Una soluzione innovativa per il recupero dell’acido cloridrico nei residui liquidi provenienti da processi di decapaggio e galvanizzazione
Il processo LIFE DIME® è stato concepito come una soluzione altamente innovativa per il recupero dell’acido cloridrico (HCl) a partire dagli effluenti dei bagni esausti di decapaggio dei metalli. Il processo di decapaggio ha l’obiettivo di eliminare dalla superficie del pezzo metallico gli ossidi metallici, la crosta di fabbricazione, l’ossido di ricottura e il grasso per lasciare i pezzi perfettamente puliti. La maggior parte delle vasche di decapaggio contiene, inizialmente, acido cloridrico diluito al 14-16% in peso. Ma man mano che il bagno viene utilizzato, la concentrazione di acido cloridrico diminuisce, il che obbliga a effettuare aggiunte periodiche di acido per evitare un calo significativo della velocità di decapaggio. Il sistema si mantiene così fino a raggiungere il limite di solubilità del cloruro ferroso (FeCl2) nell’acido cloridrico stesso, momento in cui il bagno è esausto e non è più possibile continuare il decapaggio. Il bagno esausto contiene una concentrazione di ferro pari o superiore a 140-150 g/L e deve essere rinnovato con un bagno fresco. Nei casi in cui l’industria esegue processi di galvanizzazione a caldo, il bagno esausto contiene, oltre al ferro, anche alti livelli di zinco (intorno a 25 g/L).
L’acido cloridrico recuperato dai bagni esausti tramite il Processo LIFE DIME® viene riutilizzato nello stesso processo di trattamento delle superfici, risparmiando così l’acquisto della maggior parte di questa materia prima. Inoltre, nel processo si genera solfato ferroso, che è un sottoprodotto con un certo valore commerciale (come fertilizzante in orticoltura e viticoltura) e cloruro di zinco, che viene utilizzato nel processo di galvanizzazione essendo uno dei componenti base del flussante (miscela di cloruro di ammonio e cloruro di zinco).
Sebbene nel processo LIFE DIME® sia richiesto il consumo di acido solforico concentrato, il costo economico di questo acido è ampiamente compensato dalla vendita delle nuove risorse prodotte e dal risparmio economico nelle materie prime (acido cloridrico e cloruro di zinco) e nella gestione dei rifiuti. Pertanto, il bilancio economico del progetto è molto positivo e consente di recuperare l’investimento, come sarà analizzato successivamente, in un periodo inferiore a 2 anni.
La generazione di residui liquidi nei processi di trattamento delle superfici metalliche: processi di decapaggio e galvanizzazione.
L’economia verde si presenta come una nuova economia a basse emissioni di carbonio, basata sulla gestione efficiente delle risorse, la minimizzazione della quantità di rifiuti generati e la promozione di prodotti e processi produttivi rispettosi dell’ambiente. Di fronte a queste sfide, l’industria siderurgica è chiamata a svolgere un ruolo protagonista nel cuore dell’economia verde. Secondo i dati pubblicati dalla American Galvanizers Association (AGA), solo le oltre 1000 aziende rappresentate da questa associazione generano più di 500.000 Tm/anno di residui liquidi che devono essere trattati. Gran parte di questi residui liquidi provenienti da processi di decapaggio di industrie di trattamento delle superfici metalliche contengono alti livelli di zinco, il che ne aumenta la caratteristica inquinante riducendo al contempo la gamma di possibili trattamenti.
Oltre a generare una grande quantità di acque reflue, l’industria del trattamento delle superfici metalliche consuma una notevole quantità di reagenti chimici in processi come il decapaggio, che derivano dallo sfruttamento diretto delle risorse naturali.
Secondo il concetto di economia circolare, l’industria siderurgica, e in particolare l’industria galvanizzatrice, deve fare una forte scommessa per minimizzare al massimo i rifiuti generati e ridurre il consumo di risorse naturali come materia prima. Ed è in questa direzione che il processo LIFE DIME®, brevettato e sviluppato da Condorchem Envitech, rappresenta una tecnologia innovativa che consente di trasformare i rifiuti generati in materie prime per il processo stesso, oltre a ridurre notevolmente il consumo di risorse naturali e le emissioni di CO2.
La comparsa di una soluzione come LIFE DIME® permette all’industria del trattamento delle superfici metalliche di essere ambientalmente sostenibile e allo stesso tempo economicamente competitiva, due fattori strettamente legati sotto il concetto di economia circolare: trasformazione dei rifiuti in risorse, riutilizzo delle materie prime e utilizzo di energia sostenibile.
Funzionamento del Processo LIFE DIME® e tecnologie utilizzate: cristallizzatori e distillatori a membrana
A livello operativo, il processo LIFE DIME® si compone di tre grandi fasi: il pretrattamento, la reazione e la separazione.
La fase di pretrattamento è necessaria solo nei casi in cui i bagni esausti, provenienti da industrie con processi di galvanizzazione a caldo, contengano alti livelli di zinco. L’obiettivo di questa fase è eliminare tutto lo zinco (95-98%) presente nella soluzione. Se lo zinco non viene eliminato all’inizio, questo metallo precipiterebbe successivamente insieme al ferro, ottenendo un prodotto con una complessa uscita commerciale.
È stato verificato che la tecnologia più efficiente per separare lo zinco presente nel bagno è l’estrazione liquido-liquido mediante una soluzione organica che agisce come agente estraente. Questo agente, a sua volta, tramite un altro processo di estrazione liquido-liquido, viene rigenerato, in modo che il processo LIFE DIME® non consumi nettamente l’agente estraente dello zinco. Come risultato della fase di pretrattamento si ottengono due correnti: il bagno esausto di decapaggio privo di zinco e una soluzione acquosa di cloruro di zinco. Questa soluzione viene restituita al processo di galvanizzazione dove viene consumata nella preparazione della corrente di flussante, che è un reagente formato da cloruro di ammonio e cloruro di zinco.
Una volta eliminato il contenuto di zinco dal bagno esausto, o se il bagno non conteneva inizialmente zinco, si procede alla fase di reazione. Per recuperare sia l’acido cloridrico libero che quello combinato presente nel bagno esausto, si dosa in un reattore-cristallizzatore acido solforico concentrato, che reagisce con gli ioni di ferro bivalente presenti nella soluzione formando solfato ferroso eptaidrato e acido cloridrico. Successivamente, abbassando la temperatura della soluzione, si ottengono cristalli di solfato ferroso eptaidrato che si separano facilmente mediante filtrazione delle acque madri. Queste contengono il ferro bivalente che non è precipitato, parte dell’acido solforico — rimasto in eccesso — e l’acido cloridrico formato.
Infine, per ottenere la separazione dell’acido cloridrico formato, la soluzione viene sottoposta a un processo di distillazione a membrana che riduce i requisiti pratici per operare con una miscela di acido cloridrico ad alta temperatura. Nella fase di distillazione a membrana si ottiene, da un lato, l’acido cloridrico recuperato e, dall’altro, un concentrato acquoso che viene ricircolato al reattore per restituire al processo il ferro bivalente e l’acido solforico non reagiti.
Recupero di materiali preziosi: acido cloridrico, cloruro di zinco e cristalli di solfato ferroso
L’acido cloridrico ottenuto, con una concentrazione del 18-20% — dovuta all’azeotropo che si forma — viene consumato nel processo di trattamento delle superfici, generando un risparmio economico riducendo notevolmente l’acquisto di reagenti. Pertanto, il processo LIFE DIME® consente all’industria del trattamento delle superfici di recuperare e utilizzare l’acido cloridrico. Inoltre, nel caso delle industrie galvanizzatrici a caldo, il cloruro di zinco prodotto nella separazione dello zinco può essere riutilizzato per la produzione del flussante. Infine, la produzione di solfato ferroso eptaidrato può essere venduta avendo valore commerciale come fertilizzante. L’unico requisito di materie prime del processo è l’aggiunta di acido solforico, il cui costo è molto inferiore ai benefici generati dalla vendita dei prodotti ottenuti e dal risparmio economico delle risorse recuperate e della gestione dei rifiuti.
Pertanto, in sintesi semplificata, nel Processo LIFE DIME® entra un bagno esausto che si trasforma in acido cloridrico idoneo per essere riutilizzato, cristalli di solfato ferroso eptaidrato commercializzabili e cloruro di zinco che viene anch’esso riutilizzato.
Recupero fino al 98% dell’acido cloridrico iniziale
Condorchem Envitech, in una fase preliminare, ha costruito un impianto pilota basato sul processo LIFE DIME® con una capacità di trattamento di 200 L/giorno di bagni esausti di decapaggio provenienti da industrie galvanizzatrici. Questo impianto pilota ha permesso di dimostrare con successo la fattibilità tecnica del processo e la robustezza dell’operazione. È stato inoltre constatato che la resa sperimentale ottenuta, di recupero dell’acido cloridrico, è stata superiore al 95% dell’acido cloridrico iniziale (libero più combinato) recuperato, un risultato eccellente.
In una fase successiva, attraverso il Progetto LIFE-DIME, Condorchem Envitech ha ottenuto finanziamenti europei per la costruzione di un impianto industriale, con una capacità di 2 m3/giorno di bagni esausti di decapaggio provenienti da industrie galvanizzatrici, che consente di dimostrare che il processo testato con successo a scala pilota funziona altrettanto bene a scala industriale mantenendo e persino superando — grazie alla maggiore automazione del processo — gli stessi livelli di efficacia raggiunti a scala pilota, che si attestano intorno al 98% di recupero dell’acido cloridrico iniziale (libero più combinato).
Impatto economico e ambientale del Processo LIFE DIME®
In un’industria galvanizzatrice con una capacità di 360 Tm/giorno di materiale galvanizzato, che genera una produzione di bagni di decapaggio esausti di circa 24 m3/giorno, il risparmio economico che può produrre l’introduzione del processo LIFE DIME®, sommando il risparmio nell’acquisto di acido cloridrico e cloruro di zinco e il risparmio nella gestione dei rifiuti, si attesta intorno a 720.000 € annui. Questo elevato risparmio economico rende possibile recuperare l’investimento nell’implementazione del processo LIFE DIME® in un periodo inferiore a 2 anni, un valore senza dubbio molto attraente.
Oltre a essere un processo chiaramente economicamente valido, la ricaduta ambientale derivante dall’implementazione del processo LIFE DIME® è di grande rilevanza. Da un lato, si smettono di produrre circa 5.500 Tm/anno di rifiuti e si riduce l’acquisto di materie prime di circa 5.000 Tm/anno, il che genera un elevato risparmio nelle emissioni di CO2 riducendo il trasporto di 11.500 Tm/anno di merci. Dall’altro lato, il 43% della produzione mondiale di zinco è destinato all’industria galvanizzatrice, quindi il recupero e il successivo riutilizzo dello zinco dai bagni di decapaggio nel processo di galvanizzazione non solo comporta un risparmio nell’acquisto di materia prima, ma anche una riduzione nell’estrazione di risorse naturali.
Valutazione generale del Processo LIFE DIME®
Pertanto, come esposto, il Processo LIFE DIME®, brevettato e sviluppato da Condorchem Envitech, rappresenta un’eccellente opportunità per le industrie di trattamento delle superfici non solo per migliorare il loro bilancio economico ma anche per consolidare una necessaria e ambiziosa politica ambientale e di sostenibilità. Nel medio termine, solo quelle aziende che saranno sostenibili dal punto di vista ambientale potranno essere sostenibili anche a livello economico.