El Proceso de Cromado y La Minimización de Sus Residuos

Texto completo

(1)

El Proceso de Cromado y La Minimización de

sus Residuos

El cromado es un galvanizado, basado en la electrólisis, por medio del cual se deposita una fina capa de cromo metálico sobre objetos metálicos e incluso sobre material plástico. El recubrimiento electrolítico con cromo es extensivamente usado en la industria para proteger metales de la corrosión, mejorar su aspecto y sus

prestaciones.

El llamado cromo duro son depósitos electrolíticos de espesores relativamente grandes (0,1 mm) que se depositan en piezas que deben soportar grandes esfuerzos de desgaste. Se realizan este tipo de depósitos especialmente en asientos de

válvulas, cojinetes cigüeñales ejes de pistones hidráulicos y en general en lugares donde se requiera bastante dureza y precisión.

El cromo brillante o decorativo son finas capas de cromo que se depositan sobre cobre, latón o níquel para mejorar el aspecto de algunos objetos. La grifería doméstica es un ejemplo de piezas cromadas para dar embellecimiento.

El cromo tiene poco poder de protección, menos aun si las capas que se depositan son tan delgadas como una micra. Por ello las superficies a cubrir deben estar bien pulidas, brillantes y desengrasadas. El cromo se aplica bien sobre el cobre, el níquel y el acero, pero no sobre el zinc o la fundición.

El cromo hexavalente (Cr (VI)) es el material más utilizado por la mayoría de empresas dedicadas al metalizado, concretamente al cromado. Una de las grandes desventajas que presenta este material es su potencial cancerígeno.

Generalmente, no se considera que el cromo metal y los compuestos de cromo (III) sean, especialmente, un riesgo para la salud; se trata de un elemento esencial para el ser humano, pero en altas concentraciones resulta tóxico.

Los compuestos de cromo (VI) son tóxicos si son ingeridos, siendo la dosis letal de unos pocos gramos. En niveles no letales, el Cr (VI) es carcinógeno. La mayoría de los compuestos de cromo (VI) irritan los ojos, la piel y las mucosas. La exposición crónica a compuestos de cromo (VI) puede provocar daños permanentes en los ojos.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda desde 1958 una

concentración máxima de 0.05 mg/litro de cromo (VI) en el agua de consumo. Este valor ha sido revisado haciendo nuevos estudios sobre sus efectos en la salud, pero ha permanecido constante.

Sin embargo, además del Cromo, en el proceso del cromado se utilizan muchos otros insumos químicos y metales para los anodos, entre ellos:

(2)

Hidroxido de sodio (en escamas): NaOH Carbonato de sodio: Na2CO3

Metasilicato de Sodio Tripolifosfato de Sodio Cianuro de sodio: NaCN Cianuro de cobre: CuCN Bisulfito de sodio

Sulfato de niquel: NiSO4.7H2O Cloruro de niquel: NICl2

Acido Bórico: H3BO3

Peróxidos de hidrogeno: H2O2 Nitrato de plata AgNO3

Oxido cromico (en escamas): CrO3 Acido sulfúrico: H2SO4

Los anodos (láminas o planchas): -Aceros o hierro

-Niquel

-Plomo-estaño (7% Sn) -Cobre

Muchos de estos se aprovechan de manera integral en el proceso, sin embargo, muchos otros se desperdician o no se agotan del todo, y en lugar de ser reutilizados se convierten en residuos, lo cual no solo provoca un aumento en la contaminación provocada por el proceso y un potencial riesgo a la salud de los seres vivos que entran en contacto con dichos efluentes, sino que también representa un costo económico mayor para la planta, lo cual podría ser evitado con una optimización del proceso. Así pues, es en este punto donde entra la minimización de residuos como una estrategia para mejorar las condiciones en las cuales una planta labora. 1.1 JUSTIFICACIÓN

La presente investigación se realiza en primer lugar, para observar y conocer los distintos procesos de cromado que han desarrollado a lo largo del tiempo y así conocer los residuos generados en los mismos, para con esto poder proponer algún método para poder disminuir sus efectos al medio ambiente y por ende a todos los seres vivos que habitan el planeta.

Se eligió centralizarlo en el proceso de cromado electrolítico, pues debido a las dificultades de la metalurgia de cromo, cuando es necesario aplicarlo se emplea básicamente el recubrimiento electrolítico, además de que en la comunidad donde actualmente vivimos, en específico la ciudad de Morelia, Michoacán, existe una planta de recubrimiento de cromo a través del proceso anterior, con todos los problemas que esto implica.

(3)

Objetivo General

Conocer el proceso de cromado y estimar los posibles medios para minimizar los residuos generados durante la operación del mismo.

Objetivos Particualres

* Conocer el proceso de cromado electrolítico e identificar los posibles residuos generados que puedan causar daños al medio ambiente y por consecuencia al ser humano.

* Identificar y clasificar cada uno de los residuos en el proceso de cromado electrolítico de acuerdo a su peligrosidad y toxicidad para el buen manejo de los mismos.

* Proponer distintos tratamientos de minimización para estos residuos, y así disminuir sus efectos.

* Estimar la viabilidad de las propuestas hechas y cuantificar los posibles valores de minimización en un proceso real que dichas alternativas nos darían.

El cromo hexavalente se utiliza ampliamente en los procesos industriales del acero, de las pinturas, de los colorantes y de las cerámicas; por el contrario, el cromo trivalente es utilizado en la industria textil para colorantes, en la industria del vidrio, y en la industria curtidora. De esta manera, el cromo en sus dos estados de oxidación (hexavalente y trivalente) puede estar presente en las aguas residuales, y si éstas no son tratadas adecuadamente, pueden llegar a contaminar los acuíferos,

comprometiendo la calidad sanitaria.

Sin embargo, la mayor fuente de contaminación por cromo está relacionada con las descargas de la industria cromadora, en la cual la forma hexavalente –de extrema toxicidad– es la más abundante, y se encuentra altamente concentrada en los efluentes de procesos de cromado, por lo que no debería ser descargada al medio ambiente.

Los límites en la legislación internacional respecto a la concentración de cromo

hexavalente en acuíferos y en agua potable es de unas pocas partes por millón (ppm); así por ejemplo, el límite máximo permisible en el agua para beber, en los Estados Unidos, es de 0.1 ppm. Estos niveles de tolerancia son similares para otros países, entre ellos México.

El uso de la forma hexavalente del cromo en la industria del cromado ha resultado ser en extremo tóxico para la salud de las personas, así como contaminante para el medio ambiente (particularmente, para los acuíferos).

El cromo hexavalente es reconocido como altamente tóxico, toda vez que los daños sufridos por los trabajadores expuestos a su manejo en las plantas industriales de

(4)

producción de cromatos por largos periodos, han sido comprobados, pues se ha reportado que tal exposición es capaz de provocarles cáncer de pulmón, además de causar efectos deletéreos al medio ambiente. El cromo contamina el aire mediante procesos de soldadura, principalmente, con acero inoxidable, y también por el uso de productos químicos que contienen cromo hexavalente como algunas pinturas. La contaminación en el agua ocurre mediante desechos de la industria textil y las curtidoras de cuero; por el contrario, la contaminación de suelos se efectúa mediante residuos de cromo de la industria y cenizas de carbón provenientes de plantas de electricidad. Debido a esta problemática, recientemente se han impuesto limitaciones más estrictas relativas al uso del cromo en diferentes sectores industriales como el aeroespacial, el del acero, el automotriz y el de maquinarias agrícolas e industriales, entre otros. Consecuentemente, el cromo hexavalente ha sido clasificado en el grupo 1 (lo cual significa que es “cancerígeno en humanos”), por la Agencia Internacional para la Investigación en Cáncer (IARC).

Por otro lado, el cromo trivalente –el cual proviene del óxido de cromo o cloruro de cromo trivalente (Cr2O3 y CrCl3.6H2O)–, que también suele emplearse en las

formulaciones para la obtención de recubrimientos de cromo, se ha reportado como no tóxico, siendo clasificado por la IARC en el grupo 3 (no cancerígeno en humanos). Conviene enfatizar que, en estas dos formas del cromo (hexavalente y trivalente), la química y la toxicología son marcadamente diferentes; por lo cual el uso del último en el ámbito industrial es preferido.

Según el acuerdo internacional 2002/95/CE, el cual entró en vigor a partir del primero de julio de 2006, los nuevos equipos eléctricos y electrónicos no deben contener plomo (Pb), mercurio (Hg), cadmio (Cd), polibromobifenilos (PBB),

polibromodifeniloeter (PBDE), ni cromo hexavalente (Cr6+).

Para dar solución a los problemas sanitarios derivados de la industria del cromado se ha buscado la forma de reducir la toxicidad de las formulaciones de cromo hexavalente y varias alternativas han sido propuestas, una de ellas se desarrolla a partir de una formulación de cromo trivalente –30 veces menos tóxica que las de cromo

hexavalente–. Lamentablemente, hasta la fecha, las formulaciones resultantes

producen recubrimientos con apariencia similar a los obtenidos con cromo hexavalente pero ligeramente menos brillantes, por lo que han sido utilizados solamente con fines decorativos, ya que presentan ciertas limitaciones en lo relativo a la adherencia al sustrato.

Otra alternativa propuesta es la reducción in situ del cromo hexavalente en la formulación, ésta se efectúa en la misma solución –hablamos de la reducción química–. Lo que se pretende lograr es la transformación de cromo hexavalente en cromo trivalente mediante la adición de un agente que facilite la reacción y un agente que convierta el cromo hexavalente en cromo trivalente. La reducción debe realizarse con extremo cuidado, debido a que suele producirse una reacción exotérmica por la adición del agente reductor. De esta manera, la formulación reducida contendrá una mayor cantidad de cromo en la forma trivalente, y se espera que sea empleada en la elaboración de recubrimientos con fines decorativos y duros, además de contar con

(5)

características similares a las obtenidas con las formulaciones que involucran el uso de cromo hexavalente. No obstante, conviene aclarar que la aplicación de este tipo de investigación está limitada a realizar el proceso en laboratorio de piezas

experimentales debido a que el proceso todavía presenta problemas para obtener recubrimientos de buena calidad (brillantes y adherentes), además de que la solución es inestable (se degrada rápidamente).

Las investigaciones que se llevan a cabo por diferentes laboratorios están

encaminadas a encontrar alternativas para el cromo hexavalente. En particular el cromo trivalente se perfila como una buena opción; pero aún hay mucho trabajo por realizar para mejorar el desempeño de este baño.

El objetivo final es desarrollar un baño menos tóxico, pero capaz de aportar

recubrimientos con brillo, dureza y resistencia a la corrosión similares a las obtenidas con cromo hexavalente. La meta es ofrecer una alternativa menos tóxica a la industria metal-mecánica y más amigable con el medio ambiente.

3.1 EL CROMO

El cromo es un elemento químico de número atómico 24 que se encuentra en el grupo 6 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cr. Es un metal que se emplea especialmente en metalurgia.

El cromo es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy resistente frente a la corrosión.

Su estado de oxidación más alto es el +6, aunque estos compuestos son muy oxidantes. Los estados de oxidación +4 y +5 son poco frecuentes, mientras que los estados más estables son +2 y +3. También es posible obtener compuestos en los que el cromo presente estados de oxidación más bajos, pero son bastante raros.

Aplicaciones

* El cromo se utiliza principalmente en metalurgia para aportar resistencia a la corrosión y un acabado brillante.

* En aleaciones, por ejemplo, el acero inoxidable es aquel que contiene más de un 12% en cromo, aunque las propiedades antioxidantes del cromo empiezan a notarse a partir del 5% de concentración. Además tiene un efecto alfágeno, es decir, abre el campo de la ferrita y lo fija.

* En procesos de cromado (depositar una capa protectora mediante electrodeposición). También se utiliza en el anodizado del aluminio. * En pinturas cromadas como tratamiento antioxidante

* Sus cromatos y óxidos se emplean en colorantes y pinturas. En general, sus sales se emplean, debido a sus variados colores, como mordientes.

* El dicromato de potasio (K2Cr2O7) es un reactivo químico que se emplea en la limpieza de material de vidrio de laboratorio y, en análisis volumétricos, como agente valorante.

* Es común el uso del cromo y de alguno de sus óxidos como catalizadores, por ejemplo, en la síntesis de amoníaco (NH3).

(6)

(en general, para fabricar materiales refractarios). Con todo, una buena parte de la cromita consumida se emplea para obtener cromo o en aleaciones.

* En el curtido del cuero es frecuente emplear el denominado "curtido al cromo" en el que se emplea hidroxisulfato de cromo (III) (Cr(OH)(SO4)).

* Para preservar la madera se suelen utilizar sustancias químicas que se fijan a la madera protegiéndola. Entre estas sustancias se emplea óxido de cromo (VI) (CrO3). * Cuando en el corindón (α-Al2O3) se sustituyen algunos iones de aluminio por iones de cromo se obtiene el rubí; esta gema se puede emplear, por ejemplo, en láseres. * El dióxido de cromo (CrO2) se emplea para fabricar las cintas magnéticas empleadas en las casetes, dando mejores resultados que con óxido de hierro (III) (Fe2O3) debido a que presentan una mayor coercitividad.

3.2 RECUBRIMIENTO ELECTROLÍTICO DEL CROMO

El cromo es un metal muy difícil de trabajar en frío porque es muy duro y quebradizo, en caliente es igual de difícil porque se oxida con una capa de oxido de cromo dura e infusible. Por estas razones el cromo no se suele emplear como metal puro salvo en ocasiones muy raras aunque eso si, entra a formar parte de muchas aleaciones. Especialmente es aleado con el hierro porque mejora su dureza y resistencia a la corrosión. El acero inoxidable contiene entre un 8 y un 12 % de cromo, y es el principal responsable de que sea inoxidable. Muchas herramientas están fabricadas con

aleaciones de hierro cromo y vanadio. El nicrom o cromoniquel se emplea para fabricar resistencias eléctricas.

El proceso de recubrimiento electrolítico realizado con cromo es extensivamente usado en la industria para proteger metales de la corrosión y mejorar su aspecto. También se emplea para restaurar piezas metálicas o conseguir superficies muy duraderas y con bajo coeficiente de rozamiento (cromo duro).

El cromo así depositado es un metal blanco azulado que tiene elevada resistencia al deslustre o empañamiento. Como era de esperar, su poder reflector en la región azul del espectro es bueno; sobre todo el espectro visible, el poder reflector muestra ser de un 65 %. Los depósitos de cromo brillante tienen una dureza que oscila entre 400 y 1.200 unidades Brinell según las condiciones en que se ha efectuado el depósito. La dureza de todos los tipos de cromo depositado electrolíticamente es mucho mayor que la del metal fundido.

El llamado cromo duro son depósitos electrolíticos de espesores relativamente grandes (0.1 mm) que se depositan en piezas que deben soportar grandes esfuerzos de desgaste. Se realizan este tipo de depósitos especialmente en asientos de

válvulas, cigüeñales, ejes de pistones y en general en lugares donde se requiera bastante precisión. Por ello antes de que exista una rotura grave se reponen las partes de metal perdidas mediante cromo electrolítico. Generalmente la capa de cromo depositada no es totalmente uniforme por lo cual se da espesor mayor del necesario y después se rectifican las piezas para conseguir las dimensiones y acabado

adecuados.

(7)

o níquel para mejorar el aspecto de algunos objetos. El color del cromo es mas azulado y reflectante que el níquel y es mucho mas resistente a la corrosión ya que inmediatamente se forma una fina e imperceptible capa de oxido que protege al metal. El cromo tiene poco poder cubriente, menos aún si las capas que se depositan son tan finas como una micra. Por ello las superficies a cubrir deben estar bien pulidas,

brillantes y desengrasadas ya que el cromo no va a tapar ninguna imperfección. Es por esto por lo que frecuentemente las piezas que se croman con objeto decorativo se recubren con cobre y níquel antes de ser cromadas. El cromo se aplica bien sobre el cobre, el níquel y el acero, pero no sobre el zinc o la fundición.

3.3 TIPOS DE BAÑOS PARA ELECTRODEPOSITACIÓN DEL CROMO

Para poder realizar la electrodeposición del Cromo, se necesitan diferentes baños entre los cuales se encuentran:

Baños autorregulables: Baños más modernos que utilizan una combinación de componentes, como iones sulfato, fluoruro y silicofluoruro. Estos tipos de baños, poseen la cualidad de autorregularse, ya que los iones mencionados funcionan como agentes catalíticos dentro de la solución.

La autorregulación se obtiene adicionando las sustancias catalizadores como una sal soluble de los iones deseados, donde la constante de solubilidad mantiene el control de la concentración.

Esto se puede lograr mediante la utilización de iones sulfato, fluoruro o con una sal compleja de ambos. Para los baños no regulables, el control de la solución debe hacerse mediante análisis químicos periódicos.

Es importante hacer notar que se obtienen depósitos mejores y de mayor cobertura a bajas temperaturas, pero en esas condiciones, se deberá trabajar con menor densidad de corriente para prevenir el "quemado". La velocidad de depósito es

proporcionalmente más lenta, debiendo estar el objeto a cromar mayor tiempo en proceso dentro del baño, para la obtención de un espesor equivalente.

Una formulación típica para el cromado decorativo a temperatura ambiente es la de J. Hyner, la cual puede ser aplicada sobre diferentes metales de base. Este baño consta fundamentalmente de anhídrido crómico, fluorosilico de sodio y sulfato de sodio. El tiempo de electrodeposición es de 6 a 10 minutos. Para el cromado decorativo, es suficiente aplicar un espesor de 0,25 µm.

Baños de cromo microfisurado: En los baños de cromo, con el tiempo, se comprobó que resultaba más efectivo obtener una capa porosa o fisurada ("microcracked") de cromo, para que el proceso de corrosión fuera controlado. Partiendo de este concepto, se formularon diversos electrolitos a tal fin.

La norma ASTM B-456-67, exige 40 µm de níquel si se deposita cromo común sobre él, o 30 µm, si se deposita cromo microfisurado. Queda a la vista el mayor poder protector que esta combinación le otorga al material de base.

(8)

Los fundamentos teóricos que explican este comportamiento, se basan en los potenciales electroquímicos del cromo y del níquel. Al existir alguna fisura o poro, la corrosión tiende a disolver el níquel, que actúa como ánodo, frente al cromo, que actúa como cátodo. Al generarse esto en un punto determinado de la película depositada, la disolución es muy veloz, dejando rápidamente al desnudo al metal base. Esto ocurre porque la densidad de corriente galvánica que generan los dos metales es muy alta, por ser pequeña la superficie de corrosión.

Si se aplica el mismo razonamiento a una superficie porosa, se generarán mas puntos de corrosión, pero disminuyendo la densidad de corriente galvánica, ya que la

superficie que interviene es un gran porcentaje de la pieza. De esta forma, la velocidad de disolución del níquel por efecto de la corrosión es mucho menor.

Existen varias formas de conseguir una película de cromo microfisurado, pero la de uso más común en la actualidad, es la de depositar un baño de níquel semibrillante de base, dar luego un "flash" de níquel con muy alto "stress" superficial, y luego el cromo. Al quedar los tres metales depositados, se generará una gran tensión interna entre la segunda capa (baño de níquel) y la tercera (baño de cromo).

Existen varias formas de obtener un depósito poroso de cromo:

* Preparar previamente la superficie, otorgándole una rugosidad al material de base mediante la proyección a presión de material abrasivo con forma piramidal.

* Realizar un proceso de electroerosión antes y después del depósito de cromo. * A través de procesos químicos o electroquímicos, después de realizar la electrodeposición.

* Realizando una combinación de los procesos detallados en los puntos 1 a 3. El procedimiento más utilizado es el electroquímico.

Baños al Cromo Trivalente: Los baños de cromo basados en formulaciones de cromo trivalente, son más antiguos aún que los baños convencionales actuales de cromo hexavalente. El proceso en sí resulta atractivo, ya que la corriente necesaria para electrodepositar cromo trivalente es la mitad de la necesaria para su par hexavalente. Además, el baño de trivalentes puede llegar a tener mucha mejor eficiencia de

corriente. Por otra parte, este baño desde el punto de vista químico, no difiere de uno de níquel o de cobre, por ende, resulta fácil de entender y operar.

Baños de Cromado Negro: Este tipo de electrolito, ha sido muy requerido en los últimos 25 años debido a su aplicación y utilidad en superficies de absorción de energía, específicamente en paneles solares. Debido a su gran resistencia a la temperatura y a su duración, el cromo negro se ve favorecido frente a otras terminaciones.

(9)

baja emisividad ε (ιpsilon), lo que significa que absorbe todas las ondas con un reenvío mínimo.

Además de su uso en energía solar, este baño se usa con fines decorativos o en accesorios que necesiten poca reflexión, principalmente para uso en óptica.

Básicamente, un baño de cromo negro, es un baño que no tolera el ion sulfato. Las características generales son similares a las de un baño de cromo convencional. 3.4 PROCESO DE CROMADO

En la práctica corriente de los acabados metálicos, el cromo se aplica generalmente en forma de depósito sumamente delgado (aproximadamente de 0,000025 a 0,00005 cm. de espesor) para comunicar resistencia al deslustre a un depósito electrolítico subyacente (generalmente de níquel), que sirve de principal protección al metal de base al que se aplica.

Procesos en los recubrimientos electrolíticos

Para entenderlo mejor, es conveniente dividir el proceso en tres etapas fundamentales como son:

* Tratamiento previo (preparación de superficie) * Recubrimiento electrolítico

* Control de calidad

Tratamientos previos al cromado

Proceso de mordentado y decapado: En el decapado de los metales ferrosos se considera, en general, que el óxido formado al calentar el hierro está constituido por tres capas distintas:

* La capa más externa, que es relativamente delgada; contiene la mayor proporción de oxígeno y consiste en óxido férrico, Fe 203

* Una capa intermedia, que es más bien gruesa; está compuesta de óxido ferroso férrico, Fe3 04

* Una capa relativamente compacta en la proximidad del hierro inalterado; contiene la mayor proporción de este elemento, y su composición corresponde aproximadamente a la fórmula FeO.

Ácidos Usados: La eliminación del herrín de los metales ferrosos se lleva a efecto decapando en una solución de ácido sulfúrico o clorhídrico.

(10)

capa de herrín; y b) el desprendimiento del gas originado al reaccionar el ácido con el metal base.

Con ácido sulfúrico, las reacciones que tienen lugar están en gran parte limitadas a los dos óxidos, ferroso y férrico, y al hierro metálico:

Fe203 + 3H2S04 => Fe2 (S04)3 + 3H20 FeO + H2S04 => FeS04 + H20

Fe + H2S04 => FeS04 + H2

La reducción del sulfato férrico a sulfato ferroso se realiza a causa de la presencia del hidrógeno naciente:

Fe2(S04)3 + 2H => 2FeS04 + H2S04

Las reacciones que corresponden al ácido clorhídrico son las siguientes: Fe203 + 6 HCl => 2FeCl3 + 3H20

FeO + 2HCl => FeCl2 + H20 Fe + 2HCl => .FeCl2 + H2

La reducción del cloruro férrico por el hidrógeno naciente está representada por la ecuación:

FeCl3 + H => FeCl2 + HCl

La disolución del óxido ferroso férrico, Fe3O4, en los ácidos indicados es lenta; este óxido es difícilmente soluble en los ácidos.

La disolución del óxido en el ácido sulfúrico (de cualquier concentración) tiene una marcada importancia en las operaciones de decapado, y en cuanto a la relación entre la cantidad de hierro metálico disuelto y la de sus óxidos, es mucho mayor a elevadas temperaturas que a temperatura ambiente. El óxido ferroso (FeO) en contacto con el acero es el más soluble de los óxidos presentes en el herrín; de aquí que, cuando hay junto a la superficie del acero una cantidad realmente importante de este óxido, tiene lugar un decapado mucho más rápido que cuando existen en dicha zona óxidos más elevados. Durante el decapado, el ácido penetra hasta la capa de FeO a través de los poros y fisuras del herrín, y de esta manera la disolución del FeO en el ácido da por resultado el desprendimiento de las capas superficiales de herrín.

Ácido sulfúrico: El mejor ácido sulfúrico comercial tiene una concentración del 95 %; su acción sobre el hierro y el acero es pequeña. Empezando con una baja concentración de ácido, se observa que al aumentar la misma, disminuye el tiempo de decapado, hasta que alcanza un máximo cuando la concentración está próxima al 25 %; después, la velocidad del decapado disminuye rápidamente. E l decapado con ácido sulfúrico deberá llevarse a cabo con ácido caliente; así podrá lograrse un mayor rendimiento. La velocidad del decapado disminuye a medida que aumenta en la solución el contenido en sulfato ferroso.

(11)

El efecto retardador de las sales ferrosas es menor a elevadas que a bajas

temperaturas, tanto en el caso del ácido sulfúrico como en el del ácido clorhídrico, y es debido a la mayor solubilidad de las sales a alta temperatura. Con bajas

concentraciones de ácido sulfúrico el efecto es menos marcado que con las elevadas. Las sales férricas aceleran la velocidad de decapado.

Aunque en el caso del ácido clorhídrico la presencia del hierro puede acelerar la velocidad de decapado, dentro de ciertos límites de temperatura y concentración del ácido, una concentración excesiva de sales de hierro en toda clase de soluciones ácidas reduce muy considerablemente la velocidad de decapado

Ácido clorhídrico : El ácido clorhídrico comercial consiste en una solución acuosa al 30 a 35 % de ácido clorhídrico gaseoso. La volatilidad del ácido hace impracticable su empleo a elevadas temperaturas; a temperaturas superiores a 40° C, la velocidad de volatilización del ácido es realmente muy rápida. En la práctica actual, la velocidad de decapado se incrementa más con elevadas concentraciones de ácido que con una elevación de la temperatura.

Formación de lodo: Después del decapado, queda sobre la superficie del metal una capa de lodo adherente; mucho de este lodo se acumula también en la parte superior del depósito. En el decapado con ácido sulfúrico, el depósito contiene hasta un 0,6 % del hierro disuelto en el ácido; con ácido clorhídrico, la cantidad de lodo producida es menor. Este lodo contiene también una alta proporción de los metales nobles

contenidos como trazas en el metal que se decapa, los cuales se precipitan sobre la superficie del acero.

Es importante el lavado cuidadoso del metal decapado para quitar estos depósitos. Agentes humectantes en el decapado: Hay una gran cantidad de materiales capaces de provocar una considerable reducción de la tensión superficial de las soluciones acuosas, aun cuando se añadan a éstas en cantidades muy pequeñas. Ejemplos típicos de compuestos de esta clase son los alkil-naftalen-sulfonatos, los compuestos de amonio cuaternario con largas cadenas laterales de hidrocarburos y los sulfonatos alifáticos (como los ésteres del ácido sulfosuccínico). Los agentes humectantes para decapado deben ser estables en medio ácido y no deben resultar excesivamente espumantes. Disminuyendo la tensión superficial del ácido de decapado se consigue una mejor penetración de éste en la capa de herrín, y las burbujas de hidrógeno se desprenden más fácilmente; con ello se consigue que el ácido alcance la superficie del metal de un modo más rápido y uniforme y, por otra parte, se reduce la tendencia de los barros a adherirse. Finalmente, se pierde menos ácido por arrastre, con lo que se logra una reducción en el consumo total de ácido.

Lavado después del decapado: Es esencial un lavado cuidadoso después del decapado, pues cuando se retira el metal de la solución, se adhieren al mismo considerables cantidades de sales de hierro conteniendo ácido interpuesto. Si se efectúa un lavado imperfecto, estas sales provocan la corrosión, y contaminan los de pósitos con substancias perjudiciales para los tratamientos siguientes (baños de galvanizado, soluciones para recubrimientos, etc.). Las sales residuales pueden

(12)

acumularse también en los poros del metal y exudar después, perjudicando a cualquier recubrimiento que se aplique ulteriormente

El metal decapado deberá lavarse primero en una corriente de agua fría,

preferentemente en chorros pulverizados a alta presión. Deberá lavarse luego en otro depósito de agua corriente; este segundo depósito se mantendrá prácticamente aislado de la llegada de residuos ácidos. El metal será después sumergido en agua muy caliente para disolver las sales residuales, permaneciendo en el depósito el tiempo suficiente para que adquiera la temperatura del agua. Esto tiene por efecto quitar de los poros del metal la mayor parte del ácido. El metal retendrá también suficiente calor para secarse espontáneamente cuando se le saque del baño, a menos que tenga muy escasa sección. Al sacarlo del agua, el acero decapado está expuesto a oxidarse muy fácilmente; generalmente se reduce esta tendencia adicionando cal al agua caliente del lavado final.

Decapado electrolítico: En el decapado electrolítico, el metal actúa como ánodo o como cátodo en una solución de un ácido o de una sal neutra. El decapado anódico es el preferible, pues se evita el peligro de que el material adsorba hidrógeno y adquiera la característica fragilidad debida al mismo al no desprenderse este elemento en el ánodo, lo cual es de temer cuando el decapado se efectúa en el cátodo. El herrín se elimina principalmente como resultado de la acción mecánica del gas puesto en libertad (durante la electrólisis) en la superficie del metal. Generalmente se usa como electrolito, ácido sulfúrico diluido, siendo la densidad de corriente de 2 a 10 amperios por decímetro cuadrado. Las dificultades de aplicar la corriente y la duda de saber si los resultados justifican el empleo de un equipo relativamente complicado han limitado la aplicación general del sistema.

El metal decapado por este procedimiento está sujeto a la fragilidad debida al

hidrógeno, pero ello puede remediarse. El depósito de estaño puede dejarse sobre la superficie, y en este caso constituye una buena capa de preparación para un posterior esmaltado o pintado; también, si es necesario, puede ser rápidamente quitada

mediante un tratamiento anódico en sosa cáustica. Se usan cátodos de ferrosilicio sobre los cuales se deposita el estaño, que luego pueden colocarse en el baño de decapado y de esta manera es recuperado el estaño.

Recubrimientos de protección: Una importante mejora de las instalaciones de

decapado ha sido la introducción de los recubrimientos de caucho y de ebonita. Éstos se aplican generalmente al acero, depositándolos homogéneamente sobre el metal; dichos depósitos son de una gran resistencia y tenacidad. Se emplean varios

cementos, tales como derivados sulfonados del caucho obtenidos amasando, con los molinos de rodillos propios de la industria del caucho, ácido sulfúrico y goma.

Sistema de aspiración: Es esencial poder disponer de un sistema realmente efectivo para la eliminación de los humos de los tanques. El primitivo sistema de eliminación por campana superior es anticuado, obstructivo y deficiente. Las modernas

instalaciones usan una aspiración cruzada (es decir tangencial) a través de un

estrecho conducto situado a un lado a todo lo largo del tanque, o, si éste es ancho, los hay en ambos lados. El conducto puede construirse de madera recubierta de plomo;

(13)

de acero recubierto de caucho, etc.

Calefacción: El caldeo de los tanques de decapado se efectúa corrientemente por inyección de vapor directo dentro de los tanques. El choque del vapor con el fondo de los tanques es perjudicial y debe, a ser posible, evitarse. Con este fin, se han

desarrollado distintos tipos de inyectores fijos y rotatorios que hacen posible la introducción más uniforme del vapor dentro de la solución. Como la introducción de considerables cantidades de vapor, diluye la solución, se hace necesario el uso de serpentines; éstos pueden construirse de acero recubierto de plomo. Se han empleado con éxito calentadores eléctricos construidos de un metal o aleación apropiados o de sílice fundida.

Existen, también, instalaciones calentadas por gas. El calentamiento directo con llama desnuda debajo de los tanques no es satisfactorio, pero los gases quemados pueden inyectarse desde el lado del tanque en tubos que se extienden alrededor del mismo, cerca del fondo, y conectados todos ellos a un tubo vertical de humos para su evacuación.

Agitación de la solución: Es conveniente disponer de alguna forma de agitación del baño de decapado, puesto que ello ayuda a eliminar el hidrógeno de la superficie del metal y favorece que nuevas cantidades de ácido alcancen constantemente dicha superficie. Puede obtenerse la agitación en las soluciones calientes mediante el inyector de vapor; cuando se usan serpentines, puede obtenerse cierto movimiento de la solución mediante las corrientes de convección.

El movimiento de la solución puede obtenerse por un método mecánico apropiado, balanceando los cestos de decapado en una dirección vertical, mediante el empleo de roscas o paletas movidas eléctricamente en la solución, o por aire comprimido. El primer método es el más corrientemente usado, pero muchas de las instalaciones pequeñas trabajan sin estos mecanismos.

Pulido: Para los acabados con fines decorativos, tales como el cromado brillante, y en muchas clases de trabajo en que se requiere un buen acabado, es necesario sin embargo cierto grado de pulido. Hay ciertos datos, no despreciables, que tienden a indicar que una superficie metálica pulida puede ser más resistente a la corrosión cuando se le aplica exteriormente un recubrimiento electrolítico que si se trata de una superficie no pulida.

Hablando en un sentido amplio, los métodos en uso son: * Bruñido.

* Pulido con abrasivos, usando ruedas flexibles, correas, discos, etc.

Actualmente, el bruñido es muy poco empleado en comparación con los otros métodos.

(14)

flexibles de formas diversas.

Pulido con abrasivos: Cuando se requiere un buen acabado, es necesario pulir los artículos mediante un abrasivo apropiado. Si el metal es muy basto y debe quitarse un exceso importante de metal, es precisa una operación preliminar de amolado. Son utilizables una gran cantidad de máquinas de amolar que hacen uso de sólidas muelas horizontales, de discos verticales, etc. Éstas pueden emplearse ya sea en seco o húmedo.

Son típicos entre los abrasivos para muelas: el esmeril (que se compone

esencialmente de alúmina, óxido férrico, silicatos y distintas impurezas), que puede aglomerarse en forma de ruedas; la alúmina artificial, que ha reemplazado en gran parte a los abrasivos de sílice perjudiciales, tales como la piedra arenisca, y el

carborundo, un abrasivo muy duro que se obtiene fundiendo carbón y sílice a las altas temperaturas del horno eléctrico.

Secado: La siguiente operación consiste en el secado del disco, y éste debe realizarse, si se desea obtener buenos resultados, bajo un estrecho control de las condiciones en que se efectúa. La cola de piel alcanza su máxima resistencia no cuando está completamente seca, como a veces se cree erróneamente, sino cuando retiene un contenido de agua del 10 al 12 %. El secadero debe, pues, ser controlado desde el punto de vista de la temperatura y de la humedad relativa, a fin de que el contenido final en humedad de la cola se aproxime a las condiciones para las cuales la resistencia es máxima. Las condiciones ideales de secado generalmente

recomendadas son una temperatura de 30° C y una humedad relativa del 50 %. El tiempo de secado depende del espesor de la capa de cola que contiene el abrasivo y de la concentración de la cola usada (la cual a su vez depende del tamaño de grano usado para el abrasivo).

En las condiciones especificadas, el secado es generalmente completo de las 24 a 48 horas; los discos con gruesos recubrimientos requieren, naturalmente, un tiempo algo más largo. Debe procurarse una circulación de aire en el secadero.

Desengrases previos: De la eficacia de los procesos de desengrase depende la adherencia del depósito metálico. La eliminación de todo rastro de grasa es vital si los artículos están destinados a recibir un depósito electrolítico.

La eliminación defectuosa de la grasa superficial del artículo a procesar, conduce a la formación de ampollas y/o depósitos poco adherentes que se desprenden o pelan. El proceso de desengrase previo consiste en quitar la grasa y aceite, ya sea del

estampado, trefilado, embutido o pulido de la superficie de la pieza. Se puede realizar de diferentes maneras. Manualmente, se puede realizar mediante el cepillado con cal de Viena. También se puede usar un cepillo de bronce (grata) y cepillar mojando la pieza en una solución jabonosa (tensioactiva). Se suelen utilizar solventes para realizar la limpieza previa, pero resultan tóxicos y volátiles.

(15)

* Por emulsión se entiende la formación de una mezcla de líquidos que no se separan en capas al reposar. La leche es el ejemplo más corriente de una emulsión. En el caso del desengrase de metales, la emulsión se compone de pequeños glóbulos de aceite en suspensión en la solución empleada.

* Peptización es el término dado a la reducción de partículas sólidas de suciedad en una forma finamente dividida, con lo cual se eliminan fácilmente. Esto significa que cada molécula de tierra de pulir, grasa, restos de aceite de maquinado, etc., queda mojada y completamente rodeada de una capa de solución.

* Saponificación es el nombre científico para la formación de jabón, que resulta de la acción química del álcali con grasas y aceites animales y vegetales. Los jabones así formados son solubles en agua, por lo cual, el artículo queda perfectamente limpio con un buen enjuague en agua.

Son los disolventes clorados los que desde hace treinta años vienen conquistando el mercado. El tetracloruro de carbono, el cloroformo y el pentacloroetano son

excesivamente tóxicos para su uso generalizado. En ciertos casos se utilizan como potenciadores de otros disolventes menos activos.

Desengrasado por disolventes: El desengrase más simple es el que usa disolventes. Los films de grasa que han sido adsorbidos se disuelven, pero hay otras sustancias que no pueden ser eliminadas por ellos, e incluso con las grasas tienen una limitación cuantitativa.

Con el uso se incrementa la contaminación del disolvente que ha de ser regenerado por destilación.

En los desengrases por emulsión, sea por impregnación con disolvente emulsionable y posterior emulsión por rociado con agua, o por empleo de disolventes ya

emulsionados, juegan un importante papel las propiedades y reacciones coloidales en la peptización de la suciedad.

En el proceso de desengrase por emulsión, es de uso convencional utilizar hidrocarburos o productos derivados clorados disueltos en agua.

Dengrasantes en caliente: Por lo general, el desengrase en caliente es el método más difundido y común de los normalmente utilizados, especialmente en la primera

eliminación de gruesas capas de aceite mineral.

En ciertos casos se adoptan métodos adicionales de acuerdo con el metal de base del que se trate.

Todavía se practica, proveniente de la más vieja escuela de plateros, el uso de la potasa cáustica (KOH) como desengrasante general. Sus propiedades detersivas son excelentes, pero debe emplearse con habilidad y cautela, ya que para algunos

(16)

Para la preparación de las soluciones de desengrase, deben usarse siempre aguas blandas, ya que las aguas duras poseen hexametafosfato de sodio, cuya sal

incorporada a las formulas detalladas hará que el comportamiento cambie desfavorablemente.

Los artículos se cuelgan en la barra catódica o anódica, según el tipo de tratamiento especificado anteriormente. Con una tensión de 6 voltios a una temperatura de 82 a 93°C, se obtendrá una densidad de corriente catódica de 2 a 5 Amp/dm2.

En estas condiciones se produce un burbujeo de la pieza en forma continua.

Normalmente, para realizar un correcto desengrase, son necesarios 2 a 3 minutos de inmersión. Para evitar problemas con las soluciones desengrasantes, se recomienda retirar la materia grasa en suspensión, ya que de no hacerlo, puede volver a adherirse a nivel superficial sobre las piezas al retirarlas del mismo.

Desengrasado Electrolítico: Resulta más conveniente que los artículos de latón, cobre y alpaca, después del desengrasante caliente usual sean tratados en un baño de desengrase elec trolítico en frío. Se emplea una tensión de 4 a 12 voltios y una densidad de corriente, según la formulación elegida, de 1 a 43 Amp/dm 2 . Los artículos quedarán desengrasados con un proceso de 2 a 3 minutos de duración. Luego del desengrase, se enjuagan bien en agua corriente, limpia y fría, agitando enérgicamente. Debe tenerse especial cuidado con piezas huecas, ya que suelen llenarse de líquido, habiendo transporte de solución y pudiendo causar ello la contaminación de los baños subsiguientes.

Después de realizado el enjuague, se sumergen en agua ácida, la cual se prepara diluyendo ácido sulfúrico al 10%, se enjuaga otra vez en agua corriente, y entonces, la pieza quedará preparada para continuar el proceso. La inmersión en ácido sulfúrico diluido, tiene la finalidad de evitar transporte de residuos alcalinos a otros baños, y es imprescindible su realización para obtener un neutralizado perfecto. Esta operación, además, actúa como proceso superficial de activación, especialmente cuando debe depositarse algún metal sobre una base de níquel o niquelada, aunque posee las mismas propiedades sobre la gran mayoría de los metales de base.

Si los artículos deben recibir algún tratamiento en un baño cianurado o de pH superior a 7 (cobre al cianuro, latón, cadmio alcalino, etc.), entonces, es muy aconsejable una inmersión en alguna solución alcalina (tales como cianuro, hidróxido, carbonato, etc.) inmediatamente después del enjuague en agua y antes de sumergirlos en el baño galvánico. La función de este enjuague alcalino previo es eliminar restos posibles del enjuague ácido anterior. Se debe ser cuidadoso de no transportar restos de ácido a los baños alcalinos, ya que estos se estropearán irreversiblemente, debido a la formación de sales como sulfocianuros.

Los artículos a desengrasar se cuelgan de la barra catódica o anódica, según el tipo de tratamiento especificado.

(17)

polaridad inadecuada, la pieza se estropeará irreversiblemente.

Cobreado: Sólo dos son los tipos de solución que se utilizan en gran escala, esto es, las soluciones de cianuro y las soluciones ácidas. El primer tipo consiste

esencialmente en una solución de cianuro cuproso en un cianuro de metal alcalino, con o sin varios agentes de adición. Las soluciones de cianuro tienen un excelente poder de penetración; no obstante, en general, son inapropiadas para la obtención de depósitos de un espesor apreciable, pero tienen la ventaja de poder ser aplicadas directamente a los metales ferrosos. Las soluciones ácidas consisten en una solución de sulfato de cobre y ácido sulfúrico, y se utilizan principalmente para recubrir aquellos metales que no son atacados químicamente por la solución, y especialmente cuando se requiere un espesor apreciable, como en galvanoplastia.

Soluciones de cianuro: El baño de cobre cianurado, a pesar de los peligros que involucra su operación para la salud, y por sus desechos provenientes de aguas de enjuague, aún sigue siendo en algunos casos una opción insustituible.

Las soluciones de cianuro se aplican comúnmente en cubas de acero, aunque más recientemente se ha incrementado el uso de cubas recubiertas de goma.

Soluciones ácidas: El cobreado ácido se efectúa a partir de una solución que consiste fundamentalmente en sulfato de cobre y ácido sulfúrico. Este tipo de soluciones tiene un bajo costo de preparación y los rendimientos anódicos y catódicos llegan al ciento por ciento en muchos casos.

El depósito de cobre logrado con este tipo de soluciones suele ser de color mate. Es preciso limpiar mucho más cuidadosamente el metal de base antes de proceder al cobreado en baño ácido de lo que precisan las soluciones de cianuro, pues, a

diferencia de estas últimas, la solución de sulfato no posee propiedades detergentes. La presencia del ácido sulfúrico es esencial, pues evita la formación de precipitados de sales básicas de cobre y también aumenta la ionización y, por consiguiente aumenta la conductibilidad de la solución, reduce la posibilidad de que los electrodos se polaricen y ahorra el consumo de fuerza. Reduciendo la concentración de iones cobre de la solución, el ácido tiene también el efecto de producir depósitos lisos de pequeño tamaño de grano.

Comúnmente, se utilizan densidades de corriente de 2 a 6,5 amperios por dm 2 . Las soluciones de cobre trabajan usualmente a temperatura ambiente, aunque a veces se utilizan temperaturas hasta de 50 °C. La elevación de la temperatura da lugar a la obtención de un depósito de cobre más blando. La agitación con aire aumenta la densidad de corriente que pueda utilizarse.

Baños de níquel: Los depósitos de níquel pueden ser usados con fines decorativos, en ingeniería o en electro formado.

Los niquelados decorativos se logran de un electrolito conteniendo agentes de adición orgánicos de diversos tipos. Los depósitos obtenidos resultan protectores, lisos, de

(18)

alta nivelación y con un brillo especular.

Las aplicaciones en ingeniería, utilizan electrolitos que depositan níquel puro, y las características habitualmente necesarias para este tipo de aplicaciones son

* Alta resistencia a la corrosión. * Resistencia a la abrasión. * Soldabilidad.

* Propiedades magnéticas.

Este proceso se lleva a cabo mediante una corriente continua aplicada a los

electrodos, lo cual disocia en iones las sales contenidas en la solución, produciéndose un depósito de níquel metálico sobre e! cátodo (negativo), y disolución de níquel sobre el ánodo (positivo).

Es necesario, no obstante, tener presentes en la solución ciertos agentes reductores y compuestos químicos para favorecer la disolución de los ánodos y para hacer la solución más conductora, lo cual dependerá básicamente del contenido de sales disueltas, de manera que puedan circular altas corrientes por el electrolito con diferencias de potencial (voltajes) relativamente bajas.

Cuando las sales están disueltas en agua, el níquel en solución es bivalente (Ni +2 ). Mediante la circulación de corriente eléctrica, el ion metálico reacciona con dos electrones y pasa a su estado metálico (Ni°) sobre el cátodo. Lo inverso ocurre en el ánodo, donde el níquel metálico se disuelve formando iones bivalentes.

La reacción electroquímica es la siguiente: Ni +2 + 2 e Ni°.

Desarrollo para el cromado posterior: Generalmente se utiliza en primer lugar un baño de cobre UBAC, seguido de una gruesa capa de níquel que resulta ser el principal factor de prevención de la corrosión. Esta capa puede ser desarrollada de distintas formas con las que se alcanzan resultados muy diversos.

3.5 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

3.6 MATERIAS DE PARTIDA Y RESIDUOS GENERADOS EN UNA CADENA TÍPICA DE RECUBRIMIENTO ELECTROLÍTICO

3.7 MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS

Según la mayoría de los autores, el problema de los residuos está totalmente ligado al modelo económico actual de producción y consumo. Por lo tanto, las soluciones han de venir por la ruta del desarrollo sostenible, por la optimización en el consumo de

(19)

materias primas y de energía, por la minimización de residuos. Es decir, por prácticas industriales ambientalmente sustentables y sostenidas en el tiempo.

Muchas empresas con visión de futuro han notado que la minimización de residuos y emisiones es clave para modernizar la productividad y así sobrevivir en los mercados del futuro. Esto implica un profundo cambio en la cultura y en la práctica comercial, a veces llamada "segunda revolución industrial", que considera a los productos y procesos industriales como parte de un ecosistema industrial mayor, formando un sistema casi cerrado de flujo de materiales. La presión social exige cada vez más productos con calidad adecuada, con condiciones sanitarias correctas, que sean ecológicamente aceptadas y que hayan sido fabricadas en condiciones apropiadas desde el punto de vista medioambiental.

La industria se ve obligada a desarrollar tecnologías más eficaces, más productivas, menos contaminantes y que constituyan un ahorro respecto de las anteriores. Estas, llamadas tecnologías limpias –si usan las materias primas y la energía racionalmente y si producen un impacto ambiental mínimo al fabricar productos– generan a su vez acciones tanto anticontaminantes (procesos no contaminantes) como

des-contaminantes (descontaminación en procesos existentes), buscándose con ellas sistemas más limpios y procesos y métodos que eviten o reduzcan la contaminación. En esta vía surge la minimización de los residuos, que es una acción o conjunto de acciones destinadas a evitar la producción de contaminantes o a reducirlos en cantidad y peligrosidad.

MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS | ACCIONES |

Reducción de contaminantes en el origen | Aplicación de tecnologías

limpiasOptimización de procesosSustitución de materias primas por otras menos contaminantes |

Reciclado de productos | Reutilización directa de residuos o subproductos en los procesos propiosGestión de los residuos y subproductos para que los utilice la propia industria u otra como materia prima en cualquier tipo de proceso (bolsas de residuos) |

Recuperación de materiales de interés | Separación, preparación, limpieza y adecuación de los materiales contenidos en los residuos, que son susceptibles de aprovechar en cualquier sector industrial |

Por lo tanto, la minimización es una solución viable para el problema de los residuos porque comprende tanto la reducción como la valorización de algunos de ellos, lo que se traduce en disminución de costos y en mejoras de la competitividad de las

empresas. Por lo tanto, es fundamental revisar los procesos de producción de

materias primas, de fabricación y de consumo para que se modifique todo aquello que sea susceptible de reducir la generación de residuos a través de toda la cadena productiva. La prevención es la acción ideal, porque con ella se reducen tanto el consumo de materias primas y la demanda de agua y de energía, como las

instalaciones de tratamiento y eliminación de residuos. La minimización “suena” bien. La idea es convincente, pero la realidad es muy distinta: la gran mayoría de las empresas ignoran o marginan el tema, a no ser que tengan un problema que afecte muy directamente a su imagen o a su economía (producción, sanciones o mercado).

(20)

Las empresas ven bien todo aquello sobre mejoras de mercado, de competitividad y de imagen: el empresario se interesa por los sistemas de gestión ambiental, por la implantación de la Norma ISO 14.001, por su imagen corporativa, pero le es difícil dar el paso siguiente que, por ahora, le parece prematuro y costoso. Solamente actúa si la competencia lo hace, o si ve tan claras las ventajas que acaba convenciéndose. Porque es cierto que obtener la etiqueta ecológica o implantar la Norma ISO 14.001 es un proceso caro, largo y molesto.

La empresa se encuentra, en general, en una situación en que genera residuos con la tecnología de que dispone y que si realiza un cambio para reducir aquellos mediante modificaciones en éste, supondrá un costo que en esos momentos no tiene. En ese caso, que es el más frecuente, tendrá que estudiar las experiencias que existen en situaciones similares, y realizar análisis costo/beneficio para decidir si aplica técnicas de minimización. Porque la empresa en la situación actual busca a lo más cumplir la legislación vigente y, en algunos casos, toma medidas adicionales por presión de la competencia.

Motivos que justifican una política de minimización de residuos en la empresa: * Que en la competencia los estén realizando

* Que los clientes la exijan directa o indirectamente

* Que observen que ha sido beneficiosa para otras empresas y no necesariamente de la competencia

* Que quieran ser vanguardistas y tener una actitud verdaderamente respetuosa con el medio ambiente

* Que tengan problemas de residuos realmente graves * Que la ley les exija minimizar los residuos

* Que quieran mostrar una buena imagen, tanto ante sus clientes como ante sus vecinos

* Que observen que a cierto plazo les resulte económicamente rentable, además de otros beneficios

* Que estén convencidos de que una modernización en la gestión y en las instalaciones que incluya el área medioambiental potencia su presencia en el mercado

3.8 PLANIFICACIÓN AMBIENTAL PARA RESIDUOS ESPECÍFICOS

Ciertas corrientes de residuos, normalmente disoluciones de recubrimiento agotadas, pueden reducirse por los siguientes métodos:

Filtración: Pueden utilizarse filtros de cartuchos o de tierra de diatomeas para eliminar los sólidos acumulados que reducen la eficacia del proceso.

Mediante tratamiento con carbono pueden eliminarse los contaminantes orgánicos (aplicados sobre todo en el niquelado, en el cobreado electrolítico y en el zincado y cadmiado).

(21)

Agua purificada: Los contaminantes naturales del agua de relleno y de lavado (por ej., calcio, hierro, magnesio, manganeso, cloro y carbonatos) pueden eliminarse mediante desionización, destilación u ósmosis inversa. Mejorando la eficacia del agua de lavado se reduce el volumen de lodos de los baños que requieren tratamiento.

Congelación de los carbonatos de los baños de cianuro: Reduciendo la temperatura del baño a–3 °C cristalizan los carbonatos formados en el baño de cianuro por descomposición del cianuro, densidades excesivas de corriente anódica y adsorción de dióxido de carbono del aire, y se facilita su eliminación.

Precipitación: Los contaminantes metálicos que entran en el baño como impurezas de los ánodos, pueden eliminarse por precipitación con cianuro de bario, hidróxido de bario, hidróxido cálcico, sulfato cálcico o cianuro cálcico.

Alternativas al cromo hexavalente: El cromo hexavalente puede sustituirse por disoluciones de recubrimiento de cromo trivalente para cromados decorativos. En ocasiones, los recubrimientos de conversión de cromo para tratamientos previos a la pintura se pueden sustituir por recubrimientos de conversión sin cromo o químicas de cromo sin lavado.

Químicas de proceso no queladas: En lugar de añadir queladores a los baños de proceso para controlar la concentración de iones libres en la disolución, pueden utilizarse químicas de proceso no queladas para que no sea necesario mantener los metales en disolución. Se puede dejar que estos metales precipiten y extraerlos por filtración continua.

Productos químicos de proceso sin cianuro: Las corrientes de residuos que contienen cianuro libre se tratan normalmente con hipoclorito o con cloro para producir la

oxidación, y en el caso de los cianuros complejos se utiliza por lo general sulfato de hierro para provocar su precipitación. El uso de químicas de proceso sin cianuro elimina un paso de tratamiento y reduce el volumen de lodos.

Desengrasado con disolventes: En lugar de usar disolventes para desengrasar las piezas antes del proceso, pueden utilizarse baños de limpieza alcalinos calientes. Se puede aumentar la eficacia de los limpiadores alcalinos aplicando corrientes eléctricas o ultrasonidos. Las ventajas que supone evitar los vapores y lodos de disolvente suelen compensar cualquier coste operativo adicional.

Limpiadores alcalinos: Puede evitarse el tener que desechar los limpiadores alcalinos cuando la acumulación de aceite, grasa y suciedad producida por el uso alcanza un nivel que reduce la eficacia del baño, utilizando dispositivos de despumación para eliminar los aceites que flotan libremente, dispositivos de decantación o filtros de cartucho para eliminar partículas y agentes de coalescencia de aceite y agua, y utilizando microfiltración o ultrafiltración para eliminar los aceites emulsificados. Reducción de las escurriduras: Reduciendo el volumen de disolución que queda adherida a las piezas en los baños de proceso disminuye la cantidad de productos químicos valiosos que contaminan el agua de lavado, lo que a su vez reduce la

(22)

cantidad de lodos generados en un proceso de tratamiento convencional de precipitación de metales.

Hay varios métodos para reducir las escurriduras, entre ellos los siguientes:

Concentración operativa del baño de proceso: La concentración química deberá ser lo más baja posible con el fin de reducir al mínimo la viscosidad (para un drenaje más rápido) y la cantidad de productos químicos (en la película).

Temperatura operativa del baño de proceso: La viscosidad de la disolución de proceso puede reducirse elevando la temperatura del baño.

Tensoactivos: Se puede reducir la tensión superficial de la solución añadiendo tensoactivos al baño de proceso.

Colocación de la pieza: La pieza deberá colocarse sobre el soporte de manera que la película adherente escurra libremente y no quede retenida en huecos o ranuras. Tiempo de extracción o de drenaje: Cuanto antes se extrae una pieza del baño de proceso, más gruesa es la película adherida a la superficie de la pieza.

Chorros de aire: Se pueden mejorar el drenaje y el secado proyectando un chorro de aire sobre la pieza mientras el soporte de ésta se eleva por encima del tanque de proceso.

Lavados por aspersión: Pueden utilizarse por encima de los baños calientes para igualar el caudal de lavado con la velocidad de evaporación del tanque.

Baños de recubrimiento: Se deben eliminar los carbonatos y los contaminantes orgánicos para evitar que se acumule la contaminación, ya que ésta aumenta la viscosidad del baño.

Tablas de drenaje: Los huecos entre tanques de proceso deben cubrirse con tablas de drenaje para capturar las disoluciones de proceso y devolverlas al baño de proceso. Tanques de escurrido: Las piezas deben colocarse en tanques de escurrido (tanques de “lavado estático”) antes de la operación de lavado estándar.

3.9 PELIGROSIDAD Y TOXICIDAD DE LOS RESIDUOS GENERADOS

El cianuro es un anión altamente tóxico, puesto que al igual que el ácido cianhídrico o HCN bloquea la respiración celular en los organismos, inhibiendo la actividad de la encima citocromooxidusa. La dosis letal del HCN para humanos es de 1-2 g/l. Si se administra por vía oral. La toxicidad aguda para peces del ácido cianhídrico se sitúa entre los 0,03 y 3 mg/l., mientras que la dosis letal del cianuro sódico se sitúa en 50 mg/l para las truchas. La movilidad del cianuro en soluciones acuosas es muy elevado. La biodegrabilidad y la hidrólisis química, fotolítica del cianuro y del HCN es,

(23)

tóxicos como el hexaciano ferrato. Su persistencia en el medio es, en consecuencia, reducida. Los productos de degradación son el cianuro en una primera fase y el CO2 en una segunda.

El cromo (+VI) aparece, dependiendo del pH, en forma de dicromato, cromato o hidrocromato. La toxicidad de este compuesto reside básicamente en su alto poder oxidante, que también origina daños en el código genético. Por ello se considera el Cr (+VI) como sustancia mutagénica potencial para mamíferos. El cromo se bioacumula fuertemente en los mamíferos en tejidos como el hígado y los riñones posibilitando la formación de tumores. La solubilidad y movilidad del anión cromo VI en sistemas acuosos es alta mientras que el cromo III, en forma catiónica, precipita y se absorbe con facilidad. El ácido crómico posee una presión de vapor relativamente elevada sus emisiones gaseosas pueden causar efectos nocivos en el puesto de trabajo. La reactividad del cromo VI es alta en presencia de material orgánico, otras sustancias reductoras bajo pH o pH ácido.

En las plantas se conocen, entre otras, lesiones en el sistema radicular, las raíces no desarrollan bien y las hojas se mantenían angostas, tomando una coloración pardo rojiza con aparición de pequeñas manchas neuróticas.

En los sistemas acuáticos, la toxicidad de los compuestos solubles del cromo varía según la temperatura, pH y dureza del agua y según las especies de organismos que los pueblan. Los compuestos del cromo VI se disuelven con facilidad, pero en

condiciones naturales y en presencia de materia orgánica oxidable se reducen rápidamente a compuestos cromo III, que es más estable y menos hidrosolubles. En los suelos la movilidad del cromo en la pedosfera solamente puede evaluarse si se consideraran la capacidad de absorción y reducción de los suelos y de los sedimentos. El cromo VI, aun en concentraciones relativamente bajas, ya resulta toxico, siendo el PH del suelo un factor fundamental. El uso de abonos fosfatados incrementa el ingreso de cromo al suelo.

Los compuestos de cromo III asimilados juntos con los alimentos resultan relativamente inocuos, los compuestos del cromo VI en cambio tienen efectos

altamente tóxicos. Tanto los animales como los seres humanos solo incorporan a sus organismos cantidades relativamente pequeñas de cromo por inhalación, la mayoría de las sustancias que contienen cromo ingresan al organismo a través de los

alimentos y del agua que se bebe.

Los valores límites establecidos según antecedentes bibliográficos, para el cromo en el ambiente general son los siguientes:

* Aire urbano: 50 mg/m3 * Agua de ríos: 10 mg/m3 * Agua de océanos: 5 mg/m3 * Agua potable: 0,05 mg/L

* Suelo: 125 mg/kg. en promedio, aunque puede aumentar hasta 250 mg/kg. (no existe un límite preciso)

(24)

El zinc, el cobre y el níquel son metales pesados que se necesitan en pequeñas cantidades en la mayoría de los organismos. Son oligoelementos. Estos forman parte del centro activo de encimas y de procesos oxido-reductivos. En mayores

concentraciones bloquean importantes etapas del metabolismo de los organismos. Los compuestos de cromo y níquel utilizados en los baños galvánicos para

recubrimiento electrolítico pueden ser peligrosos. Los compuestos de cromo pueden causar quemaduras, ulceración y eccema de la piel y las mucosas, así como una perforación característica del tabique nasal. También puede producirse asma bronquial. Las sales de níquel pueden causar lesiones de la piel alérgicas o tóxico-irritativas rebeldes. Existen pruebas de que tanto los compuestos de cromo como los de níquel pueden ser cancerígenos. Son esenciales la ventilación local por extracción y una adecuada protección de la piel.

Resumen de los Riesgos Inherentes al Recubrimiento Electrolítico Riesgos

Exposición a cromo y níquel potencialmente cancerígenos; exposición a cianuros; quemaduras e irritación por productos químicos cáusticos y corrosivos; sacudidas eléctricas; el proceso puede ser en fase húmeda, con el consiguiente riesgo de resbalones y caídas; producción de polvo potencialmente explosivo; riesgos ergonómicos

Precauciones

Usar equipo de protección personal adecuado. Instalar un sistema eficaz de

ventilación por extracción, normalmente ranurado, de tipo impelente-aspirante. Limpiar los derrames inmediatamente. Instalar pavimento antideslizante. Utilizar

procedimientos y puestos de trabajo bien diseñados para evitar el estrés de origen ergonómico.

3.91BUENAS PRÁCTICAS DE GESTIÓN

Pueden conseguirse importantes mejoras en lo tocante a seguridad, salud y medio ambiente introduciendo en los procesos mejoras como las siguientes:

* Utilizando lavados a contracorriente y controles de conductividad. * Aumentando el tiempo de drenaje

* Empleando más o mejores tensoactivos

* Utilizando temperaturas de proceso lo más altas posible para reducir la viscosidad y así aumentar la recuperación de escurriduras (recuperación de la solución que ha quedado adherida al metal)

(25)

* Recurriendo a la agitación con aire en el lavad ara aumentar su eficacia

* Usando bolas de plástico en los tanques de recubrimiento para reducir la formación de neblinas

* Utilizando mejores sistemas de filtración en los tanques de recubrimiento para reducir la frecuencia del tratamiento de purificación

* Colocando un bordillo alrededor de todas las zonas de proceso para contener los derrames

* Empleando tratamientos separados para los metales recuperables, tales como el níquel

* Instalando sistemas de recuperación, por ejemplo de intercambio iónico, evaporación atmosférica, evaporación al vacío, recuperación electrolítica, ósmosis inversa y

electrodiálisis

* Complementando los sistemas de recuperación de escurriduras con reducciones de la adherencia de contaminantes y mejores sistemas de limpieza

* Utilizando modernos sistemas de control de existencias para reducir los residuos y los riesgos de los lugares de trabajo

* Aplicando procedimientos estándar (es decir, procedimientos por escrito, revisiones periódicas de las operaciones y registros cronológicos rigurosos de las mismas) que sirvan de base a una sólida estructura de gestión ambiental.

4.1 IDENTIFICACIÓN DE RESIDUOS

Para poder identificar los residuos, primeramente se conoció el diagrama de flujo del proceso para después identificar los residuos y encontrar las posibles soluciones para de ellas elegir la o las factibles.

Así se encontraron los tipos principales de residuos en el proceso, tomando en cuenta que la mayor carga contaminante y volumen de residuo es generada en las agua de lavado, sin embargo la mayor toxicidad se encuentra en los baños agotados debido a su alta concentración de sustancias nocivas

Investigaciones realizadas en el tratamiento de dichas aguas, han demostrado que es importante que las aguas residuales galvánicas sean clasificadas en las siguientes cuatro categorías en función de las necesidades de segregación para efectos de su tratamiento posterior:

a) Aguas residuales alcalinas que contienen cianuros: Debido a la alta toxicidad del cianuro y la especificidad del tratamiento de oxidación para destruirlo. Se utiliza en

(26)

baños de cinc, cobre, plata y oro como acomplejante de los metales y puntualmente en desengrases.

b) Aguas residuales ácidas que contienen cromo: Debido a la alta toxicidad del cromo VI y la especificidad del tratamiento de reducción a que debe someterse se distinguen a la vez baños concentrados de cromo (Cr O3 de 100 a 500 g/l) y baños de cromo del pasivado, más diluidos.

c) Aguas residuales alcalinas exentas de cianuros que contienen otros aniones: principalmente residuos del mordentado, debido a su contenido de amonio, cloruros (300 g/l). El mordentado es una etapa de protección previa al cincado por inmersión y se presenta aparte de la corriente anterior por practicarse con frecuencia el cambio de baño. Estas aguas también pueden contener cierta cantidad de zinc (125g/L).

d) Aguas residuales ácidas exentas de cromo que contienen otros metales pesados: Debido a la alta toxicidad de metales no férreos como Ni, Cr, Cu, Ag y Zn. Incluyen los baños agotados de metalizado, que tienen una bajísima frecuencia de cambio y los lodos de depuradora de aguas residuales galvánicas que contienen frecuentemente al menos tóxicos cromo III, junto con níquel, cobre, cinc o estaño.

e) Lodos provenientes de agua de lavado de decapado: Contienen lodos con Fe principalmente en forma de hidróxido y otros metales provenientes de estos lavados. f) Aguas residuales de procesos posteriores: Estas aguas no son provenientes propiamente del proceso galvánico sino que se generan de procesos de tratamientos posteriores con fines protectivos o formación de una base previa al pintado, y pueden contener altos contenidos de Zn, Ni, Mn y nitratos, por lo que se tratan como lodos. Es de suma importancia la segregación de los desechos que contienen cianuros de los desechos ácidos por la posible formación del ácido cianhídrico. Así mismo, es

necesario segregar los desechos con cianuros de los desechos que contienen cromo, porque además de formarse el ácido cianhídrico, sería imposible conseguir la

oxidación de cianuros y la reducción del cromo en el desecho. Finalmente, es

importante separar las aguas cianuradas de las que contienen níquel y hierro, debido a que pueden formar complejos cianurados que requieren tiempos de retención mucho mayores en las unidades de oxidación de cianuros

4.2 INVESTIGACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES Una vez que se identificaron los residuos generados durante el proceso, se paso a la tarea de investigar las tecnologías existentes que puedan tratar dichos efluentes puesto que muchas de las tecnologías existentes y emergentes, se basan en el tipo de contaminante predominante en el efluente líquido a tratar, esto con el fin de hacer una mejor toma de decisión al momento de proponer la tecnología a utilizar.

En el caso de la industria galvánica y metalúrgica, la contaminación de las aguas se debe a la presencia de: cianuros, metales pesados, pH, sólidos suspendidos, sólidos disueltos, amoniaco, arsénico, nitratos y sustancias orgánicas. En base a lo anterior, existen dos tipos de clasificaciones, de acuerdo a su utilización y de acuerdo al tipo de proceso. La experiencia ha demostrado que no basta la aplicación de un solo método, sino que generalmente una tecnología es efectiva cuando se usa en combinación con

Figure

Actualización...

Referencias

Actualización...