de esta
forma los costes de gestión de residuos peligrosos.
En la industria de galvanotécnia se utilizan una gran
variedad de productos quelantes. En los baños de desengrase
y grabado se utilizan fosfatos, silicatos y amoniaco.
Los baños de deposición sin corriente utilizan ácidos
orgánicos como ácido maleico, ácido oxálico y ácido
33
etilendiaminotetraacético (EDTA), el cual es menos común
que los anteriores.
Las aguas que contienen estos quelantes,
frecuentemente precisan de una disminución del pH con
objeto de destruir el complejo y promover la precipitación
del metal. Por ejemplo, el EDTA necesita reducir el pH por
debajo de 3 para desestabilizar el complejo. La utilización
de sulfuros, como el sulfuro férrico, también es un
tratamiento frecuente para las aguas conteniendo quelantes.
La adición de este reactivo incrementa sustancialmente el
volumen de lodos, dado que el hierro forma también parte
de los mismos.
Existen en el mercado procesos de desengrase alcalino
exentos de quelantes. En estos procesos los metales se
eliminan por precipitación en el propio baño y filtración
continua a través de filtros de 1 a 5 µm, con una circulación
del baño de 1 a 2 veces a la hora.
Así mismo es posible sustituir el EDTA por otros
complejantes biodegradables como los basados en el ácido
glucónico, cada vez más utilizados en las formulaciones
de los desengrases actuales.
UNIÓN EUROPEA
Modificaciones del proceso
productivo
5
5
.1. Modificación y sustitución de equipos.
El nivel de generación de residuos puede verse reducido por la instalación
de equipos de mayor eficiencia, o modificación y actualización de los existentes.
Estos equipos pueden procesar con mayor efectividad las materias primas,
produciendo así menos residuos, o reducir el número de productos rechazados
que deban ser nuevamente reprocesados o gestionados como residuos.
Generalmente, la instalación de equipamientos más efectivos, se amortiza
por sí misma, debido a la mejora en la productividad, reducción de costes de
materias primas y reducción de gastos de gestión de residuos.
Un conjunto de modificaciones simples y de coste reducido son aquellas
encaminadas a evitar las pérdidas y la contaminación de los materiales utilizados
en los procesos.
Esto puede ser tan fácil como rediseñar los bastidores que se utilizan en las
operaciones de electrodeposición con el fin de reducir las pérdidas por arrastre,
instalar mejores sistemas de juntas en las conducciones para evitar fugas, o
instalar sistema de recogida de goteos bajo las instalaciones para recoger las
pérdidas y facilitar su reutilización.
La instalación de nuevos equipos puede requerir
inversiones no sólo en equipamiento, sino también en
infraestructura y formación de empleados. La magnitud
de las inversiones puede variar ampliamente, en función
del tipo de equipamiento usado, desde decena de miles
de pesetas, en caso de pequeños cambios como los ya
mencionados, a cifras más importantes en casos como la
sustitución de instalaciones manuales por instalaciones
automáticas.
Los ejemplos de nuevos equipos de producción de
mayor eficiencia y productividad son numerosos en la
literatura, pero habitualmente se dice poco sobre las
reducciones que implican en la producción de residuos y
en los costes de mantenimiento.
El siguiente ejemplo muestra los ahorros que le supuso
a una empresa de tratamiento electrolíticos de metal la
adquisición de una nueva instalación. La línea de
tratamientos manuales existente fue sustituida por una
instalación automática. La nueva instalación no sólo supuso
un aumento tangible de la productividad sino que produjo
una disminución en el consumo de materias primas de
un 25%. Se redujeron los gastos por consumo de agua,
y el volumen de residuos tales como ácidos y desengrases
agotados y aceites disminuyó un 20%. Los costes de
tratamiento de las aguas residuales también se redujeron
un 25%, sin contar con los ahorros en costes de mano
UNIÓN EUROPEA
de obra tanto de producción como de mantenimiento.
Finalmente la instalación aportó el beneficio adicional de
la eliminación de la exposición de los trabajadores a ácidos
y álcalis peligrosos.
Un factor importante, que ya se ha apuntado más
arriba, y que frecuentemente se pasa por alto, es cómo
afectan las modificaciones en las instalaciones en los
costes asociados al rechazo de los productos acabados.
Estos pueden ser elevados, no sólo en términos de horas
de trabajo y consumo de materias primas, sino en cuanto
a los gastos de gestión de residuos.
En gran cantidad de procesos de fabricación que
implican el recubrimiento de un producto, tales como
recubrimientos electrolíticos, se utilizan productos químicos
especiales para eliminar el recubrimiento en buenas
condiciones. Estos productos pueden ser ácidos
concentrados, constituyendo un problema importante una
vez agotados, a la hora de ser gestionados como residuos
peligrosos. Mediante la reducción de una cantidad de
productos rechazados es posible, según lo dicho, reducir
la cantidad de residuos.
37
UNIÓN EUROPEA
5.2. Segregación de flujo de residuos.
La segregación del flujo de residuos es en la mayoría
de los casos una técnica simple y económica para la
reducción de residuos. Por ejemplo, mediante la separación
de residuos en su fuente de origen y clasificación en
peligrosos y no peligrosos, el volumen de residuos
peligrosos y los costes de su gestión se reducen
significativamente. Además, existirán residuos
concentrados, no contaminados con otros residuos, que
puedan ser reutilizados en el proceso de fabricación o ser
valorizados mediante técnicas de recuperación.
La técnica de segregación puede aplicarse a una gran
variedad de tipos de residuos, implicando normalmente
cambios muy simples en los procedimientos. Por ejemplo,
en una empresa de tratamiento de superficies metálicas
pueden tratarse por separado los efluentes conteniendo
distintos tipos de metales, de tal modo que los contenidos
de éstos en los lodos producidos puedan ser recuperados.
Las aguas residuales conteniendo contaminantes tóxicos
deben ser separados de aquellas aguas no contaminadas
con el fin de reducir el caudal total de agua a ser tratada.
Una técnica íntimamente ligada a la segregación de
residuos y subsidiaria de ésta, es la concentración. Como
la primera, incrementa la recuperabilidad de los residuos,
38
reduce el volumen y gastos de tratamiento de los mismos,
o aumenta las opciones de gestión. Existen diversas
técnicas que permiten, por medidas físico-químicos, reducir
el volumen de un residuo. Tales técnicas suelen eliminar
una porción del residuo, como por ejemplo agua.
Los métodos aplicables para la concentración de
residuos incluyen técnicas como filtración, evaporación,
ultrafiltración, ósmosis inversa, filtros, etc, que se
comentarán en apartados posteriores.
Al menos que un material pueda ser reciclado, la
concentración de un residuo tendente a facilitar su
manipulación no se considera una técnica de minimización.
En algunos casos, la operación de concentración posibilita
que un residuo pueda ser reciclado.
5.3. Racionalización de los sistemas de
enjuague.
5.3.1. Calidad de una función de enjuague
El objetivo principal de una función de enjuague es la
eliminación de las especies arrastradas por las piezas a
la salida de un baño en la película líquida adherida a las
mismas. Con esta operación, fundamental en galvanotécnia,
se evita la contaminación de los distintos baños con restos
procedentes de los anteriores, y se eliminan posibles
problemas de cristalización, oxidación y manchado sobre
la superficie de las piezas. Esta eliminación deseada de
las sales y otros componentes contenidos en el film que
recubre las piezas a la salida de un baño tiene lugar por
dilución con agua, es decir, se trata de reducir la
concentración de los componentes del arrastre de las
piezas hasta concentraciones que no sean perjudiciales,
ni para los baños subsiguientes ni para el estado superficial
de la pieza.
La cuestión fundamental a resolver será, por
tanto, hasta cuánto necesitamos diluir la película líquida
para disponer de una buena calidad de enjuague. La
calidad del enjuague puede entonces venir definida por
la dilución del film a la salida del enjuague y puede
expresarse mediante la razón de dilución:
5.1
Rd = Co / Cf
UNIÓN EUROPEA
Donde Co y Cf son respectivamente la concentración
de la película a la salida del baño de tratamiento y a la
salida de la última etapa de la función de enjuague antes
del tratamiento.
Q: Caudal de enjuague (l/h)
q: Caudal de arrastre (l/h)
Concentración
del film líquido: Co
Concentración
del film líquido: Cf
Cr
C2
C1
Enjuague
Co
Baño
Fig 5.1.- Enjuague triple cascada y contracorriente
La función de enjuague puede estar constituida por
una sola cuba con agua renovándose continuamente,
donde las piezas se lavan por inmersión, o por una sucesión
de distintas cubas combinadas de distintas formas, las
cuales se verán más adelante.
Así definida, la razón de dilución Rd expresa el número
de veces que se ha diluido el film adherente de las piezas
al final de la función de enjuague. Por ejemplo, si sacamos
39
UNIÓN EUROPEA
las piezas de un baño de níquel cuya concentración en
metal sea de 60 gr/l, una razón de dilución de 10.000
significará que la concentración de níquel en el agua que
arrastran las piezas a la salida de la función de enjuague
será de 6 mg/l.
Hay que advertir que esa concentración no tiene
porqué coincidir con la concentración del agua que sale
de la función de enjuague para su vertido o reciclaje. Este
extremo se ve con claridad en la figura anterior, donde
se observa que la concentración del agua que sale de la
función de enjuague (C1), al tratarse de la primera etapa
de lavado, será mayor que la de la última etapa del
enjuague (Cf), la cual coincide con la concentración que
PROCESOS
arrastra la pieza al salir de la función de enjuague.
Únicamente coinciden ambas concentraciones en la función
de enjuague constituida por una cuba de lavado simple.
El valor de la razón de dilución (Rd) debe ser fijado
en cada caso por el usuario según sus requerimientos de
calidad. Algunos valores de Rd frecuentemente utilizados
para los enjuagues después de distintas operaciones de
tratamiento de superficies, recomendados en el BREF de
Tratamiento de superficies metálicas, se muestran en la
siguiente tabla. En ciertos casos particulares, se pueden
admitir valores más bajos, por ejemplo entre dos baños
de desengrase.
RAZÓN DE DILUCIÓN
Desengrase alcalino
2000
Decapado ácido
Previo a proceso cianurado
Previo a proceso no cianurado
Baño de recublrimiento
Palta, cinc (alcalino)
Cinc (ácido)
Níquel electrolítico
Níquel químico
Cromo VI
Pasivado
5000
2000
2000
3000
5000
10000
15000
5000
Tabla 5.2 - Algunas Razones de dilución recomendadas
40
Es posible relacionar los
distintos valores de razón
de dilución (Rd) con las
concentraciones metálicas
residuales que podremos
encontrar en el líquido final
que queda sobre la pieza
al final de un enjuague.
TIPO DE BAÑO
COMPUESTO
UNIÓN EUROPEA
CONCENTRACIÓN
BAÑO (g/l)
RAZÓN DE DILUCIÓN
1.000
5.000
10.000
50.000
Decapado (cinc)
HCL
170 g/l
170 mg/l
34 mg/l
17 mg/l
3,4 mg/l
Cincado ácido
Zn2+
35 g/l
35 mg/l
7 mg/l
3,5 mg/l
0,7 mg/l
Cincado alcalino exento
Zn2+
10 g/l
10 mg/l
2 mg/l
1 mg/l
0,2 mg/l
Zn2+
15 g/l
15 mg/l
3 mg/l
1,5 mg/l
0,3 mg/l
CN-
25 g/l
25 mg/l
5 mg/l
2,5 mg/l
0,5 mg/l
Cu+
50 g/l
50 mg/l
10 mg/l
5 mg/l
1 mg/l
CN-
75 g/l
70 mg/l
15 mg/l
7,5 mg/l
1,5 mg/l
Niquelado brillante
Ni2+
65 g/l
65 mg/l
13 mg/l
6,5 mg/l
1,3 mg/l
Cromado decorativo
CrO23
250 g/l
250 mg/l
50 mg/l
25 mg/l
5 mg/l
Cincado cianurado
Cobreado cianurado
Tabla 5.3- Concentraciones del último enjuague para distintas razones de dilución (Ihobe)
Existen algunas consideraciones particulares que deben
tenerse en cuenta para ciertos baños (Rd de enjuague
antes de estos baños 10.000):
Distintos baños de la gama del cobre químico (por
ejemplo, producción de circuitos impresos): son muy
sensibles a las distintas impurezas, sobre todo de
naturaleza orgánica, de ahí la necesidad de utilizar
agua de calidad, preferentemente desmineralizada.
Cobre ácido: el último enjuague anterior a este baño
debe alimentarse con agua poco mineralizada, y sobre
todo exenta de cloruros, los cuales son especialmente
perjudiciales para este proceso.
Cromado: debe protegerse contra los sulfatos y los
cloruros. Los sulfatos arrastrados con el agua de
enjuague pueden desequilibrar la relación óptima
CrO3/H2O4 en el baño.
41
UNIÓN EUROPEA
Baños de metales nobles: exigen para los lavados un
agua desmineralizada, tanto por la calidad del
recubrimiento como para facilitar la recuperación del
metal.
Níquel químico: necesita una buena protección contra
las impurezas que puedan provenir del agua de
enjuague (fundamentalmente productos orgánicos).
Níquel brillante: trabajan en caliente, con lo que se
enriquecen rápidamente en sales solubles arrastradas
por las piezas o mediante las compensaciones de nivel
para remontar las pérdidas por evaporación, de ahí
la necesidad de utilizar agua poco mineralizada.
La calidad del agua utilizada para el enjuague final es
importante principalmente por tres razones:
influencia de productos nocivos que pudieran
permanecer sobre las piezas.
Ejemplos de ciertos enjuagues finales críticos pueden
ser:
Después de los baños de metales nobles.
Después de los recubrimientos decorativos; sobre todo
cobre, latón y níquel, antes del secado.
Después del anodizado de aluminio.
Después de todos los baños cianurados.
Después del cromado.
5.3.2. Arrastre y su minimización
Corrosión: protección de las capas depositadas o de
las superficies tratadas (química o electrolíticamente)
contra la acción de productos activos (cloruros, por
ejemplo).
Aspecto: protección de los recubrimientos contra la
formación de manchas y restos de sales durante el
secado.
Seguridad: protección del usuario final contra la
42
5.3.2.1. Pérdidas por arrastre
Una de las pérdidas más importantes que se produce
en los procesos de recubrimientos galvánicos es el arrastre
que producen las piezas hacia las funciones de enjuague.
Este arrastre está constituido por el líquido adherido
a la superficie de las piezas cuando son extraídas de un
baño, y es en general la principal fuente de pérdidas de
UNIÓN EUROPEA
materias primas procedentes de los baños, como se
observa en la tabla 3.1. Estas materias primas, en las
funciones de enjuague, se convierten en contaminación,
la cual debe ser tratada en orden a posibilitar el vertido
de las aguas residuales dentro de los límites permitidos
por la administración. Se comprende pues que cualquier
actuación tendente a disminuir el volumen de los arrastres
de un proceso galvánico repercutirá en:
a bombo. Cuando un bombo es extraído de un baño dado,
normalmente arrastra 10 veces más solución que un
bastidor standard. Aparte del efecto obvio del diseño de
bastidores y bombos y la forma de las piezas tratadas,
existen otros factores no tan evidentes que afectan al
volumen de los arrastres. Estos parámetros son la
viscosidad, la concentración de sales, la tensión superficial
y la temperatura.
Ahorro de las materias primas propias de los baños
y soluciones.
La viscosidad de una solución galvánica puede
describirse como su resistencia a fluir o a ser separada
por otro líquido (en este caso el agua de un enjuague),
debido a las fuerzas de atracción moleculares. El efecto
de la viscosidad sobre los arrastres es especialmente
significativo en los baños de cromo: si dos superficies
idénticas son tratadas separadamente en dos baños de
cromo con concentraciones de 397 g/l y 246 g/l,
respectivamente, el de menor concentración y por tanto
menor viscosidad produce un 73 % menos volumen de
arrastre.
Ahorro del volumen de agua requerido para el enjuague
Ahorro de los reactivos de depuración de las aguas
residuales.
Ahorro en la gestión de los lodos residuales de los
procesos de depuración.
Reducción de problemas de contaminación de baños
subsiguientes
Cualquier industrial de galvanotécnia sabe que los
volúmenes de arrastres varían considerablemente entre
las distintas piezas que deben ser tratadas en su taller.
Por ejemplo, el volumen arrastrado en un trabajo a
bastidor difiere visiblemente del arrastrado en trabajos
En un proceso galvánico, el volumen de solución que
se adhiere a la superficie de una pieza depende
parcialmente de la tensión superficial. La tensión superficial
aparece de forma significativa en el momento en que las
partes inferiores de las piezas abandonan la solución al
ser extraídas del baño. Esta fuerza y el volumen de
arrastre resultante resultan altamente afectados por la
43
UNIÓN EUROPEA
orientación de las piezas respecto a la superficie del baño
del cual son extraídas.
El tercer factor que tiene influencia sobre el volumen
de arrastre es la temperatura del baño. La temperatura
está interrelacionada con la viscosidad y la tensión
superficial. Si la temperatura de un baño aumenta, su
viscosidad, tensión superficial, y por consiguiente el
volumen arrastrado se reducen. Una posible excepción
se produce cuando una pieza es sacada demasiado
rápidamente de una solución caliente; la evaporación
concentra el film adherido e impide su escurrido. Este
problema, sin embargo, puede ser solventado reduciendo
la velocidad de extracción y usando un enjuague por
aspersión sobre el propio baño.
5.3.2.2. Estimación del caudal de arrastre
en las mismas condiciones operativas que en un
proceso normal, y cronometrando el tiempo desde el
inicio hasta el final de la experiencia.
3. Al final de la experiencia, tomar una muestra de la
cuba estanca y analizar. Analizar asimismo el baño
original.
4. Aplicar la siguiente ecuación:
5.2
q=
C
Co
V
t
(l/h)
Donde:
Antes de evaluar las posibilidades de minimización de
arrastres de un proceso de galvanotécnia, es preciso
estimar el caudal de arrastre que se produce en cada
etapa del proceso. La estimación del caudal de arrastre
de un baño dado puede llevarse a cabo de forma simple
siguiendo las siguientes etapas:
1. Llenar con agua limpia una cuba estanca, de volumen
conocido (V), situada a continuación del baño del que
se desea calcular el arrastre, y aplicarle una agitación
vigorosa.
2. Pasar las piezas por el baño y por la cuba estanca,
44
q : caudal de arrastre (l/h)
C, Co : concentración del parámetro elegido en la
cuba estanca y en el baño original respectivamente,
al final de la experiencia (g/l)
V: volumen útil de la cuba estanca (l)
t: tiempo transcurrido desde el inicio hasta el final de
la experiencia (h)
q: arrastre
t=0
Inicio de la
experiencia
Baño de níquel
UNIÓN EUROPEA
Una variante del método descrito, fácil de aplicar y
que da bastantes buenos resultados, implica la utilización
de un conductivímetro. Los pasos a seguir son los mismos
que los que se acaban de relacionar pero, además de las
muestras del baño y del enjuague estanco, al final de la
experiencia, se tomará una muestra de agua limpia. Los
pasos a seguir serán los siguientes:
Enjuague estanco
lleno de agua limpia
v=200 litros
1. Medir la conductividad de la muestra del enjuague
estanco al final de la experiencia (CONDUCT. F)
q: arrastre
2. Introducir un volumen conocido (VVaso) de agua
limpia, en un vaso de precipitados situado sobre un
agitador magnético y acoplarle un conductivímetro.
t=2h
Final de la
experiencia
Baño de níquel
Co(Ni)=63 g/l
q=
3. Llenar una bureta con solución del baño original.
4. Adicionar baño al vaso de precipitados gota a gota
desde la bureta hasta que se alcance la conductividad
medida en el paso 1 ( CONDUCT. F)
Enjuague estanco
C(Ni)=0,8 g/l
5. Medir el volumen de baño original añadido desde
la bureta (VB año)
0,8 (g/l) · 200 (l)
=1,3 (litros / hora)
6,3 (g/l) · 2 (h)
6. Aplicar la siguiente ecuación:
Fig 5.2 - Ejemplo de determinación de los arrastres
procedentes de un baño de níquel
45
UNIÓN EUROPEA
5.3
q=
VVaso
VBaño
V
t
Conductividad = 140 us/cm
Baño original
(l/h)
1
Agua limpia
Vaso=250 ml
Sonda de conductividad
Donde:
Agitador magnético
q: caudal de arrastre (l/h)
VB año: volumen del baño original añadido desde la
bureta (ml)
Conductividad = 1230 us/cm
Volumen añadido 4,8 ml
VVaso: volumen de agua limpia inicial en el vaso de
precipitados (ml)
2
V: volumen de la cuba estanca de enjuague (l)
t: tiempo transcurrido durante la experiencia (h)
El caudal de arrastre es función de factores tales como
diseño de bastidores y bombos, conformado de las piezas,
condiciones operativas (velocidad de extracción de las
piezas, etc.) junto con otros parámetros asociados a la
solución original como concentración, temperatura,
viscosidad y tensión superficial. En la tabla 5.4 se
proporcionan algunos valores que pueden utilizarse para
estimar el caudal de arrastre cuando no se dispone de
datos experimentales.
46
Conductividad igual a la del
enjuague estanco al final de
la experiencia
5.3
q=
4,8 (ml)
250 (ml)
3 (h)
200 (l)
= 1,3 l/h
Fig 5.3 - Empleo de aplicación de medidas de conductividad para
determinar arrastres procedentes de un baño de níquel sobre una cuba
estanca de 200 l l, durante 3 horas de arrastres
A. PÉRDIDAS MEDIAS POR ARRASTRE (SODERBERG)
NATURALEZA
DEL ESCURRIDO
RAZÓN DE DILUCIÓN
Vertical
Horizontal
Con
concavidades
Bien escurrido
0.2
0.3
3.3
Mal escurrido
0.8
Muy mal escurrido
1.6
4.1
9.8
B. CANTIDAD DE ARRASTRE (HOGABOOM)
TIPO DE
SOLUCIÓN
ARRASTRE (ml/dm2)
Superficies lisas
Superficies conformada
Bronce
0.4
1.3
Cadmio
0.4
1.3
Cromo (247 g/L)
0.5
1.2
Cromo (389 g/L)
1.8
4.9
Cobre cianurado
0.4
1.3
Niquel Watts
0.4
1.5
Plata
0.5
1.3
Estaño
0.3
0.7
Cinc ácido
0.5
1.4
Cinc cianurado
0.5
1.5
UNIÓN EUROPEA
Los valores que aparecen en la tabla se expresan en
2
ml/dm , ya que el arrastre es proporcional a la superficie
de las piezas. Para transformar esos valores en unidades
de caudal de arrastre (l/h) basta multiplicarlos por la
2
capacidad de producción del proceso dada en dm /h y
multiplicar por mil. Por término medio, el BREF de
tratamiento de superficies sugiere que el arrastre producido
2
por un trabajo a bastidor se puede situar desde 1 ml/dm
2
,para superficies lisas, hasta 2 ml/dm para superficies
conformadas. Para piezas con concavidades que pudieran
retener líquido en su interior, se sugiere un arrastre de
2
10 ml/dm . Otras fuentes dan, para un bombo de tamaño
medio con carga, un arrastre de 1 a 3 litros /bombo.
5.3.2.3. Técnicas de reducción de arrastres
La mayor parte de las medidas encaminadas a reducir
los arrastres, que además tienen la consideración de MTD,
no son costosas de implantar y normalmente tienen unos
periodos de retorno muy reducidos. Muchas de estas
medidas requieren únicamente el coste de formación de
los empleados responsables de llevarlas a la práctica, sin
que sea necesario realizar ninguna inversión. Por ejemplo,
sacar las piezas de los baños a menor velocidad y dejar
escurrir sobre el propio baño no requiere ninguna inversión,
pero el método, para que sea efectivo, necesita de una
adecuada concienciación y formación de los operarios.
Tabla 5.4- Valores estimados de caudal de arrastre
47
UNIÓN EUROPEA
Por lo general, las medidas no tienen una repercusión
destacable sobe los ritmos de la producción y conllevan
en el acabado pueden incrementar el volumen de los
arrastres de estos baños en más de un 50 %.
un importante conjunto de ahorros, como ya se ha
comentado.
Empleo de tensoactivos:
5.3.2.3.1. Control de las propiedades del baño.
Los tensoactivos son aditivos que reducen la tensión
superficial de los baños y consecuentemente facilitan
La velocidad de escurrido y la cantidad de sales
el escurrido y disminuyen el volumen de los arrastres.
arrastradas puede verse favorablemente influenciada
Tradicionalmente se han utilizado para evitar problemas
actuando sobre las propiedades del baño.
de picado en los recubrimientos, al facilitar el
desprendimiento de las burbujas de hidrógeno creadas
Reducción de la concentración:
en la superficie del metal por efecto de la electrólisis.
Los tensoactivos que se utilizan para la reducción de
Una reducción en la concentración de las sales de un
arrastres son de naturaleza no iónica, los cuales no
baño reduce directamente la cantidad de sales perdidas
se degradan en el proceso electrolítico. Su uso está
por arrastre y reduce la viscosidad de la solución y
en ocasiones limitado debido al efecto adverso que
por tanto el volumen de arrastre asociado. Este modo
puede producir sobre la calidad del recubrimiento.
de proceder ha mostrado su eficacia sobre todo en
procesos de cromo decorativo y pasivados de cinc.
Incremento de la temperatura del baño:
Esta reducción no se ciñe exclusivamente a las sales
activas en el baño, sino también a los contaminantes,
El incremento de la temperatura en el baño produce
de tal forma que se debe vigilar que la concentración
una reducción en la viscosidad y la tensión superficial
del mismo, disminuyendo por tanto el arrastre. El
aumento de la tasa de evaporación resultante puede
inhibir la absorción de anhídrido carbónico,
disminuyendo entonces la carbonatación de las
soluciones cianuradas. Desgraciadamente, este
de estos no aumente desmesuradamente incluso
aunque no se vea afectada la calidad del recubrimiento.
Por ejemplo,los
baños cianurados toleran altas
concentraciones de carbonatos, pero, aunque estas
concentraciones no tengan una especial repercusión
48
UNIÓN EUROPEA
beneficio puede perderse debido a la formación de
carbonatos por descomposición del cianuro a elevada
temperatura. Otros inconvenientes de esta opción son
el aumento en los costes energéticos y el mayor riesgo
de contaminación del baño al aumentar los
requerimientos de aditivado.
directamente una sobre otra, situándolas al tresbolillo,
para facilitar la caída del escurrido.
Evitar la formación de cavidades, inclinando las piezas
pero con cuidado de no formar bolsas de aire.
5.3.2.3.2 Posicionamiento de las piezas en
los bastidores
vs
A la hora de posicionar las piezas a bañar en un
bastidor se debe tener en cuenta, no sólo el conseguir
una óptima orientación que conlleve una uniformidad en
el depósito y evite la aparición de zonas “quemadas”, sino
que se debe procurar al mismo tiempo un buen escurrido
y una adecuada enjuagabilidad.
Fig 5.4 - Adecuada posición de piezas para disminuir el arrastre
El principio básico a seguir es el de posicionar las
piezas de tal forma que se minimice el arrastre. Es
aconsejable para ello seguir las siguientes
recomendaciones:
Situar las piezas con las superficies planas o ligeramente
curvadas de forma que se facilite el escurrido; esto
es, girar la pieza hasta conseguir que el líquido que
está sobre esas superficies fluya de la forma más
rápida posible.
En la medida de lo posible, evitar situar piezas
Situar los vértices de las piezas verticalmente con
respecto a la superficie del baño.
5.3.2.3.3.
Velocidad
de
extracción.
La velocidad con que bastidores o bombos son extraídos
del baño de proceso tiene un marcado efecto sobre el
volumen del arrastre. De hecho, el arrastre es
significativamente menor, cuando el trabajo se saca
49
UNIÓN EUROPEA
lentamente del baño y se transfiere rápidamente a otra
cuba, que a la inversa.
En una máquina automática es factible controlar tanto
la velocidad de extracción, como el tiempo de escurrido
sobre el baño; incluso es posible facilitar éste mediante
un sistema de vibración o un tope situado en la parte
superior del carro. En instalaciones manuales, sin embargo,
ambos factores son más difícilmente controlables. En este
caso, es factible situar una barra o rail encima del baño
y suspender el bastidor para facilitar el escurrido y después
transportarlo a la siguiente posición.
En el BREF de Tratamiento de superficies metálicas
se dan algunos valores para ciertos procesos específicos
para trabajos a bastidor, únicamente de forma indicativa.
TIEMPOS DE MININOS
RETIRADA (seg.)
TIEMPOS DE MININOS
ESCURRIDO (seg.)
Recibrimiento
10
10
Desengrase /
Decapado
8
7
Pasivado
10
10
Sellado
10
5
PROCESO
Fig 5.5 - Tiempos de retirada y permanencia para bastidores
50
El valor de referencia para el drenaje (incluyendo el
tiempo de extracción más el tiempo de escurrido) será
por tanto de 20 segundos.
Para procesos a bombo se da en la misma fuente un
valor general de 5 segundos.
5.3.2.3.4. Mantenimiento y diseño de
bastidores y bombos.
El traslado de restos de soluciones electrolíticas
contenidas en la superficie defectuosa de bastidores es
un fenómeno bastante corriente en los talleres de
galvanotécnia que es causante de no pocos problemas
de contaminación intempesiva de los baños. Por ejemplo,
es muy común encontrar cromo en las aguas de enjuague
de posiciones alejadas del baño de cromo que ha llegado
allí a través de los bastidores.
Asegurar un perfecto estado del aislamiento de los
bastidores no solo evita infiltraciones que puedan arrastrar
restos de baño e incluso contaminar los baños
subsiguientes, sino que también reduce el volumen de
los arrastres. Una operación normal de inspección y
mantenimiento debería ser la comprobación de la capa
de aislamiento de los bastidores para asegurar una
superficie lisa, exenta de grietas y fisuras que dañen el
aislamiento y atrapen o retengan solución. Es una buena
práctica inspeccionar regularmente los bastidores para
detectar defectos en el aislamiento para que, una vez
detectados, reparar el recubrimiento o reemplazar el
bastidor.
UNIÓN EUROPEA
5.3.2.3.5. Diseño optimo de las piezas.
En el diseño de las piezas que deben ser bañadas es
importante tener en cuenta un diseño que promueva un
buen drenaje de las piezas.
Con respecto a los bombos cabe hacer las siguientes
consideraciones:
Se deberán evitar diseños con concavidades
innecesarias, perforaciones ciegas, secciones roscadas,
y junturas y ranuras donde pudiera existir capilaridad.
Deben estar construidos con plástico liso e hidrófobo
y ser también inspeccionados regularmente para
detectar áreas gastadas o dañadas, bultos y huecos
que pudieran retener líquidos procedentes de los
baños.
Las piezas que necesariamente incluyan concavidades
donde se pueda dar el efecto de cazo deben ir provistas
de orificios de drenaje, así como los tubos o estructuras
tubulares.
Los orificios deben tener la sección y espesor suficientes
para minimizar al máximo el efecto de la capilaridad,
procurando el avellanamiento de los agujeros de los
mismos, y haciendo éstos con un diámetro lo más
grande posible
vs
A ser posible se deben sustituir los agujeros por mallas
La proporción total del cuerpo del bombo que está
perforada debe ser lo más alta posible, para permitir
un fácil escurrido del líquido contenido en el bombo
hacia el baño original, asegurando la resistencia
mecánica necesaria. Esto también mejora la eficiencia
del proceso de recubrimiento facilitando un fácil acceso
de la solución y disminuyendo la pérdida de corriente
Fig 5.5 - Diseño de pieza para facilitar el drenaje. Drenaje
5.3.2.3.5. Utilización de productos químicos
compatibles.
La utilización de productos químicos compatibles (por
ejemplo el uso del mismo ácido en el decapado o activado
51
UNIÓN EUROPEA
previo a un baño de recubrimiento ácido, como un activado
de ácido sulfúrico antes de un baño de cobre ácido) reduce
las consecuencias de las pérdidas de productos químicos
por arrastre del proceso subsiguiente.
Esta práctica reduce tanto las pérdidas de materias
primas, las cuales son utilizadas en el siguiente proceso,
como el agua que debería ser utilizada en un enjuague
intermedio y el número de etapas requeridas en el proceso.
de barras o raíles de goteo sobre el baño donde puedan
colgarse los bastidores al ser sacados del baño.
En orden a evitar el secado de las sales del baño
original sobre las piezas y posibles problemas de pasivación
no deben utilizarse tiempos de escurrido excesivamente
largos, considerando además que el aumento de los
tiempos de escurrido siempre debe ser un compromiso
entre la reducción del arrastre y el respeto a la cadencia
de producción.
Es posible que sea necesario incrementar los
requerimientos de mantenimiento del proceso subsiguiente
(por ejemplo la eliminación de metales disueltos
contaminantes). En tal caso, los ahorros producidos
pudieran no compensar los gastos derivados de la
descontaminación del baño.
Arrastre
(litro/tambor)
5.3.2.4. Técnicas de recuperación directa de
arrastres
1,6
5.3.2.4.1. Escurrido sobre el baño
0,6
Es fundamental que la operación del escurrido de
bastidores o bombos se efectúe sobre el mismo baño de
proceso. Este sencillo sistema de recuperación de arrastres,
fácil de implantar en instalaciones automáticas, puede
facilitarse en instalaciones manuales mediante la ubicación
52
0 2
5
10 cm
3 cazoletas 2 piezas planas
1cilindro hueco
1
1,0
2
3
0,2
30
60
90
120
60+120 S
Tiempo de
escurrido (S)
Fig 5.6 - Variación del volumen de arrastre en función del tiempo de escurrido
para distintas piezas en un proceso a bombo (IHOBE)
piezas con cavidades que pudieran atrapar líquidos, siendo
el valor de referencia para el tiempo de drenaje (incluyendo
el tiempo de extracción más el tiempo de escurrido) de
aproximadamente 30 segundos, incluyendo 3 rotaciones
del bombo mas 8 segundos de parada.
Arrastre (ml/m2)
70
60
x
A2
50
40
30
0 20 50
c. ca. 20 g/l CrO3,:T=20ºC
x
x
x
20
10
B2
x
UNIÓN EUROPEA
A2
10
TIEMPO MINIMO (seg)
x
x
PROCESO
x
Extracción
Escurrido
Períodos de
parada(*)
Recubrimiento
5
24
3x8
Desengrase/ Decapado
5
24
3x8
Pasivado
5
16
2x8
Sellado
5
24
3x8
2
B
20
30
40
50
60
Tiempo de
escurrido (S)
Fig 5.7 - Variación del volumen de arrastre en función del tiempo de escurrido
para distintas piezas colocadas de modos diversos a bastidor y modo de
colocación de las mismas (IHOBE)
(*) el bombo es girado dos o tres veces 90º con 8 segundos de escurrido
Ya se ha comentado en el apartado relativo a la
velocidad de extracción que el valor de referencia para
el drenaje de bastidores (incluyendo el tiempo de extracción
más el tiempo de escurrido) es de unos 20 segundos,
donde 10 segundos corresponden propiamente al tiempo
de escurrido, con pequeñas variaciones para los distintos
procesos, tal como se refleja en la tabla 5.5.
En instalaciones a bombo, estos deben rotar
intermitentemente encima del baño (rotación de 90 grados,
parada durante de al menos 8 segundos, siguiente
secuencia de rotación, etc.), sobre todo cuando se procesan
Tabla 5.6. Tiempos de escurrido y retirada en bombos.
El arrastre de los bombos puede reducirse
significativamente soplando el exceso de solución que
permanece en el interior del bombo cuando este se
encuentra escurriendo sobre el baño. Ensayos realizados
sobre un proceso de latonado a bombo han mostrado
que mediante un escurrido efectuado únicamente con
rotación de los bombos durante 20 segundos se conseguía
eliminar un 37 % del arrastre , mientras que un ulterior
soplado con aire eliminaba el 63 % restante.
53
UNIÓN EUROPEA
Normalmente las instalaciones a bombo mantienen
este en posición horizontal. Es posible optimizar el drenaje
de los bombos procurando una leve inclinación de los
mismos al extraerlos de los baños. Para ello deben
adaptarse los sistemas de elevación y suspensión de los
bombos, lo cual, en instalaciones convencionales pudiera
resultar difícil, pero no en instalaciones nuevas.
En algunos procesos, un excesivo tiempo de escurrido
puede afectar a la calidad de la superficie tratada, con lo
cual se deben aplicar ciertas restricciones a las
recomendaciones generales apuntadas más arriba. Estas
restricciones se deben aplicar especialmente en aquellos
casos en los que es preciso detener rápidamente las
reacciones químicas que se producen en la superficie de
los recubrimientos, lo cual se produce mediante una rápida
dilución de la película líquida que permanece sobre la
superficie de la pieza. Concretamente se aplicarán estas
restricciones en los siguientes casos:
La calidad de los recubrimientos también puede verse
afectada si los arrastres llegan a secarse sobre la superficie
de las piezas. Este secado puede causar manchas, pelado,
pasivación o dificultades para los ulteriores enjuagues.
Estos problemas pueden ser evitados realizando un
pequeño enjuague de las piezas sobre el propio baño.
Esta actuación es especialmente eficaz cuando se realiza
sobre baños calientes donde es posible equilibrar el agua
utilizada en el enjuague sobre el baño con el agua
evaporada.
El sistema óptimo para realizar un enjuague de las
piezas sobre el propio baño es el spray. El spray más
eficaz es aquel que se realiza con asistencia de aire a
presión. Los sprays pueden ser manejados por el operador
o ir instalados en los lados de la cuba. En instalaciones
automáticas el spray se acciona únicamente durante el
recorrido en el que las piezas son elevadas para sacarlas
del baño.
El spray sobre el baño produce un efecto beneficioso
de enfriamiento de la pieza evitando el secado de la
película superficial de la solución, además de permitir una
altísima recuperación de los arrastres, sin embargo también
puede presentar potenciales problemas. Cuando se usan
sobre una cuba dotada de sistema de aspiración, el spray
puede incrementar la carga contaminante que llega al
lavado de gases o ser emitida directamente a la atmósfera.
Pasivados de cromo hexavalente.
Matizado, abrillantado y sellado de aluminio.
Amalgama de cincato.
Activados previos al cromado.
Activado previo a pasivado de cinc.
Mordentado de plasticos.
54
Otra consideración a tener en cuenta es que el sistema
puede considerarse instalación de riesgo de legionella y
por tanto se deben seguir las obligaciones pertinentes.
5.3.2.4.2. Bandejas de recogida de goteos.
Es una buena medida de recuperación de arrastre el
colocar bandejas inclinadas de recogida de goteos entre
el baño y la primera posición de enjuague devolviendo la
solución recogida al baño. Estas bandejas son
particularmente eficaces para prevenir los goteos en el
suelo o entre las cubas cuando las piezas son transferidas
desde el baño a otras posiciones. Es importante que la
bandeja tenga la inclinación suficiente como para permitir
el retorno de los goteos al baño y evitar cristalizaciones
indeseables sobre la misma.
Bandeja de
recogida
Cuba de goteo
Fig 5.8 - Sistemas de recuperación de arrastre
UNIÓN EUROPEA
5.3.2.4.3. Cubas de recogida de goteos
Una cuba de recogida de goteos es simplemente como
una cuba de enjuague pero que no contiene agua. Está
destinada a recoger los goteos de los bastidores o bombos
antes de pasar a las funciones de enjuague. La cuba de
recogida de goteos es especialmente útil en aquellos
trabajos que gotean durante un período de tiempo
prolongado. Por consiguiente, los principales candidatos
para su utilización son los trabajos a bombo. Los bombos
deben rotar sobre la cuba siguiendo las mismas
consideraciones que se han hecho en el apartado de
escurrido sobre el baño.
Cuando el volumen de
solución recogida en la cuba
sea apreciable, este puede
ser devuelto al baño original.
La técnica, por lo tanto, es
principalmente aplicable a
aquellos baños que funcionan
a baja temperatura.
Normalmente será más
eficaz que esta técnica la
utilización de enjuagues
estancos de recuperación o
ECO para la recuperación de
sales como se discutirá más
adelante.
55
Fig 5.9 – Cuba de recogida de goteos
procedentes de un baño de cromo
UNIÓN EUROPEA
5.3.3. Sistemas de enjuague
los sistemas de recuperación mediante la utilización de
procesos de concentración tales como evaporación,
intercambio iónico y ósmosis inversa (que se discutirán
más adelante).
5.3.3.1. Introducción
Un agua de enjuague debe estar suficientemente
limpia, como para reducir la concentración de las sales
en el arrastre en un periodo de tiempo razonable.
Un gran número de talleres de galvanotecnia utilizan
aún hoy en día enjuagues simples para lavar sus piezas.
El caudal de estos enjuagues se suele controlar
manualmente y fluyen continuamente independientemente
de si están siendo utilizados o no. El caudal se ajusta, en
la mayor parte de los casos, en función del color de las
aguas de enjuague, y rara vez basándose en datos de
análisis químicos.
La reducción de los caudales de enjuague no reduce
la cantidad de contaminantes en el agua, pero como
mínimo reduce la cantidad de agua a ser depurada en las
instalaciones de tratamiento.
En todo caso, si los caudales de enjuague se reducen
suficientemente es posible, como se verá, utilizar las
aguas de los lavados con objeto de remontar las pérdidas
por evaporación de los baños calientes, con el resultado
de una recuperación de materias primas y la consiguiente
disminución en la generación de residuos. La reducción
de los caudales puede también incrementar la eficacia de
56
El BREF de Tratamiento de superficies metálicas designa
como una MTD la reducción del consumo de agua mediante
la utilización de una adecuada racionalización de enjuagues.
El valor de referencia dado para el agua a utilizar en
2
una función de enjuague se sitúa entre 3 y 20 l/m . Ahora
bien; el mismo BREF plantea que la reducción a alcanzar
no debe exceder aquellos valores para lo cuales aparezca
el peligro de que la concentración de ciertos contaminantes,
difíciles de tratar, excedan las limitaciones que los
Organismos locales puedan imponer por motivos
medioambientales. Los contaminantes que se citan son:
Boro.
Fluoruro.
Sulfato.
Cloruro.
El incremento de energía y de productos químicos, así
como el aumento en la producción de residuos sólidos
que implican el tratamiento de estos contaminantes
exceden con mucho los beneficios obtenidos por una
eventual reducción del consumo de agua, tanto desde el
punto de vista económico como medioambiental.
También se plantean excepciones a esa MTD en los
siguientes casos:
UNIÓN EUROPEA
Algunas consideraciones a tener en cuenta en el diseño
de una cuba de enjuague, que se refleja en la figura 5.9
son las siguientes:
Cuando reacciones en superficie deben ser detenidas
mediante una rápida dilución (como se comentará
más adelante)
Introducir el agua limpia por el fondo de la cuba.
Efectuar la salida por rebose en el lado opuesto de la
entrada.
Cuando hay pérdida de calidad causada por un excesivo
enjuague
Utilizar eductores para la distribución uniforme del
agua.
A continuación se detallarán los criterios de
construcción de una cuba de enjuague, las principales
estructuras de enjuague, sus ventajas e inconvenientes
y los caudales de agua necesarios para alimentar esos
sistemas.
Proveer de una adecuada agitación a la cuba.
Temporizador
Conductimiento
5.3.3.2. Diseño óptimo de una cuba de
enjuague.
Caudalimento
Válvula de
regulación
de caudal
El objeto clave que se debe perseguir a la hora de
abordar el diseño de una cuba de enjuague es el de
alcanzar una rápida dispersión de la película líquida que
acompaña a las piezas hacia el agua de enjuague. Otro
factor no menos importante lo constituye la eficacia de
renovación del agua contenida en la cuba de lavado, la
cual asegura la inexistencia de zonas de agua “muerta”
y la efectividad de la mezcla entre el agua de enjuague
y la solución arrastrada.
Agua de red
Entrada
de agua
Aire
Vertido
Fig 5.10 - Diseño de una cuba de enjuague.
57
UNIÓN EUROPEA
El modo de agitación más común para el enjuague de
bastidores es la aireación, la cual es altamente eficaz,
aunque debe utilizarse con cuidado, ya que puede dar
problemas de pasivación en ciclos largos de enjuague y
problemas de raspado en los recubrimientos por suspensión
de partículas sólidas en el enjuague.
La agitación de los enjuagues de bombos tiene lugar
por rotación del bombo en la cuba de enjuague.
La cuba puede equiparse con algún sistema de control
de caudal elegido de entre los siguientes:
conductímetro detecta la subida de conductividad y
abre la válvula de paso del agua. Cuando ha pasado
suficiente agua como para restablecer la conductividad
original, el conductímetro vuelve a cerrar la válvula
hasta que se detecta una nueva subida de
conductividad. El sistema es muy eficaz en la reducción
de consumos de agua. Sin embargo, desgraciadamente
da numerosos problemas de mantenimiento: fragilidad
de la sonda, necesidad de frecuente calibración,
problemas de incrustaciones, etc.
Control manual del caudal: se efectúa mediante la
combinación de una válvula manual de regulación y
un rotámetro de lectura del caudal resultante.
Temporizadores: el sistema de control temporizado
es una combinación entre un interruptor, un
temporizador y una electroválvula. La entrada del
agua se activa accionando el interruptor (mediante
un botón en instalaciones manuales o un sistema
automático en instalaciones automáticas), el cual pone
en marcha el temporizador, que cuando llega a
completar el tiempo de consigna cierra la válvula de
entrada del agua. El tiempo de entrada del agua debe
ser determinado experimentalmente en función de la
calidad de enjuague deseada.
Control de la conductividad: permite automatizar la
operación de las válvulas de control del enjuague. El
control de conductividad opera basándose en el principio
de que el agua limpia tiene una menor conductividad
que el agua contaminada por los arrastres de los
baños. Cuando el arrastre contamina el baño, el
Finalmente, hay que tener en cuenta que, cuando se
ha instalado agitación por aire en los baños y enjuagues,
ocurre que, en el momento de cortar la alimentación del
aire, se produce un vacío parcial en la conducción. Este
vacío produce el efecto de una aspiración de pequeños
volúmenes de líquido de los distintos baños y enjuagues
Limitadores de caudal: mantienen un caudal constante
de alimentación independientemente de las variaciones
de presión del agua. Algunos limitadores airean el
agua por efecto venturi, proporcionando un adicional
efecto de agitación.
58
que pueden causar problemas de contaminación cruzados.
Para prevenir este problema se debe practicar un pequeño
orificio en la conducción de entrada del aire acorta distancia
por encima del nivel del baño o enjuague agitado.
5.3.3.3. Enjuague simple corriente .
Es el caso de una sola cuba de enjuague con agua
corriente después de un baño de tratamiento.
UNIÓN EUROPEA
Consideremos por ejemplo, un caso real. En un taller
de tratamiento de superficies donde son tratados en una
instalación manual herrajes de material base latón, se ha
medido que las piezas arrastran a la salida del baño de
níquel 1,2 l/hr de solución. Si determinamos que una
razón de dilución de 10000 es satisfactoria para nosotros,
necesitaremos:
Q = 1,2 · 10000 = 12000 lts/hr
q
Q1
En la práctica, se suele aplicar un factor de seguridad
entre 1,5 y 2. Aplicando un factor intermedio de 1,75:
Co
Baño
Q = 12000 · 1,75 = 21000 lts/hr
C1
E. Corriente
Fig 5.11 - Enjuague simple
El caudal de agua de enjuague se calcula según la
fórmula:
5.4
Q = q · Rd
En el enjuague simple corriente, el caudal de agua
para asegurar una razón de dilución Rd satisfactoria es
desorbitadamente elevado salvo para arrastres muy
reducidos (por ejemplo para baños muy pocos cargados),
y en ciertas situaciones donde pueda haber una pérdida
en la calidad del recubrimiento si se lava excesivamente
la superficie, por ejemplo en los pasivados negros de cinc,
pasivados de elevado espesor o enjuagues entre níquel
brillante y cromo.
59
UNIÓN EUROPEA
Otro caso en el que puede ser necesario un enjuague
simple es en aquellos casos en que se debe detener una
reacción en superficie que sólo puede llevarse a cabo
cuando se produce una rápida dilución en la primera etapa
de enjuague, lo cual puede requerir grandes cantidades
de agua. En tal caso, la concentración de los productos
químicos reactivos en la primera etapa de enjuague debe
mantenerse baja.
Finalmente otros ejemplos donde es posible utilizar
este tipo de enjuague son las líneas manuales o semiautomáticas de baja producción, o utilizadas para trabajos
de investigación y desarrollo.
q
Q1
Co
C1
Baño
E. Corriente
Q2
C2
E. Corriente
Qn
Cf
E. Corriente
Fig 5.12 - Enjuague doble (ymúltiple) en paralelo
En todos estos casos es posible minimizar el impacto
medioambiental:
Reciclar el agua de enjuague en la misma posición o
en otra mediante por ejemplo un desionizador
Reutilizar el agua en otra posición de enjuague cuando
la compatibilidad química de los baños lo haga posible.
5.3.3.4. Enjuague doble (y múltiple) en
paralelo.
Es el caso de una sucesión de enjuagues corrientes
en paralelo en la que cada cuba del enjuague es alimentada
por separado:
60
El caudal de agua requerido para esta función de
enjuague es:
5.5
n
Q = Q1 + Q2 +...+ Qn = n·q· Rd
donde n es el número de cubas que conforman la función
de enjuague. Salvo en casos muy concretos, esta función
de enjuague no es recomendable( aunque no es raro
encontrarla en nuestros talleres) ya que, está en clara
desventaja frente a un número idéntico de cubas
conectadas en cascada y contracorriente. Así:
UNIÓN EUROPEA
Dos enjuagues corrientes en paralelo consumen doble
La expresión caudal requerido para esta función es:
cantidad de agua que conectadas en cascada y
5.6
contracorriente, para una misma calidad de enjuague.
n
Q = q · Rd
Tres enjuagues consumirán tres veces más, etc.
5.3.3.5. Enjuague doble (y múltiple) en cascada
y contracorriente.
En esta función de enjuague, el agua limpia es
introducida en la última cuba, y pasa en cascada hasta
la primera cuba, es decir, en sentido opuesto al de la
siendo n el número de cubas conectadas en
contracorriente.
El ahorro obtenido en el caudal de agua es importante.
Para calibrar su alcance, calcularemos su valor en el
ejemplo descrito en el enjuague simple corriente.
circulación de las piezas:
a) Con dos cubas conectadas:
Q
Q = 1,2 ·
q
q
10000 = 120 l/h
q
aplicando el factor 1,75
Cr
C2
C1
E. Triple cascada y contracorriente
Co
Qreal = 120 l/hr
Baño
Fig 5.13.- Enjuague triple cascada y contracorriente
lo que supone un ahorro de un 99 % frente al enjuague
simple.
61
UNIÓN EUROPEA
b)
Con tres cubas conectadas:
n=5
n=4 n=3 n=2
n=1
Co
= 26 l/hr
Rd=
Q = 1,2
Cf
10.000
1.000
100
10
lo que supone un ahorro de un 99,78 %.
1
Nótese que el ahorro más importante se produce al
pasar de una cuba de enjuague a dos cubas, mientras que
el salto producido al pasar de dos a tres cubas es
1
RAZÓN DE DILUCIÓN
1.000
10.000
10
100
1.000
Q /q
10.000
LITROS DE AGUA ENJUAGUE POR LITRO DE ARRASTRE
4
5,6 10
6,3 10
31,6
21,9
1.000
100
10.000
significativamente menor.
Fig 5.14 Razón de dilución en función del caudal de enjuague y de arrastre
La figura siguiente muestra la variación de la razón de
dilución Rd en función de la relación Q/q, es decir, los litros
de agua de alimentación por litro de arrastre. En la gráfica
y la regla inferior se encuentran marcados los valores del
volumen de agua necesaria para alcanzar una razón de
dilución de 1000 y 10000, para funciones de enjuague
constituidas por un número variable de posiciones (n).
para enjuagues en cascada con “n” cubas. (L.. Hartinger )
Los enjuagues en cascada son ampliamente utilizados
debido a su efectividad en la reducción del consumo de
agua, aunque no están exentos de inconvenientes: coste
de las cubas de enjuague adicionales, amplia necesidad
de espacio y disminución en el ritmo de producción.
5.3.3.6. Enjuague estanco.
Un enjuague estanco (o estático) es un preenjuague
que retiene una parte de las sales arrastradas desde el
baño de tratamiento. No es alimentado con agua en
continuo sino que es periódicamente renovado.
62
q
q
Evaporación
Co
Q
Co/n
Cf
Fig 5.15 - Enjuague estanco
Este tipo de enjuague permite, no sólo reducir el
consumo de agua, sino que permite recuperar una parte
de las sales arrastradas, que son devueltas al baño.
Esto ocurre en aquellos baños que trabajan a una
temperatura superior a 40ºC, ya que las pérdidas de
volumen por evaporación pueden ser compensadas
remontando con el enjuague.
UNIÓN EUROPEA
La incidencia que este tipo de enjuague tiene sobre
el caudal de los siguientes enjuagues alimentados con
agua corriente es función de la máxima concentración de
sales en el estanco. Así, un enjuague con agua corriente,
si es inmediato al baño de tratamiento, debe eliminar el
arrastre del baño de trabajo, cuya concentración es la
misma que la del baño. Pero si interponemos un enjuague
estanco, el enjuague corriente no debe eliminar más que
un arrastre procedente del preenjuague con una
concentración Co/n disminuida, por lo que el caudal de
agua corriente necesario se verá también disminuido por
la misma fracción Q/n.
Este factor es acumulativo si en lugar de un solo
enjuague de recuperación se sitúan varios. Esto puede
ser visualizado si volvemos a nuestro ejemplo:
Q=21 m3 / h
q=1,2 l/h
Según la temperatura del baño, su superficie y el
número de enjuagues estancos que compongan la función
de enjuague, la recuperación de productos puede estar
comprendida entre un 70 % y un 99 %, evitando por
añadidura que tengan que ser tratados en la instalación
de depuración. Esto repercute en un menor consumo de
reactivos y un menor volumen de lodo producido.
Co
Baño
C1
E. Corriente
Fig 5.16 - Enjuague corriente (Rd=10.000)
63
UNIÓN EUROPEA
q=1,2 l/h
q=1,2 l/h
Desde luego, como se ve en el ejemplo, no se llega
a reducir el consumo de agua tanto como en un sistema
con enjuagues en cascada y contracorriente. Para el
mismo número de cubas (3) tenemos para un enjuague
triple en cascada un caudal de 45 l/hr, mientras que para
un doble estanco y un enjuague simple corriente, el caudal
necesario es de 840 l/hr.
Q=4,2 m3 / h
q
Co
Baño
Co/5
Cf
E. Corriente
Ahora bien, conviene insistir en que los enjuagues
estancos permiten la recuperación de gran parte de las
sales arrastradas. Sin embargo, con enjuagues en cascada
únicamente, esas sales se pierden.
E. Corriente
Fig 5.17 - Enjuague estanco + enjuague corriente (Rd=10.000)
Para mantener la concentración deseada Co/n en el
enjuague, existen varios procedimientos:
q=1,2 l/h
q=1,2 l/h
Q=0,84 m3 / h
q=1,2 l/h
Devolución al baño de tratamiento mediante vaciados
periódicos para compensar la evaporación.
Mediante enjuagues “ECO”.
Co
Baño
Co / 5
E. Estanco
Co / 25
E. Estanco
Cf
Por purgas periódicas hacia el sistema de depuración.
Mediante la conexión con un sistema de concentración
(evaporación, ósmosis inversa, etc.)
E. Corriente
Fig 5.18 - Doble enjuague estático + enjuague corriente
Se pueden utilizar dos o tres enjuagues estáticos en
serie conectados en cascada para recuperar el máximo
64
de productos. En esta configuración, si se alimentan los
enjuagues estáticos en continuo canalizando el rebose
del tercer enjuague al baño de trabajo, las operaciones
de trasiego se simplifican. Este dispositivo se convierte
entonces en un sistema de enjuagues corrientes en cascada
de caudal suficientemente bajo como para poder ser
reciclado directamente en el baño de trabajo. Un enjuague
corriente colocado después de los enjuagues estáticos
asegura el acabado y la protección química del baño
posterior.
UNIÓN EUROPEA
número de cubas estáticos a la tasa de evaporación. Esta
tasa de evaporación depende de:
la temperatura del baño.
la superficie del baño.
la velocidad de la corriente de aspiración.
La relación entre la tasa de evaporación y la
temperatura del baño, para varias velocidades de
aspiración, se muestra en la figura siguiente:
Q1
Q1
Q2
q
q
q
Evaporación
Temperatura
de baño (ºC)
70
q
v=o ms1
60
Cf
1 ms1
2 ms1
50
Co
3 ms1
E. Corriente
Fig 5.19
Recuperación
40
Baño
4 ms1
5 ms1
Enjuague en cascada con recuperación total
30
20
Este tipo de enjuague es recomendable para baños
que evaporan, tales como níquel, cromo, cobre alcalino,
etc.
0
1
2
3
4
5
Evaporación
(kgm-2h-1)
Fig 5.20 Tasa de evaporación en función de la velocidad del aire de
extracción en la superficie del baño. (L. Hartinger )
El rendimiento de recuperación es proporcional al
65
UNIÓN EUROPEA
En la utilización de este tipo de enjuague debe tenerse
en cuenta que el arrastre supone una purga de las
Impurificación del baño por acumulación de
contaminación orgánica y metálica.
impurezas y contaminantes (incluyendo los productos de
descomposición) del baño, con lo que la devolución de
Recientemente ha aparecido un sistema, que parece
los arrastres puede suponer la acumulación intempestiva
que todavía no está completamente desarrollado, que
de los contaminantes hasta niveles que pueden hacer
proporciona soluciones a ambos problemas integrando los
inservible el baño. Este hecho implica que se deben
siguientes elementos:
extremar las medidas de mantenimiento, control y
purificación preventiva de los baños, para evitar mermas
Sustitución de ciertos ánodos de níquel por ánodos de
sustanciales en la calidad de los acabados. Estas
membrana que estabilizan la concentración de sales
precauciones, cuando implican inversiones costosas,
en el baño, sin producir pérdida de densidad de corriente
pueden hacer inviable la aplicación de la técnica.
anódica.
Lo que se acaba de afirmar es especialmente cierto
Una unidad de adsorción de contaminación orgánica
para los baños de níquel. Es muy frecuente que las
constituida por una columna rellena de un adsorbente
pérdidas de nivel del baño de níquel se remonten con
polimérico, que hace innecesaria la purificación del
agua procedente de un enjuague de recuperación. Este
baño con carbón activo.
enjuague estanco permite, como se ha comentado,
devolver al baño las sales arrastradas. Sin embargo, esta
Una unidad convencional de eliminación de impurezas
actuación presenta ciertos problemas:
metálicas por electrolisis a baja densidad de corriente
en celda aparte.
Aumento gradual de las sales en el baño de níquel,
hasta concentraciones indeseables, ya que el
Un filtro.
rendimiento de disolución del níquel procedente de
los ánodos es mayor del 100 %, dado que hay un
ataque químico de la solución sobre los ánodos.
El sistema permitiría alcanzar tasas de recuperación
de sales entre el 95% y el 98%, con un mantenimiento
óptimo de las propiedades del depósito de níquel.
66
UNIÓN EUROPEA
El enjuague de recuperación utilizado como ECO nunca
se vacía, con lo que su concentración se estabiliza en la
mitad de la del baño de tratamiento. De este modo, la
concentración de baño arrastrada al resto de la función
de enjuague también es la mitad.
Ánodo de
membrana para
estabilizar la
concentración
de metal
Filtro
Rectificador
Purificación
electrónica para
eliminar impurezas
metálicas
Figura 5.21 Sistema de purificación de baño de níquel
5.3.3.7. Enjuague ECO.
El enjuague ECO es un enjuague estanco de
recuperación, intercalado entre el baño y posteriores
enjuagues, en el cual las piezas son enjuagadas antes y
después de hacerlo en el baño de tratamiento.
Enjuagues anteriores
El sistema no supone ninguna variación en el volumen
del baño por lo cual se aplica fundamentalmente a baños
fríos o levemente calientes (< 40 ºC) como estaño, cromo,
etc., aunque también puede ser aplicado a baños calientes.
Por contra, no es recomendable para los procesos en
los que una inmersión en el enjuague ECO inicie una
reacción sobre la superficie de las piezas, ya que implicaría
una iniciación de reacción en condiciones no óptimas. Así
ocurre con:
Desengrases.
Decapados.
Satinados químicos.
Pulidos químicos.
Fosfatados por inmersión.
Cromatizados .
Baños de deposición química (Cu y Ni).
Baños de Cu y Zn ácido.
Q
q
Co
Co / 2
Baño
E.ECO
Ci
q
Cf
E. en cascada y
contracorriente
Figura 5.22 Enjuague ECO
Utilizado para los baños de níquel puede dar problemas
de calidad, así como en aquellos procesos donde el
67
UNIÓN EUROPEA
enjuague estanco contenga sólidos que pudieran causar
problemas de raspado en el baño correspondiente.
El esquema inicial representado para el enjuague ECO
puede ser variado si se desea que sobre el baño no haya
aportes de agua procedentes de funciones de enjuague
anteriores. Con la secuencia mostrada en el siguiente
esquema, los aportes al baño contienen, lógicamente,
sus mismos componentes.
Enjuagues anteriores
Q
q
Co
Co / 2
E.ECO
Baño
Ci
q
5.3.3.8. Enjuague por aspersión
Este tipo de enjuague es muy eficaz y se comporta
como una sucesión de enjuagues en cascada ya que da
lugar a un elevado rendimiento con muy poco consumo
de agua.
La elevada eficacia es debida al efecto hidromecánico
conseguido por el aire comprimido utilizado en pulverizar
el agua. Es fundamental tener en cuenta que un enjuague
por aspersión implica la pulverización del agua, y cuanto
más finas sean las gotas mayor será la calidad del
enjuague. En absoluto se trata de enjuagar las piezas
mediante una ducha, ya que ésta implica un mayor
consumo de agua y su eficacia es mucho inferior.
Cf
E. en cascada y
contracorriente
Figura 5.23 Doble enjuague ECO
En ocasiones puede resultar interesante la situación
de un doble enjuague ECO, con lo que la concentración
del baño arrastrada al resto de la función de enjuague
sería la cuarta parte en vez de la mitad.
68
Los enjuagues por aspersión utilizan entre el 10 y el
25 % de la cantidad de agua que debe utilizarse para un
enjuague simple corriente. Los ahorros en el consumo de
agua debidos a la utilización de este tipo de enjuague
dependen en gran manera de la configuración de las
piezas a lavar. Otros factores que tienen una marcada
influencia sobre la eficacia del enjuague son la disposición
de las boquillas, la presión del agua, el caudal, el tiempo
de la aspersión y el diseño mecánico de las boquillas.
El sistema muestra su máxima eficacia para piezas
planas, en las que el spray puede alcanzar toda la superficie
de la pieza. Sin embargo, es inefectivo para el enjuague
de piezas altamente conformadas. Además no puede
utilizarse para piezas pequeñas que puedan ser soltadas
del bastidor por la presión del spray, ni para bombos.
UNIÓN EUROPEA
la válvula de retención. Cuando se detiene el flujo del
aire a presión, la válvula de retención se libera, llenando
el cilindro nuevamente de agua procedente de la cuba de
enjuague donde se haya situado por vasos comunicantes.
Las boquillas utilizadas para el spray pueden resultar
ocluidas frecuentemente, sobre todo si no se filtra el agua
antes de llegar a las mismas y si se lava con aguas
procedentes de enjuagues alcalinos.
Figura 5.26 Enjuague por aspersión alimentado por el sistema “air-lift” lift
Fig 5.24 – Enjuague por
aspersión manual
Fig 5.25 – Enjuague por
aspersión automática
Es posible alimentar el sistema de aspersión con agua
procedente de una subsiguiente etapa de enjuague,
mediante la aplicación de la técnica “air-lift”, cuya
representación se muestra en la siguiente figura.
La eficacia del enjuague y su bajo consumo de agua
da lugar a efluentes muy concentrados que muy bien
pueden ser remontados al baño para compensar la
evaporación. Para la consecución de este objetivo el
enjuague por aspersión puede ser emplazado de tres
formas diferentes:
Encima del mismo baño de tratamiento caliente: níquel,
cromo, etc. se suele utilizar una variante del enjuague
por aspersión por la cual el agua se pulveriza mediante
El aire a presión evacua todo el volumen de un cilindro
calibrado a través de la boquilla cerrando al mismo tiempo
69
UNIÓN EUROPEA
un sistema neumático, con lo que se precisa muy poca
agua. Permite recuperar los arrastres sobre el baño,
prevenir el secado de las sales sobre la pieza y enfriar
la misma.
El requerimiento de agua para una eficacia de enjuague
de un 95 % se sitúa entre 2 y 5 litros de agua por litro
de arrastre. Con respecto al agua necesaria por unidad
de superficie se utilizan valores entre 1,5 a 2 ltr/m2
Sobre una cuba vacía y en la que el líquido recogido
por goteo es remontado al baño periódicamente:
cromo duro, perfiles abiertos de aluminio.
pudiéndose llegar a 5 ltr/m2, en función de la calidad de
En combinación con un enjuague por inmersión, sobre
todo para piezas conformadas. Por ejemplo, a la salida
de la última etapa del enjuague en cascada y
contracorriente y de modo que el goteo sirva de caudal
de alimentación de dicho enjuague. Aplicando este sistema
se consigue que el número de cascadas se reduzca al
mínimo, es decir, dos, e independientemente del tipo de
baño al que se aplique la función de enjuague.
aplicable a pequeños espacios, donde no es posible
lavado.
Una aplicación especial del enjuague por aspersión
implantar cubas múltiples de enjuague se muestra en la
figura 5.28. El sistema se compone de tres soluciones
progresivas de enjuague, cada vez más limpias, contenidas
en compartimentos separados. Las soluciones se bombean
sucesivamente a una sola cuba de enjuague por aspersión
empezando por el agua más sucia y acabando con agua
limpia. Durante cada ciclo, solo el agua resultante del
primer spray es vertida o devuelta al baño. Las aguas de
los siguientes spray son recogidas y almacenadas para
ser utilizadas en los posteriores ciclos. La ventaja de la
unidad es que proporciona el efecto de un enjuague
Co / 2
múltiple en cascada y contracorriente pero mediante la
utilización de una sola cuba.
Baño
Baño
Recogida
de goteo
Baño
Enjuague
Figura 5.27 Configuraciones posibles de enjuagues por aspersión
70
enjuagues y aprovechar las características químicas del
Piezas
Cuba de enjuague
por aspersión
Concentrado
UNIÓN EUROPEA
agua a ser reutilizada.
La técnica puede ser aplicada en los siguientes casos:
Tratamiento
por cargas
Segundo enjuague después de un desengrase no
cianurado, reutilizable para el enjuague después de
un decapado ácido (metales ferrosos) o alcalinos
Diluido
(aluminio), o a la inversa.
Enjuague después de un activado (o neutralizado),
Agua
reutilizable para uno de los enjuagues necesarios en
el pretratamiento.
1.Enjuague
2.Enjuague
3.Enjuague
Fig 5.29 Sistema de cascada externa: unidad simple de enjuague por
aspersión con cascada externa y concentrador para reciclaje
En la figura siguiente se muestra cómo el agua del
lavado posterior al baño de níquel se recicla en el lavado
posterior al decapado consiguiendo un efecto de devolución
de los arrastres del baño de níquel por las piezas antes
5.3.3.9 Reutilización de ciertas aguas
de entrar en este baño. El agua del lavado del decapado
se recicla para el enjuague posterior al desengrase
En ocasiones, las aguas de enjuague pueden ser
reutilizadas en otro enjuague que sea compatible con el
neutralizándose así la alcalinidad arrastrada por las piezas
y prolongando así la vida del decapado.
primero. Con este modo de proceder se consigue dividir
por dos el caudal de agua de alimentación de ambos
71
UNIÓN EUROPEA
5.4. Técnicas alternativas de deposición
5.4.1. Deposición al vacío
Enjuague
alimentado
con agua
limpia
Níquel
Enjuague
alimentado
con el lavado
del níquel
Decapado
Los procesos de deposición a vacío son técnicas de
reciente implantación en la industria, las cuales consisten
en la aplicación de un recubrimiento metálico sobre una
matriz, realizado bajo condiciones de vacío controlado.
Los procesos de mayor aplicación en la actualidad son los
siguientes:
Enjuague
Desengrase
alimentado
con el lavado
del decapado
Figura 5.30 Reutilización de aguas compatibles
Evaporación por resistencia
Evaporación mediante haz de electrones
Sputtering catódico
5.3.3.10 Enjuague caliente
El enjuague en caliente es particularmente efectivo en
el caso de lavar piezas procedentes de soluciones alcalinas
como desengrase y baños cianurados. Las soluciones
alcalinas tienden a cristalizar sobre la superficie de las
piezas cuando se sumergen en agua fría, haciendo difícil
su limpieza. El enjuague en caliente reduce la velocidad
de cristalización e incrementa la efectividad de la limpieza.
72
Recubrimiento por plasma
Deposición de vapor ionizado.
Deposición de Vapor mediante Arco de Baja
Temperatura
Todos estos procesos operan en un reactor de vacío
controlado. Dicha situación de vacío se consigue mediante
la actuación de una bomba de vacío, la cual extrae el aire
del reactor, manteniendo una situación de depresión
constante. El otro elemento fundamental en el equipo de
deposición a vacío es el equipo de evaporación del material
que se va a utilizar para realizar el recubrimiento. La
forma de realizar tanto la evaporación como la proyección
del metal evaporado sobre la pieza a recubrir son los
parámetros que marcan las diferencias entre los diferentes
procesos. La evaporación puede realizarse mediante la
aplicación de alta temperatura por calentamiento mediante
resistencias eléctricas, mediante la aplicación de un haz
energético de electrones, mediante el contacto con un
arco eléctrico de alta intensidad y baja tensión, etc...
Ar+
~10-5 mbar
Ar+
10-2 a 10-3 mbar
Pulverización por impacto iónico
10-1
a
10-5 mbar
0 ºC
Evaporación a vacío
Pulverización catódica
~10-1 mbar
Cátodo hueco
Figura 5.31 . Diferentes modos de evaporación del metal
(Environnement et Élestricité de Dopee)
UNIÓN EUROPEA
Estos procesos de deposición realizan un recubrimiento
metálico funcional y decorativo virtualmente en cualquier
base, ya sea metálica o plástica. El recubrimiento que se
consigue es una capa adherente, densa y de pequeño
espesor.
Como ejemplo particular, podemos hablar de la
deposición de vapor ionizado (IDV) de aluminio,
desarrollada por McDonnell Douglas Co. como sustituto
natural de la deposición de vapor ionizado de cadmio, a
fin de realizar el recubrimiento superficial de las piezas
de acero. Debido a que el aluminio se comporta de forma
anódica con el acero, le provee de una protección galvánica.
Además los productos de la corrosión del aluminio son no
porosos, con lo que protegen mejor el acero que el cadmio.
Más aún, las piezas recubiertas con aluminio son capaces
de soportas temperaturas significativamente más altas
que las recubiertas con cadmio. Otra ventaja de este
método es el menor precio del aluminio frente al cadmio.
El sistema IDV de aluminio consta de una cámara de
vacío, un sistema de evaporación del aluminio mediante
resistencia térmica y un sistema de alta tensión para
producir la ionización del aluminio a fin de dotar a las
partes de una carga negativa. Esta carga provoca la
electrodeposición de los iones de aluminio sobre la matriz.
El aire en la cámara de vacío es reemplazado por una
atmósfera de baja presión de un gas inherte. El vapor
73
UNIÓN EUROPEA
ionizado de aluminio interactúa con el gas inerte, de forma
que recubre la matriz uniformemente.
pueda controlar adecuadamente todas las variables de
operación.
Estos procesos, sin embargo, no están exentos de
inconvenientes. En las instalaciones de North Island
NADEP, se ha empleado la técnica IDV de aluminio durante
los últimos 11 años. Después este tiempo, han conseguido
desarrollar un equipo exento de muchos de los problemas
iniciales, aunque persisten algunos de los principales.
La calidad del recubrimiento producido mediante la
aplicación de algunas estas técnicas es excelente y de una
uniformidad extrema. Los tiempos de operación son muy
cortos y el espesor de la capa puede variar desde 300
amstrongs a unas pocas micras, dependiendo de las
especificaciones a aplicar.
Los principales problemas son los siguientes: En primer
lugar, debido a la configuración del equipo, se utiliza un
reactor de plato abierto, se producían las entradas de
contaminantes dentro de la cámara de vacío, lo cual
producía la aparición de incrustaciones y manchas en el
recubrimiento. En segundo lugar se producían errores
debido a la gran cantidad de variables que había que
controlar en el proceso de operación, y la empresa no
disponía de personal debidamente formado. Además,
debido a que la operación de este equipo era
extremadamente compleja, el personal presentaba una
fuerte oposición a manejar este equipo.
El proceso de Deposición de Vapor mediante Arco de
Baja Temperatura, en particular, tiene muchas ventajas
frente a otras técnicas físicas de deposición por vapor.
Este proceso presenta, así mismo, unos beneficios que no
se dan en la deposición de vapor por vía química. Este
proceso es capaz de operar a temperatura ambiente o
superior y no transmite una cantidad significativa de
energía térmica a la pieza base, evitando posibles problemas
de deformación o modificación de la estructura cristalina
de la matriz que se desea recubrir.
En definitiva, este proceso presenta un alto potencial,
siempre y cuando se opere en un ambiente limpio, o bien
se utilice una cámara de vacío en la que no puedan
introducirse contaminantes, y siempre que el personal
que opere con el equipo esté debidamente formado y
74
Los procesos de deposición a vacío son seguros tanto
para el medio ambiente así como para los trabajadores.
No se producen residuos peligrosos ni VOC’s. El único
efluente generado por este proceso es el vapor del aceite
producido por las bombas de vacío, el cual, en su mayor
parte es retenido en una trampa fría, que condensa el
efluente gaseoso y permite la recuperación del aceite.
UNIÓN EUROPEA
Bastidor o sostenedor
de la pieza
Entrada
de gas
Alimentación
del arco
(-)
Tubería de gas
de reacción
(+)
hacia el ánodo
Alimentación
del arco
Generador
del arco
Plasma
Desgasificador
de superficie
(-)
Gas de
metalizado por
bombardeo iónico
Hacia la bomba
(+)
Hacia la bomba
de vacío
hacia el ánodo
Sustrato,
pieza base
Cátodo plano del
magnetrón
Figura 5.3.2 Representación esquemática de un equipo de sputtering
(deposición catódica) (Coatings Technology Handbook de D. Satas)
(-)
Alimentación
del arco
(+)
Figura 5.32 Esquema del sistema de deposición por arco catódico
(Coatings Technology Handbook de D. Satas)
Estos procesos son utilizados para realizar
recubrimientos de piezas decorativas y funcionales en la
industria del automóvil, equipos médicos, aplicaciones
aeroespaciales, microelectrónica, equipos domésticos,
joyería y plásticos. Obviamente, los componentes pueden
variar mucho en configuración, tamaño y forma.
75
UNIÓN EUROPEA
5.4.2. Técnicas de spray térmico
Armazón
Boquilla
Corona de aire
Los métodos de rociado térmico son todos aquellos
en los que se lleva a cabo el recubrimiento de piezas
Flujo de spray
+VE
metálicas mediante partículas en estado fundido o
Zona de arco
semifundido, que son aplicadas por impacto sobre las
piezas sustrato. En muchos casos estos métodos pueden
proporcionar excelentes alternativas, exentas de vertidos,
AIR
Envoltura
Wire
a los métodos convencionales de electrodeposición. Entre
estos métodos se encuentran:
Electrodos
-VE
el rociado por arco
Figura 5.33 Rociado por Arco de Metalización ( Metallisation)
la metalización por aspersión del metal fundido
el rociado de plasma
el rociado térmico hipersónico
En el proceso llamado Rociado por Arco de
En el proceso de Metalización por Aspersión de Metal
Metalización la materia prima en forma de un par de
Fundido, la materia prima en forma de alambre simple,
hilos metálicos, se funde mediante arco eléctrico. Un cono
cordón o polvo, se funde en un soplete de oxígeno-gas
de aire comprimido atomiza esta materia y la impulsa
combustible. El material así fundido es pulverizado sobre
hacia la pieza que se trabaja, donde el rociado fundido
la superficie d la pieza, donde se solidifica. Una ventaja
se solidifica. Los depósitos poseen una fuerza de adhesión
significativa de este proceso reside en el hecho de que
superior a la de la mayoría de los otros depósitos
no hay riesgo de daño al componente.
térmicamente rociados. Además, el uso de aire comprimido
y electricidad implica revestimientos más económicos.
76
Aire comprimido
Guías
Llama
UNIÓN EUROPEA
En el caso del Rociado de Plasma, éste es creado
mediante un arco eléctrico dentro de la boquilla de una
pistola de proyección, transformándose así el gas del arco
en un chorro de plasma al salir de la boquilla. Las partículas
de polvo constituyentes del recubrimiento son inyectadas
en este chorro donde se funden y son proyectadas sobre
Wire
Flujo de spray
Mezcla de combustible
y oxigeno
Carretes de alimentación
Figura 5.34 Metalización por Aspersión de Metal Fundido (Metallisation)
En ambos casos, el material forma un revestimiento
denso y fuertemente adherente sobre la superficie de la
pieza, adecuado para la protección anticorrosiva o
recuperación del componente, proporcionan resistencia
al desgaste, conductividad eléctrica y térmica, oxidación
la superficie a alta velocidad, produciendo un revestimiento
sumamente adherente. Pueden ser rociados casi todos
los materiales incluyendo los metales, cerámicas y plásticos.
La pieza que se trabaja permanece fría porque el plasma
queda localizado en la pistola. El equipo completo está
compuesto de pistola de plasma, controlador, suministrador
de energía, alimentador del polvo y un sistema de
enfriamiento. Las aplicaciones típicas de este sistema las
encontramos desde protecciones contra el rayado de
anillos de pistones, hasta protecciones térmicas y abrasivas
en turbinas en las industrias textil y papelera.
a alta temperatura o configuraciones autónomas. La
ventaja más importante de estos procesos es que los
revestimientos están disponibles para uso casi instantáneo.
Plasma es el término usado para describir el gas que
En todos estos casos, dada la naturaleza del proceso
del rociado térmico, será necesario la adopción de equipos
de protección individual para hacer frente los efectos
adversos de ruidos, polvos y luz.
se ha elevado a una temperatura tan alta que se ioniza
y se convierte en eléctricamente conductivo.
77
UNIÓN EUROPEA
Boquilla (ánodo)
Cátodo
Inyección
de polvos
Gas plasmático
Figura 5.35- Rociado de Plasma (Metallisation)
78
Manual de minimización de buenas prácticas en galvanotecnia
UNIÓN EUROPEA
Buenas prácticas
medioambientales
6
6
.1 Introducción
Las buenas prácticas medioambientales, un subconjunto de métodos de
prevención de la contaminación, son actividades enfocadas hacia los aspectos
humanos y organizativos de la producción que en general reciben la consideración
de MTD. Generalmente, no implican inversiones en infraestructuras y equipos,
aunque de la ejecución de algunas buenas prácticas pueden resultar inversiones
significativas de capital cuando se aplican a toda la empresa. Algunas de las
buenas prácticas que se relacionarán, proporcionarán una mejora en la calidad
del producto y una reducción de los costes operacionales junto con una reducción
en la generación de residuos. Además, generalmente éstas mejorarán el
comportamiento medioambiental de un taller, incluyendo aspectos de Seguridad
e Higiene.
6.2. Sensibilización y formación de operarios
La forma de trabajar de los operarios de una planta galvánica tiene una
importante repercusión en el grado de contaminación producida por los procesos,
de forma que su papel es fundamental a la hora de abordar un plan de prevención
de la contaminación. Sin su colaboración y participación activa, incluso el mejor
de los planes de minimización puede estar condenado al fracaso.
UNIÓN EUROPEA
La sensibilización y la formación deben dar comienzo
con una clara política medioambiental de la empresa que
se traduzca en un programa de control y prevención de
la contaminación. La política debe ser comunicada a todos
los empleados y reforzada de varias formas en orden a
crear una actitud positiva que permita alcanzar de forma
eficaz los objetivos medioambientales de la empresa.
Por qué la prevención de la contaminación es importante
(coste de la contaminación, seguridad e higiene, mejora
del ambiente del puesto de trabajo, preservación del
medio ambiente).
Cómo pueden afectar los costes de gestión de la
contaminación (reactivos de depuración, agua, gestión
de residuos, etc) a los salarios.
La formación dada a los operarios debe contener los
siguientes elementos:
Es necesario establecer un sistema de indicadores
que permita medir el éxito del programa de formación.
Para ello la empresa debe tener un histórico de consumo
de materias primas, producción de residuos, etc, con
objeto de evaluar la eficacia de los planes de prevención.
Para motivar la participación de los empleados en esos
planes es muy interesante establecer primas, premios
y cualquier otra forma de reconocimiento que estimule
un papel activo de los mismos.
Cómo, por qué y dónde se produce la contaminación
y cómo puede minimizarse.
Métodos de mantenimiento preventivo para la reducción
de la contaminación.
Procedimientos de la empresa para la manipulación
de las materias primas y adiciones de productos a los
baños.
6.3. Compra, almacenamiento y
manipulación de materias primas
Procedimientos de actuación frente a fugas y derrames.
Actuaciones concretas para la prevención de la
contaminación en el puesto de trabajo.
Requisitos legales medioambientales y cómo afectan
a su los procesos en los que se desarrolla su trabajo.
Las buenas prácticas relacionadas con la compra,
almacenamiento y manipulación de los productos químicos
se encaminan a reducir las pérdidas de estos que se
producen por fugas, derrames, deterioro del producto y
otras causas y que finalmente se traducen en
contaminación.
81
UNIÓN EUROPEA
6.3.1. Gestión de compras e inventarios
Un control de inventarios se concibe con el fin de que
la empresa no tenga más materias primas que las que
realmente necesita. Además de la ocupación de espacio
y el inmovilizado que supone, la ausencia de un adecuado
control de inventarios puede derivar en la generación de
residuos procedentes de materias primas que ya no son
necesarias, que han caducado o se han deteriorado,
momento en el cual se han convertido en un residuo.
Un conjunto de buenas prácticas relacionadas con este
capítulo pueden ser las siguientes:
Estandarizar los productos químicos utilizados, de tal
forma que se utilice el menor número posible de estos
en todas las operaciones.
Evitar comprar en exceso, considerando las necesidades
reales de los procesos.
Comprar los productos en recipientes de dimensiones
adecuadas al uso y a las características del producto,
procurando minimizar el número de envases. A ser
posible utilizar envases reutilizables.
Establecer un protocolo de aceptación de muestras
de productos, aceptando solo aquellos cuyo proveedor
82
se comprometa a recoger en caso de no utilizarse en
su totalidad.
Utilizar un sistema de gestión FIFO (first-in-first-out),
llevando a cabo una rotación de los envases situados
en el fondo de las estanterías hacia delante cuando
lleguen productos nuevos.
6.3.2. Almacenamiento de productos químicos
Las buenas prácticas en el almacenamiento de
productos químicos se encaminan a la reducción de los
residuos producidos por un deterioro de los productos
producido por exposición a agentes atmosféricos o contacto
con otros productos incompatibles, y derrames por defectos
y daños en los recipientes. Una relación de estas buenas
prácticas es la siguiente:
Utilizar para el almacenamiento áreas separadas de
acceso restringido que estén señalizadas, iluminadas
y debidamente protegidas, de modo que se evite el
deterioro de los envases y sus productos contenidos.
La zona dispondrá de una solera de hormigón hidrófugo
y un sistema de recogida de derrames y fugas
accidentales..
En función de las características concretas de los
UNIÓN EUROPEA
químicos seguir las siguientes indicaciones:
productos habrá que tomar las siguientes precauciones:
Evitar la generación de cianhídrico almacenando
ácidos y cianuros separadamente
Almacenar y apilar los envases de acuerdo con las
instrucciones del envasador o el fabricante.
Almacenar ácidos y álcalis separadamente.
En caso de apilar materiales distintos situar siempre
los líquidos debajo de los sólidos.
Reducir el riesgo de incendio almacenando los
productos inflamables separados de agentes
oxidantes.
Reducir el riesgo de incendio aquellos productos
que se inflaman espontáneamente con la humedad
en condiciones de sequedad y separados de agentes
oxidantes. Marcar esta área de tal forma que se
evite el uso de agua en ella como medio de extinción
de incendios.
Mantener la separación suficiente entre envases y
contenedores para facilitar el acceso a los mismos y
las tareas de inspección. Los envases deben ordenarse
de acuerdo con el grado de utilización y peligrosidad.
Prevenir la corrosión de recipientes metálicos
protegiéndolos de vapores y ambientes corrosivos, y
elevándolos con respecto al suelo para que no entren
en contacto con la humedad del exudado del hormigón.
6.3.3. Manipulación de productos químicos
Es posible implantar un conjunto de buenas prácticas
en las operaciones de carga y descarga, transporte y
manipulación de materias primas que se dirijan hacia la
prevención de derrames, fugas y contaminación de
materiales. De este conjunto se pueden destacar las
siguientes:
Realizar las operaciones de carga y descarga en zonas
bien iluminadas, señalizadas, y sin obstáculos.
Todos los recipientes deben estar etiquetados y no
deben utilizarse para contener productos distintos de
los originales.
Establecer procedimientos escritos para las operaciones
de carga, descarga, trasvase, formulación y adición
de productos a los baños.
Para prevenir daños en los envases de productos
83
UNIÓN EUROPEA
Designar al personal responsable de la formulación y
adición de productos a los baños.
Prever en las zonas donde se realizan operaciones de
trasvase la instalación de sistemas que faciliten el
escurrido hacia recipientes que permitan la recuperación
del producto. Asimismo, en estas operaciones procurar
evitar el goteo, derrame o vertido accidental de los
productos trasegados y tener preparados métodos de
contención de esas pérdidas.
Cuando se abra un envase asegurarse de que este
queda cerrado, sobre todo si contiene disolventes
volátiles.
En tiempo de parada, sacar de los baños aquellos
ánodos que pudieran ser disueltos químicamente y
aumentar de forma intempestiva la concentración
metálica, por ejemplo los ánodos de cinc.
6.4. Protección de piezas antes y
después del tratamiento
Las piezas objeto del tratamiento galvánico pueden
sufrir corrosión por diversas causas en el almacenamiento
84
previo a su procesado y en el almacenamiento posterior
antes de su expedición. La corrosión de las piezas puede
causar problemas de adhesión de los recubrimientos o
mermas en la calidad del acabado. Cuando estos problemas
se producen es necesario volver a procesar las piezas,
frecuentemente después de realizar un desmetalizado y/o
un deslacado. Las buenas prácticas en la protección de
las piezas antes y después del tratamiento permiten
reducir el impacto medioambiental asociado precisamente
a estos procesos de decapado, desmetalizado y deslacado.
La mayor parte de las superficies metálicas se oxidan
o corroen cuando están expuestas al oxígeno u otros
agentes presentes en la atmósfera. El tiempo en el que
se produce la corrosión depende del tipo de material y
de las condiciones en las que este es almacenado. La
humedad, temperatura y acidez del ambiente son los
factores que determinan cuán rápido se va a producir la
corrosión. Todos estos factores pueden encontrarse en
una instalación galvánica, y a ellos se ven expuestas las
piezas, de lo cual se desprende la necesidad de su control.
A continuación se expondrán algunas prácticas, citadas
en el BREF de tratamiento de superficies metálicas,
encaminadas a la prevención o minimización de la
problemática que se acaba de exponer.
6.4.1. Reducción del tiempo de almacenamiento
Eliminar o reducir al máximo el tiempo de
almacenamiento entre operaciones, por ejemplo entre la
fabricación y el tratamiento de la superficie, o entre el
acabado y la expedición, puede evitar que sea necesario
aplicar cualquier otra medida de prevención contra la
corrosión. Esto puede realizarse como parte de un sistema
de gestión JIT (just in time) o como parte de una meditada
planificación de la producción.
La medida es fácilmente aplicable en aquellas
instalaciones que integran los procesos de fabricación y
de tratamiento de superficies o cuando los transportes
son cortos y frecuentes. Es más difícil de aplicar en aquellos
casos en los que la distancia entre los centros de fabricación
y de tratamiento de superficies implica unos costes de
transporte que aconsejen un almacenamiento antes y
después del tratamiento.
6.4.2. Condiciones de almacenamiento y
transporte
Las piezas y componentes deben mantenerse lejos
del ambiente húmedo y frecuentemente ácido que se
encuentra en las instalaciones de tratamiento de superficies,
tanto antes del tratamiento como una vez acabadas. Una
buena ventilación de las áreas de trabajo deberá asegurar
UNIÓN EUROPEA
que el aire húmedo y ácido de la aspiración de los baños
no entre en contacto con las piezas almacenadas o en
espera de su expedición. También debe asegurarse una
buena ventilación en la zona de almacenamiento de las
piezas.
La humedad del ambiente puede condensar sobre las
piezas cuando estas se enfrían durante el transporte o
almacenamiento después de salir de las zonas calientes
y húmedas. Mantener las piezas calientes durante el
transporte y almacenarlas en un ambiente seco puede
eliminar este problema.
El ahorro en los costes derivados de las operaciones
de stripping y reprocesado de las piezas podría verse
sobrepasado por los costes energéticos asociados al
acondicionamiento o ventilación del ambiente.
6.4.3. Empaquetado de las piezas
Las piezas a tratar o acabadas pueden ser
empaquetadas con materiales absorbentes o de prevención
de la corrosión tales como papeles específicos, viruta de
madera, serrín y otros. Estos materiales pueden tanto
prevenir la corrosión como el rayado de la superficie
durante el transporte.
85
UNIÓN EUROPEA
6.5. Mantenimiento preventivo
electrolíticas, contaminando las mismas.
Desde el punto de vista de la prevención de la
contaminación, el mantenimiento preventivo puede
minimizar las pérdidas de materias primas de debidas a
fugas, reducir el riesgo de derrames accidentales, y evitar
la producción de piezas defectuosas por fallos en las
instalaciones.
Inspección frecuente del fondo de las cubas, sobre
todo las de los baños, con vistas a eliminar rápidamente
piezas, sujeciones y bastidores. La empresa puede
facilitar la rapidez de dicha eliminación, disponiendo
de rastrillos localizados en lugares accesibles educción
El mantenimiento preventivo consiste en la inspección
y limpieza periódica de equipos e instalaciones, incluyendo
la lubricación, comprobación y sustitución de piezas en
mal estado.
Las empresas que poseen programas de mantenimiento
efectivos pueden observar un incremento en los costes
de producción; sin embargo, generalmente, estos costes
son contrarrestados por la disminución de paradas por
avería, derrames accidentales o contaminación de los
baños.
Las áreas específicas donde el mantenimiento
preventivo puede reducir la generación de contaminación
incluyen:
6.6. Prevención de fugas y derrames
Inspección regular de cubas y tanques con sustitución
o reparación de las unidades dañadas o corroídas.
Sustitución periódica de juntas en las bombas y filtros.
Inspección y reparación de bastidores y bombos,
prestando especial atención a zonas despegadas del
recubrimiento de los bastidores que pudieran atrapar
de forma oculta arrastres de los baños, y nódulos
metálicos que pudieran disolverse en las soluciones
86
La magnitud de las pérdidas de productos debidas a
fugas y derrames frecuentemente no es despreciable con
respecto a las pérdidas sistemáticas debidas a la normal
operación de los procesos, pudiendo ser igual a estas o
incluso mayor. En ocasiones las fugas que se producen
en bombas, filtros o cubas pueden pasar inadvertidas y
suponer pérdidas importantes de materias primas. Algunos
métodos para reducir esas pérdidas y las debidas a
derrames accidentales, normalmente mucho más evidentes,
se muestran a continuación:
Llevar a cabo un mantenimiento preventivo de bombas,
filtros, cubas y tanques, tal como se ha comentado
en el punto anterior.
Emplear un método controlado para la adición de agua
en las cubas de los baños, no permitiendo el uso de
mangueras no vigiladas.
Instalar alarmas de nivel alto en las cubas de los baños
y especialmente en aquellos baños que evaporan y
que necesitan una compensación frecuente de nivel.
Implantar cubas de doble pared para aquellos baños
más agresivos con el material de las cubas.
Instalar cubetos de contención en aquellas cubas con
mayor riesgo de fuga o derrame, y alrededor de los
sistemas de filtración y bombeo.
Instalar sensores en los cubetos de contención que
detecten las pérdidas. Estos sensores pueden ser de
pH, redox, humedad y/o conductividad, que irán
asociadas a sistemas de alarma.
UNIÓN EUROPEA
adecuada utilización de conducciones, embudos y
recipientes de recogida de goteos durante la manipulación
y trasiego de productos y soluciones; el mantenimiento
de niveles de líquido en los depósitos, evitando
desbordamientos; el uso de mopas o raspadores para
limpiar los derrames (en contraposición al uso de
absorbentes que deben ser tratados como residuos
peligrosos); y la utilización de los cubetos de contención
para retener los derrames.
6.7. Agua de alimentación.
La calidad del agua utilizada en la formulación de los
baños y en los enjuagues ejerce una importante influencia
en la eficiencia de los procesos y en la generación de
residuos de los mismos. Los contaminantes naturales
presentes en el agua de abastecimiento, tales como calcio,
hierro, magnesio, manganeso, cloruros, carbonatos y
fosfatos, pueden causar problemas en los procesos, por
ejemplo:
Incrustaciones (depósitos de sales de calcio) en las
conducciones, pero sobre todo en las cubas conteniendo
productos alcalinos (baños y enjuagues) y en las redes
de aguas residuales.
Los derrames pueden ser reducidos o evitados
mejorando la formación del personal en la manipulación
de productos químicos y baños, y en los métodos de
prevención de derrames. La formación debería incluir la
Defectos sobre las piezas como resultado de la presencia
de sales poco solubles en los baños y en los enjuagues.
87
UNIÓN EUROPEA
Mineralización excesiva de los baños en los cuales el
funcionamiento es muy sensible a la presencia de
2+
+
2ciertos iones en solución (Ca
, Na , SO4 , Cl
2,CO3 …), sobre todo cuando se utilizan enjuagues
de recuperación.
Presencia de materia orgánica incompatible con el
tratamiento o recubrimiento a llevar a cabo.
Incremento en la producción de los lodos de los
tratamientos convencionales de aguas residuales.
Aumento de la viscosidad de los baños y como
consecuencia aumento en el volumen de los arrastres.
Por estos motivos, es necesario el análisis de la calidad
del agua de suministro para determinar la necesidad o
no de tratamientos previos antes de su utilización en la
línea de procesos. Es difícil dar un valor de referencia
para la calidad del agua de suministro, ya que esta es
función de las condiciones particulares de utilización. No
obstante, la experiencia muestra que un agua con una
dureza de 15 a 20 ° F es útil para la preparación de la
mayor parte de los baños y de sus enjuagues.
Se deben tomar una serie de precauciones particulares
para ciertos procesos:
88
Baños alcalinos y sus enjuagues: se debe utilizar
preferentemente agua descalcificada para evitar
incrustaciones, manchas y colmataciones.
Baños calientes: donde las pérdidas de nivel deben
ser compensadas mediante aportaciones importantes
de agua (directamente desde la red o procedente de
las funciones de enjuague): se recomienda utilizar
agua desmineralizada (o como mínimo descarbonatada)
para evitar la mineralización del baño por concentración
progresiva de sales. El agua descalcificada no es
recomendable en casos como en los baños de níquel,
ya que contiene una alta concentración en iones sodio
que a partir de cierta concentración puede dar
problemas de fragilidad en el depósito de níquel.
Enjuague final (caliente o frío): debe ser de buena
calidad con el fin de evitar manchas (por presencia
de calcio en particular y sales en general), y la corrosión
debida fundamentalmente a los cloruros.
6.8 Mantenimiento de las condiciones
operativas de los baños
El mantenimiento de la pureza de los baños puede
reducir significativamente su vertido residual. La limpieza
UNIÓN EUROPEA
periódica de las impurezas procedentes de los baños es
necesaria para mantener sistemas en perfecto estado.
Por ejemplo:
Purificaciones preventivas de la contaminación metálica:
Bien por electrolisis selectiva a baja densidad de
corriente y con cátodos ondulados de hierro (para
contaminaciones de metales como Ni, Cu, Zn,...).
Impurezas de metales como el hierro, el cobre, el
aluminio, el níquel, el zinc y el cromo trivalente
necesitan ser eliminadas de los baños de cromo.
Bien por adición de un oxidante (agua oxigenada,
permanganato,...) y posterior filtración, para la
contaminación por Fe en baños ácidos.
La materia orgánica y las impurezas de metales como
el cobre, el zinc, el plomo y el hierro necesitan ser
eliminadas de los baños de níquel.
Bien por adición de ácido bórico para formar
cloroboratos y fluoroboratos de contaminantes
metálicos en general, para los baños de Cr.
Los carbonatos y las impurezas de los metales tienen
que ser eliminadas de los baños cianurados.
Un primer grupo de medidas irán dirigidas a evitar
contaminaciones que obliguen a purificaciones
excesivamente drásticas, con las consiguientes pérdidas
de baño por arrastres. Principalmente son:
Filtración continuada de baños y a través de carbón
activado: Esta actuación eleva el consumo de
abrillantadores y aditivos orgánicos, pero los resultados
obtenidos a medio y largo plazo respecto de la
prevención de contaminaciones orgánicas la justifica
sobradamente. Los baños de oro a base de cianuro
no pueden ser filtrados con carbón pues el oro queda
retenido en la masa filtrante.
Estas actuaciones pueden ir acompañadas de adiciones
de pequeñas concentraciones de complejantes específicos.
Sin embargo, una contaminación metálica complejada es
una contaminación en estado latente y que, en
determinadas circunstancias, puede manifestarse con
toda intensidad si el complejo es destruido.
La tabla 6.1 presenta una visión de las tecnologías de
purificación para baños de deposición y algunos ejemplos
de aplicación. La tabla 6.2 presenta ejemplos de
mantenimiento de soluciones de deposición mediante
filtración particular o purificación por carbón.
89
UNIÓN EUROPEA
TECNOLOGÍAS
APLICADAS
POTENCIALMENTE
Filtración
Absorción por
carbón activo
Electrodiálisis
Electrodiálisis
selectiva
Intercambio
iónico
PURIFICACIÓN DE
LA SOLUCIÓN
Eliminación de sólidos
suspendidos
Eliminación de
contaminantes orgánicos
Eliminación de
contaminantes
metálicos
Reciclación de solución
concentrada
Eliminación de
impurezas metálicas
Decantación y
eliminación de
lodos
DESCRIPCIÓN DE
LA SOLUCIÓN
Ver tabla
Cromo
Ver tabla
Desniquelado
Eliminación de hierro,
aluminio, cobre, otros
metales contaminantes
de baño de cromo duro
Regeneraciones de
decapados alcalinos y
ácidos
Baños de níquel y cromo.
Reoxidación de cromo
trivalente a cromo
hexavalente
Eliminación de
aluminio disuelto de
soluciones de
matizado
Separación de lodos de
baños de deposición
permitiendo su
reutilización
FILTRACIÓN
PURIFICACIÓN
POR CARBÓN
Anodizado Sulfúrico
Cincado
Cobre
Stike de cobre
Níquel
Plata
Eliminación de
contaminantes metálicos
Eliminación de
excesos de carbonatos
Hidrólisis y
cristalización
EJEMPLO DE
APLICACIÓN
Eliminación de sulfato
ferroso de soluciones
decapantes de acero
base sulfúrico
Soluciones formuladas
con cianuro sódico,
incluidos baños de cobre,
strike de cobre y plata
Regeneración de baños
de matizado de sosa
Baños de latón
Tabla 6.1 - Tecnologías de purificación para baños de deposición.
90
Oro
Rodio
Latón
Tabla 6.2 - Ejemplos de mantenimiento de soluciones de deposición.
UNIÓN EUROPEA
Técnicas de reciclado de baños
y aguas de enjuague
7
C
omo ya se ha descrito en el manual, la secuencia correcta de actuación
debe ser siempre primero reducir contaminación en el origen y después reciclar
o valorizar, siendo las últimas opciones el tratamiento del residuo o su gestión
externa.
Existe un número importante de técnicas de reciclaje, aunque su aplicación
en la industria en la mayoría de los casos esta condicionada a la viabilidad
económica. En el presente manual se describen las más importantes, desde el
punto de vista de su implantación en la empresa. Estas son:
Evaporación
Electrólisis
Intercambio iónico
Ultra/microfiltración
Osmosis inversa
Electrodiálisis
Todo este grupo de tecnologías se pueden englobar en lo que se denominan
tecnologías limpias, es decir tecnologías que contaminan menos que las que
se usan convencionalmente.
En ocasiones también se les denominan tecnologías
de vertido cero, aunque este término solo es aplicable en
UNIÓN EUROPEA
química, pasándola a fase vapor. Existen básicamente
dos variantes de sistemas de evaporación:
el caso de que como consecuencia de la implantación de
la tecnología no se contamine nada, situación en la mayoría
A vacío
de las ocasiones altamente complicada.
La evaporación al vacío permite, aplicando una baja
A continuación se describen cada una de las tecnologías
presión, cercana a cero bars, evaporar el agua a una
de reciclaje enumeradas anteriormente. Su descripción
temperatura que oscila habitualmente entre 35-50ºC.
será general, subdividiéndose en:
Atmosférica
1- Fundamento técnico.
2- Aplicaciones principales.
La evaporación atmosférica utiliza una corriente de
3- Ventajas
aire que se hace circular a contracorriente a través de la
4- Limitaciones
disolución que se quiere evaporar. De esta forma, el aire
se satura en agua y por lo tanto se concentra la disolución
Todos estos puntos se desarrollarán de forma breve
de trabajo .
y concisa, sin entrar en detalles excesivamente técnicos
para no complicar en exceso la comprensión del manual.
Las dos diferencias fundamentales entre las alternativas
citadas son: en primer lugar el mecanismo de evaporación,
y en segundo lugar que en el caso de la evaporación al
7.1. Evaporación
vacío se condensa el agua evaporada y de esta forma se
puede reciclar, mientras que en la evaporación atmosférica
7.1.1. Fundamento
el agua contenida en el aire se pierde, siendo aprovechable
únicamente el concentrado obtenido.
Se trata de una tecnología simple, basada en una
separación física del agua contenida en una disolución
93
UNIÓN EUROPEA
7.1.2. Aplicaciones
y se dirige al citado baño. En el caso de la evaporación
al vacío, el agua destilada se recicla como agua de
Las dos aplicaciones más importantes son:
enjuague.
A ) Recuperación de materia prima perdida por arrastre
El esquema general de sistema sería el siguiente:
B ) Regeneración de baños decapantes
A) Recuperación de materia prima perdida por
Enjuague en cascada
arrastre
La aplicación principal de la evaporación es la
q
q
q
Baño de deposición
Destilado
recuperación de la materia prima perdida por arrastre de
los baños hacia los enjuagues.
Al incorporar un sistema de evaporación se debe
Evaporación
Concentrado
contemplar un rediseño de los sistemas de enjuague. El
objetivo es reducir la cantidad de disolución a procesar,
Fig 7.1. Sistema de evaporación para la recuperación de arrastres
de lo contrario la tecnología no resultaría económicamente
viable. Para ello, el diseño óptimo serán sistemas
multietapas de enjuagues en cascada y contracorriente.
El evaporador se conecta al primero de los enjuagues,
produciendo la evaporación del agua y concentrando la
B) Regeneración de soluciones decapantes
Una aplicación interesante y novedosa, utilizando
evaporación al vacío, es la regeneración de disoluciones
agotadas de decapados formulados con ácido clorhídrico.
disolución. Cuando se alcanza un grado de concentración
suficientemente elevado como para poder devolver al
baño, y que este no desborde, se purga el concentrado
94
Una vez el decapado de HCl se ha agotado su
formulación original base ácida se modifica, estando el
UNIÓN EUROPEA
baño contaminado con hierro en estado divalente. La
regeneración del baño consiste en oxidar el hierro desde
el estado divalente a trivalente. La oxidación se lleva a
cabo inyectando, en un re a c t o r, oxígeno o aire.
7.1.3. Ventajas
Recuperación de arrastres
Se reduce sensiblemente el volumen de vertido a
tratar, pudiendo llegar a conseguir un vertido cero.
Una vez se ha oxidado el hierro, la formulación del
baño agotado será HCl + FeCl3 . Este producto se introduce
en el evaporador, destilando el ácido y purgando un lodo
de cloruro férrico. Tanto el destilado como el lodo se
pueden reutilizar, el ácido para reformular nuevos baños,
y el cloruro férrico como coagulante en sistemas de
depuración físico-química.
Se recupera prácticamente un 100 % de la materia
prima perdida originalmente por arrastres de los
baños.
Son sistemas completamente automatizados y que
no requieren apenas mano de obra para su control y
mantenimiento.
HCL al 23%
Decapado
Reactor de
oxidación
En el caso de la evaporación atmosférica, el consumo
energético del sistema es bajo.
Regeneración de baños decapantes
HCL + FeCl2
Minimización del residuo generado en prácticamente
un 100 %.
Evaporado
al vacio
Minimización del consumo de materia prima en la
reformulación del baño una vez agotado. El porcentaje
de minimización es variable y dependiente de la
concentración a la que se agota el baño. Podría estar
entorno al 20-50 %
HCL + FeCl3
HCL + FeCl3
Subproducto
revalorizable
Fig 7.2. Línea de decapado con HCl. Regeneración mediante
oxidación/Evaporación
95
UNIÓN EUROPEA
7.1.4. Limitaciones
7.2. Electrólisis
Recuperación de arrastres
7.2.1. Fundamento
Hace falta rediseñar el sistema de enjuagues y por
tanto se necesita espacio suficiente para la instalación
de un sistema multietapas.
En el caso de la evaporación al vacío, la inversión
inicial puede ser muy elevada, especialmente para la
pequeña y mediana empresa, y sobre todo cuando la
cantidad de agua necesaria para mantener la calidad
de enjuague sea alta .
La utilización de la evaporación atmosférica es limitada
cuando se instala en zonas de alta humedad ambiental.
La utilización de un sistema de evaporación puede
estar limitado en el caso de que el baño trabaje en
frío, puesto que al perder poco volumen durante el
proceso productivo, hay que ajustar muy bien el
balance de materia para poder retornar al baño la
solución concentrada obtenida durante la evaporación.
Regeneración de baños decapantes
El consumo de ácido debe ser elevado para que sea
rentable la aplicación, debiendo realizar un estudio de
viabilidad económica.
96
La electrólisis consiste en generar procesos de reducción
en el cátodo y de oxidación en el ánodo, provocados por
el paso de corriente eléctrica a través de una celda
electrolítica. Estos procesos electrolíticos se aprovechan
para recuperar metales y/o eliminar contaminantes de
los vertidos.
Las celdas electrolíticas más habituales consisten en
series de parejas de electrodos ánodo/cátodo en posición
vertical, con agitación por aire y un filtro previo para la
eliminación de partículas.
El material de los electrodos puede ser de muy distinta
naturaleza, siendo los más habituales los siguientes:
Ánodos :
Malla de titanio recubierta de Pt o con óxidos de
iridio o rutenio.
Grafito
Plomo
Plomo aleado con antimonio, plata o estaño hierro
fundido o hierro-silicio
Acero inoxidable
UNIÓN EUROPEA
A) Recuperación de metales
Cátodos:
Polímero orgánico recubierto por una fina capa de
Ni o Cu
Grafito
Acero inoxidable
Plástico metalizado
La elección del cátodo dependerá de la naturaleza del
La recuperación de metales y pérdidas por arrastre
del baño a enjuagues posteriores suele aplicarse sobre
todo a metales nobles, especialmente oro y plata, metales
de amplia utilización en el sector de acabados metálicos,
aunque su utilización
puede extenderse a otros metales como Cu, Ni, Zn
Pd, especialmente para el primero de ellos.
metal a electrodepositar, teniendo como objetivo maximizar
la superficie catódica y el proceso de difusión para
incrementar la eficiencia del reactor.
Para que el proceso de recuperación sea óptimo se
deben tener en cuenta dos
aspectos :
En el caso del ánodo su selección dependerá del precio,
En primer lugar, un correcto diseño del sistema de
enjuagues, consistente en un enjuague estanco
posterior al baño electrolíltico y a continuación un
enjuague simple o doble.
estabilidad química y mecánica y sobrevoltajes asociados
a determinadas reacciones.
7.2.2. Aplicaciones
En segundo lugar, la celda electrolítica estará conectada
a la disolución mas concentrada del sistema, es decir
deberá conectarse al enjuague estanco.
Las aplicaciones más importantes se corresponden
con los dos procesos que
tienen lugar en los electrodos. Dichas aplicaciones son:
A) Recuperación de metales
B) Regeneración de baños decapantes
C) Oxidación de cianuros
En vez de aplicar la tecnología sobre los sistemas de
enjuague puede utilizarse sobre el ácido sulfúrico empleado
como regenerante de resinas catiónicas empleadas en el
tratamiento de aguas de enjuague de metales no férreos.
97
UNIÓN EUROPEA
Estas premisas son necesarias porque el proceso de
electrólisis tiene un buen rendimiento sólo en el caso de
aplicarse a disoluciones con alto contenido en metal,
superior habitualmente a 5-10 g/l. Esto es posible si se
incorpora un enjuague estanco
posterior al baño, no siendo correcto aplicar la
tecnología directamente a enjuagues corrientes.
Baño de
deposición
Los cátodos donde se deposita el metal llega un
momento en que se saturan, bajando entonces el
rendimiento de la operación. En ese momento el cátodo
se retira y se coloca uno nuevo. El cátodo con el metal
electrodepositado puede tener las siguientes salidas:
Utilizarse como ánodos de sacrificio en baños
electrolíticos.
Ser descargados como residuo banal.
q
Enjuague
estanco
Enjuague
corriente
q
Electrólisis
Fig 7.3. Recuperación de metales por electrolisis
B) Regeneración de soluciones decapantes
Los decapados son disoluciones químicas, generalmente
En el caso de metales preciosos, ser vendidos al
contravalor del metal
ácidas, que se utilizan en galvanotecnia como
pretratamiento de piezas metálicas para la eliminación
de óxidos.
En el caso de metales no nobles, recuperar el metal
después de una operación química de redisolución del
mismo para su posterior reciclaje al baño.
El gran problema de los decapados es su rápido
agotamiento como consecuencia del consumo del ácido
que lo formula y por concentrarse en el metal base de
El esquema del tratamiento sería el siguiente:
las piezas que está atacando.
98
En el momento que un baño de decapado se agota se
UNIÓN EUROPEA
principales baños que lo contienen son:
convierte en un residuo peligroso que bien se puede tratar
en una depuradora, con un gran consumo de reactivos y
Cobre alcalino
generación de lodos, o bien se gestiona externamente.
Cinc
Latón
Bronce
Las formulaciones de los decapados dependen del
material base que se quiere atacar, siendo los más
Oro
habituales:
Plata
El tratamiento convencional de los vertidos que
Ácido sulfúrico para cobre, latón o aluminio.
Ácido clorhídrico para hierro o acero.
contienen cianuros consiste en un proceso de oxidación
química, utilizando hipoclorito sódico como agente oxidante.
Mediante un proceso de electrólisis es posible regenerar
El principal inconveniente de este tratamiento es su alto
los baños de decapado de cobre y latón, reconstituyendo
coste, debido fundamentalmente a la gran cantidad de
el ácido consumido mediante procesos de oxidación
reactivos que se consumen. Además del coste de reactivos,
electrolítica en el ánodo, y eliminando el metal que
la salinidad del medio crece ostensiblemente, fenómeno
contamina el decapado por deposición sobre el cátodo.
que impide en la mayoría de las ocasiones el reciclaje de
Los cátodos con el metal electrodepositado tendrán las
las aguas.
mismas salidas que en el caso de la aplicación anterior.
El proceso de depuración de cianuros vía electrolítica
C) Oxidación de cianuros
permite, sin la adición de reactivos, oxidar los cianuros.
Este tratamiento es posible gracias al proceso electrolítico
Uno de los contaminantes más importantes dentro del
de oxidación que ocurre en el ánodo.
sector de tratamiento de superficies son los cianuros. Esta
especie química procede de baños electrolíticos formulados
Lo mismo que en el caso de la recuperación de metales,
con metales y cianuro utilizado como complejante. Los
la aplicación de eliminación de cianuros debe llevarse a
99
UNIÓN EUROPEA
cabo sobre una solución concentrada. Por tanto, el diseño
La recuperación del metal conlleva a una minimizacin
propuesto para la recuperación de metales es válido
del residuo generado en un porcentaje equivalente.
igualmente para la destrucción de cianuros.
No esta condicionado a que el baño electrolítico trabaje
La eliminación del contaminante no es completa puesto
en caliente.
que después del enjuague estanco hay un enjuague
corriente, pero el porcentaje de reducción del contaminante,
En el caso de la regeneración de soluciones
respecto a la situación convencional, puede alcanzar hasta
decapantes:
un 90 %.
Alarga la vida útil del decapado, y como consecuencia
7.2.3. Ventajas
de ello minimiza los residuos generados.
Ventajas generales:
Permite la valorización del metal que contamina el
decapado..
La inversión inicial así como el consumo energético
de la tecnología son bajos.
En la destrucción de cianuros:
Es un sistema automatizado, necesitando poca mano
Reduce los costes de depuración en más de un 90 %.
de obra para su instalación y control.
Posibilidad de valorización del metal que compleja el
En el caso de utilizar la tecnología para la
cianuro.
recuperación de metales:
Minimiza los residuos generados en el proceso de
Es un sistema que permite recuperar entre un 90-95
depuración, tanto por la eliminación parcial de los
% de los metales perdidos por arrastre de los baños
metales como por la reducción en el número de envases
a los enjuagues.
que han contenido hipoclorito.
100
UNIÓN EUROPEA
7.2.4. Limitacione
Existen dos grandes grupos de resinas, catiónicas y
aniónicas, cada una de ellas retienen los cationes y aniones
No todos los metales pueden ser recuperados
respectivamente contenidos en una disolución,
electrolíticamente, siendo los más habituales los
intercambiándolos por las especies químicas anteriormente
metales preciosos, Cobre, Cinc y Níquel.
citadas. Cada uno de estos grupos de resinas se subdivide
a su vez en débiles y fuertes, dependiendo del porcentaje
El metal no se recupera en su estado original de
de iones que son capaces de retener. En función de la
utilización sino en forma metálica depositado sobre
aplicación que se desee, la combinación de las cuatro
un cátodo. Esto conlleva a que no se pueda utilizar el
resinas citadas podrá variar, aunque la secuencia de las
metal recuperado directamente sino que habrá que
hacer una operación intermedia para su recuperación.
7.3. Intercambio iónico
7.3.1. Fundamento
El intercambio iónico es un proceso físico-químico que,
utilizando un soporte sólido denominado resina, reemplaza
mismas suele ser: catiónicas precediendo a las aniónicas,
y débiles precediendo a las fuertes.
Las resinas tienen una determinada capacidad de
intercambio, superada esta ya no retiene mas iones. En
ese momento se dice que la resina esta saturada debiendo
proceder a su regeneración. El proceso de regeneración
permite que las resinas queden en disposición de volver
a trabajar. Para ello se introducen en el soporte sólido
reactivos químicos, generalmente ácidos y bases, que
los iones presentes en una disolución por una cantidad
eluyen los iones retenidos en las resinas pero a una
equivalente de iones de la misma carga contenidos en la
concentración entre 50-80 veces superior respecto a la
resina. Este proceso de intercambio elimina temporalmente
original de entrada al circuito.
los iones que contaminan las aguas, principalmente
metales pesados y los contraiones que les acompañan,
El intercambio iónico se aplica a soluciones diluidas.
reemplazando los por otras especies químicas inertes o
+
+
no tóxicas, siendo las más habituales H , OH , Cl , Na
A partir de concentraciones de 1000-2000 ppm se recurren
a otras técnicas, como pueden ser la ósmosis inversa o
la electrodiálisis.
101
UNIÓN EUROPEA
7.3.2. Aplicaciones
bajo en la primera posición y un caudal elevado en la
segunda. La salida del segundo de los enjuagues sería la
Las tres principales aplicaciones donde el intercambio
iónico ha demostrado su eficacia son:
entrada al intercambio iónico. Una vez el agua atraviesa
el circuito está en condiciones de ser reutilizada en el
sistema de enjuagues.
A) Purificación y reciclaje de aguas residuales.
B) Recuperación de materias primas.
El circuito de intercambio iónico esta formado por los
C) Control de la contaminación en sistemas fin de
siguientes componentes:
línea
Tanque de almacenamiento de agua
Las dos primeras corresponden a opciones de reciclaje,
siendo la última una opción de descontaminación.
Prefiltros
Columnas de intercambio iónico
Sistema de regeneración
A) Purificación y reciclaje de aguas residuales
Almacenamiento de agua desinonizada
Las aguas residuales generadas en el proceso
Las columnas de intercambio iónico se disponen en
productivo, contaminadas con sales solubles, son
serie, existiendo varias posibles alternativas en la secuencia
desionizadas por el sistema de intercambio iónico para
de las mismas, dependiendo del grado de desmineralización
su posterior reciclaje hacia los enjuagues.
que se quiera. La más habitual, permitiendo una
desmineralización total, es un sistema formado por tres
Para llevar a cabo el reciclaje de las aguas, igual que
columnas en el siguiente orden :
en otras tecnologías, el sistema de enjuagues debe
rediseñarse para adaptarse a las limitaciones propias de
la técnica. Puede haber distintas alternativas, aunque la
más habitual, respetando siempre la calidad de enjuague,
sería un sistema doble en paralelo con un caudal de agua
102
Catiónica fuerte -Aniónica Débil - Aniónica Fuerte
Los efluentes de regeneración deben ser depurados
antes del vertido final. El esquema general del tratamiento
UNIÓN EUROPEA
además, el hecho de introducir productos químicos durante
la regeneración limita su reciclaje .
sería el siguiente:
Las aplicaciones más extendidas son:
Enjuague en
cascada
q
q
Baño de
deposición
Recuperación de ácido crómico procedente de baños
de cromo decorativo
q
Recuperación de sales de níquel procedentes de baños
de níquel químico o electroquímico.
Agua
desmineralizada
Quizás sea la primera de las aplicaciones, por la
Ajustes químicos
Regeneración a
tratamiento
Fig 7.4. Reciclaje de agua, con posibilidad de
recuperación de materias primas
elevada toxicidad del cromo y sus altos costes de
depuración, la más interesante desde el punto de vista
del reciclaje.
El proceso de recuperación consiste en reciclar los
B) Recuperación de materias primas
efluentes de regeneración para reformular baños, ya que
el nivel de concentración obtenido en el proceso de
La técnica de intercambio iónico es aplicable en la
regeneración es suficientemente elevado para su retorno
recuperación de materias primas solamente en casos muy
al baño original. Es condición indispensable para el reciclaje
concretos. Esto es debido a que el grado de concentración
hacer una separación previa de vertidos, no mezclando
obtenido durante el proceso de recuperación no es
aguas cuya composición sea diferente.
demasiado elevado comparativamente con otras técnicas,
103
UNIÓN EUROPEA
Enjuague en
cascada
q
q
Agua
desionizada
7.3.3. Ventajas
Baño de
cromo
Las resinas tienen por lo general una vida útil superior
a los diez años, siendo capaces de soportar condiciones
bastante agresivas en lo que se refiere a
acidez/alcalinidad, oxidabilidad, corrosividad etc.
q
Se trata de un sistema que puede trabajar de forma
automática, con un coste de personal asociado muy
bajo.
I+I
Acido crónico
recuperado
Fig 7.5. Sistema de recuperación de ácido crómico
La inversión inicial así como el consumo energético
de la tecnología son bajos.
2) Regeneración
1) En Proceso
H.S.O
(regenegable)
Catión
Anión
Vertido
Agua
desionizada
Enjuague
Na2CrO3
Catión
Catión
Catión
Catión
H2CrO4
Recuperado
NaOH
Vertido
H2SO4
3) Lavado
H2O
Catión
2
H2O
Anión
Catión
1
NaOH para
regeneración
Vertido
En el caso de aplicar la tecnología para el reciclaje de
aguas, se obtienen fundamentalmente los siguientes
beneficios:
Minimización en mas de un 90 % del consumo de
agua.
Reducción en un 90 % del tamaño de la depuradora
a instalar, respecto a la situación anterior a la
implantación de la tecnología.
Alta calidad de agua para el proceso .
En el caso de aplicar la tecnología para la recuperación
de materias primas, además de las ventajas asociadas
Fig 7.6. Ciclo de funcionamiento del sistema de I.I para la
recuperación de ácido crómico
104
al reciclaje del agua habría que añadir la minimización
de residuos, en la misma proporción en la que se
recupera producto, soliendo ser superior al 90 %.
7.3.4. Limitaciones
Se trata de una tecnología a aplicar sobre disoluciones
diluidas (Concentraciones inferiores a 5 meq/l).
Su viabilidad económica depende en gran medida de
la cantidad de agua a reciclar, no siendo recomendable
su utilización para pequeños caudales.
El coste de mantenimiento de la instalación, como
consecuencia del consumo de reactivos regenerantes,
puede llegar a ser un limitante a la hora de su
implantación.
7.4. Micro/ultrafiltración
UNIÓN EUROPEA
La diferencia fundamental entre una y otra técnica
está en el tamaño de poro de las membranas. La
microfiltración abarca tamaños desde 0.1-10 micras, y la
ultrafiltración de 0.01-0.1 micras. Esta diferencia de
micraje permite que la microfiltración pueda retener
partículas y coloides, mientras que la ultrafiltración retenga
principalmente macromoléculas .
La circulación a través de las membranas es de tipo
tangencial, evitando de esta forma el colmatado de la
superficie membranar gracias a la autolimpieza generada
por el arrastre de las partículas, tal como se ve en la
siguiente figura.
Ultrafiltrado
Membrana
Alimentación
Rechazo
7.4.1. Fundamento
Tanto la ultrafiltración como la microfiltración son
técnicas de separación que utilizan como elemento
separador membranas semipermeables, microporosas, y
como fuerza impulsora un gradiente de presión.
Membrana
Ultrafiltrado
Fig 7.7 Mecanismo de circulación a través de una membrana
105
UNIÓN EUROPEA
El mecanismo de transferencia en ambas técnicas es
de tipo capilar, de modo que la membrana es considerada
como un medio poroso constituido por una multitud de
capilares.
Como consecuencia de la filtración tangencial se
generan con una sola entrada dos corrientes de salida:
Permeado: corriente exenta de aquellos
componentes que no atraviesan las membranas.
Rechazo: corriente que contiene todas las especies
químicas que rechaza la membrana.
Tanto el permeado como el concentrado pueden
ser reaprovechados.
7.4.2. Aplicaciones
Potencialmente, las aplicaciones de la
ultra/microfiltración pueden ser muchas, aunque aquí se
van a nombrar las dos más extendidas y de comprobada
eficacia, tanto técnica como económica.
A) Regeneración de baños de desengrase
B) Regeneración y reutilización de aguas de enjuague
C) Ultrafiltración como sustituto de la decantación
convencional en procesos físico-químicos de depuración
106
A)
Regeneración de baños de desengrase
Es la aplicación más importante en el sector galvánico.
Dependiendo de la formulación del baño se selecciona
una membrana de ultrafiltración o microfiltración, siendo
el rango de micraje más habitual entre 0.05-0.1 micras.
El diseño de la aplicación consiste en un sistema de
microfiltración conectado al baño de desengrase,
recirculándose de forma continua. Como producto de la
recirculación se generan dos corrientes :
El permeado, que se devuelve al desengrase,
conteniendo entre 90-95 % de la materia activa
El concentrado o rechazo, que se purga de forma
discontinua, conteniendo una concentración de aceite
que oscila entre 80-100 g/l.
Con este diseño se regenera el desengrase como
consecuencia de la retirada en continuo del aceite que lo
contamina. De esta forma el baño se mantiene a una
concentración baja de aceite, alargando su vida útil. El
aceite retirado se convierte en un residuo a gestionar,
pero a diferencia de la situación original donde el volumen
de residuo correspondía al total del baño, en este caso
el residuo se reduce en volumen en un factor
aproximadamente de 10.
Evaporación
Permeado
Baño
desengrase
Rechazo
Cuba de
concentración
A gestionar
Fig 7.9. Regeneración en continuo de un baño de desengrase
B) Regeneración y reutilización de aguas de
enjuague
El agua procedente de los enjuagues puede ser
reutilizada para determinados usos básicos como la
refrigeración o limpieza de suelos y de planta eliminando
los sólidos suspendidos mediante un proceso de
microfiltración.
C) Ultrafiltración como sustituto de la decantación
convencional en procesos físico-químicos de
depuración
El sistema convencional de tratamiento físico-químico
puede ser mejorado usando un proceso de ultrafiltración.
UNIÓN EUROPEA
El diseño del sistema consiste el uso de membranas
de ultrafiltración en vez de un proceso de sedimentación.
Su ubicación sería posterior al proceso de
neutralización/precipitación de metales. Una vez el agua
pasa por la ultrafiltración el permeado puede verterse
directamente. El rechazo que contiene los sólidos se filtra
de forma convencional.
La principal ventaja de esta alternativa es la elevada
calidad del vertido final, consiguiendo una concentración
de metales menor que en los sistemas convencionales,
y la seguridad de que no fuga ningún sólido. En una sola
etapa se consigue unificar la separación de los sólidos y
la filtración de afino aplicados en los sistemas
convencionales
El elevado rendimiento del sistema es debido a que
la ultrafiltración elimina sólidos suspendidos y coloides,
no estando condicionado el rendimiento de la sedimentación
a la floculación y la velocidad de velocidad de
sedimentación de los flóculos obtenidos.
7.4.3. Ventajas
Las ventajas más importantes en referencia a la
regeneración de baños de desengrase son:
107
UNIÓN EUROPEA
Minimización del residuo generado en un factor
aproximado de 10
Mantenimiento de la concentración de aceite en el
desengrase en un valor aproximado de 1-2 g/l,
permitiendo un desengrasado constante y de calidad.
Minimización del caudal de enjuague y por lo tanto de
vertido, como consecuencia de menor arrastre de
aceite desde el baño de desengrase.
Minimización de consumo de materia prima, como
consecuencia de la prolongación en el tiempo de la
vida del desengrase.
7.4.4. Limitaciones
agresivos. Además, si no se opera según las condiciones
que marca el fabricante puede haber problemas de
obturación de membranas y a partir de ahí desajuste del
proceso productivo, coste de mano de obra e incluso, si
el problema es agudo, coste adicional de reposición de
membranas.
7.5. Ósmosis inversa
7.5.1. Fundamento
La ósmosis inversa es una técnica de reciclaje basada
en la filtración tangencial sobre una membrana
semipermeable bajo el efecto de una presión. El tamaño
de poro de las membranas oscila entre 0.0005-0.001 µm,
requiriendo presiones de 200-1000 psi.
Las limitaciones, tanto en la ultrafiltración como en la
microfiltración, son las propias de la utilización de
tecnologías de membranas, estas son:
Con esta técnica pueden ser retenidos desde iones
hasta moléculas orgánicas de una masa molecular próxima
a 100-200 g/mol.
La implantación de la tecnología esta condicionada
a un estudio de viabilidad económico puesto que la
inversión inicial es elevada, especialmente para las PYMES.
Al igual que en la ultra/microfiltración la técnica de
Osmosis Inversa genera en su funcionamiento dos
corrientes de salida, una concentrada en sales que se
denomina concentrado y otra corriente limpia con bajo
contenido salino que se denomina permeado.
Son tecnologías que pueden dar problemas operativos
como consecuencia de que las membranas son materiales,
especialmente a nivel de ultrafiltración, sensibles a medios
108
UNIÓN EUROPEA
minerales sobre la membrana .
Un sistema de tratamiento de Osmosis inversa lo
componen 2 unidades claramente diferenciadas.
Filtros de cartucho: Para retener sólidos suspendidos.
Unidad de pretratamiento
Unidad de osmosis inversa
Dosificación de bisulfito: Tiene por objeto la eliminación
de restos de oxidantes que pudieran dañar las
membranas.
A continuación se describen brevemente cada una de
estas unidades
Unidad de pretratamiento
A pesar del pretratamiento que recibe la muestra de
agua es necesaria una limpieza periódica de las membranas
con detergentes y soluciones ácidas o cáusticas.
Destinada a preparar el agua de alimentación para
adecuarla a las características de las membranas.
La presencia de determinados compuestos en el agua
a tratar puede provocar el deterioro irreversible de los
módulos de osmosis inversa. Por este motivo, y según el
análisis inicial del agua, debe implantarse un sistema de
pretratamiento u otro.
En la elección del pretratamiento además del análisis
se tiene en cuenta el volumen de la instalación, la clase
de membrana a utilizar y el destino del agua tratada.
Unidad de Osmosis inversa
Es la unidad fundamental, estará formada por las
membranas semipermeables y el soporte que las aloja,
constituyendo el conjunto un recipiente a presión. La
circulación del agua, a través de las membranas, se hace
por medio de una bomba de alta presión.
7.5.2. Aplicaciones
Las principales aplicaciones de la ósmosis inversa en
el campo del reciclaje y la recuperación son dos:
La unidad de pretratamiento suele constar de los
siguientes componentes:
A) Recuperación de materias primas y reciclaje de
agua
B) Reciclaje de las aguas procedentes de un tratamiento
Dosificación de antiincrustante: Para evitar deposiciones
109
UNIÓN EUROPEA
físico-químico convencional
A) Recuperación de materias primas y reciclaje
de agua
Lo mismo que en el caso de la evaporación al vacío,
la ósmosis inversa es una técnica que permite concentrar
disoluciones formuladas a partir de sales disueltas.
Esta capacidad de concentración permite su aplicación
a soluciones diluidas procedentes de enjuagues, donde
las sales contenidas proceden de arrastres del baño, y
por lo tanto es materia prima que se pierde.
A diferencia de la evaporación al vacío, la osmosis
inversa no necesita una gran cantidad de cubas de
enjuague para reducir consumos de agua, con un diseño
de un sistema doble en cascada y contracorriente suele
ser suficiente, o en su defecto puede utilizarse un enjuague
estanco posterior al baño combinado con un enjuague
simple posterior.
Independientemente del diseño del sistema de
enjuagues, la ósmosis inversa se alimentará siempre del
primero de ellos, y concentrará la disolución a un nivel
tal que permita su retorno al baño de trabajo. El agua
obtenida en la corriente de permeado tiene calidad
suficiente para poder reciclarse como agua de enjuague.
110
Los valores de sales recuperadas oscilan entre el 90
y el 95 %. Para abrillantadores se alcanzan niveles
inferiores: 60%, descendiendo aún más este valor si
resulta necesario intercalar entre la cuba de alimentación
y la unidad de ósmosis inversa un filtro de carbón activo,
pretratamiento para la eliminación de orgánicos que
pudieran contaminar las membranas.
Los casos más extendidos donde la tecnología tiene
mayores rendimientos son las aplicaciones sobre baños
de níquel y cobre cianurado.
Evaporación
q
Enjuague
estanco
Baño de
deposición
Permeado
Fig 7.10 Recuperación de materia prima mediante un sistema
de ósmosis inversa
B) Reciclaje de las aguas procedentes de un
UNIÓN EUROPEA
sulfatos, Ca y Mg.
tratamiento físico-químico convencional
Si bien la depuración de los vertidos, aún en el caso
En un tratamiento físico-químico convencional se
de incorporar técnicas de recuperación de materias primas,
incorporan varias operaciones unitarias, destacando la
es casi siempre inevitable, es posible, incorporando la
neutralización/precipitación, oxidación y reducción, donde
ósmosis inversa, reciclar el agua ya depurada en un
se adicionan gran cantidad de reactivos, entre los que
porcentaje entre un 50-75 %.
podemos nombrar los siguientes:
La instalación de un sistema de ósmosis inversa a la
Reactivos de ajuste de pH
salida de la depuradora genera dos corrientes :
NaOH
Ca(OH)2
El permeado, que se devuelve a los puntos de consumo
HCl
de agua de la empresa, con una concentración en
H2SO4
sales muy baja, alrededor del 2-3 % de la salinidad
Reactivos de oxidación
procedente del proceso depurativo.
HClO
ClO2
El concentrado o rechazo, con una concentración
H2O2
salina aproximadamente entre 2-4 veces la de entrada
a la ósmosis, que se vierte directamente o en su
Reactivos de reducción
defecto se procede a su evaporación.
NaHSO3
Metales (Fe, Zn)
El esquema general de tratamiento es el siguiente:
Cuando se ha terminado el proceso de depuración el
agua puede ser vertida, teniendo como principales
componentes iones comunes como carbonatos, cloruros,
111
UNIÓN EUROPEA
proceso de evaporación.
Permeado
La solución planteada es compleja. No se puede adaptar
Tratamiento
Fisico-químico
Reducción
de Cromo
Oxidación
de Cianuros
Neutralización/
Precipitación
Osmosis
inversa
a pequeños proyectos o altas concentraciones.
7.5.3. Ventajas
Decantación
Vertido
Las ventajas relacionadas con la recuperación de
Filtración
Lodos
materias primas y reciclaje del agua son las siguientes:
Minimización en el consumo de materias primas en
Rechazo
porcentajes entre un 90-95 % .
Fig 7.11 Reciclaje de aguas procedentes de un tratamiento físico-químico
Recuperación de la casi totalidad del agua consumida
Como sustituto de la decantación se puede incluir un
sistema de ultrafiltración, con las ventajas ya descritas.
Sobre la aplicación de la ultrafiltración como sustituto de
los sistemas convencionales de decantación-sedimentación.
Se podría conseguir un vertido cero en caso de que
el rechazo de la ósmosis inversa se llevara a un sistema
de evaporación. El destilado se reutilizaría en proceso y
el concentrado sería un sólido formulado con sales que
se gestionarían con los lodos procedentes de la filtración.
Esta alternativa está muy condicionada por la viabilidad
económica del planteamiento, debido al elevado coste del
112
en los enjuagues implicados en el sistema de ósmosis.
Reducción casi total del vertido.
En el caso de la implantación de un sistema de ósmosis
inversa a la salida de un proceso de depuración, la ventaja
principal sería la minimización del consumo de agua de
la planta como consecuencia de la recuperación casi total
del vertido de la depuradora. Esta aplicación es
especialmente interesante en aquellos casos donde el
caudal de vertido es muy elevado.
UNIÓN EUROPEA
7.5.4. Limitaciones
Mediante la aplicación de la técnica se obtienen dos
corrientes, una diluida, de donde se han extraído los
Las limitaciones son las mismas que en el caso de la
ultra/microfiltración, puesto que se trata igualmente de
iones, y otra concentrada, donde han migrado las especies
iónicas.
una tecnología basada en un sistema de membranas como
elemento principal y separador.
El mecanismo de funcionamiento es el siguiente:
Se debe incluir, además, que en el caso de instalar
La solución a tratar pasa a través de una serie
un sistema de ósmosis inversa a la salida de un tratamiento
alternativa de cámaras en paralelo denominadas de dilución
físico-químico, hay que controlar la concentración salina
y concentración, delimitadas ambas por membranas
del rechazo, puesto que esta corriente, que iría a vertido,
permeables a aniones y permeables a cationes, un tipo
esta entre 2-4 veces más concentrada que el agua de
de membrana en cada uno de los límites de las cámaras.
alimentación, pudiendo darse el caso de exceder entonces
El sistema lo componen también un ánodo y un cátodo
los límites que marca la legislación.
colocados en los extremos del empaquetamiento (stack)
de las membranas. Creando una diferencia de potencial
a través del empaquetamiento se genera la migración de
7.6. Electrodiálisis
iones a través de las membranas, desde las cámaras de
dilución hacia las cámaras de concentración.
7.6.1. Fundamento
Gráficamente se puede observar el funcionamiento
La electrodiálisis es una tecnología de membranas que
permite la separación de los iones contenidos en una
del sistema, introduciendo como solución de alimentación
una mezcla de:
disolución. Esta separación se consigue mediante la
utilización de membranas selectivas de tipo iónico, aplicando
Cloruro de níquel
entre ellas una diferencia de potencial.
Sulfato de níquel
113
UNIÓN EUROPEA
Concentrado
Diluido
C
A
C A
NL2-
C A
NL2-
SO42
SO42
SO42
CL-
CL-
CL-
(-)
C
A
NL2-
(+)
ha resultado exitosa son las aplicaciones sobre baños
cianurados de oro, cadmio, plata y cinc, así como baños
de níquel, aunque para este último uno de los componentes,
el ácido bórico, habría que reponerlo en el concentrado
que retorna al baño puesto que no migra a través de las
membranas.
El diagrama general de tratamiento sería el siguiente:
DIL CONC DIL CONC DIL CONC DIL
Licor de
alimentación
Fig 7.12. Funcionamiento de un sistema de electrodiálisis
7.6.2. Aplicaciones
Baño de
deposición
Las aplicaciones de la electrodiálisis son las mismas
que en el caso de la ósmosis inversa, es decir, recuperación
de materias primas y reciclaje de agua en un sistema de
enjuagues, y reciclaje de las aguas procedentes de un
tratamiento fisicoquímico convencional.
Tanto el diseño de los enjuagues, como la configuración
del sistema, son similares al caso de la ósmosis inversa.
El campo de aplicaciones en el área de recuperación de
materias primas se incrementa, puesto que se trata de
una tecnología cuya capacidad para concentrar es superior
a la ósmosis. Los casos mas extendidos donde la tecnología
114
q
Enjuague
estanco
Enjuague
corriente
q
Q
Concentrado
Electrólisis
Diluido
Fig 7.13. Recuperación de materia prima con un sistema de electrodiálisis
UNIÓN EUROPEA
7.6.4. Limitaciones
7.6.3. Ventajas
Al tratarse de una tecnología cuyo fundamento y
aplicaciones son similares a la ósmosis inversa, se puede
decir que las ventajas de sus aplicaciones son las mismas,
pudiendo anotar alguna más como consecuencia del
diferente mecanismo de funcionamiento. Estas ventajas
adicionales son:
A diferencia de la ósmosis en la electrodiálisis no
existe limitación a la hora de concentrar las especies
iónicas, solamente el límite de solubilidad de las
especies implicadas podrán paralizar el mecanismo.
Esto es especialmente interesante en baños que
trabajan en frío.
El sistema tiene un bajo consumo energético, puesto
que los voltajes aplicados para producir la migración
de los iones suelen ser bastante bajos.
A parte de las limitaciones propias por el hecho de ser
una tecnología de membranas, la electrodiálisis tiene la
desventaja de ser una técnica selectiva de iones y por lo
tanto determinados componentes que no tienen un
marcado carácter iónico como el ácido bórico, agentes
humectantes y especies orgánicas en general, no se
recuperan, acumulándose en la corriente diluida que se
utiliza como agua de enjuague.
Otra desventaja sería el hecho de tener que controlar
perfectamente el potencial de trabajo porque si se
sobrepasa un determinado valor, específico para cada
disolución, se puede producir la electrólisis del agua,
incrementándose el pH y produciéndose entonces depósitos
en el interior del equipo, especialmente de hidróxidos
metálicos.
115
UNIÓN EUROPEA
116
UNIÓN EUROPEA
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119
UNIÓN EUROPEA
120
UNIÓN EUROPEA
“ACCIONES GRATUITAS dirigidas a trabajadores activos
de PYMEs y profesionales autónomos relacionados con
el sector medioambiental que desarrollen su actividad
en la Comunidad Valenciana”
“El Fondo Social Europeo contribuye al desarrollo del
empleo, impulsando la empleabilidad, el espíritu de
empresa, la adaptabilidad, la igualdad de oportunidades
y la inversión de recursos humanos”
“Acciones cofinanciadas por el Fondo Social Europeo
en un 70% (para Objetivo 1) y un 45% (para Objetivo 3)
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