Una solució innovadora per a la recuperació de l’àcid clorhídric en residus líquids procedents de processos de decapat i galvanitzat
El procés LIFE DIME® ha estat concebut com una solució altament innovadora per a la recuperació de l’àcid clorhídric (HCl) a partir dels efluents dels banys esgotats de decapat de metalls. El procés de decapat té com a objectiu eliminar de la superfície de la peça metàl·lica els òxids metàl·lics, la closca de fabricació, l’òxid de recuit i l’orina perquè quedin les peces perfectament netes. La majoria de les cubetes de decapat contenen, inicialment, àcid clorhídric diluït al 14-16% en pes. Però a mesura que el bany s’utilitza, la concentració d’àcid clorhídric va disminuint, fet que obliga a realitzar addicions periòdiques d’àcid perquè no decaigui de forma significativa la velocitat de decapat. El sistema es manté així fins que s’assoleix el límit de solubilitat del clorur ferros (FeCl2) en el propi àcid clorhídric, moment en què el bany està esgotat i no és possible continuar decapant. El bany esgotat conté una concentració de ferro igual o superior a 140-150 g/L i ha de ser renovat per un bany fresc. En aquells casos en què la indústria realitza processos de galvanitzat en calent, el bany esgotat a més de ferro també conté nivells elevats de zinc (entorn a 25 g/L).
L’àcid clorhídric recuperat dels banys esgotats mitjançant el Procés LIFE DIME® es torna a utilitzar en el mateix procés de tractament de superfícies estalviant així la compra de la major part d’aquesta matèria primera. A més, en el procés es genera sulfat ferros, el qual és un subproducte que disposa d’un cert valor comercial (com a fertilitzant en horticultura i vinicultura) i clorur de zinc, el qual s’utilitza en el procés de galvanitzat en ser un dels components bàsics del fluxant (mescla de clorur d’amoni i clorur de zinc).
Si bé és cert que en el procés LIFE DIME® es requereix el consum d’àcid sulfúric concentrat, el cost econòmic d’aquest àcid queda àmpliament compensat amb la venda dels nous recursos produïts i de l’estalvi econòmic en matèries primeres (àcid clorhídric i clorur de zinc) i en gestió de residus. Així, el balanç econòmic del projecte és molt positiu i permet recuperar la inversió, com s’analitzarà posteriorment, en un període inferior als 2 anys.
La generació de residus líquids en processos de tractament de superfícies metàl·liques: processos de decapat i galvanitzat.
L’economia verda apareix com una nova economia baixa en carboni, basada en la gestió eficient dels recursos, la minimització de la quantitat de residus generats i la potenciació dels productes i processos productius respectuosos amb el medi ambient. Davant aquests reptes, la indústria siderúrgica està cridada a exercir un paper protagonista en el cor de l’economia verda. D’acord amb les dades publicades per la American Galvanizers Association (AGA), només les més de 1000 plantes representades per aquesta associació generen més de 500.000 Tm/any de residus líquids que han de ser tractats. Una gran part d’aquests residus líquids procedents de processos de decapat d’indústries de tractament de superfícies metàl·liques, contenen nivells elevats de zinc, fet que incrementa el seu caràcter contaminant alhora que redueix l’abast de possibles tractaments.
A més de generar una gran quantitat d’aigües residuals, la indústria de tractament de superfícies metàl·liques consumeix una elevada quantitat de reactius químics en processos com el decapat, que procedeixen de l’explotació directa de recursos naturals.
D’acord amb el concepte de l’economia circular, la indústria siderúrgica, i en especial la indústria galvanitzadora, ha de fer una aposta ferma per minimitzar al màxim els residus generats alhora que redueix el consum de recursos naturals com a matèria primera. I és en aquesta línia, en la qual el procés LIFE DIME®, patentat i desenvolupat per Condorchem Envitech, suposa una tecnologia innovadora que permet transformar els residus generats en matèries primeres per al propi procés, així com reduir notablement el consum de recursos naturals i les emissions de CO2.
L’aparició d’una solució com LIFE DIME® permet que la indústria del tractament de superfícies metàl·liques sigui ambientalment sostenible alhora que econòmicament competitiva, dos factors que van més estretament lligats sota el concepte d’economia circular: transformació dels residus en recursos, reutilització de matèries primeres i utilització d’energia sostenible.
Funcionament del Procés LIFE DIME® i tecnologies utilitzades: cristal·litzadors i destil·ladors a membranes
A nivell d’operació, el procés LIFE DIME® es compon de tres grans etapes: el pretractament, la reacció i la separació.
L’etapa de pretractament només és necessària en aquells casos en què els banys esgotats, procedents d’indústries amb processos de galvanització en calent, contenen nivells elevats de zinc. L’objectiu d’aquesta etapa de pretractament és eliminar tot el zinc (95-98%) que hi hagi present en la solució. De no eliminar el zinc al principi, aquest metall precipitaria més endavant conjuntament amb el ferro, obtenint un producte amb una sortida comercial complexa.
S’ha comprovat que la tecnologia més eficient per separar el zinc present en el bany és l’extracció líquid-líquid mitjançant una solució orgànica que actua com a agent extractant. Aquest agent, al seu torn, mitjançant un altre procés d’extracció líquid-líquid és regenerat, de manera que el procés LIFE DIME® no consumeix netament l’agent extractant del zinc. Com a resultat de l’etapa de pretractament s’obtenen dues corrents: el bany esgotat de decapat lliure de zinc i una solució aquosa de clorur de zinc. Aquesta solució es retorna al procés de galvanitzat en què es consumeix en la preparació de la corrent de fluxant, el qual és un reactiu format per clorur d’amoni i clorur de zinc.
Un cop s’ha eliminat el contingut de zinc del bany esgotat, o bé el bany no contenia inicialment zinc, es duu a terme l’etapa de reacció. Per recuperar tant l’àcid clorhídric lliure com el combinat present en el bany esgotat, es dosifica en un reactor-cristal·litzador àcid sulfúric concentrat, el qual reacciona amb els ions de ferro divalent presents en la solució formant sulfat ferros heptahidratat i àcid clorhídric. A continuació, reduint la temperatura de la solució, s’obtenen cristalls de sulfat ferros heptahidratat que es separen fàcilment mitjançant filtració de les aigües mares. Aquestes contenen el ferro divalent que no ha precipitat, part de l’àcid sulfúric —que ha quedat en excés— i l’àcid clorhídric format.
Finalment, per obtenir la separació de l’àcid clorhídric format, la solució es sotmet a un procés de destil·lació per membranes que redueix els requeriments pràctics per operar amb una mescla d’àcid clorhídric a elevada temperatura. En l’etapa de destil·lació per membranes s’obté, d’una banda, l’àcid clorhídric recuperat, i, d’una altra banda, un concentrat aquós que es recircula al reactor per retornar al procés el ferro divalent i l’àcid sulfúric que no han reaccionat.
Recuperació de materials valuosos: àcid clorhídric, clorur de zinc i cristalls de sulfat ferros
L’àcid clorhídric obtingut, amb una concentració del 18-20% —degut a l’azeòtrof que es forma— es consumeix en el procés de tractament de superfícies, generant un estalvi econòmic en reduir notablement la compra de reactius. Així doncs, el procés LIFE DIME® permet a la indústria de tractament de superfícies, la recuperació i utilització de l’àcid clorhídric. A més, en el cas de les indústries galvanitzadores en calent, el clorur de zinc produït en la separació del zinc, pot ser reutilitzat per a la producció de fluxant. I, finalment, la producció de sulfat ferros heptahidratat pot ser venuda per tenir valor comercial com a fertilitzant. L’únic requeriment de matèries primeres del procés és l’addició d’àcid sulfúric, el cost del qual és molt inferior als beneficis generats per la venda dels productes generats i de l’estalvi econòmic dels recursos recuperats i de la gestió de residus.
Per tant, i a mode de resum simplificat, en el Procés LIFE DIME® entra un bany esgotat i aquest es transforma en àcid clorhídric apte per ser reutilitzat, cristalls de sulfat ferros heptahidratat que es comercialitzen i clorur de zinc que també es reutilitza de nou.
Recuperació de fins a un 98% de l’àcid clorhídric inicial
Condorchem Envitech, en una fase preliminar, ha construït una planta pilot basada en el procés LIFE DIME® amb una capacitat de tractament de 200 L/dia de banys esgotats de decapat procedents d’indústries galvanitzadores. Aquesta planta pilot ha permès demostrar amb èxit la viabilitat tècnica del procés i la robustesa de l’operació. També s’ha constatat que el rendiment experimental obtingut, de recuperació d’àcid clorhídric, ha estat superior al 95% d’àcid clorhídric inicial (lliure més combinat) recuperat, fet que és un resultat excel·lent.
En una fase posterior, a través del Projecte LIFE-DIME, Condorchem Envitech ha obtingut finançament europeu per a la construcció d’una planta industrial, amb una capacitat de 2 m3/dia de banys esgotats de decapat procedents d’indústries galvanitzadores, la qual permet demostrar que el procés provat a escala pilot amb èxit també funciona satisfactòriament a escala industrial mantenint i fins i tot superant —per la major automatització del procés— els mateixos nivells d’eficàcia aconseguits a escala pilot, els quals es situen al voltant del 98% de recuperació d’àcid clorhídric inicial (lliure més combinat).
Impacte econòmic i ambiental del Procés LIFE DIME®
En una indústria galvanitzadora amb una capacitat de 360 Tm/dia de material galvanitzat, la qual genera una producció de banys de decapat esgotats d’uns 24 m3/dia, l’estalvi econòmic que pot produir la introducció del procés LIFE DIME® sumant l’estalvi en la compra de l’àcid clorhídric i del clorur de zinc i l’estalvi en la gestió dels residus, es situa al voltant dels 720.000 € anuals. Aquest estalvi econòmic tan elevat fa possible recuperar la inversió en la implantació del procés LIFE DIME® en un període de temps inferior als 2 anys, valor que sens dubte és molt atractiu.
A més de ser un procés clarament viable a nivell econòmic, la derivada ambiental que suposa la implantació del procés LIFE DIME® és de gran rellevància. D’una banda, es deixen de produir unes 5.500 Tm/any de residus i es redueix la compra de matèries primeres en unes 5.000 Tm/any, fet que genera un elevat estalvi en les emissions de CO2 en reduir el transport de 11.500 Tm/any de mercaderies. D’altra banda, el 43% de la producció mundial de zinc es destina a la indústria galvanitzadora, per la qual cosa la recuperació i posterior reutilització del zinc dels banys de decapat en el procés de galvanització no només suposa l’estalvi en la compra de matèria primera, sinó també una reducció en l’extracció de recursos naturals.
Valoració general del Procés LIFE DIME®
Així doncs, tal com s’ha exposat, el Procés LIFE DIME®, patentat i desenvolupat per Condorchem Envitech, suposa una excel·lent oportunitat per a les indústries de tractament de superfícies no només de millorar el seu balanç de resultats sinó de consolidar una necessària i ambiciosa política ambiental i en matèria de sostenibilitat. En un futur a mitjà termini, només aquelles companyies que siguin sostenibles des d’un punt ambiental, també podran ser sostenibles a nivell econòmic.