QUIMICA2

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTERecuperacin de Cromo delas Aguas Residuales de la

Industria de AcabadosMetlicos

QUIMICA II Pag. 1 / 83

Proyecto Terminal (Examen Final) CICLO III

CONTENIDO

PaginaIntroduccin 3

Objetivos 5 Objetivos Generales 5 Objetivos Particulares 5

Aspectos Generales 6 Descripcin del Proceso Industrial 12

Preparacin de Superficies 12Acabado de Metales 14Contaminantes Genricos del Sector 23Carga Contaminante Generada por el Sector 25Normatividad Aplicable al Sector 28

Caso de Estudio 32Volumen de Aguas Residuales 34Estimacin de Contaminantes Generados 34Costo Por Manejo de Residuos y Tratamiento de Aguas Residuales 35

Metodologa de Tratamiento Adoptada 36

Antecedentes 39

Fundamentos Tericos 43

Experimentacin 47 Anlisis de Resultados 58

Diseo de Equipo 59





Descripcin del Proceso 65 Proceso 65 Diagrama del Proceso 66 Lay Out de la Planta y Proceso de Recuperacin 68 Especificacin del Equipo de Proceso 69 Balance de Materiales 72

Anlisis Econmico 73 Costo de Materias Primas 73 Costo de Equipo, Instalacin, Operacin y Mantenimiento 74 Costo de Tratamiento 78

Conclusiones 80

Bibliografa 81





INTRODUCCIN

Uno de los ms serios problemas que enfrenta la industria de acabadosmetlicos es sin duda la incorporacin de metales pesados y cianuros ensus descargas de aguas residuales, cuya remocin se ha convertido en retotecnolgico de alto costo. El presente trabajo tiene como fundamento elresolver el problema encontrado en la industria de los procesos de acabadosmetlicos y produccin de herramientas de corte y sus repercusiones en materiade impacto ambiental, debido a la gran cantidad de residuos generados quecontienen metales pesados (ejemplo de esto, las aguas residuales provenientesde las tinas de cromado).

Los procesos industriales de recubrimiento, de electrodeposicin, producendesechos contaminantes que contienen metales que es posible reutilizar. Eldesarrollo de procesos de recuperacin de metales que desechan en diferentesformas, ayudara a resolver un grave problema de contaminacin. Ademspodra, resultar atractivo desde el punto de vista econmico, ya que estopermitir cubrir parcial o totalmente los costos del tratamiento.

El tomar decisiones para el control de los residuos peligrosos tieneimplicaciones tcnicas, econmicas y jurdicas, que necesariamente debentomarse en cuenta, en su justa dimensin a los principios siguientes :

Promover la minimizacin de la cantidad de residuos peligrosos y los riesgosinherentes a su manejo y disposicin final, bsicamente, incentivandocambios hacia proceso y tecnologas cada vez ms limpias.

Fomentar la recuperacin de material secundario, principalmente para sureciclaje o disposicin final controlada cuando tal reciclaje no sea posible oeconmicamente viable.

Favorecer la participacin y coordinacin estrecha entre la autoridadregulatoria y las empresas involucradas en el manejo y disposiciones de residuospeligrosos y en general, la participacin de la sociedad dentro de lasmodalidades flexibles que aseguren la corresponsabilidad necesaria.





Deben orientarse las prcticas para el manejo de los residuos peligrosos de acuerdo con el paradigma que privilegia las acciones de reciclaje sobre las orientadas a tratarlos y confinarlos, como se muestra en la Figura 10. Se establecen las prioridades a considerar para el control de los residuos peligrosos,comparando las soluciones adoptadas de un enfoque tradicional en donde la primicia es confinar los residuos generados, pensando posteriormente en el tratamiento, reciclaje y por ltimo de manera vaga en la minimizacin. Esto en apariencia disminuye el costo privado, sin embargo redita en un costo social alto. La idea de una contribucin a la solucin del problema en un 100% es la visualizacin primeramente en la disminucin de residuo y posteriormente el reciclaje, que beneficiara directamente el aspecto social, y tal vez con un costo privado alto, pero en un enfoque con idea sustentable.

MINIMIZACION DE RESIDUOS

RECICLAJE

TRATAMIENTO

CONFINAMIENTO

CONTRIBUCION ALA SOLUCION DELPROBLEMA

100%

Figura 1. Lineamientos y Polticas de control

CONFINAMIENTO

TRATAMIENTO

RECICLAJECOSTO PRIVAD

COSTO SOCI

ENFOQUE TRADICI

ENFOQUE SUSTENTABLE





OBJETIVOS

Objetivos Generales.

Establecer una alternativa viable y econmica para el tratamiento y recuperacin de cromo, producto del desecho de las aguas residuales de acabados metlicos. Disear el sistema de recuperacin que permita dar el valor agregado a la remocin del mismo.

Objetivos Particulares.

Determinar el rendimiento y los factores de influencia en la remocin de cromo de las aguas residuales. Establecer con los resultados obtenidos el diagnostico para fincar las bases del diseo de equipo.





Aspectos Generales

Hablar de la industria de acabado de metales es referirse a una serie deoperaciones dentro de diversos procesos productivos ms complejos. El acabadometlico es parte de la fabricacin de un bien para poder cumplir con su finalidady especificaciones de calidad, y ser vendido.

Aparentemente las actividades de acabado de metales son realizadasexclusivamente por la industria metal mecnica, sin embargo los fabricantes decualquier bien que en su estructura contenga piezas metlicas, requierenque stas tengan las caractersticas especficas para un adecuadofuncionamiento, resistencia y/o proteccin contra la corrosin. Por lo anterior, eluniverso de giros productivos en los que interviene el acabado de metales esmuy extenso.

Este acabado en ocasiones se realiza por el propio fabricante del bien oproducto final o por el fabricante que provee de partes y piezas metlicas sueltasal fabricante del bien o producto final. En otros casos es un servicio prestado alfabricante por una empresa maquiladora dedicada especficamente al desarrollode alguno de los muy diversos procesos de acabado de metales. Esta situacindificulta de sobremanera determinar, para cada uno de los giros industrialesinvolucrados con partes y piezas metlicas, el nmero de empresas querealmente realizan actividades de acabado de metales.

De acuerdo a lo anterior se concluye que el universo de la industria deacabado de metales, est conformado por las 52 clases que se listan en elsiguiente cuadro y por el nmero de unidades econmicas que se indican en elmismo, correspondiendo a un total de41,864.





Tabla 1 - Clasificacin de las actividades que realizan acabadode metales

Clasificacin Mexicana de Actividades y Productos (CMAP). CensoEconmico 1994

CLASE DESCRIPCION UNIDADESECONOMICAS381202 Fabricacin y reparacin de tanques metlicos 272

381203 Fabricacin y reparacin de calderas industriales 33381204 Fabricacin de puertas metlicas, cortinas y otros trabajos de

herrera28,084

381300 Fabricacin y reparacin de muebles metlicos y accesorios 1,031

381401 Fabricacin y reparacin de utensilios agrcolas y herramientas de mano sinmotor

381

381402 Fabricacin de hojas de afeitar, cuchillera y similares 70381403 Fabricacin de chapas, candados, llaves y similares 49381404 Fabricacin de alambre y productos de alambre 365381405 Fabricacin de tornillos, tuercas, remaches y similares 548381406 Fabricacin de clavos, tachuelas, grapas y similares 48381407 Fabricacin de envases y productos de hojalata y lmina 609381408 Fabricacin de corcholatas y otros productos troquelados y

esmaltados188

381409 Fabricacin y reparacin de vlvulas metlicas 180381410 Fabricacin y reparacin de quemadores y calentadores 58381411 Fabricacin de bateras de cocina 155381412 Galvanoplastia en piezas metlicas 518381413 Fabricacin de otros productos metlicos 1,056382101 Fabricacin, ensamble y reparacin de tractores, maquinaria e implementos agrcolas 123

382102 Fabricacin, ensamble y reparacin de maquinaria y equipo para madera y metales 170

382103 Fabricacin, ensamble y reparacin de maquinaria y equipo para las industriasextractivas y construccin

85

382104 Fabricacin, ensamble y reparacin de maquinaria y equipo para la industriaalimentaria y de bebidas

160

382105 Fabricacin, ensamble y reparacin de maquinas de coser de uso industrial

7

382106 Fabricacin, ensamble y reparacin de maquinaria y equipo para otrasindustrias especficas

278

382202 Fabricacin, ensamble, reparacin e instalacin de mquinas para transportary levantar materiales.

128

382203 Fabricacin, ensamble y reparacin de otra maquinaria y equipo de uso general no asignable 141

382204 Fabricacin de partes y piezas metlicas sueltas para maquinaria y equipo en general 4,399





Tabla 1 (continuacin)- Clasificacin de las actividades que realizan acabado de metalesClasificacin Mexicana de Actividades y Productos (CMAP). Censo Econmico 1994

CLASE DESCRIPCION UNIDADES ECONOMICAS382205 Fabricacin, ensamble y reparacin de bombas, rociadores y

extinguidores115

382207 Fabricacin de filtros para lquidos y gases 71382208 Fabricacin de armas de fuego y cartuchos 8382301 Fabricacin, ensamble y reparacin de mquinas para oficina 11383102 Fabricacin de equipo para soldar 30383301 Fabricacin y ensamble de estufas y hornos de uso domstico 145384110 Fabricacin y ensamble de automviles y camiones 28384121 Fabricacin y ensamble de carroceras y remolques para automviles y camiones 566

384122 Fabricacin de motores y sus partes para automviles y camiones 93

384123 Fabricacin de partes para el sistema de transmisin de automviles ycamiones

37

384124 Fabricacin de partes para el sistema de suspensin de automviles y camiones 89

384125 Fabricacin de partes y accesorios para el sistema de frenos de automviles y camiones 110

384126 Fabricacin de otras partes y accesorios para automviles y camiones 478384201 Fabricacin y reparacin de embarcaciones 40384202 Fabricacin y reparacin de equipo ferroviario 18384203 Fabricacin y ensamble de motocicletas, bicicletas y similares 38

384204 Fabricacin de componentes y refacciones para motocicletas, bicicletas ysimilares

44

384205 Fabricacin, ensamble y reparacin de aeronaves 8384206 Fabricacin y reparacin de otro equipo y material de transporte 23385001 Fabricacin y reparacin de equipo e instrumental mdico y de

ciruga255

385002 Fabricacin de equipo y accesorios dentales 283

385004 Fabricacin y reparacin de aparatos e instrumentos de medida y controltcnico y cientfico

54

385005 Fabricacin de anteojos, lentes, aparatos e instrumentos pticos y sus partes

165385006 Fabricacin de aparatos fotogrficos 3385007 Fabricacin y reparacin de mquinas fotocopiadoras 6385008 Fabricacin y ensamble de relojes y sus partes 10SUMA 41,864





La importancia de la industria de acabado de metales puede definirse dediversas maneras. Una de ellas es a travs de su participacin en el ValorAgregado Bruto Nacional. Para evaluar el comportamiento histrico de este valorpara cada una de las clases que conforman a la industria de acabado de metales,es preciso recurrir al Sistema de Cuentas Nacionales de Mxico, el cual considerasu propio Codificador de Actividades.

La industria manufacturera en el lapso de 1989 a 1995, represent en promedio el

19.22% del Total Nacional del Valor Agregado Bruto, en Valores Bsicos. A su vez la participacin de la industria que realiza acabado de metales respectoa la Gran Divisin 3Industria Manufacturera oscil, en el mismo perodo, entre el 15.73% y el 18.82%, de acuerdo a la informacin presentada en el siguiente Cuadro.

Tabla 2. - Valor Agregado Bruto, en Valores Bsicos, de acuerdo con el Sistemade Cuentas

Nacionales de Mxico (Millones de pesos a preciosde 1993)

CODIGOSCNM

DENOMINACION

AO

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995

Total Total nacional 958,230 998,459 1,049,064 1,093,358 1,133,032 1,155,132 1,206,135 1,131,958

GranDivisin 3 Industria manufacturera 178,416 192,501 205,525 212,578 221427 219,934 228,892 217,839

Divisin

VIII

Productos metlicos,maquinaria y equipo 39,733 43,564 48,492 52,471 55,759 53,407 56,959 51,941

Industria de acabado de metales

Millones de pesos 28,059 31,651 34,708 38,971 41,682 39,449 40,997 35,612

Participacin en Total (%) 2.93 3.17 3.31 3.56 3.68 3.42 3.40 3.15

Participacin Gran Divisin 3

(%) 15.73 16.44 16.89 18.33 18.82 17.94 17.91 16.35

Participacin Divisin VIII(%) 70.62 72.65 71.57 74.27 74.75 73.86 71.98 68.56





Por otra parte, la importancia de la industria de acabado de metalesen Mxico, respecto a su participacin en la Produccin Total Nacional, de la GranDivisin 3 Industria Manufacturera, se concluye a partir de la informacinpresentada en los cuadros anteriores, se tiene que durante el perodocomprendido de 1988 a 1994, Se muestra un comportamiento ascendentey una ligera disminucin en 1995. Con respecto a la Divisin VIII ProductosMetlicos, Maquinaria y Equipo, sta tuvo un comportamiento ascendente de1988 a 1992 y una disminucin equivalente referida a 1992 del 2.38%, 4.26% y12.59% respectivamente, de 1993 a 1995.

Tabla 3 - Produccin, en Valores Bsicos, de acuerdo con el Sistemade Cuentas

Nacionales de Mxico (Millones de pesos a precios constantesde 1993)

CODIGO SCNM DENOMINACION

AO

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995

Total Total nacional 1,594,738

1,675,485

1,771,667

1,858,054

1,935,952

1,975,9462,083,425

1,973,793Gran

Divisin 3Industria manufacturera 499,245 536,417 572,052 597,039 623,526 624,661 664,624659,144

DivisinVIII

Productos metlicos,maquinaria y equipo 126,265 138,726 153,357 168,998 180,827 178,008 201,242 203,739

Industria de acabado demetales

Millones de pesos 88,187 97,873 107,247 121,780 131,468 125,177 137,740

122,473

Participacin en Total (%)

5.53 5.84 6.05 6.55 6.79 6.34 6.61 6.20Participacin Gran Divisin 3(%)

17.66 18.25 18.75 20.40 21.08 20.04 20.72 18.58

Participacin Divisin VIII(%) 69.84 70.55 69.93 72.06 72.70 70.32 68.44 60.11

Si bien puede afirmarse que en cada uno de los estados de la RepblicaMexicana existen establecimientos en cuyos procesos interviene elacabado de metales, la concentracin en el Distrito Federal, Estado de Mxico,Jalisco y Nuevo Len es muy elevada. Con base en los Censos Econmicos 1994,en el pas existen en total 41,864 unidades econmicas pertenecientes al sector,clasificndose a los estados en cinco grandes grupos de acuerdo a su distribucinen el territorio nacional:





El primer grupo incluye a las entidades en las que se encuentran asentadas ms de

4,000 unidades econmicas que realizan actividades de acabado de metales, elcual est integrado por el Distrito Federal y el Estado de Mxico. An cuando sondos entidades diferentes, se trata de un slo proceso de concentracin de laindustria y de continuidad geogrfica. Tambin podra hablarse de una inerciaque es deseable revertir, pues aprovechando las economas externas, se hancreado graves problemas ambientales derivados de las caractersticassocioeconmicas y naturales de la zona. Estas dos entidades concentran un totalde 9,743 unidades econmicas, el 23.27% del nmero total de establecimientosque realizan actividades de acabado de metales.

Los estados de Jalisco, Nuevo Len, Puebla, Guanajuato y Veracruz; seincluyen en un segundo grupo por contar en sus territorios con un nmero deunidades econmicas dentro del rango de 2,000 a 4,000. En conjunto este grupoalberga 12,981 unidades econmicas, lo que representa el 31.01% de losestablecimientos de la industria que realiza acabado de metales.

El tercer grupo, est conformado por los estados que cuentan con msde 1,000 y hasta 1,999 unidades econmicas. Se encuentra integrado por losestados de Michoacn, Coahuila, Chihuahua, Sonora, Tamaulipas y San LuisPotos. En ellos hay un total de 7,524 unidades econmicas, correspondientes al17.97% del total nacional.

Dentro del cuarto grupo se encuentran los estados en donde existen entre500 y 999 industrias de acabado de metales. Lo integran los estados de Oaxaca,Chiapas, Sinaloa, Morelos, Hidalgo, Quertaro, Guerrero, Zacatecas,Aguascalientes, Baja California, Yucatn y Durango. En su conjunto engloban9,414 establecimientos, el 22.49% respecto del total nacional.

El 5.26% restante conforma el quinto grupo, el cual est compuesto porestados con menos de 500 establecimientos y en el que se encuentran: Tabasco,Tlaxcala, Nayarit, Campeche, Colima, Quintana Roo y Baja California Sur.





Descripcin del Proceso Industrial

La importancia del acabado de metales radica en el control de la corrosin,ya que el impacto econmico de la corrosin es considerable. En Mxico lasprdidas econmicas por corrosin fueron de aproximadamente del 4% delproducto interno bruto en 1994.

Se estima que un 40% de la produccin mundial del acero, el materialestructural por excelencia, se emplea para reponer el destruido por la corrosin.

La expresin acabado de los metales se refiere, normalmente, alrecubrimiento de un metal o aleacin por una capa delgada de material. Losrecubrimientos de los metales se aplican para conseguir alguna propiedadsuperficial deseada que no tiene el metal base. En general, las propiedades delconjunto vienen determinadas por las del metal protegido y por las del materialprotector. El acabado de metales slo tiene marcada influencia sobre laspropiedades ligadas a la superficie: resistencia a la corrosin, refectividad, color,soldabilidad, resistencia elctrica por contacto, resistencia a la abrasin,coeficiente de rozamiento, etc.

1 PREPARACION DE SUPERFICIES

Previo al inicio de las actividades para el acabado de metales, lasuperficie a cubrir debe estar libre de impurezas. Para ello, se aplica elprocedimiento de preparacin que consta de dos etapas fundamentales: eldesengrasado y el decapado. La seleccin del mtodo ms adecuadodepender del tipo y tamao de la pieza, del grado de remocin de impurezasdeseado y de la tecnologa disponible.

DES ENGRASE

El desengrase es el procedimiento para eliminar las impurezas de tipoorgnico. En la fabricacin de las piezas se emplean grasas, aceites,emulsiones de corte y sustancias similares como refrigerantes y lubricantes. Amenudo tambin se engrasan las piezas como proteccin anticorrosiva temporal.





El desengrase puede efectuarse bsicamente de tres formas: por pirogenacin, con solventes orgnicos o en soluciones acuosas alcalinas o cidas con poder emulsificador.

Diagrama de balance de materiales en la operacin de desengraseacuoso

Diagrama de balance de materiales en la operacin de decapado

Pieza met lica Pieza met lica

Desengrase

Pieza desengrasada

Acidos o lcalis

Aditivos

Agua

Decapad o

Pieza decapada

Agua residual deenjuague

Bao de decapado agotado con metales

Emisiones

Figura2.

La pirogenacin consiste en la combustin de los productos orgnicos, locual se puede lograr a travs de alguno de estos tres procesos: aplicacin deflama directa sobre la superficie; inmersin directa en un bao de metalfundido, si despus se recubre con un metal por inmersin en caliente; o conla aplicacin del proceso Sendzimir, consistente en pasar el material por unhorno de tnel dotado de dos zonas, una oxidante y la otra reductora.

El desengrase con solventes se lleva a cabo para eliminar los restos degrasa y aceite de la superficie de la pieza, debido a la solubilidad que presentanalgunos productos grasos en disolventes orgnicos.

Como se mencion anteriormente, el desengrase tambin se puede llevar acabo mediante soluciones acuosas alcalinas o cidas con poder emulsificador. Loslimpiadores en base acuosa comprenden una gran variedad de mtodos queutilizan sales alcalinas, detergentes, medio dispersantes y ablandadores de aguapara desplazar las grasas e impurezas.


Bao de desengrasadoagotado

Aceit e, grasa

Emisiones

Productos de desengrase

Agua

Energa





DECAP ADO

El decapado consiste en eliminar la capa de xidos metlicos que se formapor el contacto entre la atmsfera y las piezas metlicas y puede aplicarse pordos procedimientos: el qumico y el mecnico. Este ltimo procedimientocomprende principalmente el pulido, esmerilado, arenado y granallado.

2 ACABADO DE METALES

El acabado de metales es el proceso final en la fabricacin de un productometlico. El acabado se aplica por diversas razones y de muchos modos distintosy se emplea para una o ms de las siguientes actividades:

Evitar la corrosin

Mejorar el aspecto de un producto

Cubrir un metal menos costoso con una capa delgada de uno ms costoso

Mejorar la resistencia al desgaste de las superficies

Los procesos para el acabado de metales emplean recubrimientos metlicos, no metlicos y la combinacin de ellos, en la figura 2. se presentan los ms utilizados industrialmente.

RECU BRI M I ENTO M ETALI CO P OR DEP OSI CI ON QUI M I CA

Conocido como Nquel electroless, este es un recubrimiento sin el uso decorriente alterna, el electrolito se deposita a travs de reacciones catalticasde xido-reduccin, a travs de un agente reductor.





Procesos para el acabado de metales

Recubrimiento de los metales

Metlicos Ambos No metlicos

Conversin Polmeros Cermica

Vaco y plasma Anodizado Pavonado Fosfatado Cromatizado

Deposicin Inmersin en caliente

Chapado Metalizado

Qumica Electroqumica Pulverizacincatdica

Recubrimientova inica

Figura 3.

Implantacin Por proyeccin

En vaco

RECU BRI M I ENTO M ETALI CO P OR DEP OSI CI ON ELECTROQUI M I CA

El principio de los mtodos de recubrimiento electroltico, tambindenominados galvnicos, consiste en depositar por va electroqumica, finascapas de metal sobre la superficie de una pieza sumergida en una solucin deagua con iones metlicos o electrolito, al conectar una fuente externa de corrientedirecta.

Los mtodos de recubrimiento ms usados a nivel nacional son los denominados como: Cobrizado, Niquelado, Cromado, Zincado y Estaado.





Diagrama de balance de materiales en las operaciones de recubrimiento electroltico

Pieza metlica

Agua

Sales minerales

Aditivos

Anodos

Material auxiliar (bolsas denodos, filtros, carbn Activado)

Electricidad

Recubrimientoelectroltico

Pieza recubierta

Figura 4.


Electrolitos contaminados o usados

Lodos andicos y delimpieza

Material auxiliar usado

Emisiones

Conforme al perfil del proyecto el proceso de inters es el cromado, el cual se describir a continuacin.

CROM ADO

En el recubrimiento con cromo se distinguen dos procesos: el cromadobrillante (cromado decorativo) y cromado duro. En el cromado brillante sedepositan capas de cromo delgadas y brillantes de efecto decorativo y proteccinanticorrosiva, sobre capas intermedias de nquel. El cromado duro se utilizaprincipalmente para aumentar la dureza de herramientas, as como paraincrementar la resistencia al desgaste de moldes, vlvulas, etc. En el cromo durose depositan galvnicamente capas de cromo de mayor espesor a temperaturaselevadas.

En el cromado brillante, se utilizan soluciones electrolticas que contienenaproximadamente: 250 g/l de cido crmico (H2CrO4), de 2.5 - 4 g/l de cidosulfrico y 3 g/l de cromo trivalente (Cr2O3); para aumentar la dureza puedenagregarse adems entre 5 y 10 g/l de cido brico.





Diagrama de flujo de un proceso de Cromado

Niquelado Activado Cromado Enjuague de recuperacin

Enjuagues en cascada

Arrastres

SecuencidelprocesResiduo Ingresodelagua Agua

Solucin agotadaLodos con Cr VIEmisiones nieblas

Tratamiento: reduccin de Cr VI con bisulfito de sodio

Enjuagues contaminadospor arrastres

Figura5.

Durante el proceso de cromado ocurre un sobrepotencial en la capasuperficial de la pieza a cromar, a causa de reacciones de xido-reduccin ydiferencias de concentracin, lo que genera una separacin simultnea dehidrgeno que el bao emite como gas y que arrastra fracciones del bao.Algunas empresas que cuentan con equipos de control de emisiones a laatmsfera aspiran y condensan estas emisiones, y las devuelven al bao despusde haberlas regenerado.

El proceso se realiza a una temperatura aproximada de 50 C y con unadensidad de corriente cercana a 60 Amp/dm2. Con estas condiciones deoperacin en un proceso de cromado duro, se puede obtener en una hora unacapa de cromo de un espesor de 500 m.

Al agregar al electrolito agentes tensoactivos fluorados y espumantes, seevita que la solucin salpique fuera del tanque y se reducen prdidas porevaporacin de la solucin de cromado txica.





Despus del cromado, las piezas se lavan, generalmente en un enjuaguepermanente o de recuperacin y despus en uno o dos enjuagues en cascada.Como la concentracin del electrolito en el enjuague permanente se incrementadebido a los arrastres, ste se emplea para rellenar el bao de cromo, a fin derecuperar el electrolito arrastrado y reponer el volumen del bao que se haevaporado.

Esto generalmente se hace diariamente, despus de ajustar laconcentracin del enjuague de recuperacin a los parmetros de operacin delbao.

RECU BRI M I ENTO P OR I NM ERSI ON EN CALI ENTE

Los recubrimientos obtenidos por inmersin se consiguen formndose unacapa interna de aleacin y una capa externa de metal protector prcticamentepuro. La capa de aleacin se origina por difusin del metal fundido dentro delmetal a proteger y est formada por un compuesto intermetlico de composicinno estequiomtrica metal protector-metal protegido.

Los mtodos de recubrimiento por inmersin en caliente ms comnmenteempleados son la galvanizacin en caliente, ya sea por va seca o vahmeda, el estaado, el emplomado, la aluminizacin y el recubrimientoaluminio-zinc.

Rack para el colgado de piezas a recubrir Rack empleado en los procesos de inmersinFigura

6.





CH AP ADO

La tecnologa del chapado se desarroll para aunar las mejores propiedadesdel metal base y las del metal de recubrimiento, consiguiendo espesores derecubrimiento muy superiores a los obtenidos con otros procedimientos. Losprimeros chapados se conseguan por laminacin en caliente del sustrato y delrecubrimiento.

Ms adelante se introdujo la tcnica de la electrosoldadura y actualmente seunen las chapas por fusin y, sobre todo, por soldadura por detonacin. Lainterdifusin entre el metal base y la lmina de recubrimiento proporciona lasuficiente adherencia.

M ETALI ZACI ON

La metalizacin en sentido amplio, es la deposicin de un metal en lasuperficie de cualquier metal. En sentido estricto, la metalizacin abarca dosprocedimientos distintos de deposicin: a) la proyeccin de un metal en estadolquido, el cual solidifica en la superficie aproteger, y b) la solidificacin de una fase gaseosa, tambin en la superficie a proteger.

Figura 7. Horno y caseta para pintura electrosttica Figura 8. Sistema de fosfatizado para proteccin anticorrosiva





Esquema de la metalizacin por proyeccin

Atomizacin

TransporteSustrato o material base

Formacin delrecubrimiento

Figura9.

RECU BRI M I ENTO P OR CAP AS DU RAS EN VACIO M EDI A NTE P LASM A

Este procedimiento permite modificar el comportamiento de los materialesprotegidos mediante la deposicin de capas metlicas o la modificacin de lacomposicin y estructura de la zona superficial del material base utilizando elbombardeo de partculas cargadas de un plasma sobre la superficie del propiomaterial que se deposita y pueden llevarse a cabo por los mtodos de:Pulverizacin catdica, Recubrimiento inico e Implantacin inica.

Estos procesos tienen una aplicacin poco significativa en Mxico por sugrado de especializacin, su complejidad y el elevado costo de lainfraestructura requerida para su implantacin.

RECU BRI M I ENTOS P OR CONVERSI ON QUI M I CA

Los recubrimientos obtenidos por conversin se consiguen reaccionando lasuperficie metlica con la disolucin que est en contacto con el metal. A veces,como en el caso del anodizado, esta reaccin tiene lugar con el concurso de lacorriente elctrica. As se forman xidos, fosfatos, cromatos, etc., que protegen alos metales de posterior corrosin.





En Mxico, por su aplicacin, destacan los procedimientos de conversinqumica mediante los mtodos de: Anodizado, Anodizado del Titanio, Pavonado,Fosfatacin y Cromatado.

El cromatado es una capa mixta de metal-xido de cromo, que se comportade modo pasivo. El cromatado del aluminio, por ejemplo, se realiza tanto enelectrolitos cidos como bsicos, como se puede observar en la siguiente tabla.La pelcula formada es de bhmita, pelcula porosa, pero calentando por encimade los 70 C se colmata.

Tabla 4.Proceso Electrolito Temperatura

(C)Control Tiempoen

minutosM.B.V. 50 g/sosa calcinada15 g/Na2CrO4(75%)

90-95 15-30

Carbonato- cromatos

56 g/l Na2CO3;17 g/l Na2CrO4;1.0 g/l Na2CrO4

95 8-10

Cromatos- fluoruros 4 g/l CrO3;

3.5 g/lNa2Cr2O7;0.8 g/l NaF

60 pH 1.5 1-5inmers.0.2-1

pulverizadoCromatos-fosfatos 4 g/l CrO3;

3,5 g/lNa2Cr2O7,5 g/l NaF,

22,5 m/l o-

20 NaF:H3PO4=1:4.4

1-5inmers.

1-2pulverizado

RECU BRI M I ENTO CON P OLIM EROS Y PI NTU RAS

Los recubrimientos con polmeros tienen por objeto crear una capa barrerasuficiente para aislar, qumica y elctricamente, el metal protegido del ambientemediante una pelcula de plstico.

Fundamentalmente existen cuatro modos de aplicacin de los polvos de plstico:

inmersin, aspersin, proyeccin y electroforesis.





El recubrimiento con pintura se basa en la utilizacin de sta ensuspensin, la que al aplicarse sobre una superficie, en forma de capas, porevaporacin o por reaccin se convierte en una capa ms o menosimpermeable que asla el objeto recubierto del medioexterno.

Diagrama de flujo de un proceso de anodizado

Pulido Desengrase Enjuague Decapado en solucinNaOH

Enjuague *

Polvos metlicos,pastas de pulido,discos usados

Lodos de desengrase y solucin agotada

Aguas residuales

Lodos de aluminatode sodio y solucinagotada

Aguas residuales

* Activado Enjuague Anodizado Enjuague EnjuagueH2SO4 (1%) con H2SO4

Solucin Agotada Aguas residuales Lodos de desengrase y solucin agotada

Aguas residuales

* Acabado en color

Enjuague Sellado con acetato de nquel (5g/l)

Enjuaguecaliente

Secuencia del procesoResiduos

Solucin Agotada Aguas residuales Filtro decarbnactivado

SolucinAgotada residuales

Ingreso del aguaAgua residualLodos

Figura 10. Mamual de Minimizacin, Tratamiento y Disposicin de Residuos Peligrosos. GTZ-TUV ARGE-MEX.

La aplicacin de pinturas a las superficies de acero se lleva a cabo,normalmente mediante brocha o pistola. En algunos casos, tambin se usa elrodillo. En circunstancias especiales, ser necesario recurrir a los procedimientosde inmersin o aplicacin a esptula y a la pulverizacin hidrulica.

RECU BRI M I ENTO CERAM I CO

El acabado cermico constituye un sistema de recubrimiento medianteuna capa de silicatos, de frmula compleja, en estado amorfo, obtenida porfusin, encima de la superficie metlica, de una mezcla de xidos de carctercido y bsico.

Aguas

*





La finalidad perseguida con este procedimiento es doble. Por un lado, est elalto valor ornamental conseguido con la armnica distribucin de estos xidospulverulentos en la superficie metlica, jugando con su rico cromatismo. Porotra parte, esta capa inorgnica acta de dielctrico entre el metal y el medioexterior, impidiendo, por tanto, la migracin electrnica propia de los procesoselectroqumicos.

3. CONTAMINANTES GENERICOS DEL SECTOR

La industria de acabado de metales genera durante los procesos demanufactura una serie de contaminantes a la atmsfera, al agua y residuospeligrosos, mismos que se describen de acuerdo a las etapas del proceso acontinuacin.

a) Fabricacin del metal

Los procesos de formacin del metal dan como resultado residuos qumicoscontaminantes que son peligrosos. Por ejemplo, la aplicacin de solventes ametales y maquinaria producen emisiones a la atmsfera de partculassuspendidas y compuestos orgnicos voltiles. Durante el proceso de formado delas piezas suele requerirse aplicar un tratamiento trmico a los metales, por loque tambin se generan gases y partculas provenientes de la combustin dehidrocarburos.

Adems las aguas residuales contienen residuos cidos o alcalinos, residuosde aceite y residuos slidos, tales como metales y solventes.

Los fluidos resultantes de estos procesos son gastados o contaminados porsu uso y reuso. En general, los fluidos para trabajar el metal son derivados delpetrleo, emulsiones aceite agua y emulsiones sintticas. Cuando sedesechan, estos fluidos contienen altos niveles de metales, como por ejemplofierro, aluminio y cobre. Existen otros contaminantes adicionales en los fluidosresultantes de estos procesos como cidos y lcalis (por ejemplo cidoclorhdrico, cido sulfrico, cido ntrico), restos de aceite y de solventes.





Los residuos de metal generalmente provienen del desgaste de la piezaoriginal (por ejemplo de acero), y de la combinacin de pequeas cantidades defluidos para trabajar el metal (por ejemplo solvente), que son usados antes odurante la operacin del formado del metal.

b) Preparacin de la superficie

Generalmente las actividades de la preparacin de la superficie resultan enemisiones al aire, agua residual contaminada y residuos slidos. Principalmentelas emisiones a la atmsfera durante la limpieza provienen de evaporaciones desustancias qumicas, del desengrase con solventes y del uso de emulsiones.Adems pueden existir emisiones por volatilizacin de los solventes durante sualmacenamiento y prdida durante su utilizacin. En algunos casos el desengrasese lleva a cabo en presencia de calor, por lo que durante este proceso se generanemisiones de gases de combustin de hidrocarburos.

Las aguas residuales generadas durante la limpieza son principalmenteaguas de enjuagues, las cuales son combinadas con otras aguas residuales deacabados metlicos (por ejemplo el electrorecubrimiento) y pueden ser tratadasdentro del lugar por precipitacin de hidrxido convencional. Los residuos slidos(por ejemplo lodos del tratamiento de aguas residuales, sedimentos, residuos dela limpieza de tanques, residuos de fluidos de mquinas, etc.), tambin songenerados por las operaciones de limpieza. Por ejemplo, los residuos slidosson generados cuando las soluciones limpiadoras son ineficaces y debensustituirse. Los residuos proveniente de los solventes usados deben ser enviadosa confinamiento, mientras que los residuos acuosos de limpieza alcalina y cida,las cuales no contienen solventes contaminantes, pueden ser tratados en el lugar.

c) Acabado metlico

Muchas de las operaciones de acabados metlicos son comnmenterealizadas en baos (en tanques), y son seguidos por ciclos de enjuagues. Delrecubrimiento del metal, el residuo ms comn contiene gran cantidad demetales (por ejemplo cadmio, cromo, cobre, plomo, y nquel) y tambin residuosde cianuro. Las operaciones de pintado generan la





utilizacin de solventes y por tanto residuos del mismo, adems una liberacinde solventes (en los que se incluyen benceno, metiletilcetona,metilisobutilocetona, tolueno, y xileno). Las operaciones de la limpieza del pintadocontribuyen a la liberacin de solventes clorados (incluyendo tetracloruro decarbono y cloruro de metileno).

4. CARGA CONTAMINANTE GENERADA POR ELSECTOR

Se estima que a nivel nacional, la industria de acabado de metales generauna carga contaminante de qumicos txicos que asciende a 88,796 toneladas porao.

Con base en el balance de la generacin de contaminantes qumicos txicosplanteado, la generacin de residuos peligrosos es la que representa un mayorimpacto al ambiente, sin embargo se estima que al menos el 50% de losresiduos peligrosos que se generan en la industria de acabado de metales, seincorporan indebidamente a las descargas de las aguas residuales de losestablecimientos. Considerando esta prctica, la carga de contaminantesqumicos txicos estimada en 88,796 toneladas por ao, se distribuye de lasiguiente manera: el 37.11% se descarga al agua, el 26.73% se emite a laatmsfera, el 0.13% se deposita en el suelo y el 36.04% a residuos peligrosos.

La carga contaminante emitida por la industria de acabado de metales equivale al

5.68% en peso de los compuestos especficos o similares exportados a nivelnacional durante1996. El costo de los contaminantes emitidos por la industria de acabado demetales asciende aproximadamente a 1,147 millones de pesos (120697,000dlares con una paridad de 9.5 pesos/dlar). el costo de los contaminantesemitidos por la industria de acabado de metales equivale al 0.10% del ValorAgregado Bruto Total Nacional (1'131,958 millones de pesos de1995, en valores bsicos a precios de1993).

Del anlisis anterior se puede concluir que el sector de la industria de

acabado de metales, a precios de 1996, pierde aproximadamente 1,147 millonesde pesos anuales por la emisin y descarga de compuestos qumicoscontaminantes al agua, aire y suelo, lo cual equivale al 1.34% del valor de laproduccin neta del sector en 1993.





Por otra parte, con base en los reportes de la calidad de las aguasresiduales de las descargas de 400 empresas ubicadas en el Distrito Federal, sedetermin la calidad promedio de las aguas residuales de la industria de acabadode metales, en funcin de los parmetros contaminantes tpicos establecidos parael sector, la cual se presenta en la Tabla 5.

Asimismo, se estim el caudal de aguas residuales que genera el sector apartir del consumo promedio por tamao de empresa reportado por el ConsejoMetlico de la Seccin

72 Galvanoplastia de la CANACINTRA. Para la estimacin anterior considerque el caudal se descarga durante las 24 horas del da, obtenindose que el

sector genera un caudal de183.889 litros por segundo.

Tabla 5 - Caudal de aguas residualesgenerado por la industria de acabado de

metales

Consumo unitario de agua de proceso No. De

empresas

Caudal global de agua residual

Tipo de empresa (m3/mes) (m3/mes) (m3/ao) (L/s)

Micro 10 38,418 384,180 4,610,160 148.218

Pequea 20 2,630 52,600 631,200 20.293

Mediana 40 455 18,200 218,400 7.022

Grande 60 361 21,660 259,920 8.356

Suma 41,864 476,640 5,719,680 183.889

A partir de la calidad promedio y el caudal global de aguas residuales, seestim la carga contaminante que el sector genera por el vertido de aguasresiduales, en funcin de los parmetros contaminantes tpicos regulados paraese tipo de descargas, el cual se presenta en la siguiente tabla:





Tabla 6 - Carga contaminante que vierte al agua la industria de acabado de metales

ParmetroContaminante Unidades

CalidadPromedi

o

CargaContaminant

e Ton/AoGrasas y aceites mg/l 45.199 262.116Aluminio mg/l 5.254 30.466Arsnico mg/l 0.017 0.096Cadmio mg/l 2.371 13.749Cianuro mg/l 0.928 5.379Cobre mg/l 0.996 5.775Cromo hexavalente mg/l 0.489 2.833Cromo total mg/l 1.504 8.720Fluoruros mg/l 1.255 7.278Mercurio mg/l 0.004 0.023Nquel mg/l 4.604 26.676Plata mg/l 0.017 0.100Plomo mg/l 0.272 1.578Zinc mg/l 5.726 33.207Fenol mg/l 0.313 1.816SAAM mg/l 18.594 107.827Fsforo total mg/l 2.833 16.428Nitrgeno mg/l 4.674 27.107Fosfatos mg/l 2.049 11.885Slidos disueltos totales mg/l 1037.861 6018.686Demanda qumica de oxgeno mg/l 592.193 3434.203

Demanda bioqumica de oxgeno mg/l 242.709 1407.497

Slidos suspendidos totales mg/l 250.068 1450.175Slidos totales mg/l 1287.929 7468.861Sulfuros mg/l 0.281 1.631

Del anlisis de la carga contaminante vertida al agua por la industria de acabado de metales se concluye lo siguiente:





El caudal de agua desechado por los procesos de acabado de metales, elcual asciende a 183.889 litros por segundo, es equivalente al caudal con el quese podra dotar de agua potable a una localidad de hasta 80,000 habitantes.

La industria de acabado de metales vierte en sus aguas residuales 6,019toneladas por ao de slidos disueltos, 1,450 toneladas por ao de slidossuspendidos y 7,469 toneladas de slidos totales, cantidades equivalentes a lasque genera una localidad con 84,060, 94,600 y 85,900 habitantesrespectivamente.

La carga contaminante que contienen las aguas residuales del sector,medida en trminos de demanda bioqumica de oxgeno y demanda qumica deoxgeno, asciende a1,407 y 3,434 toneladas por ao, carga contaminante similar a la generada por una localidad de 79,100 y 92,600 habitantes respectivamente.

La concentracin de contaminantes en las aguas residualesprovenientes de la industria de acabado de metales es mayor que laconcentracin detectada en las aguas del Gran Canal de la Ciudad de Mxico. Porejemplo, la concentracin de arsnico es 3.04 veces mayor, el cadmio 282veces, el cobre casi 9 veces mayor, el cromo total 34 veces, el mercurio 2.4veces mayor, el nquel 41, el plomo 3.14 veces mayor, el zinc 13.6 veces y lassustancias activas al azul de metileno 1.3 veces mayor. Sin embargo la cargacontaminante de metales pesados, la cual asciende a 123.223 toneladas porao, equivale solamente al1.54% de los residuos peligrosos generados en el Estado de Quintana Roo.

5. NORMATIVIDAD APLICABLE AL SECTOR.

En la dcada de los 40s, las emisiones contaminantes de la industria deacabado de metales fueron reguladas, a travs de los ordenamientos emanadosdel Reglamento para los establecimientos industriales o comerciales molestos,insalubres o peligrosos, publicado en noviembre de 1940, en el cual sedictaban los primeros lineamientos para el control de sonidos, trepidaciones,cambios sensibles a temperatura, luces, polvos, chispas, humos, vapores deagua, malos olores y manejo de sustancias txicas, corrosivas, inflamables oexplosivas, pero sin establecer an niveles permisibles de emisin.





Posteriormente, durante cerca de 30 aos persiste la ausencia deordenamientos legales en materia ambiental, ya que hasta la dcada de los 70sse publica la Ley Federal para Prevenir y Controlar la ContaminacinAmbiental, lo que da pie a que en 1971 se publique el Reglamento para laPrevencin y Control de la Contaminacin Atmosfrica Originada por Humos yPolvos y en 1973 a la publicacin del Reglamento para la Prevencin yControl de la Contaminacin de Aguas

Es en el Reglamento para la Prevencin y Control de la ContaminacinAtmosfrica Originada por Humos y Polvos en el que por primera vez seestablece el concepto de emisin mxima permisible para las emisiones de polvosy la concentracin de gases en chimeneas.

El Reglamento para la Prevencin y Control de la Contaminacin deAguas es el instrumento en el que por primera vez se establecen valoresmximos tolerables para 5 parmetros contaminantes en descargas de aguasresiduales; se emiten valores mximos permisibles de substancias txicas encuerpos receptores y se crea el concepto de Condiciones particulares dedescarga.

Con la publicacin, en 1992, de la Ley de Aguas Nacionales, laprevencin y control de la contaminacin de las aguas se separa de la LeyGeneral del Equilibrio Ecolgico y la Proteccin al Ambiente y se faculta a laComisin Nacional del Agua para que junto con la administracin de las aguasnacionales, vigile el control de su contaminacin con base en ese nuevoordenamiento y el Reglamento de la Ley de Agua Nacionales, actualmente envigor.

Finalmente, en 1996, se publica la vigente Ley General del EquilibrioEcolgico y la Proteccin al Ambiente que incluye las reformas y adicionesdecretadas y derogan diversas disposiciones

DES CARGA DE AGU AS RESI DUA LES A CU ERPOS RECEP TORES

Para descarga a cuerpos receptores, hasta 1996, la industria de acabado de metales contaba con normas especficas para el control de la contaminacin

del agua residual que





generaba. La Norma Oficial Mexicana NOM-017-ECOL-1994, es la queestableca los lmites mximos permisible de contaminantes en las descargasde aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria deacabados metlicos y la Norma Oficial Mexicana NOM-066-ECOL-1994, la queestableca los lmites mximos permisible de contaminantes en las descargas deaguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria de lagalvanoplastia.

Posteriormente, en 1997 son derogadas todas las normas especficas queestablecan lmites mximos permisible de contaminantes en las descargas deaguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria en general y sesustituyen por la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996, que establece loslmites mximos permisible de contaminantes en las descargas de aguasresiduales en aguas y bienes nacionales, la cual se encuentra en vigor.

DES CARGA DE AGU AS RESI DU ALES A SI STEMAS DE ALCANTARI LL AD O YDRENAJE

Entre 1973 y 1991 los responsables de las descargas de aguas residualesindustriales a sistemas de drenaje y alcantarillado solamente tenan la obligacinde registrar su descarga ante la autoridad competente, ya que la obligacin decumplir con los 5 parmetros que estableca el Reglamento para la prevencin ycontrol de la contaminacin de aguas exclusivamente era aplicable a descargasde aguas residuales a cuerpos receptores.

En 1991 se publica la Norma Tcnica Ecolgica NTE-CCA-031/91, queposteriormente pasara a ser la Norma Oficial Mexicana NOM-031-ECOL-1993que estableca los lmites mximos permisibles de contaminantes en lasdescargas de aguas residuales de la industria, actividades agroindustriales, deservicios y el tratamiento de aguas residuales a los sistemas de drenaje yalcantarillado urbano o municipal, con lo que dejaron de ser aplicables lasnormas especficas para los giros industriales que vertan sus aguasresiduales en los sistemas de alcantarillado urbano.

Posteriormente, en 1998 es derogada la Norma Oficial Mexicana NOM-031-ECOL-1993 y entra en vigor la Norma Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996,que establece los lmites mximos permisible de contaminantes en las descargasde aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano y municipal.

de generar contaminacin en el medio ambiente laboral.





NORM ATI VI DAD NACI ONAL

La normatividad nacional regula los contaminantes en sus estados:slidos, lquido y gaseosos.

En materia de residuos, la NOM-052-ECOL-1993 establece lascaractersticas de los residuos peligroso, el listado de los mismos y los limites quehacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente. En ella clasifica a losresiduos de lodos de tratamiento de aguas de procesos de metalmecnica ygalvanoplastia como resido peligroso toxico.

La caracterstica del lixiviado (PECT) que hacen peligroso a un residuo porsu toxicidad al ambiente, establece una concentracin mxima permisible de 5mg/L (5 ppm) para cromo hexavalente.

En el caso de efluentes residuales industriales la NOM-002-ECOL-1996indica mximos permisibles de contaminantes en las descargas a los sistemasde alcantarillado urbano o municipal . La Tabla 7 india los criterios para ladescargas de agua residuales:

Tabla 7.

PARAMETRO mg/L Promedio mensual Promedio diario Instantneo

CROMO HEXAVALENTE 0.5 0.75 1

As mismo se tienen regulacin en los centros de trabajo, las cuales sonexpuestas en la NOM-010-STPS-1999, la cual establece las condiciones de

de generar contaminacin en el medio ambiente laboral.

seguridad en los centros de trabajo donde se manejen, transporten, procesen oalmacenen sustancias qumicas capaces





Caso de Estudio (Empresa Seleccionada)

Deco Rack, S.A. de C.V., es una empresa dedicada a la fabricacin demuebles de estantera en madera y metal para tiendas de auto servicio, cuyoproceso emplea 18 tinas de1800 litros cada una, con excepcin de las tinas uno y dos que tienen una capacidad de 2000 litros.

El tren de proceso consiste en desengrase y sus respectivos enjuagues(Tinas 1-4), decapado (Tinas 5 y 6), Niquelado y enjuagues (Tinas 7-13) ycromado (Tinas 14-18). La Figura. 11 representa dicho tren y los datosincluidos corresponden a los obtenidos en campo, en nuestra visita de estudio,efectuada el da 9 de junio del 2001.

TINA DESCRIPCION

1 Desengrase por inmersin(Temperatura 68 C, pH 14)

2 Desengrase electroltico

3 Enjuague, pH 10

4 Enjuague Ph 10

5 Decapado(cido sulfrico 50 l/1800 l de agua, pH de 0 a 1)

6 Enjuague( pH de 1 a 2 )

7Niquelado(sulfato, cloruro, cido brico, 45 D55,abrillantador 2000 Ultra Light, pH de 5 a 6)

Figura 11. PROCESO





8Niquelado(sulfato, cloruro, cido brico, 45 D55,abrillantador 2000 Ultra Light, pH de 5 a 6)

9 Enjuague (Recuperador)

10 Vaco

11 Enjuague

12 Enjuague

13 Asientos de enjuague

14Cromado(cido sulfrico, cido crmico, cido carbonico,bario, Expor Mach 2 Meke Up, acondicionador de pH)

15 Recuperador (40 a 45 C)

16 Recuperador

17 Recuperador

18 Recuperador





Con regularidad, el agua residual de los enjuagues de desengrase,decapado, niquelado y cromado, son vertidos a un sistema de drenaje, queconduce al liquido a tres cisternas, con una capacidad de 10 m3 c/u, las cuales,estn intercomunicadas, provocando mezcla de sus contenidos.

No se tienen debidamente identificadas las cisternas, por lo que seles asigna diferentes nombres, cayendo incluso en contradicciones; por ejemplo,a una misma cisterna da lo mismo llamarle cisterna uno, de cidos o desengrase.Lo anterior no es coherente, ya que el rango de pH para cada uno estos, selocalizan en los extremos opuestos de su escala.

Es comn ver en una u otra cisterna, agua de aspecto grisceo o de colorverde, con alta turbiedad y con una cantidad considerable de lodos.

Dado que en el proceso se usan tensoactivos, cido, sulfatos, cloruros,abrillantadores y otros productos qumicos de patente, para dar calidad alacabado, el agua residual que se genera tiene un alto grado de contaminacin ysu descarga a la red de drenaje municipal, esta restringida por la norma oficialmexicana NOM-002-ECOL-1996; que establece los limites mximos permisibles decontaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas dealcantarillado urbano o municipal.

VOLUMEN DE AGUAS RESIDUALES

V = 16.15 m3/semana

Esta cantidad es variable, depende de la cantidad de la demanda del producto.

ESTIMACIN DE CONTAMINANTES GENERADOS

Concentracin promedio de los contaminantes de inters presentes en el agua residual

Cromo Total :220 mg/L

Cromo Hexavalente: 202 mg/L

Cantidad susceptible a ser recuperada





- Precio comercial del kilogramo de cromo metlico electroltico $118.00 (Ciento diez y ocho pesos 00/100 M.N.)

COSTO POR MANEJO DE RESIDUOS Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Costo por disposicin de las aguas residuales

Costo unitario (por litro): $ 0.80 (centavos 80/100 M.N.) Costo promedio semanal: $12,920.00 (pesos 00/100 M.N.)

Costo por tratamiento de aguas residuales

Tratamiento por precipitacin qumica: $ 6,000.00

Costo por disposicin de lodos generados (base seca)

- Costo unitario (por contenedor, cap. 200 L): $320.00 (pesos 00/100 M.N.)

Generacin promedio de los lodos residuales

Volumen de lodos en base hmeda : 463 [ml/L]

Costo semanal por disposicin de los residuos slidos generados: $3,590.00 (Tres mil quinientos noventa pesos 00/100 M.N.

Costo anual del tratamiento (de forma global): $ 383,600.00 (Tres cientos ochenta y tres mil seis cientos pesos 00/100 M.N.)

Margen Econmico de un Proceso

Costo del tratamiento + Recuperacin de Cromo = $ 383,600.00/ao + ($ 118 KgCr)(170.4KgCr/ao) = $ 403,707.20 (Cuatrocientos tres mil setecientos siete pesos 20/100 M.N.)

Fuente : Deco Rack, S.A. de C.V.





Metodologa de Tratamiento Adoptada

Antes de adoptar una metodologa para la problemtica en cuestin, yponderando los objetivos marcados, se realiz una investigacin exhaustiva detodos los mtodos existentes de tratamiento de aguas residuales de este origen,as como las tcnicas de recuperacin de cromo.

Las tcnicas de tratabilidad evaluadas fueron lassiguientes:

1.- Precipitacinqumica2.- Flotacinelectroltica3.- Intercambioinico4.- Osmosisinversa5.- Purificacinelectroltica

La primera tcnica, como se pudo vislumbrar, genera una gran cantidad degeneracin de residuos peligrosos, no teniendo una posibilidad viable para laposterior recuperacin.

En el caso de la Flotacin electroltica, que a grandes rasgos consiste dedos cmaras separadas, en donde en una de las cmaras el agua residual sesomete a electrlisis a 8 V y24 A. Consumiendo aproximadamente de 3 a 5 Kwatts/m3. Se genera espuma.La cual sedesborda a la siguiente cmara, que funciona como tanque de sedimentacin y deflotacin al mismo tiempo. Los slidos se depositan en el fondo, la espuma flota ala parte superior y el agua clarificada se obtiene de la parte media de lamisma. Los inconvenientes detectados son:

1. no se obtiene un gran porcentaje de remocin de metales del efluente (83.72

%)2. la flotacin requiere de energa elctrica adicional y nodo y ctodo para la

electrlisis, lo cual aumentara los costos innecesariamente3. se requerira tratar los enjuagues de forma individual.





Intercambio inico. Se define como el intercambio de iones entre un slido y unliquido en donde no se presenta un cambio sustancial en la estructura del slido,las resinas utilizadas para el cromo son resinas catinicas, las cuales tiene ionespositivos intercambiables, entre los cuales se encuentran el hidrgeno u otrosiones monovalentes como el sodio.

Las resinas llegan a saturarse, por lo que deben ser regeneradas con unasolucin concentrada que contenga el in original de la resina. Al utilizar resinasen efluentes con una alta concentracin del metal a remover, se tiene elproblema de que la resina se satura rpidamente. Para el cromo se encontr quese satura a los 600 ml de muestra tratada. Se puede concluir que estametodologa no es apropiada para un tratamiento inicial a los enjuagues. Sinembargo se puede proponer para una agua ya tratada.

En la Osmosis inversa se tiene los mismos inconvenientes que en elintercambio inico, ya que la membrana se obtura muy rpidamente, a dems deser muy delicada y cara.

Purificacin electroltica, tambin denominada electroganancia. Este trminose refiere al fenmeno de electrlisis que se lleva a cabo en soluciones diluidascon el fin de recuperar el metal. El metal, que se deposita en el ctodo,proviene de las soluciones gastadas de otro proceso electroltico, sin adicionarningn agente qumico ni reposicin de ines, usando como nodo unelectrodo inerte. El problema encontrado en este proceso, es que es elcianuro presente, el cual es una prioridad retirar en primera instancia. Lo anteriorconlleva a la remocin parcial de los metales presentes y con esto se tiene pocasposibilidades de recuperacin.

De igual forma para la tcnicas de recuperacin se realiz un anlisis similar,tanto econmica como tcnicamente, para la evaporacin. Se pueden emplearevaporadores atmosfricos o al vaco, en cualquiera de ellos se necesita de laaplicacin de energa, encareciendo en gran medida la operacin. Por otro lado,en el caso del evaporador atmosfrico, no se tiene la posibilidad de recuperarel agua por condensacin, y de esta forma podra utilizarse para servicios.





Por tal motivo se inclina por la operacin de extraccin por solventes, endonde las ventajas son varias. Por ejemplo, el volumen utilizado delsolvente (denominado normalmente extractante) es poco y puede ser pocas lasperdidas del mismo. La extraccin es muy selectiva, si se encuentra unextractante adecuado. Se buscara que en el presente caso no sea necesario untratamiento previo del efluente.

La extraccin por solventes, se basa en la inmisibilidad de las soluciones,de su diferencia de densidades, as como de la selectividad.





ANTECEDENTES

En relacin a trabajos realizados sobre el tema en cuestin, son pocos los autores que se pueden citar:

Juana J. Melndez Mier. Universidad Nacional de San Agustn de Arequipa Per yLaboratorio del rea de curtimbre de la Fbrica Amrica Pedro P. Daz,Per public un artculo denominado Mtodos alternativos para la extraccinde Cromo (III) de Aguas Residuales de Curtimbres. En dicha publicacin seemple de extraccin lquido-lquido con ligando tiocianato de potasio,solvente alcohol amlico y a pH 1.5, logrando una extraccin del95.85%

N. M. Rice. University of Leeds United Kingdom. Proceso Comercial para elCromo y el Vanadio, en donde el Cromo VI es extrado con Extractantes desolvatacin como es el tri-n- butil fosfato o el Trioctil fosfina oxido y Alamine 336.LA-2. Reportan un porcentaje de recuperacin del 99.5% de Cromo VI.

H. Reinhardt and H.D. Ottertum, Swedish Patent Aplication 76-13686-0.Extraccin de impurezas de cromo, de un proceso de platinado por lotes, endonde la extraccin se realiza con una mezcla de HDNNS y tri-n-butil fosfato. ElCromo VI se regresa al proceso despus de un proceso de evaporacin, y elCromo III, se despoja con una Solucin de H2SO4 o HCl 5 molar, para pasar porultimo a una etapa de cristalizacin.

Tanto S. Nishimura and M. Watanabe, Japan Kokai Patente 76,90,999 (1976) comoReinhardt and H.D. Ottertum, en el pantente mencionado anteriormenteuutilizaron tri-n-butil fosfato para la extraccin del Cr (VI) para plantas dechapeado. El cromo se recupera como cromato de sodio, con una solucin dehidrxido de sodio, para efluentes con concentraciones de Cr (IV) de 200 g/L.





La qumica del proceso de extraccin de cromo esta dominada por suconducta en fase acuosa, y sobre todo por la multiplicidad de estados deoxidacin en que se encuentran. Hay complicaciones adems, como resultado dela hidrlisis de la especie aninica con estado de oxidacin estable ms alto,como funcin del pH, la concentracin y la formacin de complejos, comosulfatos y cloruros. Todo esto afecta la estabilidad del metal.

La conducta del Cromo (VI) es relativamente simple y bien establecida. Debajo de pH

1-2, existe como H2CrO4 ionizado. Entre valores del pH de aproximadamente 2y 7, existe como Cr2O72-, para concentraciones debajo de 0.02 mol/dm3 (1g/L), se considera que el HCrO4- predomina independientemente del pH. Avalores del pH aproximadamente de 7, el CrO -, es el ion estable.

El Cromo (VI) no forma especies insolubles y debe recuperase de sussoluciones acuosas por cristalizacin del cromato hidratado o dicromato porelectrolisis. Lo que se busca en el presente proyecto, es recuperar el cromo enforma de dicromato. Para recircular directo al sistema. Si lo anterior no esposible, se puede recuperar como metal por electrolisis, aunque se planteque no es tan rentable llegar hasta esta etapa. Se plantea regresar el cromodespojando (del extractante) a las tinas de cromado, o en su caso tenerlo enun contenedor especificado, como producto de compensacin del bao.

Esta meta parte del entendido, de que uno de los objetivos delproyecto no es recuperar el cromo en metal para posteriormente venderse, sino regresarlo a la lnea de produccin. Con esto, se consigue adems de abatirel impacto de la generacin de agua residual, tener un valor agregado delproceso de tratamiento.

El Cromo (III) puede extraerse en forma inica del agua residual con TBP(tributil fosfato), di-2-etilhexil cido fosfrico (D2EHPA) o con unamezcla de 1:1 de metilisobutilcetona y acetato de amilo.

Para tal efecto se procedi a la seleccin del extractante, basados en lassiguientes caractersticas recomendables(1):

4





1. Relativamente econmicos2. Tener una baja o nula solubilidad en la fase acuosa3. Tener una gran estabilidad en periodos prolongados de tiempo4. Que no tiendan a formar emulsiones5. Buenas caractersticas de coalescencia6. No deben ser flamables, voltiles y txicos7. producir una rpida cintica de extraccin8. Gran solubilidad en los diluyentes comercialmente manejados9. Que se despojen en un alto grado del metal cargado

En esencia hay tres subdivisiones de extractantes; cido, bsicos y neutros.Los extractantes cidos y bsicos tambin son conocidos como catinicos yaninicos, respectivamente.

En el presente proceso de recuperacin de Cromo (VI) y Cromo (III), del aguaresidual generada en las tinas de cromado, y de acuerdo a la naturaleza qumicadel Cromo, se seleccionaron tres extractantes, para emplearlos en las pruebas deextraccin.

Los extractantes utilizadosfueron:

Etilhexil cido fosfrico Dibutil fosfato, y Cyanex 302 (cido (2,4,4 trimetilpentil) monofosfonico)

Como se mencion, la seleccin se bas en la disponibilidad y precio deellos en el mercado, y conforme a la naturaleza qumica. El primer y tercerextractante son de carcter cido mientras que el segundo (Dibutil fosfato) esneutro.





Los extractantes cidos son los mas ampliamente usados, debido a su bajocosto y su insolubilidad en agua. Se incluyen en este grupo los aquilofosfricos,sulfnicos, cidos monocarboxlicos alifticos, y los derivados del naftaleno.

El etilhexil cido fosforico, que es un cido alquilofosfrico, es quizs unode los extractantes ms utilizados, particularmente para usos en solucionescidas. El Dibutil fosfato medianamente utilizado pero tiene un gran poder deextraccin.

El Cyanex 302, de formula condensada (C18H17)2P(S), siendo de empleoresiente dentro de la hidrometalurga,. La sustitucin de tomos de azufre poroxigeno incrementa la acidez de los extractantes. Esto es conveniente para laextraccin de iones metlicos de cido de Lewis blandos; como son Ag (I), Ni (II),Zn (II), Cu (I), Au (I), y metales del grupo del platino.

El comportamiento de los tres extractantes ha sido analizado paradiferentes metales; pero en ninguno de los casos se han reportado datosexperimentales con estos extractantes para Cr (VI) y Cr(III).

El mecanismo general de la extraccin del Cr (VI) con los tresextractantes usados, esta relacionado con la formacin de un compuesto de lasiguiente manera:

M n nHA MAn nH

(1)

El mecanismo que involucra extactantes cidos es similar a los extractantesde quelacin. Las mismas consideraciones cualitativas aplican, como la influenciade pH, concentracin del extractante y del ion metlico, que son factores queafectan el orden de extraccin del metal, y as sucesivamente, con ladiferencia que la composicin de las especies extradas es mucho menospredecible.





FUNDAMENTOS TEORICOS

El proceso de extraccin por solventes ( o extraccin lquido-lquido) es unatcnica de separacin, la cual involucra transferencia de masa entre dos fasesinmiscibles. El metal es transferido de una fase acuosa a una fase orgnica oviceversa. Este tipo de tcnicas se aplica ampliamente en procesosmetalrgicos de cobre, debido a su bajo costo y reducido impacto ambiental.

Bsicamente, el proceso de extraccin por solventes se usa para purificar y concentrar metales. Solo se requiere que el metal especfico sea transferido selectivamente desde una fase acuosa a una orgnica. El proceso puede definirse por la ecuacin:

M n nE MEn nH (2)

Donde:

La fase orgnica se denota por(-), El extractante estadenotado por E, Y el ionmetlico se denota por M.

La ecuacin (2) representa la siguiente situacin: el ion metlico M+n,que se encuentra inicialmente en la fase acuosa, se pone en contacto con unafase orgnica que contiene al extractante E. La transferencia de M ocurre a travsde la interfase, produciendo una nueva especie MEn, la cual es soluble nicamenteen la fase orgnica.

Este fenmeno se conoce como extraccin, y el objetivo es separar el metal,en este caso M, de otros metales o componentes que estn presentes en elsistema acuoso. En el presente caso, se requiere un segundo proceso con el finde transferir el metal de la fase orgnica a una nueva fase acuosa. A estaoperacin se denomina proceso de despojo, y es lo contrario del proceso deextraccin y requiere que el equilibrio en la ecuacin (1) se desplace a laizquierda.





Fase Orgnica

Fase Acuosa

HA MAn

Mn+ +nA

-

+nH +

Figura 12.Equilibrio

Como se puede observar, la separacin y recuperacin de un metal puede,al menos en teora, lograrse a travs de dos operaciones bsicas de transferenciade masa que involucran dos fases liquidas. Por razones obvias estas deben detener una solubilidad mutua mnima.

Cuando una fase acuosa que contiene metales se mezcla con una faseorgnica, constituido por un extractante selectivo, el metal se distribuir entre lasdos fases.

Esa distribucin es, en el caso de los iones metlicos, de acuerdo a sunaturaleza y afinidad qumica. El proceso bsico de extraccin dependeesencialmente de un cambio de posicin del equilibrio qumico del sistema de dosfases.

La distribucin de un metal entre una fase acuosa y una orgnica es conocida como el coeficiente del extraccin, designado con la letra E, o el coeficiente de distribucin, D, y sedefine como:

E c on c en t r a c i n del m e t a l en la f a s e o r gn i ca concentracin del metal en la fase acuosa

(3)

Las reacciones qumicas ocurren entre las especies metlicas presentes en la fase acuosa con uno o ms componentes de la fase orgnica, llamada

solvente.





Para lograr la transferencia requerida se debe modificar de alguna maneraal ion. Para convertir el ion metlico a una especie extractable es necesarioneutralizar su carga y reemplazar una parte o toda su agua de hidratacin poralguna otra molcula o ion. Para lograr esto se puede proceder a:

Formar una especie neutra (complejando el metal inico con un ion de carga opuesta)

y al mismo tiempo remplazando una parte o toda el agua de coordinacindel metal.

Obtener complejos que provienen de la formacin de especies neutras con un extractante. Remplazar el agua de hidratacin del metal ion con molculas del solvente.

El proceso completo convierte un ion metlico hidroflico en una especiehidrfobica.

En los sistemas de extraccin de metales es de suma importancia lanaturaleza de las especies metlicas. Se clasifica los sistemas de extraccin de lasiguiente forma:

Aquellos que involucran la formacin de compuestos

Aquellos que involucran la asociacin de iones

Aquellos que involucran la solvatacin del ion metlico

Algunos extractantes pueden pertenecer a ms de una clase,dependiendo en gran medida de las condiciones del proceso.

La extraccin por solventes es un proceso regido por el equilibrio de lareaccin (2). Sin embargo, la proporcin a la que el equilibrio se alcanza tambines un factor importante, y en el proceso de extraccin por solventes la cinticagobierna el sistema, entre otras cosas, en las que se lleva a cabo el proceso.





En un sistema heterogneo como es ste, la tasa de extraccin del metaldepender, en gran medida, del rea superficial de la fase dispersa (FaseOrgnica). Se pone en contacto intimo las dos fases, dispersando una fase (lafase Orgnica) en la otra (la fase Acuosa). Lo anterior depende esencialmente delas condiciones de agitacin.

El rea interfacial de la fase dispersada depender de la forma y nivel deagitacin, es decir, de la entrada de energa al sistema. Sin embargo, no debepensarse que a mayor agitacin es mayor la eficiencia del proceso. Adems,disminuye el tamao de la burbuja de la fase dispersa, haciendo que lasburbujas parzcase esferas rgidas. En esta condicin no hay movimiento interiordentro de las esferas, y no se produce ninguna nueva superficie, parareaccionar con iones de metal. Por consiguiente, la tasa de extraccin es lenta.Cinticas muy rpidas de extraccin, por ejemplo, permite el uso decontactadores que tienen tiempo de retencin del orden de segundos (como encentrfugas) y qu permite proporciones de flujo altos.

Otros factores que afectan la tasa de extraccin son la viscosidad delas fases, cantidad de agitacin, y la temperatura del sistema.

solvente

Sol. Acuosa Metal AlimentacinAcuosa

Refinado deExtraccin

solventeMetal

Sol. Acuosa Solucin deDespojo

Refinado deDespojo

Solvente en Equilibrio

Figura 13. ProcesoGlobal

Fase de

Extraccin

Fase deDespojo

Alimentacinde Solvente





EXPERIMENTACIN

En la etapa de experimentacin, se procedi a determinar lascondiciones propicias para llevar a cabo el proceso de recuperacin de cromo delagua residual con el fin de reinsertarlo en el proceso productivo de la empresa.Como primera instancia se inici con las condiciones del metal a equilibrio.

Se realizaron pruebas de extraccin para cada uno de losextractantes a las condiciones iniciales de la muestra. Los volmenes de lafase acuosa y orgnica para esta primera fase fueron 1:1 y se agitaron deforma manual, con el equipo Multi-wrist shaker y con un equipo de prueba dejarras, siendo este ultimo el que arrojo mejores resultados, y de igual forma serealizaron a diferentes tiempos de agitacin, adoptando un tiempo deagitacin de 10 min. como el mas adecuado, para las pruebas.

El anlisis de las muestras se efectuaron conforme a la normatividadvigente para este tipo de metales en agua residual, por ende la metodologa deanlisis es la misma que marca las norma oficiales mexicanas en materia deaguas residuales. Estos anlisis sirven de base para determinar el rendimiento dela extraccin as como del posterior despojo.

En los siguientes cuadros resumen encontramos los resultados de laspruebas efectuadas.

Caractersticas del Agua Residual.

Tabla 8.Concentracin del Metal [mg/L] 0.63

pH 0.01 Cr Total Cr6+ Cr3+7.24 113.40 89.84 23.56





Seleccin del Extractante:

Tabla 9.Agua Residual

Extractante Conc. 0.01 Diluyente pHInicial0.01

pHFinal

0.01

% deExtracci

n3.6Etilhexil

cido fosforico

0.1 M

Querosn (gradoindustrial

)7.24

7.20 1.16

Dibutil fostato 7.18 0.94

Cyanex 302 6.92 14.10

En esta tabla se puede apreciar que los mejores resultados, se obtuvieron,al emplear el Cyanex 302, tenindose un porcentaje del 14%, adems espertinente resaltar la utilizacin de un disolvente adecuado, para seleccionareste se bas en los siguientes puntos bsicos que son:

Que sea mutuamente miscibles con el extractante Tener una baja volatilidad y toxicidad y un punto de flash alto Que sea insoluble en la fase acuosa Y una tensin superficial baja.

Una vez establecido el extractante a emplear, se realiz la identificacindel el pH idneo de extraccin, siendo uno de los factores que mas afectan elproceso de extraccin. Esta etapa se condensa en la siguiente figura:

siguientes:





60.00

50.00

40.00

30.00

20.00

10.00

0.000.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

pHFigura 14. pH inicial vs % de Extraccin de Cromo, usando Cyanex 302 (0.1 M en Querosn)

En la anterior grfica se pude apreciar que a pH bsicos se favorece el proceso de extraccin. El pH seleccionado para el proceso fue de 10.

Condiciones a pH seleccionado:

Tabla 10.Agua Residual

Extractante Conc. 0.01

Diluyente pHInicial0.01

pH Final0.01

% deExtraccin

3.6Cyanex 302 0.1 M

Querosn

(gradoindustrial

10.00 7.83 73.41

Para la construccin de la curva de equilibrio, y de esta forma determinar el numero de etapas, se procedi a determinar la mxima carga de extractante. Los resultados son los

% E





Curva deExtraccin:

Tabla11.

Fase Acuosa[mg Cr/L]

0.63

FaseOrgnica[mg Cr/L]

1.02

A/OD [Fase

Orgnica]/[Fase

Acuosa]

%Extraccin

3.617.41 24.14 1/3 1.387 80.62218.60 35.62 1/2 1.916 79.30123.18 66.66 1/1 2.875 74.19625.16 129.36 2/1 5.142 71.99525.87 191.91 3/1 7.418 71.20354.26 213.48 6/1 3.934 39.60468.12 217.20 10/1 3.188 24.176

De igual manera se procede para la curva de despojo.

La seleccin del despojante, se bas en referencias bibliografcas[1,2] conlas que se contaban para este tipo de operaciones, adems de la disponibilidady costo del mismo, y como un punto muy importante conforme a los objetivos derecuperacin. A continuacin se muestra los despojante empleados, y losresultados que se obtuvieron con ellos:

Tabla 12.

Despojante Conc. 0.01M1.0 %

Con. De laFase

Orgnica Original[mg

% Extraccin 3.6

cido Sulfrico 10 % en Vol.

47.10

7.40cido Sulfrico 20 % en Vol. 10.10cido Sulfrico 30 % en Vol. 19.64cido Sulfrico 80 % en Vol. 18.56cido Sulfrico 90 % en Vol. 20.70cido Sulfrico Concentrado 20.70

Hidrxido de Sodio 2 Molar 18.56cido Ntrico 5 Molar 7.96

si la fuerza motriz del flujo es la fuerza de gravedad, el extractor generalmente adopta la





Con base en los resultados obtenidos de las pruebas y al costo de manejodel reactivo, se seleccion como despojante, una solucin de cido sulfrico al 30% en volumen. Una vez seleccionado el despojante requerido, se efecto laconstruccin de la curva de despojo.

Curva de

Despojo: Tabla

13.

Fase Orgnica[mg Cr/L]1.020

FaseAcuosa

[mg Cr/L]0.63

A/OD [FaseAcuosa]/

[FaseOrgnica

]

%Extraccin

3.615.68 88.19 4/1 5.624 54.12523.44 114.18 3/1 4.871 49.08346.22 140.80 2/1 3.046 34.16275.70 198.30 1/1 2.619 19.860144.40 229.23 1/2 1.587 12.013224.10 231.14 1/4 1.031 6.547226.80 234.11 1/6 1.032 3.219

Una vez concluido esta fase de experimentacin, en donde se establecieronlas condiciones a las cuales se efectuaran tanto la etapa de extraccin como lade despojo; se continu con el diseo de los equipos del proceso.

De igual manera que en otras etapas del proyecto, se realiz un anlisisexhaustivo de los equipos utilizados en la extraccin. Por las condiciones deoperacin de la planta, volmenes generados y disposicin de rea requeridadentro de la planta, adems por motivos tcnicos evaluados con respecto a laeficiencia del equipo, costo, instalacin y mantenimiento del mismo, seseleccion un extractor diferencial de contacto continuo, en forma ms precisase escogi una torre empacada a contracorriente.

si la fuerza motriz del flujo es la fuerza de gravedad, el extractor generalmente adopta la

Cuando los lquidos fluyen a contracorriente a travs de una sola pieza delequipo, se puede tener el equivalente de todas las etapas ideales deseadas. Enestos aparatos el flujo a contracorriente se produce debido a la diferencia en lasdensidades de los lquidos; adems,





forma de una torre vertical, en que el lquido ligero (Soln Orgnica) entra por el fondo y el pesado (Agua Residual / cido Sulfrico) por la parte superior.

El primer paso en esta etapa del proyecto es determinar los coeficientes de transferencia de masa. Los coeficientes de extraccin y despojo, se determinaron por medio de un dispositivo experimental el cual se muestra demanera esquemtica en la siguiente figura.

Solucin Orgnica

Solucin Acuosa

Interfase

Figura15.

En donde una bureta es llenada por el liquido ligero (Soln Orgnica) y pormedio de un aparato de venoclisis, se gote la solucin acuosa, el agua residualo el cido sulfrico segn sea el caso, en un intervalo de tiempopreestablecido. Los datos obtenidos de este experimento nos permiten calcularlos coeficientes de transferencia de masa en la columnasin el empaque. Los datos obtenidos fueron:





Concentracin inicial de las soluciones (anlisis en equipo de absorcin atmica) Concentracin final de las soluciones (anlisis en equipo de absorcin

atmica) Tiempo de goteo (Cronmetro) Nmero de gotas (Conteo) Volumen total (medicin de volumen) rea de una gota (anlisis de fotografa analtica por medio del software

cientficoIPLab 3.0.6) Radio de una gota (anlisis de fotografa analtica por medio del software

cientficoIPLab 3.0.6) rea total de transferencia de masa (Clculo)

El procedimiento de clculo fue el

siguiente: Para la etapa de

extraccin:

Datos:

Tabla 14.Parmetro Smbolo Valor UnidadesConcentracin inicialde la soln acuosa Ci 102.6 mg/L

Concentracin final dela soln acuosa

Cf 94.5 mg/L

Tiempo de Goteo t 5.01 MinutosNmero de gotas #g 406 Adimensional

Volumen total usadode la soln acuosa

Vt 2.6 mL

Area de la gota Ag 0.166 cm2Radio de la gota Rg 0.115 cmArea total detransferencia de masa

As 67.39 cm2

Peso molecular del cromo PMCr 51.996 Kg/Kg-mol

Peso molecular del agua PMH2O 18 Kg/Kg-mol





Calculamos el flujo masico de la siguiente manera:





Por lo tanto el coeficiente de transferencia global es:

De igual forma se procedi para determinar el coeficiente de transferencia de masa en la etapa de despojo.

Datos:

Tabla 15.Parmetro Smbolo Valor Unidades

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