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El tratamiento de superfícies metálicas
La actividad de la industria dedicada al tratamiento de superficies metálicas consiste en recubrir superficies metálicas o plásticas mediante diferentes técnicas, con la finalidad de aumentar sus cualidades, como proteger las superficies contra la corrosión y el desgaste, variar su conductividad eléctrica, etc.
Aunque el abanico de tratamientos aplicados y de recubrimientos posibles es extenso, uno de los más habituales es el de la galvanoplastia. Éste es un proceso basado en la electrodeposición en el que se recubre la superficie a tratar de una capa de varias decenas de micras de un metal que aporta unas características deseadas. Así, tienen lugar procesos como el cromado, el niquelado, el cincado, el cobreado, el cadmiado, el estañado, etc.
El procedimiento consiste en la inmersión de la superficie a tratar en un baño electrolítico, de manera que los iones metálicos presentes en la solución se reducen sobre la superficie a recubrir.
Aunque se pueden hacer recubrimientos de muchos metales diferentes, los más usuales son zinc, oro, níquel, cobre y cromo, además del anodizado, que se fundamenta en la conversión de la superficie metálica en un recubrimiento de óxido insoluble, siendo el aluminio el material de anodizado utilizado más común.
Estas actividades o tratamiento se pueden agrupar en dos grandes bloques:
1. Procesos de limpieza y preparado de superficies (desengrase, decapado, …)
2. Recubrimientos metálicos y obtención de acabados superficiales (electrodeposición, anodizado, inmersión,…)
Durante estos procesos de tratamiento se generan una gran cantidad de aguas residuales o efluentes de diversa composición, según haya sido el tratamiento al que se han sometido las superficies metálicas.
Se producen dos tipos de efluentes líquidos muy diferenciados:
a) efluentes con elevadas cargas contaminantes y relativamente poco volumen: es el caso de los baños de procesos saturados.
b) efluentes con baja carga contaminante pero producidos en gran volumen: generalmente en las operaciones de lavado.
La composición de los efluentes producidos en el sector de tratamiento de superficies metálicas, así como los objetivos y necesidades medioambientales de la empresa determinarán las tecnologías de tratamiento de aguas residuales y tratamiento de efluentes más adecuadas para su tratamiento.
Tratamientos
La naturaleza de la carga contaminante que incorporan dichos efluentes líquidos suele ser: DQO, aceites y grasas, tensioactivos, metales, alcalinidad, acidez, cianuro y sales, entre otras especies presentes en menor proporción.
Ante la complejidad de tratar estos efluentes, pueden plantearse dos alternativas de tratamiento:
Técnicas de separación y descontaminación
Tienen como finalidad eliminar la toxicidad y contaminación del efluente y que éste pueda ser vertido al sistema público de saneamiento o bien a cauce natural, ajustando los límites de vertido como:
- Intercambio iónico
- Electrólisis selectiva
- Electrocoagulación
- Neutralización y posterior precipitación
- Tecnologías de membranas: microfiltración, ultrafiltración y ósmosis inversa
Técnicas de concentración
Las técnicas de concentración como el vertido cero, reutilización del agua, obtención de subproductos tienen como objetivo dividir el efluente en dos corrientes, una de agua apta para su reutilización en el proceso, y otra de un residuo muy concentrado, preparado para ser gestionado externamente.
Las principales tecnologías son:
- Evaporación al vacío
- Cristalización
- Tecnologías de membrana (principalmente ósmosis inversa)
- Intercambio Iónico
Los efluentes producidos en los distintos procesos tienen características muy diferentes. En función de estas características, suele existir una técnica más eficiente, específica, para cada caso.
Por ejemplo, para el efluente producido en la operación de desengrase de las piezas a recubrir, las mejores técnicas aplicables son la evaporación al vacío (con un periodo de retorno de la inversión de 4,5 años) y la electrocoagulación (con un periodo de retorno de la inversión de 10 años); en el proceso de cobre cianurado se genera un efluente en el que la mejor técnica de tratamiento también es la evaporación al vacío y en el proceso de recubrimiento con la aleación de cinc y níquel se genera un efluente en el que su tratamiento más eficiente y económico es una oxidación anódica y una electrólisis (con un periodo de retorno de la inversión de 7 años).
Por tanto, para cada efluente, en función de sus características y especificidades, la tecnología de tratamiento óptima puede variar.
Tecnologías
A continuación, se hace un breve repaso de algunas de las tecnologías más relevantes en el tratamiento de aguas residuales y efluentes en la industria metalúrgica:
Evaporación al vacío
Es ideal para la obtención de un vertido cero y puede aplicarse de forma independiente o en combinación con tecnologías de membranas.
Los sistemas por evaporación permiten, entre otras aplicaciones, concentrar las aguas de enjuague de un lavado estático haciendo posible, por un lado, la recuperación del arrastre de forma “concentrada” y, por otro, obtener un 95% de agua que puede reutilizarse en operaciones de enjuague.
Si no fuera mediante este sistema, sería muy limitada la utilización de los enjuagues estáticos como recuperaciones, siendo necesario su vaciado periódico y consecuente tratamiento del vertido.
Se emplea para una amplia variedad de efluentes, como es el caso de los generados en los procesos de desengrase o de recubrimiento de cobre cianurado, es la óptima. Y, además, es la única técnica eficiente y viable cuando todos los efluentes están mezclados o sólo se puede disponer de una única tecnología de tratamiento para todo el efluente producido.
Se trata de la única tecnología siempre eficiente y, en la mayoría de los casos, la más económica -con un periodo de retorno de la inversión menor- es la evaporación al vacío.
Además, cuando los efluentes líquidos no están segregados, es la única técnica viable. Así sucede también cuando la producción de los diferentes efluentes es espaciada en el tiempo (producción en discontinuo en función de la demanda); en estos casos la empresa no suele poder disponer de un amplio abanico de técnicas específicas, las cuales suponen una cierta inversión económica.
Cristalización y precipitación
Se aplican para la obtención de un vertido cero (tratamiento del rechazo del evaporador), para recuperar materias valorizables y para regenerar soluciones de proceso, mediante la eliminación de impurezas. Es aplicable a cualquier baño que presente algún tipo de contaminación de una sal con un metal, siempre y cuando las sales contaminantes presenten una solubilidad limitada.
Electrodiálisis
Es un sistema de filtración con un reducido coste de operación, que permite recuperar entre un 80% y un 90% de sales. Se puede aplicar para la recuperación de materias primas de los baños de proceso y para la regeneración de baños de trabajo libres de iones.
Ósmosis Inversa
Produce un agua que puede retornarse en circuito cerrado al proceso de enjuague y, por el otro, un concentrado de sales de níquel que puede retornarse a los baños de proceso (90%-97%).
De esta manera, se consigue el ahorro de sales de níquel y de otros componentes del baño, así como del agua de enjuague. Se puede aplicar sobre otros procesos tales como el latonado, cobreado, plateado, zincado, etc.
También se aplica para la regeneración del agua de enjuague. En función del caudal de rechazo, con el sistema de ósmosis inversa puede obtenerse un agua de entre 100-500 μS/cm. La técnica es aplicable sobre el agua diluida de la mayoría de los procesos, con excepción de baños muy oxidantes.
Resinas de Intercambio Iónico
Permiten la eliminación de contaminantes metálicos y la regeneración del agua de enjuague, ya que retornan grandes cantidades de agua con una elevada calidad por su bajo contenido en iones. El sistema retorna el agua a la cuba de enjuague puesto que el diseño de la instalación funciona en circuito cerrado.
Los enjuagues recirculados con resinas de intercambio iónico, según la operación a la que se destinen, pueden trabajar durante largo tiempo, a conductividades inferiores a 50 μS/cm, en incluso, por debajo de 5 μS/cm si se trata de enjuagues finales.
Así pues, los principales retos ambientales a superar por parte de la industria de tratamiento de superficies son el elevado consumo de agua y la generación de grandes volúmenes de efluentes líquidos.
Aunque éstos, en función de sus características, tienen una tecnología de tratamiento asociada como la más recomendable, no siempre es posible segregar todos los efluentes y tratar cada uno de forma individualizada con la tecnología óptima.
