Manual reciclaje méxico by marcela_1017

GOBIERNO DEL ESTADO DE MEXICO SECRETARÍA DE ECOLOGÍA

INFORMACIÓN TÉCNICA SOBRE RECICLAJE

Promoción de proyectos de reciclaje Acumuladores de plomo-ácido Neumáticos usados Papel de desecho Lubricantes Plásticos Diciembre 2003

Gobierno del Estado de México Secretaria de Ecología Dirección General de Prevención y Control de la Contaminación del Agua, Suelo y Residuos

Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH (Agencia de Cooperación Técnica Alemana)

M. en C. Arlette López Trujillo Secretaria de Ecología

Dr.-Ing. Günther Wehenpohl Asesor Principal del Proyecto de Apoyo a la Gestión de Residuos Sólidos

M.V.Z. A. Ricardo Sánchez Rubio Director General de Prevención y Control de la Contaminación del Agua, Suelo y Residuos Arq. Onésimo Reyes Martínez Subdirector de Prevención y Control de la Contaminación del Suelo y Residuos

Autor: Dr.-Ing. Heinrich Vest

Foto de la capa: G. Wehenpohl

 Secretaría de Ecología del Gobierno del Estado de México, 2003  Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH, 2003 Se autoriza la reproducción parcial o total, citando la fuente de referencia.

Introducción GATE (German Appropriate Technology and Ecoefficiency Programme) es un servicio prestado por la Agencia de Cooperación Técnica Alemana (GTZ) que hace más de 20 años se dedica a la divulgación y la adaptación de tecnologías en países en desarrollo. Las tecnologías se consideran apropiadas cuando aprovechan los recursos existentes de manera óptima y respetuosa con el medio ambiente y cuando se adaptan a las condiciones ecológicas, económicas y socioculturales del país. La aplicación de tecnologías apropiadas contribuye a un desarrollo sostenible. Los documentos presentados a continuación fueron traducidos de su original en Inglés y pueden servir como orientación para incentivar el reciclaje.

M.V.Z. A. Ricardo Sánchez Rubio Director General de Prevención y Control de la Contaminación del Agua, Suelo y Residuos

Dr. Ing Günther Wehenpohl Asesor Principal

Secretaria de Ecología del Gobierno del Estado de México

Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH (Agencia de Cooperación Técnica Alemana)

Índice A.

Guía para la promoción de proyectos de reciclaje a pequeña escala

Reciclaje de residuos plásticos a pequeña escala

Aspectos ambientales del reciclaje de papel de desecho

Reciclaje de neumáticos automotrices usados

Reuso y refinación de aceites lubricantes usados

Fundamentos del reciclaje de acumuladores de plomo-ácido

Guía para la promoción de proyectos de reciclaje a pequeña escala Autor: Dr.-Ing. Heinrich Vest

Este material técnico ha sido suministrado por: Servicio de información Gate / GTZ P.O. Box 5180, 65726 Eschborn, Alemania Teléfono: +49(0)6196 / 79-3093, Fax: +49 (0)6196 / 79-7352 Email: gate-id@gtz.de Internet: http://www.gtz.de/gate/

Información Técnica W14e

A-1

Introducción La nueva forma de vida y el crecimiento económico en los países en vías de desarrollo, genera mayores cantidades de desechos domésticos y comerciales. El cambio en el estilo de vida y en el consumo va de la mano con el cambio en la composición de los desechos. Con anterioridad, la parte principal de los desechos domésticos en las zonas rurales y urbanas pobres consistía en materia orgánica biodegradable. Ahora, el plástico, el papel, el vidrio, y el metal son los componentes principales (cuando menos en volumen) de los desechos que se generan no sólo en el sector moderno de los países en vías de desarrollo. El reuso y el reciclaje de los bienes valiosos que provienen de los desechos tienen una gran tradición en los países del sur. Los artículos como botellas vacías, envases de plástico, latas de hojalata, metales no ferrosos y ciertas calidades de papel, nunca llegan a ser desechos. Se separan en la fuente y se venden a centros de acopio. Los pedazos de metal, por ejemplo, todavía son la fuente principal de materia prima de fundidores y herreros del sector informal de los países en vías de desarrollo. Con el incremento en la cantidad y la complejidad de los materiales de desecho, el reciclaje ahora es un ejercicio más sofisticado, que lleva a un reciclador a pequeña escala del sector informal a sus límites técnicos y financieros. Por otra parte, puede abrir una gran gama de oportunidades para la creación de empleos y la generación de ingresos si los empresarios a pequeña escala cuentan con el conocimiento técnico, los recursos financieros y la administración del negocio. El objetivo de este documento es asesorar en cuanto a la manera de abordar y utilizar el sector de reciclaje para el desarrollo de un negocio. Fase inicial – reunión de información, investigación de mercado Antes de iniciar un negocio en el sector del reciclaje (y también en otros sectores) es esencial realizar una investigación adecuada de todos los factores que podrían influir en el negocio. Al reunir la mayor cantidad de información posible, el empresario puede obtener una imagen completa de las actividades y prospectos de su empresa futura. En el sector de reciclaje, se tienen que investigar tres áreas importantes: •

disponibilidad de la materia prima;

•

disponibilidad de la tecnología y los fondos;

•

prospectos de mercado para el producto.

La lista siguiente le puede ayudar a responder estos asuntos en detalle: A-2

Lista de verificación para la elaboración de proyectos en el sector de reciclaje A. Materia Prima ¾ ¿Qué tipo de material de desecho se recolectará? Para cada tipo: ¾ ¿En dónde se recolectará o se comprará el material de desecho? ¾ ¿A cuánto ascenderá la cantidad mensual de desechos recolectados? ¾ ¿Cuál es la distancia promedio que deberá recorrerse para la recolección o compra? ¾ ¿Qué medios de transporte se requieren? ¾ ¿Cuál es la calidad del material de desecho? ¾ ¿Tiene el material algún costo o se obtiene sin cargo? ¾ ¿Las personas traen los desechos? ¿A qué precio? B. Tecnologías administración del manejo de desechos. Arreglo general: ¾ ¿En dónde se acumulará / almacenará el material? ¾ ¿Qué tipos de instalaciones se requieren? ¾ ¿Qué tipo de infraestructura se requiere en las instalaciones? ¾ ¿A cuánto ascenderá la inversión total para establecer la infraestructura? ¾ ¿Cuántas personas se contratarán y qué estructura organizativa se requerirá? Para cada tipo de material de desecho: ¾ ¿Cuál es la calidad del material que ingresa? ¿Qué tipo de proceso se aplicará para mejorar la calidad? ¿Qué tipo de maquinaria se necesitará? ¿Cuántos trabajadores se necesitarán para mejorar la calidad? ¿Cuál será su productividad? ¿Qué se consumirá durante el proceso (energía eléctrica, combustible, lubricantes, agua, etc.? ¾ ¿Qué inversión se necesitará hacer para adquirir la maquinaria requerida, los vehículos de transporte, el equipo de oficina, etc.? ¾ ¿Cuál será la calidad de los productos que se venderán? ¾ ¿A cuánto ascenderán los costos de operación? ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

A-3

C. Mercadeo de productos. Para cada producto: ¾ ¿Cuáles son los clientes para el producto? ¿En dónde están ubicados los clientes? ¿Cuál es el precio de mercado del producto? ¿A qué distancia se transportará y cuáles son los costos de transporte? ¿A cuánto asciende la cantidad mensual que se embarcará y se venderá? ¿Qué medios de transporte se necesitan? ¾ ¿Cuál será la utilidad neta operativa del total de la operación? ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

No se puede dar respuesta a todas estas preguntas de inmediato. Se tiene que invertir un mayor esfuerzo en el diseño técnico, la planeación de la inversión y el cálculo del flujo del capital. Diseño técnico Con relación a las principales fracciones de desechos; metal, plástico, papel, y vidrio, se cuenta con varias tecnologías para el reciclaje que han demostrado ser económicamente viables y técnicamente confiables. Algunos de los procesos de reciclaje (en especial para los desechos comerciales) necesitan realizarse a gran escala debido a la tecnología sofisticada que requieren la alta inversión y las medidas de protección ambiental. Los países en vías de desarrollo con una generación limitada de desechos y un mercado limitado para los productos reciclados, no son un lugar favorable para iniciar actividades de reciclaje a gran escala. En estos casos, los recicladores se deben concentrar principalmente en la recolección y en el pretratamiento de las fracciones de desechos y entregar estos productos a los grandes productores de productos reciclados (por ejemplo, fábricas de papel, fábricas de vidrio, plantas de acero). Para iniciar un reciclaje a pequeña escala se debe contar con las tecnologías y los procesos adecuados. ¿De dónde provienen estas tecnologías? El desarrollo técnico y económico de los países industrializados, ha producido tecnologías que reflejan su propia economía, sociedad y necesidades. No siempre es apropiado transferir estas tecnologías a los países en vías de desarrollo. Sería más sensato considerar una transferencia de tecnología entre los propios países en vías de desarrollo. En el área de reciclaje y el procesamiento de desechos, países como la India, China, Egipto y Brasil, han desarrollado tecnologías a pequeña escala para los países en vías de desarrollo, que son costeables, que se pueden administrar

A-4

técnicamente y que son económicamente viables. Por desgracia, la transferencia de tecnología entre países en vías de desarrollo no se desarrolla de manera satisfactoria. Se requiere de mayor información y cooperación. En los países en vías de desarrollo que cuentan con un alto promedio de trabajadores no calificados, tienen salarios relativamente bajos, costos de transporte de energía elevados, tasas de interés altas y un apoyo financiero reducido para la masa de emprendedores en pequeño, los procesos y la maquinaria apropiados están caracterizados en la mayoría de los casos como: •

pequeños en tamaño y producción;

•

baratos;

•

producidos en la localidad o en la región;

•

mano de obra intensiva y operación manual;

•

ahorro de energía;

•

amigable para el medio ambiente.

La mayor parte de los países en vías de desarrollo no tienen una capacidad productora local significativa; se tendría que importar la mayor parte de la tecnología necesaria y el equipo. Para decidir si una tecnología importada es la adecuada, se debe examinar para determinar: •

inversión total (que incluye transporte, aranceles aduaneros y un conjunto de refacciones genuinas);

•

disponibilidad de servicio y reparaciones locales (incluyendo refacciones locales);

•

capacidad necesaria para la operación;

•

costos operativos (consumo de energía, grasa, refacciones, mantenimiento, etc.).

Es importante que el empresario seleccione los procesos y la tecnología conforme a las circunstancias locales y a sus recursos personales. En general, los costos bajos de mano de obra combinados con las altas tasas de interés, no favorecen una inversión elevada. La falta de obreros calificados, de personal de servicio, y de refacciones hace que la operación de maquinaria importada se vuelva complicada. La lista de verificación siguiente le ayudará a seleccionar los procesos y la maquinaria adecuada.

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Lista para la selección de los procesos y maquinaria adecuadas A) Proceso de producción Aplicación de los procesos ¾ ¿Preparación de la alimentación? ¾ ¿Proceso principal? ¾ ¿Manejo final, por ejemplo, enlatado, empacado, almacenaje, etc.? ¾ ¿Maquinaria auxiliar? Ubicación de los productores / proveedores de la maquinaria ¾ ¿Localmente? ¾ ¿En países vecinos? ¾ ¿En países lejanos? ¾ ¿Proporcionan servicio, mantenimiento y refacciones? Condiciones de compra del equipo ¾ ¿Precio del equipo? ¾ ¿Costos de transporte a las instalaciones? ¾ ¿Aranceles aduanales? ¾ ¿Precio de refacciones, impuesto y transporte inclusive? ¾ ¿Tiempo de vida de la maquinaria y garantías? Características de operación ¾ ¿Operación manual, semimecánica o automática? ¾ ¿Operación por lotes o continua? ¾ ¿Operación de baja o alta productividad? ¾ ¿Consumo de energía intenso? ¾ ¿Ruidosa y contaminante? ¾ ¿Riesgosa para la salud del trabajador? ¾ ¿Genera cantidades razonables de desechos y residuos? ¾ ¿En general, amistosa o no amistosa para el ambiente?

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B. Factores económicos Mercado laboral ¾ ¿Disponibilidad de mano de obra capacitada? ¾ ¿Nivel de salarios y costos laborales relacionados? ¾ ¿Disponibilidad de ayuda técnica de institutos de investigación y tecnología locales? Mercado de capital ¾ ¿Nivel de autofinanciamiento del empresario? ¾ ¿Nivel de las tasas de interés? ¾ ¿Disponibilidad de préstamos de inversión favorables? ¾ ¿Existencia de esquemas de apoyo gubernamentales?

Plan de negocios, estudio de viabilidad El mercado para productos reciclados en los países en vías de desarrollo, con frecuencia es limitado debido a la población reducida y a la ausencia de recicladores a gran escala (plantas de acero, productores de vidrio, fabricantes de papel, recicladores de plástico, etc.) En este caso, muchos recolectores y recicladores de desechos tendrían que vender sus productos en el ámbito internacional, lo que no sólo representa un problema de logística sino también costos muy elevados de transporte. Aún, si se cuenta con clientes locales en el país, otros factores que presentan trabas, podrían limitar la rentabilidad de las operaciones de reciclaje a pequeña escala. Un factor importante que decide si un negocio es viable o no, son los costos de transporte. Las largas distancias para la recolección de las materias primas, o para la venta de productos puede incrementar los costos de operación a tal grado que el negocio resulte antieconómico. En el caso del reciclaje de desechos, con frecuencia, éstos se tienen que recolectar en lugares apartados uno del otro. La naturaleza voluminosa de muchas de las fracciones, y su peso y densidad baja, hacen que el transporte sea ineficiente. Por lo tanto, para minimizar los costos de transporte es esencial compactar los desechos. Un segundo factor que presenta una traba al reciclaje, es que la eliminación de los desechos en los países en vías de desarrollo por lo general es fácil y barata. Ya sea que las autoridades locales recolecten los desechos de los hogares o de los negocios privados sin ningún costo extra, o que éstos se arrojen en un relleno sanitario comunitario a un costo muy bajo o libre de cargo. En el peor de los

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casos, las personas arrojan sus desechos entre los matorrales, a sabiendas que no habrá consecuencias legales. Bajo estas circunstancias, el reciclaje tiene que ser atractivo desde el punto de vista financiero aumentando el valor del material durante el proceso, lo que no siempre es posible. En especial, el tratamiento de algunos de los componentes de los materiales riesgosos puede ser más caro que lo que justifica el precio de venta en el mercado. Si el gobierno pretende promover el reciclaje y el reuso de los desechos, se pueden usar los instrumentos siguientes para alentar las actividades de reciclaje en el sector privado: •

la inclusión de incentivos para el reciclaje por medio de reglamentaciones para el manejo de desechos;

•

la introducción de un sistema de impuestos (por ejemplo, para llantas, baterías, aceite, bolsas de plástico, etc.);

•

la introducción de una cuota que cubra el costo de la eliminación de desechos domésticos e industriales;

•

el apoyo total a los proyectos de reciclaje provenientes de esquemas de financiamiento gubernamentales o del sector privado.

Plan de negocios Antes de iniciar un negocio, el empresario debe elaborar un plan. La información obtenida ayudará a juzgar la viabilidad del proyecto y se necesitará cuando se soliciten préstamos y donaciones de la banca y de organismos financieros. El siguiente es un esbozo de un plan de negocios estándar:

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Guía muestra de un plan de negocios estándar Descripción e historia de la empresa ¾ Cómo y qué es la empresa ¾ Posición del proyecto / empresa ¾ Objetivos clave Producto y servicios ¾ Cuál es el producto o el servicio ¾ Cómo funciona ¾ Para qué es ¾ Ventajas de propiedad

Canales de distribución ¾ Cómo se distribuirá el producto o servicio ¾ Medios de transporte ¾ Publicidad y mercadeo Administración ¾ Qué hará quién ¾ Capacidades del personal ¾ Disponibilidad de mano de obra especializada

Mercados ¾ Quiénes son los clientes prospecto Prospectos financieros ¾ Cuántos clientes hay ¾ Costos de inversión ¾ Tasa de crecimiento del mercado ¾ Costos de capital ¾ Competidores ¾ Costos de operación ¾ Tendencias de la industria ¾ Facturación mensual ¾ Participación estimada en el mercado ¾ Utilidades anuales estimadas ¾ Impuestos, costos sociales y legales Operaciones ¾ Análisis de flujo de capital (un año) ¾ Cómo se proporcionará/producirá el ¾ Estudio de viabilidad producto o servicio ¾ Instalaciones/equipo Fuentes y aplicación de fondos ¾ Procesos especiales ¾ Necesidades actuales ¾ Habilidades laborales necesarias ¾ Necesidades futuras ¾ Fondos propios ¾ Préstamos o donaciones necesarias

Cálculo del valor neto actual Para juzgar la viabilidad de un proyecto, se debe hacer un cálculo del valor neto actual (análisis de flujo de capital, reintegración anual, y tasa de utilidad interna) para el tiempo de vida considerado del proyecto. La tabla siguiente presenta un ejemplo en el que se aplican los factores que se describen a continuación:

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Inversión de capital Resume la necesidad total de los fondos de capital para: •

maquinaria y equipo;

•

construcción e infraestructura;

•

gastos antes de la operación;

•

capital de trabajo.

Reintegración de la inversión La reintegración es lineal, si el capital de inversión se paga en proporciones iguales durante el tiempo de vida estimado de la operación. Depreciación La depreciación es lineal, si se ahorran porciones iguales de dinero cada año para sustituir la inversión por la maquinaria y el equipo, la construcción y la infraestructura después de la vida de servicio. Ingreso anual (=ingreso de efectivo) Cantidad total del efectivo que ingresa por las ventas, los servicios, las cuotas por licencias, los intereses ganados, etc. Costos de operación (=salida de efectivo) •

Materia prima

•

Electricidad, agua y otros consumibles

•

Costos por transporte y servicios externos

•

Renta del lugar, de la infraestructura o del equipo

•

Sueldos y costos sociales

•

Interés pagado por préstamos

•

Depreciación del equipo.

Tasa de descuento Tasa de interés recibida si el capital invertido se depositara en un banco comercial.

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Tasa de interés Interés pagado por la inversión de capital. Vida de servicio Tiempo de vida estimado para el proyecto / equipo. Flujo neto de efectivo ‘Ingreso de efectivo’ menos ‘salida de efectivo’. Factor de descuento Expresa la pérdida en valor del ingreso ganado en una etapa posterior (años dos a cinco) de la operación por el interés no recibido por el capital invertido. Se calcula como: 1/(1+’tasa de descuento’)año (Ejemplo: 1/(1+0,15)3 = 0,6575) Flujo neto de efectivo descontado ‘Flujo neto de efectivo’ por ‘Factor de Descuento’ Ingresos antes de impuestos ‘Flujo neto de efectivo’ menos ‘tasa de reintegración lineal’ (Ej.: en el año 1: 12.000 – 30.000/5).

Reintegración anual Reintegración lineal de la inversión incluyendo los intereses acumulados. Se calcula como: ‘Inversión de capital’ dividida entre ‘vida de servicio’ + (‘Inversión de capital’ dividida entre dos veces la ‘tasa de interés’) (Ej., En el año 1: 30.000/5+30.0000/2x0,15). Valor neto actual Flujo de efectivo neto calculado durante el tiempo de vida del proyecto.

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Tasa interna de ganancias Intereses ganados por la inversión de capital en la empresa. La tasa interna de ganancias se puede calcular aumentando la tasa de descuento hasta el valor neto anual al final de la vida de servicio que llega a cero. Indicadores de la viabilidad de los proyectos Los resultados siguientes del cálculo del valor neto actual indican si un proyecto es viable o no: •

La reintegración anual debe ser mayor que el flujo neto de efectivo.

•

El valor neto actual al finalizar la vida de servicio debe ser positivo.

•

La tasa interna de ganancias debe ser superior a la tasa de descuento.

Al cambiar la magnitud de la inversión del capital, el ingreso anual, los costos de operación, la tasa de descuento, la tasa de interés y la vida de servicio, se puede hacer un análisis de sensibilidad. Este análisis de sensibilidad indica la fluctuación aceptable de los factores críticos para mantener el proyecto viable.

En muchos países en vías de desarrollo hay instituciones gubernamentales, no gubernamentales y del sector privado activas que apoyan el desarrollo de empresas a pequeña escala. Por lo general, ofrecen ayuda para la preparación del plan de trabajo, la investigación del mercado o el desarrollo del producto. Con frecuencia pueden ofrecer préstamos o hacer donaciones para iniciar el negocio. Estas instituciones tienen mucha experiencia dentro del sector productivo tradicional. Podrían dudar en apoyar actividades de gestión o reciclaje de desechos, debido a una falta de experiencia y conocimiento. Por lo tanto es importante señalar que la producción de productos intermediarios o finales a partir de los desechos (materia prima secundaria) tiene mucha similitud con el procesamiento de minerales y otros recursos naturales (materia prima primaria). Entonces, se justificaría un apoyo semejante al que reciben las actividades tradicionales.

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A - 13

Referencias y mayor información: •

Haan, Ch., A. Coad, I. Lardinois; Municipal solid waste management: Involving micro- and small enterprises; EDA/DEZA(SDC), WASTE, GTZ, ILO, SKAT, 1998 ISBN 92-9049-365-8

•

Vogler, J.; Work from Waste; IT-Publications, 1983 ISBN 0-903031-79-5

•

Whiby, G.; Glassware Manufacture for Developing Countries; IT-Publications, 1983

•

Marshall, Ken; Package Deals; IT-Publication, 1983 ISBN 0-903031-86-8

•

Lardinois, I., A. van de Klundert; Plastic Waste – Options for small-scale resource recovery; TOOL, 1995 ISBN 90-70857-34-0

•

Ahmed, R., I. Lardinois, A.van de Klundert; Rubber Waste – Options for small-scale resource recovery; TOOL, 1996 ISBN 90-70857-35-9

•

Nickel, W.; Recycling Handbuch; VDI Verlag, 1996 ISBN 3-18-401386-3

•

Menges, G., W. Michaeli, M. Bittner; Recycling von Kunststoffen; Carl Hanser Verlag, 1992 ISBN 3-446-16437-5

Direcciones electrónicas: • • •

www.wrf.org.uk (World Resource Foundation) www.recyclers-info.com (Recyclers Info Germany) www.waste.nl (Waste Consultants, Netherland)

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Reciclaje de residuos de plástico a pequeña escala Autor: Dr.-Ing. Heinrich Vest

Información Técnica W14e

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Introducción Los materiales y artículos siempre se han reciclado, particularmente cuando el producto fue raro o difícil de producir y, por lo tanto, costoso. En el pasado, los motivos principales para el reciclado fueron económicos. Hoy en día, los motivos ecológicos son más importantes. Debido a que varias secuencias de procesos, cuando se producen nuevos productos, pueden ahorrarse a través del reciclaje, es posible reducir la materia prima y el consumo de energía, así como los contaminantes y residuos. La mayoría de los plásticos se producen a partir del petróleo. Debido a que el precio del petróleo fue relativamente bajo durante mucho tiempo, los productos elaborados a partir de plásticos fueron y aún son muy baratos. Especialmente en los países desarrollados, pero incluso en los países en desarrollo, el mercado local se encuentra inundado de artículos de plástico. Debido a que el plástico fue tan barato, nadie pensó en el reciclaje y el re-uso por mucho tiempo. Mientras tanto, los desechos de plástico se han convertido en un fastidio y también en un peligro ambiental. La incapacidad del plástico para degradarse y descomponerse de manera natural, hizo los desechos de plástico eternamente perdurables. Actualmente, incluso en medio de la selva o en sabanas remotas pueden descubrirse contenedores, bolsas o juguetes de plástico. En los países desarrollados y en vías de desarrollo, el reciclaje de plásticos se ha vuelto necesario para poder manejar los volúmenes crecientes de desechos. Aunque todavía no muy viable económicamente, el reciclaje de plásticos se realiza en estos países sólo por razones ambientales. En los países en desarrollo, se descubrió que los desechos de plástico pueden servir como una materia prima valiosa para la producción a pequeña escala y la generación de ingresos. Contrario al reciclaje tradicional de metales, orgánicos, papel y vidrio, los procesos para el reciclaje de plásticos de desecho son nuevos y comúnmente no muy conocidos. Consideraciones generales El valor de los desechos como recurso secundario depende de su pureza y composición. Normalmente, se requiere solo un tipo de material para el procesamiento ulterior. Debido a que existe un gran número de diferentes plásticos en uso, separándolos en los distintos componentes de material origina muchos problemas. En los países industrializados en donde se generan grandes volúmenes de desechos de plástico, la clasificación automática de plásticos es muy complicada y no satisfactoria hasta ahora. Esta es básicamente la razón por la que estos países están intentando desarrollar técnicas (pirolisis, hidratación,

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gasificación, etc.) para separar los desechos de plástico mezclados nuevamente en sus componentes y materias primas originales. Varios experimentos y proyectos de investigación han comprobado, que la clasificación de desechos domésticos produce material de alta calidad, cuando se separa a mano. La capacidad del ojo humano a distinguir entre los diferentes materiales es todavía superior a las máquinas. En los países industrializados, en donde la mano de obra es muy costosa, la clasificación a mano no es una solución; es una tarea para las máquinas. Sin embargo, los costos de mano de obra en los países en desarrollo son aún bajos, lo que aboga por el reciclaje de plásticos usados en aquellos países. Las más adecuadas para la clasificación y el reciclaje de plásticos en los países en desarrollo son aquellas tecnologías que aprovechan extensamente la ventaja (comparativa) de la mano de obra barata. La materia prima secundaria obtenida mediante la separación a para producir productos reciclados de alta calidad a través de la industria a pequeña y mediana escala. Reciclaje de termoplásticos Los termoplásticos (polímeros no entrelazados) en particular, son fáciles de reciclar con tecnologías sencillas. A diferencia de los duroplásticos y elastómeros, se funden nuevamente cuando se calientan. Debido a que las temperaturas de derretimiento de los distintos plásticos son diferentes, se requieren plásticos clasificados de un tipo con propiedades de fusión similares para obtener una fundición homogénea. El polietileno (PE) y polipropileno (PP) pueden utilizarse en una mezcla, ya que presentan características de fusión similares. Por otro lado, el cloruro polivinílico (PVC), otro termoplástico común, no puede utilizarse en combinación con PE o PP, particularmente por sus propiedades de material y fusión distintas. Estos materiales necesitan ser separados. Debido a que la mayor parte de todos los desechos de plástico de los hogares consisten en PE, PP y PVC que puede ser reciclado con tecnologías sencillas, las operaciones iniciales de reciclaje de plásticos en los países en desarrollo deberían utilizar principalmente estos materiales. A continuación se presenta una técnica para el procesamiento de desechos de PE/PP en los países en desarrollo. La Figura 1 muestra un esquema de operaciones de un proceso sencillo del reciclaje de plásticos.

B-3

Clasificación de plásticos Después de haber recibido los desechos de los recolectores, debe llevarse a cabo una intensa separación manual con personal capacitado. La mayor parte de todos los desechos de plástico domésticos consiste en: •

artículos de HDPE formado mediante sopladura (PE de alta densidad);

•

artículos de HDPE, PS (poliestirol) y PVC moldeados por inyección;

•

tubos o perfiles extraídos de PVC, PE y PP.

•

Llamado plástico “duro”, y

•

láminas de película de LDPE (PE de baja densidad), PP y algunos PVC.

Un primer intento para separar los materiales, puede hacerse visual- y manualmente. Debido a que muchos polímeros diferentes tienen un aspecto idéntico, se requieren habilidades considerables para notar la diferencia. Las siguientes características pueden ser útiles para distinguir entre los materiales: LDPE

Suave, flexible; fácilmente termosellable; sólo transparente cuando muy delgado; secciones gruesas tienen un color blanco turbio (o de color).

HDPE

Duro, más rígido que LDPE; incluso las películas delgadas son turbias (o de color).

PVC duro

Duro y resistente, casi siempre de color; emitiendo un olor a ácido clórico cuando se quema

PVC

Suave, flexible, más bien frágil; puede ser altamente transparente;

plastificado

fácil de unir con textiles, metales, etc.

Si el plástico está sucio, necesita limpiarse. Los pasos de limpieza principales son los siguientes: •

drenaje de los fluidos restantes de contenedores en barriles de recogida preparados;

•

limpieza superficial de contenedores de plástico y otras piezas de plástico;

•

eliminación de etiquetas de papel, plástico o metal;

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•

lavado intenso en agua fría o caliente agregando detergentes o soda cáustica.

Residuos de plástico

Recolección

Separación manual

Molienda

1. Separación con medios densos

Tamiz

2. Separación con medios densos

Aguas residuales

Deshidratación

Residuos sólidos

(Granulación)

Peletización

Trozos de fabricación

Terminazión

Producto final

Figura 1:

Proceso de reciclaje de plásticos

Las bolsas de películas, sacos y laminados tienen que limpiarse concienzudamente. Debido a que la película tiene un área grande comparado con su peso, puede llevar más suciedad, etiquetas adhesivas o cinta que los desechos duros (sólidos). Si las bolsas y los sacos se procesan, los residuos del contenido

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anterior pueden encontrarse aún dentro. Estas impurezas deben eliminarse, lo que es, evidentemente, un proceso tardado y costoso. El PE/PP duro puede separarse fácilmente del PVC mediante una separación de medios densos en agua. Mientras que PE con una densidad de aproximadamente 900 kg/m3 flota en el agua, PVC (y la mayoría de los otros plásticos) con una densidad de aproximadamente 1.300 kg/m3 se hunde. Si se separa el LDPE (densidad de 0.91-0.92) del HDPE (densidad de 0.96), se obtiene un medio denso adecuado (densidad de 0.93-0.94) al mezclar agua y alcohol (densidad: 0.79). En caso de que PP forme parte de la mezcla también, una separación de PP y LDPE mediante la separación con medios densos no es muy segura, porque sus densidades pueden ser muy similares. Para facilitar la separación de los diferentes componentes, o para abrir los contenedores cortándolos para liberar posibles contenidos de aire, se requiere una operación trituradora antes de la separación con medios densos. Para mejorar el proceso de clasificación, se recomienda aplicar una doble separación con medios densos con un paso de trituración fina entre ellos. Pulverización La pulverización de plástico duro se realiza en un pulverizador/granulador, triturador o molino de corte. Debido a las diferentes propiedades físicas de los plásticos, existe una variedad de modelos ligeramente modificados que se encuentran en uso. La Figura 2 muestra un pulverizador tipo estándar (granulador) para el plástico duro. Molino de corte (granulador) 1) Caja del molino 2) Rotor de corte 3) Cuchilla de corte 4) Cuchilla del estator 5) Enrejado de descarga 6) Canal de alimentación

Figura 2:

Pulverizador / granulador para plástico duro

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Después de la pulverización y separación, el producto debe secarse. Más tarde, se alimenta, ya sea directamente o después de haber aplicado un paso de peletización, en un extrusor para producir el producto final. Aglomeración Los desechos de láminas de películas limpias se procesan en un aglomerador, el cual consiste en un tambor vertical con un juego de cuchillas en el fondo que se están moviendo con gran rapidez (véase la Figura 3). El aglomerador desmenuza las láminas en copos delgados de película. Debido a la energía de corte y fricción del proceso, los copos se calientan hasta que comiencen a fundirse y formar migajas o aglomerado. Esto aumentará la densidad a granel del material que ahora se encuentra listo para alimentarse directamente en el extrusor para el moldeo por inyección, la formación por sopladura o la sopladura de película.

Figura 3:

Aglomerador para láminas de películas de plástico

Peletización Para muchos propósitos se recomienda convertir las hojuelas o aglomerado de plástico en pelets antes del procesamiento ulterior. Durante la formación de pelets (re-fundición en un extrusor y producción de “espaguetis” que se cortan posteriormente en pelets, Figura 4), el plástico reciclado puede homogenizarse, mezclarse, desgasificarse, colorearse o estabilizarse.

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Figura 4:

Peletizadora

Entre el extrusor y la herramienta de extrusión, se instalan tamices para eliminar impurezas sólidas mayores. Esto es importante porque los problemas originados por impurezas sólidas pueden ser muy serios cuando se extruyen productos de pared delgada como láminas o bolsas. Los productos de pared gruesa extruídos como tubos de agua o perfiles son normalmente menos sensibles a las impurezas encerradas. Extrusión de tubería o perfiles Hojuelas, aglomerado o pelets de PE y PVC reciclado pueden utilizarse para producir tubería o perfiles. Debido a que el material reciclado nunca es homogéneo, es necesario realizar un análisis para determinar la mezcla correcta (p.ej., de LDPE y HDPE) para lograr un producto con las propiedades físicas deseadas. La tubería o los perfiles se extruyen continuamente. El plástico se funde en el extrusor y se empuja a través de la herramienta de extrusión. Para conservar la forma deseada hasta que se haya solidificado el plástico, se utilizan herramientas de calibración enfriadas con agua. Finalmente, la tubería o los perfiles se cortan a la longitud deseada o se enrollan (tubos). Debido a que esta tecnología es bastante sencilla y fácil de controlar, es una opción para la producción a pequeña escala de productos finales en los países en desarrollo. La Figura 5 muestra la disposición general de una planta de extrusión de tubería.

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Obs:

1) Motor de acoplamiento de corriente parásita; 2) Caja de engranajes helicoidales; 3) Extrusor; 4) Soplador; 5) Cabeza del extrusor y cuño de tubo; 6) Cámara de vacío; 7) Tanque de enfriamiento de agua; 8) Bomba de vacío; 9) Arrastre; 10) Enrollador; 11) Unidad lateral; 12) Compresor; 14) Panel de control

uraFig. 5:

Disposición de planta de extrusión de tubería

Moldeo por inyección Para el moldeo por inyección se funden pellas, hojuelas o aglomerado en un extrusor. El plástico fundido se almacena medianamente en una cámara de provisión en la parte delantera del extrusor. En ciertos intervalos, el material fundido se inyecta en un molde. Después de la solidificación, el artículo producido se extrae del molde. Mientras tanto, una nueva provisión de plástico fundido se ha formado, lista para la siguiente inyección. Para operar este proceso, se requieren extensos mecanismos de control. Por lo tanto, las máquinas de moldeo por inyección que operan de forma automática son sofisticadas y costosas. Para el uso a pequeña escala en los países en desarrollo, se han fabricado máquinas de moldeo por inyección de operación manual, por ejemplo, en la India y en Egipto. La Figura 6 muestra una máquina de moldeo por inyección de operación manual sencilla. En este tipo de dispositivo pueden producirse artículos moldeados por inyección de hasta 50 g. Un solo trabajador es capaz de producir hasta 150 piezas en una hora.

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Figura 6:

Máquina de moldeo por inyección de operación manual

Aspectos ecológicos del reciclaje de plásticos en PyMEs1 en los países en desarrollo Similar a otras actividades del sector productivo, el reciclaje de plásticos genera residuos y puede contaminar el medio ambiente. Es necesario ofrecer soluciones apropiadas que pueden aplicarse realmente en SME de los países en desarrollo. Cabe mencionar las siguientes áreas críticas y medidas requeridas para la protección del medio ambiente: Residuos de recolección: •

contenedores de depósito para material no deseado llevado por los recolectores de desechos;

•

barriles de recolección para fluidos restantes de contenedores de plástico entregados;

•

contenedores de depósito para piezas descartadas de la separación manual o de separaciones con medios densos.

1 PyME: Pequeña y Mediana Empresa

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Tratamiento de aguas residuales: •

pre-tratamiento de aguas residuales generadas (agua superficial, agua de lavado, agua contaminada de la separación de medios densos) mediante filtración, sedimentación, separación de aceite y neutralización.

Filtración de gases de escape: •

colección y filtración de gases de escape de los molinos, la sección de secado y las emanaciones desgasificantez durante la extrusión.

Los residuos, polvos volátiles y las aguas residuales deben introducirse en el sistema de administración de desechos común de una manera metódica.

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Referencias y mayor información: •

Vogler, J.; Work from Waste; IT-Publications, 1983 ISBN 0-903031-79-5

•

Lardinois, I., A. van de Klundert; Plastic Waste - Options for small scale resource recovery; TOOL, 1995 ISBN 90-70857-34-0

•

Nickel, W.; Recycling Handbuch; VDI Verlag, 1996 ISBN 3-18-401386-3

•

Menges, G., W. Michaeli, M. Bittner; Recycling von Kunststoffen; Carl Hanser Verlag, 1992 ISBN 3-446-16437-5

Direcciones de Internet: • • •

www.wrf.org.uk (Fundación de Recursos Mundiales) www.recyclers-info.com (Información sobre Recicladores en Alemania) www.waste.nl (Asesores en Desechos, Países Bajos)

Productores hindúes de máquinas de reciclaje a pequeña escala: • • • • • • •

http://web1.mtnl.in/-himalaya (Himalaya Manufacturing Corporation, Mumbai) www.dgpwindsor.com (DGP Windsor India Ltd, Mumbai) plastic@vsnl.com (Boolani Engineering Cor., Mumbai) www.kolsite.com (Kabra Extrusionstechnik Ltd, Mumbai) www.pimcomachine.com (PIMCO Machines Private Ltd, Mumbai) info@gloplast.com (Glow Industries, Mumbai) www.aipma.org (Asociación de Fabricantes de Plásticos de la India)

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Aspectos ambientales del reciclaje de papel de desecho Autor: Dr.-Ing. Heinrich Vest

Información Técnica W14e

C-1

Introducción Hoy día, la producción y el uso de papel reciclado se encuentran bien establecidos y ampliamente aceptados. Las tecnologías necesarias están disponibles y es posible producir todo tipo y cualquier calidad de papel mediante papel de desecho como materia prima. El reciclaje de papel de desecho presenta varias ventajas ambientales: •

ahorra recursos naturales como madera, energía y agua fresca

minimiza la contaminación del agua y ahorra espacio en basureros y capacidad de incineradores. El papel reciclado puede utilizarse para los mismos propósitos que el papel de fuentes primarias. No hay indicios de que el papel reciclado sea nocivo para los seres humanos debido a una contaminación por: •

•

gérmenes y patógenos;

•

sustancias químicas, p.ej., formaldehído;

•

dioxinas y furanos;

•

metales pesados , p.ej., plomo.

El lodo de alcantarillas destitado es el desecho de categoría normal que puede ser rellenado o incinerado junto con los desechos sólidos municipales. Breve introducción a la manufactura del papel La materia prima básica para la producción de cualquier tipo de papel, es la fibra celulósica vegetal. Estas fibras se encuentran en las paredes celulares de todas las plantas. La celulosa comprende aproximadamente un 40 – 50 por ciento del peso seco de plantas de madera así como plantas que no son de madera. Las fibras de celulosa se unen mediante lignina. Existe una gran variedad de materias primas disponibles para la producción de papel, p.ej., hojas, cáscaras de arroz, corteza, bambú, pasto, madera, lino, paja, hojas de plátano, etc. Además de estas materias primas principales, también puede utilizarse el papel de desecho y trapos viejos. Los fabricantes de papel industrializados utilizan madera como fuente principal de fibras celulósicas. El primer paso en la fabricación del papel es la elaboración de pulpa en donde las fibras celulósicas se separan del material adhesivo, la lignina. Existen básicamente dos métodos para convertir la materia prima fibrosa en pulpa: la elaboración mecánica de pulpa y la química (o una mezcla de ambos). La mecánica se utiliza principalmente para maderas coníferas (madera blanda). Alcanza un rendimiento más alto que la pulpa pura. El producto se denomina pasta de madera y se utiliza para papel de menor calidad.

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El método de elaboración química de pulpa disuelve la lignina adhesiva mediante una reacción química y separa las fibras celulósicas con un mínimo de degradación. El método químico puede ser, ya sea un procedimiento basado en sulfato o sulfito. El licor de desechos de sulfato o sulfito (licor negro) junto con el residuo líquido del paso de blanqueo subsiguiente son las fuentes principales de contaminación del agua originada por la manufactura de papel. Debido al método de separación más suave, las fibras de la absorción química retienen la mayor parte de su fuerza intrínseca característica. La pasta Kraft obtenida se utiliza, por lo tanto, para producir papel de alta calidad. Para eliminar impurezas restantes de la pasta y para aumentar el brillo del papel final, se utilizan diferentes procesos de blanqueo. Estos pueden dividirse en dos grupos principales – Los métodos de blanqueo con cloro y los métodos de blanqueo sin cloro. Los métodos de blanqueo con cloro utilizan cloro elemental así como compuestos que contienen cloro, mientras que los procesos de blanqueo sin cloro utilizan sustancias químicas como peróxido de hidrógeno, oxígeno elemental, ozono, hiposulfito, etc. El proceso de blanqueo comprende normalmente varios pasos con un lavado intermedio de la pasta. Esto genera un consumo elevado de agua y debido a las sustancias químicas involucradas, una mayor cantidad de residuo líquido contaminado. La transformación de la pasta en papel o cartón se realiza a través de cuatro operaciones principales: formación y drenaje, satinaje, secado y bobinado, arrollamiento y extensión en pliegos. Durante la formación y el drenaje, la suspensión de fibra y agua se distribuye sobre una tela metálica de modo que el agua se drene a través de la malla y se retenga una hoja de papel mojada. Los papeles elaborados por máquina, se forman continuamente en un alambre en movimiento. Antes del tambaleo, es necesario reducir el contenido de agua del papel fresco. La prensa requerida comprende dos rodillos que giran en contacto, con presión aplicada entre ellos. Después de la compresión, el papel aún contiene un 50 a 60% de humedad, de la cual parte debe eliminarse antes del bobinado. El método de secado más común utiliza cilindros rotatorios de hierro fundido, que se calientan con vapor desde el interior. El secado se realiza generalmente en varios de estos cilindros. Después del secado, el papel se tambalea para obtener el acabado subsiguiente. Las superficies lisas se obtienen al pasar el papel por rodillos de Callender. Debido a los diferentes tipos de papel y los requerimientos de calidad respectivos, el proceso básico descrito se modifica de distintas maneras, generando una gran variedad de productos de papel conocidos en la vida moderna. Tecnologías de reciclaje de papel de desecho La fibra celulósica tiene la propiedad especial de formar enlaces de fibra a fibra a través de un intercambio de iones de hidrógeno cuando se elimina el agua. Como resultado se logra la estabilidad y resistencia del papel. Este proceso es reversible. Al agregar agua, se reduce la resistencia de la adhesión de la fibra. C-3

Debido a que las fibras en el papel de desecho ya han sido previamente tratadas, el enlodado o desfibrado, con una cantidad mínima de corte, es todo lo que se necesita en la preparación de la pulpa del papel de desecho. Es sustancial elegir un equipo y procedimientos que minimizan el encogimiento de la fibra y producen tan poco deterioro a la fibra como sea posible. Sin embargo, cierta pérdida de calidad debe considerarse cuando se está reprocesando el material fibroso. Dependiendo de la calidad y limpieza del papel de desecho, aproximadamente un 75 a 95% del mismo puede convertirse en nuevos productos de papel. Además del material fibroso, el papel de desecho lleva diferentes impurezas en la pasta, de las cuales la más importante es la tinta. Si la tinta no se elimina, el papel reciclado final presenta un color pardusco o grisáceo. Por lo tanto, los procesos de reciclaje de papel modernos incluyen pasos de destintado que eliminan un máximo de un 70% de la tinta. Se utilizan dos tipos de procesos de destintado: el de lavado y el de flotación. Este último es el más común en Europa ya que se reduce a un mínimo la cantidad de aguas residuales contaminadas y las pérdidas de material fibroso. Durante el lavado o la flotación, también se elimina la mayor parte de los materiales de relleno. Otras impurezas en las pastas de papel de desecho son cuerdas de alambres, trapos, plásticos o material pesado como alfileres, astillas, pedazos de metal, piedras y suciedad, etc. Estos se eliminan mediante ciertos dispositivos como los deragger robes, norias elevadoras o tamices. Más serios son los residuos que se adhieren a la fibra misma como esmalte, recubrimientos o pegamento. Estos pueden, más adelante, interferir con los procesos de impresión sofisticados de papeles de alta calidad. Para incrementar el brillo, la pasta de papel de desecho, también se blanquea, pero solamente mediante tecnologías libres de cloro. Los pasos ulteriores para obtener el papel final siguen la misma línea de proceso que la pasta a partir de fuentes primarias. Impactos ambientales de la manufactura de papel a partir de fuentes primarias y secundarias Para evaluar los impactos ambientales de la producción y el consumo de papel, varios aspectos son importantes. Las cifras que se proporcionan en este capítulo fueron extraídas de una publicación de la Oficina Federal Alemana del Medio Ambiente /1/: ¾ Consumo de madera La cantidad de madera que se necesita como materia prima para la manufactura de papel depende del tipo de madera, la tecnología aplicada y los requerimientos de calidad para fibras y papel. La producción de pasta de madera en general consumo menos madera (1.02 a 1.12 t de madera por t de papel) que la producción de pasta Kraft (1.65 a 2.25 t de madera por t de papel). La producción de papel reciclado a partir de un 100 % de papel de desecho C-4

no requiere madera. Los impactos ambientales del uso extenso de madera debido a un creciente consumo de papel dependen de muchos factores (p.ej. la explotación de bosques naturales, la expansión de monocultivos, la disponibilidad de residuos de madera de la producción de madera de construcción y muebles, la sustentabilidad de la selvicultura, etc.). Debido a que los métodos sostenibles de la selvicultura no son comunes en todos lados, el creciente consumo de papel genera la deforestación y efectos negativos relacionados al medio ambiente. ¾ Uso de energía Cuando se considera el consumo de energía para la manufactura de papel, es importante realizar un ‘análisis del ciclo de vida’, que comprende todos los pasos de la producción y utilización de papel (p.ej., la producción de madera, manufactura de papel, transporte de madera y papel, aprovechamiento de papel, etc.). Para los tres tipos principales de papel (pasta de madera, pasta Kraft, pasta de papel de desecho), está proporcionada la energía requerida para la producción de una tonelada de papel (Tabla 1). Tabla 1:

Energía requerida para la producción

Pasta de madera Pasta Kraft Pasta de papel de desecho

Producción de papel 30-37 GJ/t

Sólo producción de pasta 15-25 GJ/t

35-54 GJ/t

26-45 GJ/t

13-17 GJ/t

5 GJ/t

Tomando en consideración que el uso de energía tiene mucha influencia en el consumo de los recursos naturales (carbón, petróleo y gas), la generación de contaminantes del aire (partículas, SO2, NOX, gases de invernadero) y el consumo de agua, se recomienda una reducción del equilibrio de energía global para la manufactura de papel. ¾ - Demanda de agua fresca Dependiendo de la tecnología aplicada para la producción de pasta Kraft o de madera, el consumo de agua fresca varía en gran medida. Mientras que las tecnologías anteriores consumen hasta 400 mq de agua por tonelada de papel, los procesos modernos con circuitos de agua más o menos cerrados requieren solamente 20 a 50 m3 de agua por tonelada de

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papel. En comparación, con aproximadamente 5 m3 de agua por tonelada de papel, la producción de papel reciclado requiere la cantidad más reducida de agua fresca. ¾ - Cantidad y contaminación de aguas residuales El uso de grandes cantidades de agua fresca durante la producción de papel, genera grandes cantidades de aguas residuales con una gran variedad de contaminantes. Los pasos del proceso de eliminar la corteza de la madera, la separación de las sustancias adhesivas como la lignina, la eliminación de tinta y otras impurezas de la pasta del papel de desecho, y el blanqueo de la pasta de tanto fuentes primarias como secundarias son relevantes para la generación de las aguas residuales. Se reconocen diez contaminantes diferentes de las aguas residuales de molinos de papel que son considerados peligrosos bajo la ley ambiental de Alemania. Los más importantes son los compuestos de cloro orgánico que provienen de los procesos de blanqueo con cloro (p.ej., cloroformo, tetracloroetano, clorobenceno, clorofenol, ácido cloroacético, dioxinas y furanos, bifenileno post-clorado). Con frecuencia, éstos son altamente tóxicos, estables durante períodos largos y se acumulan en la biomasa. Debido a que es bastante complicado medir y controlar los compuestos individuales que contaminan las aguas residuales de los molinos de papel, se utilizan ciertos factores aritméticos para describir la contaminación del agua: a) Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) El factor DBO describe la cantidad de oxígeno disuelto en agua que es necesaria para degradar los contaminantes orgánicos. Normalmente, se utiliza el factor DOB5. Este factor proporciona la cantidad de oxígeno en mg/l lo que las bacterias y otros microorganismos requieren en cinco días para descomponer los orgánicos contaminantes. DOB5 es una medida para contaminantes fácilmente biodegradables. b) Demanda Químico de Oxígeno (DQO) El factor DQO describe la cantidad de oxígeno disuelto en agua que se requiere para la oxidación y degradación completa de todos los contaminantes. Este factor también toma en cuenta aquellas sustancias que no son fácilmente biodegradables y que, por ende, pueden entrar en recursos acuáticos naturales y generar problemas cuando se extrae agua potable desde los depósitos de agua superficial. c) Haluro orgánico absorbible (AOX) El factor AOX describe la cantidad de compuestos orgánicos en aguas residuales que contienen por lo menos un átomo de halógeno y que son absorbibles en carbono activado. C-6

Estas sustancias se consideran peligrosas debido a su toxicidad, el largo tiempo de retención y la capacidad de acumularse en la biomasa. El factor AOX es apropiado para describir la contaminación de agua a través de sustancias que son más relevantes para el medio ambiente. Durante los últimos años, la industria de manufactura de papel ha invertido muchos esfuerzos en plantas de tratamiento de aguas residuales para cumplir con los requerimientos de la legislación ambiental. Dependiendo del tipo y la antigüedad de la tecnología, la eficacia del tratamiento de aguas residuales y el tipo de material de preparación de pulpa, los factores de contaminación respectivos varían en gran medida. La Tabla 2 indica que la contaminación de las aguas residuales depende altamente del tipo de preparación de pulpa y blanqueo. La producción de pasta a partir de papel de desecho muestra factores de contaminación muy bajos en comparación con los otros procesos. ¾ Influencia en la generación de desechos sólidos municipales El papel de desecho es un componente principal de los desechos sólidos municipales. Si no es reciclado, debe descargarse en basureros o incinerarse junto con las otras fracciones de desechos. Esto ocupará espacio en basureros y capacidad de las incineradoras de desechos sólidos municipales. A pesar de que el papel de desecho no se considera peligroso, creará contaminación del aire cuando se incinera o contribuirá a la producción de filtrados y gas de metano durante el proceso de digestión anaeróbica en los basureros. Tabla 2:

Contaminación de aguas residuales conforme a los diferentes tipos de tecnologías de producción de papel Pasta Kraft

Factor

Prep. de pulpa de sulfito

Prep. de pulpa de sulfato

Pasta de madera

Pasta de papel de desecho

Blanqueo convenciona l

Blanqueo sin cloro

Blanqueo convenciona l

Blanqueo sin cloro

DBO5 (kg/t)

26 – 81

2 – 25

20 – 30

1–8

2 – 50

0.1 – 1.5

DQO (kg/t)

70 – 290

20 – 35

72 – 120

22 – 65

3 – 90

0.8 – 5

AOX (kg/t)

3.7 - 7

3.7 - 10

0.22 – 1.2

< 0.02

0.012 – 0.2

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En muchos países, el reciclaje de papel de desecho ya tiene una larga tradición y se encuentra apoyado por una estructura bien establecida de recogida y procesamiento. En Alemania, aproximadamente un 50% de la materia prima para la producción de papel, es papel de desecho. Esto ahorra mucho espacio en basureros e incineradoras. Si el reciclaje de papel no hubiera ocurrido, se debería haber instalado 50 basureros mayores adicionales, o 29 incineradoras adicionales en los últimos 40 años para manejar la gran cantidad de papel de desecho. A pesar de que la incineración de papel genera energía, la energía ahorrada por el uso de papel de desecho como material prima para la producción de pasta es mayor. Durante el proceso de preparación de pulpa, se generan residuos sólidos. Esto aplica para la pasta producida a partir de materias primas primarias y secundarias. Los residuos típicos de la preparación de pulpa de materia prima primaria como madera son corteza, lodo de la operación de lavado y ceniza de la generación de energía o sustancias químicas. Durante la preparación de pulpa del papel de desecho, los residuos principales se originan de la clasificación del papel, la eliminación de impurezas de la pasta y el proceso de destintado. En promedio, 0.19 m3 de residuo sólido se genera por tonelada de papel reciclado, mientras que la producción de papel a partir de fuentes primarias produce 0.08 a 0.16 m3 de desechos sólidos por tonelada. Estos residuos deben descargarse en basureros. Algunas partes pueden utilizarse también como combustible de incineradoras para la producción de energía. Uso de papel reciclado Desde un principio, han surgido dudas y objeciones con respecto al uso de papel reciclado. Algunos críticos tuvieron dudas acerca de la aceptación del papel reciclado por el consumidor debido a su color grisáceo de poca calidad. Otros temieron que el papel reciclado dañara las copiadoras e impresoras modernas, o creyeron que el uso del papel reciclado fuera dañino para la salud. Después de muchos años de experiencia con el uso de papel reciclado, ninguna de estas objeciones se ha comprobado. ¾ Papel reciclado para oficinas e impresoras En 1981, La Oficina Ambiental Federal de Alemania, mandó a hacer un estudio para analizar la aplicabilidad del papel reciclado en los usos de oficinas modernas. Estas pruebas demostraron que no hubo diferencias significativas entre el papel de fuentes primarias y el papel reciclado con respecto a su uso como papel para escribir, copiar o imprimir. De forma similar al papel de fuentes primarias, las diferencias de calidad entre los papeles reciclados dependían más de la selección de la materia prima (calidad del papel de desecho), el proceso de producción (preparación de pulpa, lavado, blanqueo), los aditivos (relleno) y el acabado (recubrimiento, vidriado). Se reportaron solamente pocos problemas con el uso del papel reciclado para las impresiones de muy alta calidad. Para estos procesos de impresión especial, partículas restantes muy pequeñas de pegamento, esmalte o sintéticos (los llamados fundidos en caliente) han afectado la calidad de la impresión. C-8

¾ Riesgos para la salud debido al uso de papel reciclado Algunas veces, el papel de desecho se contamina durante su uso y puede contener gérmenes y patógenos que pueden originar enfermedades. Por lo tanto, ha habido temores de que el papel reciclado podría ser higiénicamente inconveniente. Sin embargo, durante el proceso de producción del papel reciclado, el papel se somete a pasos de proceso en los que se calienta a temperaturas altas (p.ej., paso de secado) y, por lo tanto, se esteriliza prácticamente. Investigaciones realizadas en Alemania, comprobaron que el papel reciclado es higiénicamente aceptable, incluso para el empaque de alimentos. En 1990, hubo ciertos rumores de que el papel reciclado contenía una cantidad más grande de formaldehído que se desgasifica durante el uso. El formaldehído puede provenir de calidades especiales de papel y cartón, en donde se utiliza durante el proceso de producción. Sin embargo, debido a que estos papeles son muy poco comunes en Alemania, (la situación puede ser diferente en otros países) y se mezcla con otros papeles libres de formaldehído durante el proceso de reciclaje, el formaldehído es difícil de rastrear en el papel reciclado. Su contenido se encuentra por debajo de cualquier límite establecido por la legislación ambiental. Lo que parece más severo es la contaminación del papel por dioxinas y furanos. Durante el blanqueo con cloro, se forman varios compuestos de cloro, entre ellos dioxinas y furanos. Además del blanqueo, las dioxinas en el papel también pueden originarse de sustancias químicas para conservar la madera o ciertos colores de imprenta. Las investigaciones comprobaron que algunos papeles blanqueados con cloro contienen 30 a 50 ng TE/kg de dioxinas y furanos (TE = equivalente de toxicidad). Por otro lado, el papel blanqueado sin cloro contiene con frecuencia sólo < 1 ngTE/kg. Durante el reciclaje del papel, se mezclan papel blanqueado con cloro y papel blanqueado sin cloro. Debido a que el blanqueo con cloro aplicado durante la producción del papel reciclado, la cantidad tomada de dioxinas del papel blanqueado con cloro se diluirá mediante los otros papeles más o menos libres de dioxina. En la actualidad, esto produce un contenido de dioxinas de aproximadamente 3-4 ng TE/kg para el papel reciclado estándar, una cifra mucho inferior a cualquier límite establecido por la legislación ambiental. Estas cifras son el resultado de investigaciones y desarrollos y no siempre han sido así. El contenido de dioxina y furano en el papel reciclado ha disminuido constantemente durante los últimos años, ya que la industria del papel ha cambiado más y más, a procesos de blanqueo sin cloro. Al principio del reciclado de papel, se midieron en ocasiones 50 a 60 ng TE/kg en el papel reciclado. Cuando se realizaron investigaciones sobre las causas de la contaminación, se identificaron ciertas fuentes de dioxinas. Por ejemplo, el papel carbón se identificó como una fuente principal de cloroparafinas, y algunas cajas de cartón para frutas exóticas contenían cantidades moderadas de pentaclorofenol. En el caso de ambas

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sustancias, es posible que formen dioxinas y furanos durante el proceso de elaboración de papel. La situación en los países en vías de desarrollo, puede ser diferente a aquella en los países industrializados. Dependiendo de la etapa de desarrollo, la disponibilidad de tecnología y los recursos económicos, la industria de papel puede aún utilizar tecnologías de fabricación de papel más antiguas que se basan en los procesos de blanqueo con cloro. Adicionalmente, puede ser que el control ambiental con respecto al uso de ciertas sustancias químicas que contienen cloro (o dioxina) (herbicidas, fungicidas, químicos de protección de madera, impregnación de papel y cartón, etc.) no sea tan estricto. Por lo tanto, existen más posibilidades para la inclusión de dioxinas y furanos en la producción del papel reciclado. Sin embargo, los contenidos de dioxina y furano alrededor de 60 ng TE/kg no son peligrosos y cumplen con los estándares ambientales aceptados. Con respecto a la contaminación del papel reciclado, se han discutido los metales pesados, particularmente el plomo. Durante los procesos de imprenta anteriores que utilizaban letras de impresión de plomo, se depositaron trazas de plomo junto con la tinta. Existía el temor de que durante el reciclaje, en particular del papel, el plomo podría acumularse en éste. Investigaciones han comprobado que el contenido de plomo de este tipo de papel reciclado nunca excedió un límite crítico. Al mismo tiempo se desarrolló la tecnología de destintado que elimina la mayor parte del plomo junto con la tinta. A pesar de que se enriqueció en los lodos de destintado, el plomo nunca ha sido un problema. La concentración de plomo también se encontraba por debajo de los límites de, por ejemplo, plomo permitido en el lodo de alcantarillas que es apropiado como fertilizante en terrenos para cultivo. Con la desaparición de antiguas tecnologías de imprenta, el “problema del metal pesado” desapareció también. Hoy en día, los lodos de destintado pueden descargarse en basureros normales o pueden incinerarse en incineradoras de desechos sólidos municipales normales, sin la necesidad de que se tomen precauciones especiales.

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Referencias e información adicional •

Tiedemann, A.; Umweltargumente zum Recyclingpapier; Umweltbundesamt, Berlin, 1992 mit Ergänzungen in 1996

•

Orten, H., et al; Deinking – Stand und Entwicklung; Wochenblatt für Papierfabrikation, Nr. 16, 1975

•

N. N.; Small-scale paper-making; Technical Memorandum No. 8, International Labour Office, Geneva

•

N. N.; Simple Papermaking Apro-Tech Bulletin, Series No. 19 Technonet Asia

•

Western, A.W.; Small-Scale Papermaking Intermediate Technology Industrial Services, Rugby UK, 1979

Referencias adicionales •

Nickel, W. (Hrsg); Recycling-Handbuch; VDI Verlag GmbH, Düsseldorf, 1996 ISBN 3-18-401386-3

•

J. Vogler; Work from Waste; Intermediate Technology Publications Ltd., London, 1983 ISBN 0-903031-79-5

Direcciones de Internet • www.wrf.org.uk (Fundación de Recursos Mundiales) • www.epa.gov (Oficina de Protección Ambiental Estadounidense) • www.recyclersinfo.com (Información de Recicladores de Alemania) • www.waste.nl (Asesores en desechos, Países Bajos) • www.bundesumweltamt.de (Oficina Ambiental Federal, Alemania) • www.ilo.org (Oficina del Trabajo Internacional) C - 11

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Reciclaje de neumáticos automotrices usados Autor: Dr.-Ing. Heinrich Vest

Información Técnica W14e

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Introducción La creciente cantidad de vehículos en las carreteras de naciones industrializadas y en desarrollo, genera millones de neumáticos usados cada año. Aunque el almacenamiento o tiradero de neumáticos no contamina al ambiente a causa de alguna emisión, su resistencia contra la descomposición de cualquier tipo, su enorme necesidad de espacio para almacenarlos así como el desperdicio de las materias primas si no se usan, y el riesgo de incendio cuando están apilados, los convierten en problema ambiental en muchos países. En especial, en los países industrializados, donde la mayor densidad de automóviles, el problema de ¿cómo? desechar los neumáticos automotrices usados se presentó mucho antes y a mayor escala, la industria y los centros de investigación han tratado de desarrollar conceptos para reciclar neumáticos durante los últimos años. Si bien se ha introducido una cantidad apreciable de conceptos y procesos, ninguno está listo para resolver por sí solo el problema. Dependiendo de las facilidades tecnológicas existentes, tal como de la legislación ambiental, la disponibilidad de presupuestos para las actividades ambientales y para concientizar al público, algunos de estos conceptos han tenido un éxito hasta cierto punto; sin embargo, todavía no se ve un gran avance. Como se dijo arriba, la aplicabilidad de ciertos conceptos de reciclaje de neumáticos depende del ambiente técnico, económico y social del respectivo país. Es muy complicado, y casi imposible, decidir desde fuera de un país, cuál de las tecnologías disponibles será la adecuada. En consecuencia, en este informe se presenta una perspectiva general sobre el estado del reciclaje en el mundo. Al juzgar las ventajas o desventajas que se describen, debería ser posible que alguien dentro de un país seleccione la solución adecuada. Composición y propiedades de los neumáticos automotrices Un neumático automotriz moderno, es un producto compuesto hasta por 34 partes distintas, cada una de las cuales puede ser un material compuesto a su vez. Aparte de las diferencias de diseño y tamaño, los neumáticos en general son un producto homogéneo con una composición promedio que se muestra en la Tabla 1 /2/. Debido a los altos contenidos de carbón e hidrógeno, los neumáticos tienen un poder calorífico de 28,000 a 31,000 kJ/kg, parecido al del carbón. La alta temperatura de ignición, de 400 °C, evita en el caso normal la ignición espontánea de neumáticos almacenados.

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Tabla1:

Composición de neumáticos /2/ Carbono Hidrógeno Óxido de zinc Azufre Hierro Aditivos

70 % 6% 1.2 % 1.3 % 13% 3.5%

- 75 % - 7% - 2.0 % - 1.7 % - 15 % - 5.0%

Durante la vulcanización, los polímeros del hule natural o sintético de los neumáticos reaccionan con el azufre. El hule que se forma con esta reacción irreversible, une a los diversos componentes de los neumáticos y les comunica la resistencia y elasticidad necesarias dentro de un amplio intervalo de temperaturas. Sin embargo, la irreversibilidad de este proceso causa grandes problemas al reciclar los neumáticos, al término de su vida útil. La cantidad de neumáticos viejos generados por una sociedad, depende de: •

la cantidad de vehículos en circulación;

•

la distancia promedio por vehículo y por año;

•

la duración (distancia máxima, millas) de los neumáticos.

Los neumáticos nuevos para automóviles de pasajeros pesan de 8 a 10 kg; los de camiones de servicio ligero (LDV, low-duty vehicles) de 25 a 30 kg, y los de camiones pesados de 60 a 75 kg. Tomando en cuenta que los neumáticos pierden aproximadamente el 15% de su peso cuando se usan, es posible calcular el tonelaje de los neumáticos viejos que se generan anualmente en un país. Lugares donde se generan neumáticos usados: •

en los deshuesaderos;

•

en los talleres de desecho de automóviles;

•

en los estacionamientos;

•

en los flotilleros;

•

en las tiendas de neumáticos;

•

en las estaciones de gasolina;

•

en los grandes almacenes;

•

en los hogares. D-3

Opciones de reciclaje para los neumáticos automotrices usados Muchos países con legislación ambiental citan, en su práctica de administración de desechos, a la llamada jerarquía de administración de desechos. Esta jerarquía establece prioridades en cuanto a decidir ¿qué hacer con artículos usados una vez que se convierten en desecho? En el caso de los neumáticos, el orden siguiente parece ser el preferible de acuerdo con los aspectos ambientales: Tabla 2:

Jerarquía de administración de desechos para neumáticos automotrices usados Reciclaje de material ¾ Reuso de neumáticos: - con recubrimientos; - en aplicaciones alternativas. ¾ Transformar en granos y bandas para diversos usos. ¾ Despolimerización: - por regeneración; - con microondas; - correfinación con petróleo crudo; - por pirólisis; - por hidrólisis. Recuperación de energía • Pirólisis: - incineración; - en plantas de recuperación de energía; - en hornos de cemento. Desecho Relleno sanitario •

En Alemania se recicla una cantidad estimada de un 44% de los neumáticos usados (incluyendo exportaciones de neumáticos usados); un 41% se convierte en energía y un 15% se desechan en rellenos, o se desconoce su paradero /2/. Reciclaje del material de los neumáticos automotrices usados ¾ Recubrimiento de neumáticos automotrices usados El recubrimiento de los neumáticos usados es la forma más preferible de usarlos. En este caso no sólo se reusa el artículo "neumático" en su función original, sino también se logra el ahorro máximo de materias primas y energía. En promedio sólo se necesita

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el 15% de petróleo crudo para producir un recubrimiento, en comparación con un neumático nuevo /2/ /3/. En consecuencia, el precio del neumático se reduce hasta el 45% /1/ /3/ sin pérdida alguna de calidad. Mientras que normalmente los neumáticos para vehículos de pasajeros se suelen recubrir una vez, los de camiones grandes se recubren dos veces, y los de aviones hasta siete veces /3/. En Alemania, el 12% de los vehículos de pasajeros, el 20% de los camiones de servicio ligero y el 48% de los camiones grandes recubre sus neumáticos /1/. El 90% de las líneas aéreas en el mundo usan neumáticos recubiertos /4/. Para seleccionar un neumático usado para el recubrimiento, hay que examinarlo con mucho cuidado. Ya en 1974, la American Society for Testing of Materials (ASTM) desarrolló una práctica recomendada para la inspección visual de neumáticos antes de recubrirlos /6/. En Alemania, los neumáticos con más de 6 años de duración y que se gastan disparejo no se recubren. La estructura interior se investiga con rayos x, métodos holográficos, cizallografía y las llamadas máquinas de uniformidad de neumático /1/ /4/. Sólo el 45% de los neumáticos usados pasan esta inspección y son aptos para recubrir. En principio, hay dos métodos para recubrir neumáticos usados: en caliente y en frío. En el caso de un recubrimiento en caliente, se coloca una banda no vulcanizada de huella (banda de rodadura) y una banda de pared lateral en el neumático, usando una hoja adhesiva intermedia. La huella y la pared en este caso se extruyen en forma simultánea sobre el neumático, mediante un complicado conjunto de máquinas. Después, el neumático se calienta bajo presión en las instalaciones adecuadas, dando al neumático su forma final. A una temperatura desde 125°C (parte interior) hasta 160°C (parte externa), se lleva a cabo el proceso de vulcanización y se combinan las capas nuevas con el neumático anterior en forma irreversible /1/. Durante el recubrimiento en frío sólo se renueva la huella del neumático. En este caso se agrega una banda de huella ya vulcanizada a un neumático preparado usando también una lámina intermedia adhesiva. El proceso de adhesión entre las partes anterior y nueva se lleva a cabo en un autoclave a la temperatura de 100-120°C. Contrario al recubrimiento en caliente, los daños menores del neumático no se pueden reparar con el recubrimiento en frío. De modo que sólo se pueden usar neumáticos sin daños y con desgaste simétrico en los recubrimientos en frío. Las descripciones anteriores de proceso indican que el recubrimiento en caliente se usa principalmente en la producción masiva de tipos normalizados de neumáticos, debido a los mayores costos de inversión y menor flexibilidad de cambio de tamaño y modelo. El

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revestimiento en frío se usa en producciones de pieza por pieza, o en series pequeñas, principalmente para recubrir neumáticos de camiones pesados. Debido a los ahorros de costo y energía, el recubrimiento de los neumáticos es interesante en todos los países en vías de desarrollo. Hay dos aspectos que podrían tener un impacto negativo sobre la producción y distribución de neumáticos recubiertos: La aceptación de los recubrimientos por los clientes. Las personas tienden a pensar que los recubrimientos tienen menor calidad en comparación con los neumáticos nuevos. Todas las investigaciones han demostrado que los neumáticos recubiertos con tecnología moderna, usando neumáticos usados de alta calidad, tienen la misma calidad y propiedades que los neumáticos recién fabricados. Si hubiera algún problema, por ejemplo, las aerolíneas no usarían neumáticos recubiertos en sus aviones. Los fabricantes alemanes de recubrimientos dan dos años de garantía en sus productos, y permiten conducir sus nuevos neumáticos hasta a 190 km/h /1/ /4/ (un fabricante permite hasta 210 km/h /2/. La disponibilidad de suficientes neumáticos usados de alta calidad. En los países donde los neumáticos son caros en comparación con el ingreso promedio, las personas desean usar un neumático hasta donde sea posible. Si además no hay reglamentos de seguridad o inspecciones periódicas por la policía u otras autoridades que aseguran que los neumáticos sólo trabajen hasta tener al menos un espesor mínimo del dibujo (en Alemania, al menos 1 mm), se suelen usar los neumáticos hasta que queden visibles las capas internas. Esos neumáticos son inútiles para recubrir. En consecuencia, los clientes deben convencerse de ya no usar sus neumáticos antes de que se dañe la pieza y las lonas de refuerzo. El mercado internacional de neumáticos está inundado de neumáticos baratos y de mala calidad. Como la diferencia de precio entre los neumáticos nuevos y los recubiertos se reduce en este caso, las personas tienden a comprar neumáticos nuevos de menor calidad, y no neumáticos recubiertos de alta calidad. Si se usan demasiados neumáticos de baja calidad, que no se pueden recubrir al final de su vida, disminuye la disponibilidad de neumáticos usados de alta calidad. ¾ Uso alternativo de neumáticos usados Las propiedades que tienen los neumáticos usados - elasticidad del material que, siendo inerte, no se descompone - han conducido a varias aplicaciones alternativas:

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• En la agricultura: como pesos para hojas cubrientes de silos. •

En la arquitectura de paisaje: como protección contra la erosión de las paredes y pendientes de presas.

•

En la protección de costas: como rompeolas.

•

En los puertos y muelles: como amortiguadores de muelles y defensas de barcos.

•

En la pesca: como arrecifes artificiales para piscicultura.

•

En los hogares y las comunidades: como amortiguadores en cocheras y parques de diversiones.

Es obvio que estas aplicaciones de los neumáticos usados sólo pueden absorber una cantidad limitada de los millones que se generan cada año en un país. Sin embargo, en Alemania se usan unas 10,000 toneladas de esos neumáticos por año (=2.5%) para esas aplicaciones /2/. ¾ Recuperación de materias primas secundarias a partir de neumáticos usados Para recuperar materias primas secundarias partiendo de neumáticos usados, se debe aplicar un tratamiento mecánico o térmico. Mecánicamente, los neumáticos se cortan o trituran hasta obtener trozos para poder usar ya sea el material compuesto en su conjunto, o separar los materiales distintos. El tratamiento térmico lleva a una despolimerización o descomposición para recuperar gas de síntesis, hidrocarburos líquidos u hollín. a.)

Tratamiento mecánico de los neumáticos para recuperar las materias primas secundarias

Especialmente en los países en vías de desarrollo, los neumáticos usados son una fuente valiosa de materias primas, con las cuales se obtiene una gran diversidad de productos /6/. La estructura del neumático es una serie de capas de láminas de hule reforzado con textiles o acero, una sobre otra, con el "hilo" en direcciones alternas, y una capa de hule macizo moldeada en la parte superior. Esas láminas se pueden separar entre sí, y tienen unos 2 mm de espesor o menos aún. Así, los neumáticos proporcionan: • Material separado de espesor uniforme que se puede cortar en bandas; •

Material con hule macizo adherido, que se puede tallar, o bien las marcas de la huella se usan como antiderrapantes en suelas para calzado.

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Como se pueden fabricar suelas, tacones y correas de sandalias con el material de los neumáticos, la fabricación y reparación de calzado a partir de hule de neumáticos es una industria gigantesca en los países en vías de desarrollo. Los zapatos que se obtienen con esta tecnología son extremadamente fuertes y resistentes. Aun en los países industrializados se dispone de calzado (para trabajo) que usa suelas hechas con neumáticos viejos. Además de la fabricación de calzado, el hule de los neumáticos se puede usar en manufacturas de pequeña escala para una gran variedad de productos: cuerdas para traíllas de animales o para amarrar mercancías a camiones; alfombras para automóviles, tapetes para puertas en casas o capas protectoras para pick-ups, amortiguadores para manejar vidrio, bisagras para puertas, asientos de bancos y sillas. Las cuerdas de nylon o los alambres de acero de las lonas se usan en todo tipo de aplicaciones. En una escala industrial, los trozos o harina de hule, las partes de acero y de fibra, se reciclan y son usadas en varias aplicaciones. La Tabla 3 muestra las aplicaciones del hule obtenido de neumáticos usados, después de desintegrarlos. La desintegración de los neumáticos usados se hace a temperatura normal, o a temperaturas ligeramente elevadas debido a la energía de molienda; también se hace a muy bajas temperaturas. En el caso de la desintegración caliente, los neumáticos usados son cortados en trozos después de eliminar las lonas. Con más desintegración se obtienen granos de 1 a 6 mm, de los cuales se separan las fibras textiles y los alambres de hierro. Los granos de hule restantes se usan para fabricar artículos nuevos, o se sigue moliendo en un extrusor, para producir polvo de hule con tamaño de grano de 0.1 a 0.5 mm. La desintegración en frío, o molienda criogénica, aprovecha la mayor fragilidad del hule en frío, fibras textiles y acero, a bajas temperaturas. Debido a los mecanismos específicos de desintegración, la superficie de los granos es muy lisa, con pocos poros. Esto causa mayor consumo de aditivos durante los procesos siguientes de moldeo. Los ahorros de energía durante la desintegración se consumen con los costos mayores del nitrógeno necesario (consumo de nitrógeno: de 0.6 a 0.7 toneladas por tonelada de neumáticos.

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Tabla 3:

Aplicaciones de hule obtenido de neumáticos usados, después de desintegrarlos /7/

Neumáticos usados Trozos de hule • • moldeados con poliuretano para formar losetas en carpetas de salas ecuestres; • material aislante para frigoríficos. Granos de hule • • moldeados con asfalto o concreto asfáltico en construcción de carpetas de carreteras; • material aislante acústico; • mezclado con arena como carpeta de canchas deportivas. Polvo de hule • • aditivo en la producción de neumáticos nuevos; • moldeado con PVC o PU para fabricar nuevos productos: - pistas de carreras en campos deportivos; - losetas y alfombras de piso - láminas cubrientes y capas protectoras; - suelas de zapatos; - material para aislamiento acústico; - parachoques, letreros, lados de carretera, impacto. El hule molido de fuentes secundarias tiene muchos usos. Para fabricar nuevos neumáticos sólo se pueden mezclar cantidades pequeñas (de 1 a 2%) con el material primario. Como los granos de hule recuperado se vulcanizan sólo parcialmente con el material fresco, las propiedades de los neumáticos se afectan mucho al agregar hule reciclaje. Aunque hay nuevos desarrollos que han mejorado la situación modificando la superficie de las partículas de hule reciclaje, recubriéndolas con látex, la fabricación de neumáticos no podría ser una aplicación apreciable del hule reciclaje en el futuro próximo /1/ /7/ Hay aplicaciones más prometedoras, en las que el hule reciclaje se mezcla con una matriz de plástico (PVC, PU) y se moldea a presión y con calor, para producir artículos elásticos y flexibles para distintos fines: alfombras, láminas, amortiguadores y material aislante acústico, losetas de piso y suelas de zapatos, que ya se mencionaron antes. Entre otras aplicaciones está el aislamiento de cables, mangueras para jardín, tubos de albañal, subcapas de pavimento, losas de techo, llantas macizas y mucho más /2/ /9/. D-9

Una de las aplicaciones más prometedoras es el desarrollo de material de construcción de caminos donde se incorporan trozos de neumáticos. En este caso, los trozos de hule se mezclan con cemento asfáltico y se forma hule-asfalto. Se ha logrado una mayor duración del pavimento con el uso del huleasfalto en aplicaciones de sellado de bases. Estas aplicaciones funcionan como membranas que son más resistentes y reducen la rapidez de propagación de grietas desde la superficie del pavimento anterior hasta el nuevo material de la superficie. Además de los sellos de huleasfalto, también se usan capas intermedias de este material /10/. Las pruebas con huleasfalto han demostrado que la duración de las capas superficiales de las carreteras puede elevarse al doble, usando capas con sólo la mitad del espesor normal. El huleasfalto tiene gran flexibilidad con poco riesgo de formación de grietas. Las buenas propiedades de fricción reducen el riesgo de derrapar y el ruido emitido al circular sobre esta clase de pavimento. Desafortunadamente, el costo del huleasfalto es de un 20 a 100% mayor que el del material de construcción ordinario /11/. Una gran duración con bajos costos durante la vida útil podría compensar los mayores costos iniciales. En Estados Unidos, las carreteras financiadas por el gobierno deben usar cierta proporción de huleasfalto (un 5% desde 1994, 2un 0% de 1997 en adelante ) /11/. b.)

Tratamiento térmico de los neumáticos para recuperar materias primas secundarias

Durante el tratamiento termoquímico de productos de hule en ausencia de oxígeno, las cadenas poliméricas del hule se rompen y se forman cadenas más cortas o monómeros. Dependiendo del tipo y de la intensidad del proceso, el hule sólo se desvulcaniza en parte (regeneración), se despolimeriza (tratamiento con microondas, correfinación con petróleo crudo, hidrólisis) o se descompone formando gas de síntesis, aceite de pirólisis y hollín (pirólisis). En el caso ideal, esos procesos no deberían destruir los enlaces C-H. ¾ Regeneración del hule de desecho La regeneración del hule vulcanizado es el proceso más antiguo que se conoce para reciclar el hule de desecho. Sin embargo, este proceso es un ejercicio costoso, debido a los extensos sistemas de limpieza de gases residuales necesarios. Por último, sin ser de menor importancia, la calidad de los neumáticos con grandes proporciones de hule regenerado ya no cumple con las exigentes normas actuales. En consecuencia, el consumo de este material bajó en forma dramática durante los últimos años (del 20% de la cantidad total de caucho consumido (1959) hasta 1% (1992) /1/ /7/.

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En el tratamiento termoquímico de los granos de hule (1 mm) la estructura de entrelazamiento del hule vulcanizado se rompe parcialmente. Al mezclar hule regenerado con caucho fresco, el primero se incorpora en la nueva estructura de entrelazamiento que se forma durante la vulcanización. ¾ Despolimerización por microondas A temperaturas menores que 350°C, las moléculas del hule cambian su polaridad, debido a la energía de las microondas, y comienzan a vibrar a frecuencia de resonancia. Esto genera calor en la estructura molecular, que finalmente causa la ruptura de los enlaces moleculares. Dependiendo de la composición del material y de la intensidad del tratamiento, se pueden recuperar hollín (negro de humo), acero, azufre y aceite, después de varios pasos de separación /1/. ¾ Correfinación con petróleo crudo Se agrega hule de desecho al residuo caliente (300 a 350°C) de la columna de destilación de crudo, y se despolimeriza. Los productos que resultan de la desintegración térmica combinados con las fracciones densas y menos volátiles de petróleo crudo van por la ruta normal de refinación. Como se sustituye petróleo crudo por hule, no se necesitan más tubos principales que suplan el proceso, y el calor de proceso necesario se obtiene con el calor desechado por la refinería. Por consiguiente, el proceso debería ser económicamente viable. ¾ Despolimerización por hidrólisis En teoría, la hidrólisis conduce a la recuperación directa de la materia prima original, mediante una reacción dirigida, de moléculas de agua en los puntos de enlace de la polimerización, invirtiendo así ese proceso. En la mayor parte de los casos eso sólo es posible a altas temperaturas y presiones /13/ y en consecuencia requiere inversiones financieras y técnicas. En el caso del reciclaje del hule es posible producir petróleo crudo sintético con este proceso. Una operación piloto prometedora se inició en Dic. de 1992, por VEBA ÖL AG y Ruhrkohle Öl und Gas GmbH, Alemania, cuando se usaron 50 toneladas de neumáticos desintegrados para producir un crudo sintético de alta calidad por hidrólisis /14/. En comparación con los procesos ya mencionados, la descomposición de hule de desecho y neumáticos usados mediante pirólisis se lleva a cabo a temperaturas mucho mayores (por ejemplo de 600 a 1000 °C). Principalmente en hornos rotatorios o en reactores de lecho fluidizado, el hule alimentado se descompone en los productos hollín (con impurezas de sulfuro de zinc y de potasio), aceite e hidrocarburos volátiles, como

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benceno, tolueno, xileno y gas de síntesis con alto contenido de metano (Tabla 4). Dependiendo de la temperatura y del tiempo de retención, varía la distribución de los productos (gas, aceite, sólidos) (Tabla 5). Mientras que el hollín, los hidrocarburos líquidos y el gas de síntesis se recuperan en el sistema de limpieza de efluentes gaseosos, el acero y algunas partículas gruesas de carbón permanecen en el horno. En algunas aplicaciones, el gas de pirólisis se usa en forma directa para calentar el horno y mantener funcionando el proceso. Tabla 4:

Composición del aceite de pirólisis en la operación piloto con reactor de lecho fluidizado /23/ Temperatura de la pirólisis gas de pirólisis con: hidrógeno 3.3% metano 40.3% etano 8.6% etileno 11.5% propeno 1.9% dióxido de carbono 7.2% monóxido de carbono 7.2% Aceite de pirólisis con: benceno 12.1% tolueno 11.9% naftaleno 2.3% aceites pesados 48.9% compuestos alifáticos 4.1% Agua Residuo sólido con: hollín (hierro)

720 °C 21.8%

21.0%

4.6% 49.2%

En una operación a escala piloto se pudieron pirolizar 120 Kg. de neumáticos/h. El lecho fluidizado era de fracciones de arena y neumáticos, y se calentó en forma indirecta con varillas de calentamiento de acero, hasta una temperatura de 600 a 900°C. La corriente de gas, responsable de fluidizar el lecho y transportar los productos generados en la pirolisis, se forma con el gas de pirólisis recirculado.

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Tab.5:

Productos de pirólisis de neumáticos usados /16/ Producto de pirólisis calorífico Carbón (hollín) Gas (metano) Hidrocarburos líquidos

Cantidad

Poder

(%) 30-52 6-30 40-50

(kJ/kg) 28,270 50,240 ~38,000

Recuperación de energía de neumáticos usados

Como los neumáticos están formados por 80% de carbono e hidrógeno, se pueden usar como combustible en procesos industriales, o para producir energía. La tabla 6 muestra el poder calorífico de los neumáticos, comparado con otras clases de combustible. Tabla 6:

Poder calorífico de diversos combustibles Combustible

Poder calorífico (kJ/kg)

Basura Biomasa mezclada Papel y cartón Textiles Carbón (bituminoso) Carbón (antracita) Neumáticos Petróleo crudo

5,800 15,100 17,400 18,600 26,200 28,000 31,400 39,500

En la práctica, los neumáticos usados entran como combustibles en plantas de energía a partir de desechos, o como combustible alternativo en hornos de cemento. ¾ Incineración de neumáticos usados para producir energía Para recuperar la energía de los neumáticos usados éstos se incineran en forma directa o indirecta en plantas de recuperación de energía de desechos, o bien los neumáticos se transforman en productos combustibles (gas, hidrocarburos líquidos y hollín) por pirólisis. En el último caso, la emanación de gas de pirólisis con hollín, se quema a su vez en cámaras de combustión adecuadas, aprovechando el calor en calderas de recuperación. D - 13

En el caso de la incineración directa de neumáticos en plantas de recuperación de energía de desechos, los neumáticos se queman junto con la basura doméstica normal, o bien se alimentan a incineradores especiales para neumáticos usados. Como los neumáticos usados son una alimentación muy homogénea sin fluctuaciones en su composición, estos incineradores son fáciles de manejar. Los residuos de esta clase de operación son muy homogéneos y comerciables. Si bien las cenizas del incinerador podrían ser usadas en la industria del acero, para construcción de caminos o, por su alto contenido de zinc, ser tiradas sin problema (Tabla 7), las cenizas y el polvo recuperado en el sistema de limpieza de efluentes gaseosos, son una materia prima valiosa para la industria del zinc, (Tabla 8). El SO2 que se genera requiere un paso de desulfuración en el sistema de limpieza de efluentes gaseosos. Tabla 7:

Composición porcentual de dos muestras de cenizas de incinerador para neumáticos usados C Al As Cd Cr Cu Fe Pb Mg Mn Ni K Si Na Zn Sn

0.05 0.09 0.0016 <0.001 0.69 0.18 67.50 <0.001 0.041 0.37 0.17 0.007 0.24 0.60 0.037 <0.005

0.21 0.23 0.0002 <0.001 0.055 0.26 78.70 <0.001 0.048 0.25 0.076 0.012 0.20 0.57 0.13 <0.005

La experiencia técnica de la empresa Gummi-Mayer, que opera dos incineradores de neumáticos usados en Landau, Alemania (10,000 toneladas de neumáticos/año = 1.5 millones de neumáticos se transforman en 80,000 toneladas de vapor y 4.4 millones de kWh) para satisfacer sus propias necesidades de energía y calor (para reprocesar neumáticos) ha permitido construir o proyectar dos plantas mayores en los Estados Unidos /2/.

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Tabla 8:

Composición porcentual del polvo de chimenea de un incinerador de neumáticos usados ZnO PbO Fe2O3 Cr2O3 CuO NiO As2O3 Al2O3 MgO Na2O K2O MnO2 Son SiO2 CdO C

51.48 0.22 6.33 0.03 0.55 0.03 0.02 0.76 0.50 <0.01 0.01 0.36 0.03 6.85 0.05 32.20

Por ejemplo, en una central eléctrica de 14 MW en Modesto, California, se incineran más de 5 millones de neumáticos cada año, y se producen 65 toneladas de vapor a 65 bar y 500 °C por hora, que suministran energía suficiente para 15,000 hogares. Los costos de inversión en 1987 fueron 55 millones de marcos alemanes /7/ /9/. En Sterling, Connecticut, una central eléctrica de 30 MW incinera 10 millones de neumáticos completos por año (con diámetro hasta de 1.20 m /20/, y produce 200 millones de kWh /9/. La central eléctrica de 25 MW Elm Energy en Wolverhampton, G. Br., puede quemar 90,000 toneladas de neumáticos por año, y será el modelo de una segunda planta en East Kilbride, Escocia /18/. En Duisburg-Homberg, Alemania, se proyecta el primer incinerador de neumáticos de desecho. Se quemarán 7 millones de neumáticos usados por año, produciendo energía eléctrica y térmica. Debido a la cogeneración de calor y electricidad que tendrá, la eficiencia que se alcanzará será alta. Los costos de inversión proyectados son 50 millones de marcos alemanes /19/. ¾ - Incineración de neumáticos usados en hornos de cemento El clínquer de cemento se produce alimentando caliza, sílice y arcilla a grandes hornos rotatorios. El consumo neto de energía en el proceso es 1,750 kJ/kg de cemento, aproximadamente. Además de combustibles fósiles como petróleo o carbón, se pueden usar residuos orgánicos como desechos domésticos, desechos de desintegrador, aceite

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usado, neumáticos usados, etc., para generar las temperaturas necesarias del proceso /21/. Para utilizar este combustible alternativo, se debe modificar el horno de cemento, agregando una segunda zona de combustión en el lado de alimentación del horno. Los neumáticos se introducen al horno, completos o desintegrados, en el extremo de alimentación. Se pueden alimentar granos y polvo de hule en forma parecida al combustible normal, en el extremo de descarga del horno. El largo tiempo de retención de los neumáticos en el horno, la alta temperatura de combustión, hasta de 2,000°C, y el alto potencial de oxígeno en el aire de combustión, garantizan una combustión total de los neumáticos con muy poca generación de dioxinas y furanos. El sistema de limpieza de efluentes gaseosos de la fábrica de cemento no se afecta al usar neumáticos como combustible adicional. La ceniza y el azufre que quedan de la combustión de los neumáticos se incorporan al clínquer de cemento como componentes normales. Dependiendo de la cantidad de neumáticos que se van a quemar como combustible, podría haber mayor entrada de óxido de hierro al proceso, lo cual se debe compensar. Como se mencionó arriba, es posible alimentar granos finos o polvo de hule mejorado, en lugar de neumáticos completos. De esta forma se tienen las siguientes ventajas /1/: •

Como la fracción de hierro en los neumáticos se ha eliminado antes de entrar al horno, no hay peligro de cambiar la composición del clínquer de cemento.

•

Se puede mezclar el hule en polvo con combustible primario y alimentarse en la forma normal; no es necesario cambiar el diseño del horno.

En Alemania, los neumáticos son hasta un 15% del total del combustible para producir cemento.

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Referencias e información adicional /1/

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/3/

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N. N.; Treading New Ground WARMER BULLETIN 25, 1990, p 12

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Reuso y refinación de aceites y lubricantes usados Autor: Dr.-Ing. Heinrich Vest

Información Técnica W14e

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Introducción Desde el punto de vista ambiental, el aceite usado de motor tiene un potencial de alta peligrosidad. No solo porque una pequeña cantidad de aceite puro ya pueda contaminar cantidades mayores de agua, por ejemplo, montos freáticos, sino también porque el aceite usado de motores mismo, contiene una variedad de aditivos y es contaminado por impurezas y residuos generados por el proceso de combustión. Algunos de ellos son venenosos o cancerígenos como el Pb o PAH (hidrocarburos poli-aromáticos). A veces, los aceites de transformadores contienen PCBs (bifenilos policlorados) que también son altamente cancerígenos. Además, el aceite usado de motores se genera en pequeñas cantidades en toda una variedad de lugares, por ejemplo, estacionamientos, pequeños talleres e instalaciones privadas. Esto hace difícil y costosa la recolección del aceite. Muchos de los consumidores profesionales y, en particular, la mayoría de los consumidores particulares de aceites, no están conscientes del peligro potencial que genera el depósito inapropiado del aceite de desecho. 1.

Fuentes de aceite usado

La fuente más grande del aceite usado en los países en vías de desarrollo, son con mucho, los aceites de lubricación de vehículos motorizados, motores de combustión y cajas de velocidades. Además de eso, una cantidad menor proviene de sistemas hidráulicos, transformadores y otras aplicaciones industriales. Debido al aumento del transito automotriz, en los países en vías de desarrollo, la cantidad de aceite usado se genera en pequeñas cantidades en varios lugares, por ejemplo, estacionamientos, pequeños talleres e instalaciones privadas. Existen, por supuesto, unos pocos generadores mayores de aceite de desecho, como ferrocarriles, grandes operadores de flotas de camiones pesados y grandes industrias. 2.

Soluciones para el aceite usado

Hasta ahora, el aceite usado se utiliza para una variedad de aplicaciones. Algunas de ellas pueden ser toleradas, otras son inaceptables desde el punto de vista ambiental. •

La primera y mejor opción para el depósito de aceite usado, es devolver el aceite al productor. Particularmente en los países industrializados, existen planes de recolección para el aceite de desecho. El fabricante del aceite es el que sabe mejor qué debe hacerse con el aceite de desecho y que puede asegurar un método apropiado desde el punto de vista ambiental para el depósito o reciclaje. Una gran porción del aceite de desecho colectado se vuelve a refinar a gran escala en refinerías similares a aquellas que se utilizan para el aceite crudo.

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•

Asimismo, el uso de desechos de aceite como combustible en hornos de cemento y cal, en enladrillados u hornos metalúrgicos, es ambientalmente aceptable. Debido a la alta temperatura de combustión y las propiedades de absorción del cemento, cal y arcilla, los hidrocarburos peligrosos se destruyen mientras que los metales pesados, azufre y cloruros son absorbidos. Además, las plantas modernas se encuentran normalmente equipadas con sistemas de limpieza de gas sofisticados que minimizan los posibles efectos de contaminación del aire.

•

Principalmente en los países en vías de desarrollo, el aceite usado de motores se utiliza con frecuencia como combustible para diferentes aplicaciones en pequeña escala. Además de su uso en fundiciones, hornos de ladrillo y cal tradicionales, y vehículos que producen asfalto, el aceite se utiliza también en panaderías tradicionales. En estos casos, el aceite de desecho se mezcla a menudo con aceite negro (aceite de alquitrán, aceite de carbonera) (p.ej., panaderías), carbón de leña/ polvo de carbón mineral (hornos de cal) o pedazos de hule de llantas usadas (vehículos que producen asfalto).

•

Existen también algunos reportes que constatan que el aceite de desecho no refinado puede mezclarse en pequeñas cantidades con combustible diesel de motores diesel (véase también el capítulo 4).

•

Otro método sencillo para aprovechar el aceite de desecho de motores es la producción de grasa. En muchos países en vías de desarrollo, existen unidades locales de fabricación de jabón a pequeña escala. Para producir grasa, el aceite de desecho se agrega al jabón terminado (mientras que el jabón se encuentra aún caliente y suave) a una proporción de un 20% de jabón a un 80% de aceite de desecho. La mezcla sigue siendo agitada durante un tiempo hasta que adquiera la típica consistencia grasosa. La cantidad de aceite determina la viscosidad de la grasa final. Es evidente que debido a una calidad inferior del aceite, la grasa final también será de menor calidad; sin embargo, será suficiente para aplicaciones a pequeña escala.

Además del uso del aceite de desecho como combustible o para la producción de grasa, se conocen algunas otras aplicaciones “tradicionales”: •

En muchos países africanos, en donde todas las estructuras de madera se encuentran en peligro de ser afectadas por termitas y otros insectos que comen madera, el aceite usado de motores se utiliza como un agente protector de madera. Los postes de cercas, por ejemplo, se remojan con aceite usado para tornarlos resistentes contra el ataque de las termitas.

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•

Desde Botswana se reporta que el aceite se utiliza en vacas como medicina protectora contra garrapatas o en otros casos se rocía en la tierra para aplacar el polvo.

Particularmente estas dos últimas aplicaciones no son aceptables desde el punto de vista ambiental. A continuación, se describen en detalle algunas de las posibilidades de utilizar el aceite de desecho. 3.

Uso de aceite de motor de desecho no refinado

3.1 Uso de aceite de desecho como combustible para la calefacción y generación de energía El aceite de desecho también puede utilizarse para la calefacción o la producción de energía. Como se practica en muchos países en vías de desarrollo, el aceite de desecho es un combustible económico para muchos propósitos de calefacción. Dependiendo de su composición y las impurezas, el gas de combustión producido por esta operación puede ser muy sucio y peligroso. Por lo tanto, la práctica actual en estos países no es saludable para el medio ambiente y puede implicar muchos riesgos para las personas que viven cerca. En caso de que el gas de combustión esté lo suficiente limpio, el aceite de desecho puede utilizarse para la calefacción y producción de energía. En los países industrializados existe una variedad de compañías que ofrecen quemadores de aceite de desecho de diseño especial. Los incineradores para el aceite de desecho que disponen de un intercambiador de calor para aprovechar la energía del gas de combustión alimentan pequeñas turbinas o motores de vapor para la generación de energía eléctrica. 3.2 Aprovechamiento de aceite de desecho como combustible para motores diesel Una idea sorprendente para el aprovechamiento del aceite de desecho de motores, es su uso en motores diesel. En principio, el aceite de desecho puede utilizarse en motores diesel, aunque existe toda una variedad de limitaciones. Los motores adecuados para el uso de este aceite son los grandes generadores estacionarios de diesel de baja velocidad que se utilizan para la generación de energía o aquellos utilizados en motores de buque.

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Precisamente, los motores que consumen combustible residual para la combustión, también operan con aceite de desecho. Cuando se utiliza este aceite como combustible, la principal limitación es el contenido de aditivos en él. Estos aditivos alcanzan con frecuencia la cantidad de un 10% del aceite y consisten principalmente en compuestos orgánicos con base en Ca. Durante la combustión del aceite en un motor diesel, los aditivos generan una cantidad considerable de cenizas. Éstas se funden en forma parcial bajo la temperatura operativa del motor (400 a 550°C) y se depositan en las válvulas de descarga o en el turbo-cargador. Esto puede causar la destrucción de las válvulas y obstruir el turbo-cargador. El aceite de lubricación usado, también contiene parafina. Si se mezcla con el combustible residual, ésta puede soportar una segregación del combustible, produciendo la formación de un sedimento lodoso de hidrocarburos de cadena larga, que se asienta en el fondo del tanque de combustible. En principio, existen dos posibilidades para resolver estos problemas. Primero, todos los aditivos se eliminan en un paso de refinación apropiado. Después de la eliminación, el aceite de desecho refinado puede utilizarse sin restricciones (a una concentración de hasta 100%). En este caso, se recomienda no mezclar el aceite de desecho refinado con diesel o combustible residual para evitar la segregación del combustible. En el caso de que los aditivos no se eliminen, solo un 3% a 5% del aceite de desecho puede agregarse al combustible normal. Algunas compañías dedicadas a la fabricación de motores sugieren limitar el contenido de Ca a 100 mg/kg y asegurar que no se excedan los límites de ISO 8217 (estándar de calidad del combustible residual). Se recomienda también una medida de limpieza mecánica preliminar que utiliza una centrífuga para eliminar la materia suspendida. Cuando se utiliza el aceite de desecho como combustible, el motor debe ser supervisado con cuidado. Al incrementar la cantidad de aceite de desecho poco a poco, será posible investigar el porcentaje apropiado de aceite de desecho en el combustible, para asegurar que no se dañe el motor. En general, no se requiere ninguna modificación del motor y debido a porcentajes menores de aceite de desecho en el combustible, no hay un cambio significativo en la composición del gas de combustión. 4.

Refinación del aceite de desecho

4.1 La necesidad de refinar el aceite usado En el pasado, el aceite usado siempre se refinaba a gran escala a través de las grandes compañías productoras de aceite. Al aplicar procesos y plantas altamente complejas (por ejemplo, proceso de tratamiento, destilación, refinación, acabado del solvente, E-5

proceso de refinación de destilación e hidroacabado, proceso de destilación a altas temperaturas) son capaces de producir un aceite de lubricación de alta calidad a partir de los anteriores desechos. Durante los tiempos de precios elevados de petróleo o en economías aisladas (p.ej., en la República de Sudáfrica en la era del Apartheid), la refinación del aceite usado tenía sentido económico; con precios bajos de petróleo, la ventaja económica de la refinación de aceite usado es menor. Por ejemplo, después de que hubo terminado la Apartheid en la República de Sudáfrica y la suspensión de las sanciones económicas por la comunidad internacional, también se perdieron las razones políticas para la refinación del aceite de desecho. La consecuencia fue que cuatro de las cinco refinerías de aceite de desecho en Sudáfrica cerraron debido a problemas económicos. Sin embargo, se genera constantemente una cantidad considerable de desechos de aceite, finalmente por el gran número de vehículos motorizados que llenan las calles de todo el mundo. Los países industrializados con un gran número de fábricas de cemento, plantas metalúrgicas o incineradoras quizás sean capaces de utilizar este aceite como combustible en los diferentes procesos de combustión. Los países pequeños o menos poblados, en particular los en vía de desarrollo, muchas veces no tienen esta oportunidad. Además, la infraestructura para la recolección y el depósito del aceite usado no se encuentra establecida de manera suficiente. Esto produce un depósito sin criterio e inapropiado de los desechos de aceite en donde sea que se generen. Para llenar la brecha entre la refinación y/o el re-uso de los desechos de aceite en las grandes plantas industriales, y el depósito indiscriminado del aceite de desecho, en algún lugar en los matorrales o el patio trasero, se requieren plantas de procesamiento a pequeña escala que produzcan nuevos productos y minimicen la cantidad de desechos. Es evidente que los procesos de reciclaje a pequeña escala pueden ser incapaces de lograr un producto de aceite de alta calidad, pero especialmente en los países en vías de desarrollo, existen también numerosas aplicaciones para aceites de lubricación de menor calidad en el sector de la industria a pequeña escala. Por lo menos el reciclaje de aceite a pequeña escala ofrece una oportunidad de crear empleos e ingresos. Y al aprovechar el aceite de desecho como materia prima, reduce la cantidad de desperdicios que necesita desecharse y mejora la situación ambiental previniendo un desecho sin criterio del aceite usado.

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4.2 Principios del proceso de refinación ácido-arcilla Durante el uso del aceite en vehículos motorizados, pero también durante la recolección, el almacenaje o la mezcla con desechos de aceite de otras fuentes, el aceite se degrada y se contamina con varias impurezas. Éstas son, por un lado, los aditivos del aceite mismo, y por otro el producto del proceso de degradación del aceite durante su uso por el desgaste mecánico de las partes del motor y de la combustión. Durante el almacenaje y la mezcla, agua, suciedad y otros objetos pueden introducirse también en el aceite usado. El proceso más común que se utilizaba durante muchos años y, en particular, para aplicaciones a pequeña o mediana escala, es él de ácido-arcilla. Durante este proceso, la carga de alimentación de aceite usado se mezcla con ácido sulfúrico concentrado para eliminar la mayor parte de las impurezas y productos del proceso de degradación. Durante este paso, se forman compuestos que contienen azufre insoluble (asfalto de fango) que se asientan en el reactor. Después, el producto se somete a una neutralización (con cal/soda cáustica) y a un paso que implica el contacto/filtración con arcilla para mejorar el color/olor mediante tierra de blanqueo (p.ej., tierra Fuller). Una destilación final al vacío puede completar la refinación del aceite de desecho (véase Figura 1).

Figura 1:

Proceso de refinación ácido-arcilla de aceite usado

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4.3

Proceso de refinación de aceite usado de motores en El Cairo

Un ejemplo práctico de un proceso de ácido-arcilla a pequeña escala puede observarse en El Cairo. El equipo instalado permite refinar 3,000 litros de aceite usado en un solo lote. Para la refinación, sólo se acepta aceite usado de motores. El aceite se recolecta de talleres mecánicos en la ciudad o es entregado por personas o recolectores de aceites de desecho intermediarios. En la planta de reciclaje se almacena en tambos de 200 litros. Para iniciar el proceso, los tambos se vacían en un tanque de alimentación desde donde se bombea el aceite a un recipiente cerrado de calentamiento hecho de acero que se calienta directamente a través de un quemador de aceite de desecho. El aceite se calienta hasta 170°C, deteniéndose a 100°C para permitir la evaporación del contenido de agua. Arriba de 100°C se eliminan otras materias volátiles como gasolina o solventes orgánicos que pueden haberse mezclado con el desecho de aceite. Cuando se alcanza la temperatura de 170°C, el aceite se bombea al primer recipiente de agitación de acero. Este recipiente abierto tiene paredes dobles para permitir que el agua se bombee a través de ellas para enfriar el aceite a aproximadamente 30 a 40°C. A esa temperatura, el ácido sulfúrico concentrado se agrega a una cantidad de un 10% de la cantidad del aceite. La mezcla se agita constantemente durante 3 a 4 horas para permitir la reacción del ácido con las impurezas formando sulfatos. La mezcla de aceite-ácido se bombea después en recipientes cilíndricos de acero con forma cónica en el extremo inferior, se mantiene allí durante un día, para permitir que los sedimentos insolubles se asienten en el cono del fondo, después, el lodo ácido se extrae y se vierte en viejos tambos de aceite para su depósito. La mezcla restante de aceite-ácido transparente se bombea entonces a un segundo recipiente de agitación abierto de acero, que consta también de paredes dobles, aquí para propósitos de calentamiento. Éste se realiza de manera directa, utilizando vapor de un calentador separado. Después de llenar el recipiente de agitación con la mezcla de aceite y ácido (contenido de 3,000 litros), se agregan aproximadamente 100 kg. de CaO o de ceniza de soda. El conjunto se calienta bajo agitación a 170°C. El proceso total demora entre 2 y 4 horas. La cal reacciona con el ácido neutralizando el aceite a un pH 7 y formando yeso. Al final del tratamiento con cal, el contenido del recipiente de agitación se pasa a través de una prensa de filtración que separa los sólidos (yeso) del aceite. El aceite transparente se bombea ahora a recipientes de almacenaje para ser distribuido en contenedores pequeños o grandes. Puede utilizarse para una lubricación de menor E-8

calidad o para propósitos de enfriamiento, por ejemplo, de partes de movimiento lento, cajas reductoras de velocidad o máquinas, durante el maquinado de metales. Una parte del aceite refinado se procesa adicionalmente para obtener grasa. Para ese propósito, el aceite se mezcla con estearato de Na o Ca en un recipiente de agitación caliente y se vierte después en contenedores para su venta y distribución.

Figura 2:

Proceso de ácido-arcilla a pequeña escala

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La mayor desventaja de este proceso es la generación de residuos (lodo ácido y yeso endurecido del filtro remojado de aceite) que deben deshacerse bajo ciertas precauciones. Durante el manejo del aceite siempre existe el peligro de un derrame. Se deben tomar las precauciones pertinentes para evitar que el aceite penetre al suelo. Las emisiones a la atmósfera que se generan durante el proceso (gas de escape de la combustión del aceite residual en calderas o recipientes de calefacción, materia orgánica volátil del calentamiento del aceite residual, humos de ácido del tratamiento correspondiente) deben evitarse. Lo anterior era el punto débil de la planta de El Cairo; toda el área estaba empapada de aceite y no existía ninguna recolección o tratamiento del gas de escape. Los trabajadores no llevaban ropa de protección. 4.4 Concepto mejorado para un proceso de refinación de aceite usado de motores de ácido-arcilla a pequeña escala Para evitar las inconveniencias de la planta de reciclaje de El Cairo, el concepto mejorado del proceso pone más énfasis en el aspecto de protección ambiental. Más que nada era necesario mejorar las siguientes dos áreas principales: •

la protección del suelo y del manto freático contra la penetración de aceite;

•

la recolección y el tratamiento de los gases de escape, volátiles y humos.

Además, se modificó el equipo ligeramente para bajar los costos de inversión. Contrario a la planta en El Cairo, la remoción de agua y volátiles por destilación, la neutralización con cal y el mejoramiento de color y olor con tierra de blanqueo se efectúan en el mismo recipiente. La capacidad de los diferentes recipientes se ha reducido a 1.5 m3 para permitir el procesamiento de cantidades más pequeñas (aproximadamente 1000 litros por lote). Por lo tanto, las características principales del concepto mejorado de la planta (véase también la Figura 3) son: •

Todas las áreas de almacenaje y manejo de aceite tienen un piso de concreto y están rodeadas por pequeños muros de protección para evitar derrames de aceite. El agua pluvial que se recolecta del piso pasa por un separador de aceite antes de entrar al alcantarillado.

•

Ambos recipientes de agitación tienen una tapa que sostiene un agitador y tubo de succión de gases de combustión. Durante los diferentes pasos tratamiento el recipiente de agitación está cubierto por la tapa. El gas combustión se remueve por medio de una bomba de inyección de chorro E - 10

un de de de

agua; el agua de la misma circula en un circuito cerrado. Durante el calentamiento del aceite en el primer paso del proceso se condensan de nuevo el agua evaporada y orgánica al pasar por la bomba de inyección de chorro de agua. Los condensados del agua y de la materia orgánica volátil se acumulan en el agua circulante. Mientras el condensado de agua puede quedarse, la materia orgánica se separa del agua de vez en cuando. Se agrega también un poco de cal al agua para neutralizar los humos de ácido sulfúrico absorbidos en algunos pasos del proceso.

Figura 3:

Diseño posible de una planta de refinación de ácido-arcilla de aceite usado a pequeña escala

E - 11

4.5

•

El primer recipiente de agitación (calentado) dispone de un sistema de calentamiento indirecto alimentado desde el exterior de la planta de tratamiento.

•

Los gases de combustión se utilizan para calentar de manera indirecta al recipiente de agitación y su carga de aceite. Después, se limpian en un lavador húmedo o por medio de un filtro de bolsa antes de descargarse a través de la chimenea. Se escogió este sistema para evitar un fuego abierto al lado de la carga de aceite. Proceso moderno a pequeña escala para aceite usado

Existen varios procesos de refinación de aceite usado a pequeña escala en el mercado. Como ejemplo se describen dos procesos que representan dos enfoques técnicos diferentes. 4.5.1 Micro-filtración de aceite usado a pequeña escala Una oportunidad muy interesante para la refinación de aceite usado a pequeña escala (inversión aproximadamente US$ 25,000.00) ofrece la compañía holandesa AXXON B.V. en Arheim. Su “Convertidor de Aceite Residual en Energía” filtra aceite usado de una manera tan eficaz que el aceite refinado puede usarse en una mezcla (1-10%) con combustible diesel en vehículos con motor diesel (véase Figuras 4 y 5).

CONVERTIDOR DE ACEITE RESIDUAL EN ENERGÍA

Figura 4:

Equipo para la micro-filtración de aceite usado de motores

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Especificaciones Número de modelo: No. de parte global: Flujo máximo: Filtros de aceite de desecho: Filtro final de dos etapas, para combustible mezclado: Mezclador estático: Dimensiones: Entradas y salidas: Peso – seco: Peso - húmedo: Presiones de operación: Cubiertas del filtro: Eléctrico: Tamaño bruto de transporte: Peso bruto de transporte:

15S 2945 15 gpm Elementos empacados de profundidad media: filtro primario de seis (6) micrones y filtro final de cuatro (4) micrones. Remueve materia de partículas de cuatro (4) micrones y más grandes, y un elemento de absorción remueve 99+% del agua emulsificada o autosostenida. Del tipo de acero inoxidable, de multielementos, sensible a la viscosidad y libre de mantenimiento. Alto: 51 – ½”; ancho: 32”; largo 58 – ½” 1” hembra NPT 374 lbs. 570 lbs. Ajustado en fábrica a 15 psi Probadas a una presión de 75 psi 5 amps @ 220 VCA, 50 Hz 1 Ø. Todo el cableado se lleva a través de un conduit impermeable a cajas de NEMA 12. Alto: 57 – ½”; Ancho:38”; largo: 64” 560 lbs.

Las especificaciones pueden cambiar sin aviso debido a mejoramientos Figura 5:

Especificación del convertidor de aceite residual en energía

4.5.2 Planta a pequeña escala para la refinación de aceite usado a gran escala Todavía una planta a pequeña escala (para hasta 9 millones de litros de aceite usado), pero con una operación completa de refinación para todo tipo de aceites usados, ofrece la compañía canadiense Envirosystems Inc. en Dartmouth. El proceso combinado de destilación, separación centrífuga y acondicionamiento es capaz de producir aceite de reciclaje de una calidad virgen (véase la Figura 6)

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Figura 6:

Proceso de refinaci贸n de Envirosystems

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Referencias e información adicional Compañías que suministran equipo de refinación a pequeña escala de aceite usado: AXXON B.V. Postbus 256 6800 Arnheim Países Bajos Teléfono: ++31/26/4455723 Fax: ++31/26/4427163

Envirosystems Inc. 11 Brown Avenue, Darmouth Nueva Escocia, Canadá B3B 1XB Teléfono: ++902/481/8008 Fax: ++902/481/8019 Mike@enviro.systems.com

Compañías que suministran quemadores de aceite usado: Ruhr Brenner Appartatebau GmbH P.O. Box 3244 58219 Schwerte Alemania Teléfono: ++49/2304/6851 Fax: ++49/2304/63251

SAACKE GmbH& Coo KG P.O. Box 210261 28222 Bremen Alemania Teléfono: ++49/421/64950 Fax: ++49/421/6495224

Compañías que suministran plantas generadoras de energía pequeñas: Spillingwerk GmbH Werftstrasse 5 20457 Hamburg Alemania Teléfono: ++49/40/7891750 Fax: ++49/40/7892836

Tuthill Nadrowski Turbinen GMBH Auf dem Esch 28 33619 bielefeld Alemania Teléfono: ++49/521/10850 Fax: ++49/521/1085199

Compañías que pueden proporcionar información acerca del uso del aceite usado de motores diesel: MaK Motoren GMBH & Co. KG Falckensteiner Str. 2-4 54159 Kiel Alemania Teléfono: ++49/431/3995490 Fax: ++ 49/431/3995864

MWM Motorenwerke Mannheim AG Carl –Benz-Str. 5 68167 Mannheim Alemania Teléfono: ++49/621/3848517 Fax: ++49/621/3848513

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B.U.S. Berzelius Umwelt-Service AG Vinckeufer 3 47119 Duisburg Alemania Teléfono: ++49/203/8093115 Fax: ++49/203/8093192

BERESA Medio Ambiente S.A. Serrano, 41-2° 28001 Madrid España Teléfono: ++34/1/5757110

Literatura: Vogler, J.; Work form Waste; IT-Publications, 1983 ISBN 0-903031-79-5

du Toit, J.; Study on the Management of Oil Containing Wastes; Report N°: NCS/GTZ 5/96 National Conservation Strategy Agency, Caborone, Botswana, 1996

Reiter, B.; R. Stroh; Behandlung von Abfällen in der Zementindustrie; Bd. 72, Umweltbundesamt Bundesministerium für Umwelt, Wien, Österreich, 1995

Porst, J. Handreichung: Umweltorientierter Umgang mit Altöl; Umwelthandbuch BMZ/GTZ, 2000

Direcciones de Internet: www.wrf.org.uk (Fundación de Recursos Mundiales) • www.recyclers-info.com (Información de Recicladores de Alemania) • www.waste.nl (Asesores en desechos, Países Bajos) • www.epa.gov (Oficina de Protección Ambiental Estadounidense) •

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Fundamentos del Reciclaje de acumuladores de plomo-ácido Autor: Dr.-Ing. Heinrich Vest

Información Técnica W14e

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Introducción Los acumuladores se usan cuando se necesita la energía eléctrica, no habiendo conexión directa con la red eléctrica pública, y tampoco un generador independiente de suministro. Los acumuladores almacenan la energía eléctrica en forma de energía química. Durante la descarga, ésta se convierte de nuevo en energía eléctrica. Dependiendo del sistema de la batería, este proceso es irreversible o reversible. Hay dos clases de baterías: las 'baterías primarias' y las 'baterías secundarias' o 'acumuladores'. Los acumuladores de plomo-ácido se llaman ‘baterías secundarias’, porque se pueden recargar. A su vez se pueden dividir en acumuladores de arranque e industriales. Las dos se usan para suministrar grandes cantidades de energía (por ejemplo, arrancar un vehículo, hacer funcionar vehículos eléctricos, como medio de almacenamiento para aplicaciones de energía solar, como fuente inmediata de corriente de emergencia, etc.). En general, las unidades pesan desde algunos kilogramos hasta una tonelada. En el sector de los acumuladores de plomo-ácido, los de arranque forman, por mucho, la mayor parte. En 1995 se produjeron unos 96 millones de unidades en todo el mundo (fuente: Battery Council International). Se espera una tasa de aumento de producción anual de ≤2%. En especial, en los países en desarrollo, donde la cantidad de automóviles está creciendo desproporcionadamente, cabe esperar altas tasas de aumento en el uso de los acumuladores de plomo-ácido. Los estudios efectuados en Botswana indican que la cantidad de acumuladores usados en el sector automotriz crecerá del 40 al 50% en el período de 1995 a 2005 (fuente: GTZ waste management project). Si sólo se considera a China, el país más poblado del mundo que en la actualidad comienza a introducir el transporte en automóvil privado, es obvio que cabe esperar altas tasas de crecimiento en el consumo de acumuladores de arranque para el futuro, en especial en los países en desarrollo. Una vieja tradición ha sido regresar los acumuladores usados de plomo para reciclarlos. Gracias a la compacidad de un acumulador, su alto contenido (> 95%) de plomo y los precios relativamente altos de ese metal, a los consumidores les ha convenido regresar sus propios acumuladores al consumo de fundidoras secundarias. La proporción de regreso de acumuladores usados ya era alta cuando todavía no se usaban palabras de moda, como conservación de recursos y protección ambiental, reciclaje, administración de materiales en ciclo cerrado, etc. Aun hoy, el éxito del reciclaje de los acumuladores de plomo en los países en vías de desarrollo continúa estando determinado principalmente por las utilidades potenciales de los recolectores y los comercializadores de desechos. En los países industrializados, los requisitos reglamentarios para devolver

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los acumuladores usados han compensado la pérdida de incentivos económicos del regreso de esos acumuladores. En la mayoría de los países europeos, los vendedores al por menor de acumuladores están obligados a regresar los acumuladores usados. También, los acumuladores de plomo se originan en talleres de reparación, en el reprocesamiento de chatarra de automóviles y en los centros de recolección municipal. Por ejemplo, en Alemania este sistema de recolección, que funciona bien y es efectivo, ha llegado a tener una tasa de retorno mayor del 95% de acumuladores de arranque y casi 100% de acumuladores industriales. También en los países en desarrollo se pueden alcanzar tasas de retorno hasta de 80% donde hay estructuras de compra de acumuladores usados. En Zimbabwe (fuente: Central African Batteries), por ejemplo, toda la demanda de producción local se cubre reciclando acumuladores usados. 1.

Desecho de acumuladores - materia prima del reciclaje

La mayor cantidad de materia prima en el reciclaje del plomo son las baterías de arranque de los vehículos de motor. Los acumuladores automotrices modernos consisten en una caja de polipropileno (PP), las placas (rejillas y pasta), conectores, polos y puentes, y separadores de PP aislantes entre las placas (Figura 1). La pasta consiste en Pb, PbO2 y PbSO4.

Conjunto de placas positivas

Figura 1:

Esquema de un acumulador de arranque

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Las reacciones electroquímicas que se efectúan durante la carga y la descarga de un acumulador de plomo ácido son: carga:

2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + H2SO4

descarga:

PbO2 + Pb + H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O

Los tipos anteriores de acumuladores tienen caja de hule duro y separadores de PVC (cloruro de polivinilo), en lugar de caja y separadores de PP. En algunos países en desarrollo (p.ej. Zimbabwe) esos tipos de acumuladores todavía se producen y se usan. En consecuencia, los recicladores deben tener en cuenta que los acumuladores con caja de hule duro y separadores de PVC llegan con los desechos de acumuladores. Dependiendo del tipo del acumulador, su tamaño y su diseño, varía la composición de los materiales de los acumuladores de arranque. La Tabla 1 es una comparación de los tipos antiguos, con caja de hule duro, y moderno. Los componentes que contienen plomo en un acumulador son: Tabla 1:

Composición de los acumuladores

Composición de un acumulador de arranque de 12V-44Ah-210A de arranque en caja de hule duro Componentes con contenido de plomo 58% Hule duro 17.7% Ácido sulfúrico 26.2% Separadores (PVC) 2.3% 100.0% Peso total

aproximadamente 15 kg

Composición de un acumulador moderno de 12V-55Ah-210A de arranque con caja de PP Componentes con contenido de plomo 63.9% Componentes de PP 5.0% Ácido sulfúrico 28.6%

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Tabla 2:

Composición aproximada de las partes con plomo de un acumulador de arranque Metal de rejilla, polos y puentes 44% Pb 96-98% Sb 2-4% (Ca) < 0.5% Pasta 56% PbSO4 60% PbO (PbO2) 19% Pb 21% 100%

Las rejillas de los acumuladores de tipo antiguo tienen mayor contenido de Sb (antimonio) (~4%) que los acumuladores modernos sin mantenimiento (~2%), que lo reemplazan por Ca (calcio) <0.5% a la aleación de sus rejillas. 2.

Reciclado de los acumuladores de plomo-ácido

2.1

Consideraciones generales

Como ya se mencionó, el reciclaje de los acumuladores de plomo-ácido tiene una larga tradición, en especial en los países industrializados. El vendedor al por menor de acumuladores y chatarra acepta los acumuladores agotados sin cargo, o hasta paga el valor de su metal. Como la fracción metálica de un acumulador es plomo principalmente, nunca ha sido problema el reprocesamiento metalúrgico de los desechos de acumuladores. En fecha reciente han sido los requisitos ambientales más estrictos los que han causado problema a los fundidores secundarios de plomo, y han hecho que el reciclaje del plomo sea menos conveniente económicamente. La recuperación del plomo de los acumuladores agotados puede seguir dos rutas básicas. Ya sea que primero se separan los componentes de los acumuladores como plomo, plásticos, ácidos etc., para después procesarse en forma individual, o bien primero se saca el ácido y los acumuladores se procesan en conjunto. En el primer caso se recuperan los materiales de todas las partes de un acumulador (también el ácido residual, parcialmente), y los componentes orgánicos se destinan a reciclar la energía. En vista de las estrictas normas de control de contaminación implementadas para las fundidoras secundarias de plomo en los países industrializados, el reciclaje F-5

moderno del plomo no produce riesgo apreciable para la salud de la población o el ambiente locales. En los países en desarrollo, los acumuladores de plomo agotados se reciclan tanto en instalaciones industriales o en pequeñas empresas informales. Los fundidores de reciclaje industrial usan el metal de las rejillas y la pasta con plomo, para producir plomo secundario. En contraste, el sector informal con frecuencia usa sólo las partes metálicas (rejillas, terminales y puentes) de los acumuladores desechados para producir artículos como soldaduras o pesos para redes de pescar. Las demás partes del acumulador sólo se tiran en el ambiente. Aun las instalaciones industriales de reciclaje en los países en desarrollo, emplean muchas técnicas manuales, debido a la mano de obra barata. Con frecuencia los acumuladores se rompen, se vacían, se separan y se cargan a los hornos, todo a mano. El plomo que se extrae se refina y se cuela manualmente en lingotes. Esto crea un riesgo potencial para los trabajadores, la población vecina y el ambiente (suelo, terreno, recursos hidráulicos, etc.) en general. Algunos fundidores secundarios también compran fracciones preclasificadas de acumuladores, como rejillas y pasta de plomo, sin cajas ni separadores, así como acumuladores completos. Así, esos fundidores se ahorran varias etapas de procesamiento y no tienen que manejar los desechos de cajas y separadores. En consecuencia, pueden pagar mayor precio por el material que se les suministra. Esta práctica es muy peligrosa, en términos ambientales. Durante las dispersas actividades de preclasificación, se producen residuos con contenido de plomo en muchos lugares, y resulta imposible controlar su desecho adecuado. 2.1 Aspectos metalúrgicos del reciclaje del plomo de los acumuladores desechados Como se dijo arriba, las materias primas que contienen plomo y se toman de los acumuladores desechados de plomo-ácido son: Pb(Sb) PbO (PbO2) PbSO4

Metal de rejillas, terminales y puentes Óxidos de plomo, parte de la pasta Sulfato de plomo, parte de la pasta

Si bien el primer componente sólo necesita fundirse, los otros dos se deben convertir mediante procesos químicos y metalúrgicos para obtener plomo metálico, lo cual se lleva a cabo en el horno. La primera reacción química convierte al PbO (o al PbO2) a Pb con un proceso de reducción:

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2 PbO + C → 2 Pb + CO2 PbO2 + C → Pb + CO2 La segunda convierte al PbSO4 en PbS, de nuevo con un proceso de reducción: PbSO4 + 2C → PbS + 2CO2 Por último, el PbS se convierte en Pb con las siguientes reacciones: PbS + Fe → Pb + FeS o bien PbS + 2 PbO → 3 Pb + SO2 PbS + PbO2 → 2 Pb + SO2 Las reacciones químicas anteriores son sumas de otras reacciones más. Eso significa que hay pasos intermedios. Las reacciones se efectúan en el horno de fusión a alta temperatura (900 a 1200°C) y se necesitan aditivos, que son carbono (en forma de carbón) y hierro (en forma de virutas). Las impurezas se recolectan en la escoria, que requiere fundente y escorificante de carbonato de sodio, por ejemplo. El producto de la operación de fusión es plomo crudo, que necesita refinación, y escoria de sosa, el residuo. Como la escoria de sosa es soluble en agua y, en consecuencia, peligrosa al llevarse a los tiraderos, en las plantas modernas de reciclaje se usa escoria de sílice (escoria de fayalita), insoluble en agua. Sin embargo, requiere una temperatura de funcionamiento del horno mucho mayor, de unos 1400°C. La refinación del plomo crudo se hace en una marmita de refinación, a temperaturas de 400 a 550°C. Si sólo se usa desecho de acumuladores para producir el plomo, se requieren dos pasos consecutivos de refinación: 1. Eliminación de Cu, que pudiera haber entrado al fundido por los conductores de cobre. 2. Eliminación de antimonio de metales anteriores de rejilla, para producir plomo puro. Si bien la eliminación de Cu se hace agregando azufre elemental, el Sb se puede eliminar por oxidación selectiva, o agregando nitrato de sodio (NaNO3). Se agita el plomo en la marmita y se forma una nata. Entonces se eliminan las impurezas del fundido rastrillando la nata que se forma. Es obvio que el éxito de la refinación debe controlarse con análisis químicos. El metal refinado se cuela en lingotes para su transporte, venta o procesamiento posterior.

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2.3

Pasos técnicos en el reciclaje de los acumuladores

En los países en desarrollo, los desechos de acumuladores de plomo-ácido se procesan normalmente en hornos de tambor rotatorio con combustible líquido como fuente de energía. Los materiales alimentados, con contenido de plomo, son interiores completos (rejillas y pasta) con sus separadores eliminados, o dos fracciones por separado: a) sólo el metal de rejillas y b) pasta y otros materiales finos.

autógena

Partículas suspendidas yeso

Figura 2:

Diagrama general de flujo de reciclaje semimecanizado de acumuladores desechados

El diagrama de flujo de la Figura 2 muestra una opción de proceso semimecanizado para reciclaje de acumuladores en escala de pequeña a mediana, en países en desarrollo. En esta opción, las rejillas y la pasta se separan y se procesan en forma individual. Como las rejillas son los 2/5 del material total y ya están en estado metálico, no necesitan pasar por el proceso metalúrgico de conversión de PbO o PbSO4 a plomo F-8

metálico. Sólo se deben fundir a unos 500°C (fundido de baja temperatura), refinar y colar en lingotes, ahorrando así energía y costo. 2.3.1 Desmantelamiento de cajas de acumulador y preparación de la alimentación Los acumuladores usados se vacían a mano y el ácido se junta en bidones de plástico. Si se mantienen los bidones llenos inmóviles durante algún tiempo, las impurezas se sedimentarán al fondo. Este proceso de sedimentación se puede promover agregando algún floculante. A continuación el ácido purificado se decanta y envasa para su venta. Los clientes probables de este ácido serán las industrias mineras y metalúrgicas, que lo usan en diversas aplicaciones de lixiviación. El lodo de acumulador que queda se neutraliza con cal. Después de pasarlo por un filtro prensa, la torta se puede cargar, junto con la fracción de finos, en el horno de fusión y de reducción. En el siguiente paso, las cubiertas de los acumuladores, ya sin ácido, se cortan con una guillotina y se sacan las rejillas de la caja. Las rejillas se alimentan a un tambor perforado de trituración, que gira dentro de un recipiente con agua. Al mover la alimentación en el tambor se inicia un proceso de trituración autógena, que separa las rejillas de los separadores y, más importante aún, la pasta de las rejillas. Al mismo tiempo, las perforaciones del tambor funcionan como criba. Los finos se separan y son arrastrados por el agua. Se agrega un poco de cal al agua para neutralizar los ácidos, y evitar la corrosión masiva del tambor. En lugar de este método intensivo en mano de obra, los acumuladores completos se pueden triturar con un molino de martillos (Figura 3) y alimentarse en un tambor de molienda y lavado para su separación. En ambos casos, el lodo se bombea en forma continua o intermitente a tanques de sedimentación, donde los sólidos se sedimentan al fondo. El líquido clarificado regresa a la operación de trituración, mientras que el lodo, en el fondo de los tanques, pasa un filtro prensa o se deja secar al sol. La torta del filtro o el material seco al sol es la alimentación principal de la operación de fusión y reducción, que producirá plomo casi puro.

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Figura 3:

Trituradora de martillo para acumuladores completos

La segunda fracción, el material grueso que básicamente consiste en rejillas y separadores, sale del tambor de trituración por su extremo inferior. Los separadores y las rejillas se separan entre sí a mano, con una banda transportadora con movimiento lento (Figura 4). La fracción metálica es la alimentación principal a la fusión de baja temperatura, donde se produce una aleación de Pb-Sb. Las cajas vacías y sus cubiertas con los polos, puentes y restos de rejilla fijos se cargan a un molino de martillos en mojado, donde las partes metálicas y la pasta restante se separan del plástico. La salida del molino pasa por un tambor perforado, donde se separan sólidos y lodo. Mientras que los sólidos (partes metálicas y de plástico) se clasifican a mano, el lodo con los finos se agrega al lodo que se obtuvo en el tambor de molienda. Las partes metálicas macizas suplen la alimentación de la fundición a baja temperatura. Los residuos plásticos de la operación de desmantelamiento se deben desechar (en el caso de los separadores de PVC) o bien se pueden usar como combustible (PP, celulosa, hule duro) en las fábricas de cemento. En este caso es importante que no quede plomo en el producto de plástico. F - 10

Figura 4:

Clasificación manual de la fracción de alimentación gruesa

2.3.2 Operación de fusión y reducción de pasta y finos de acumulador La pasta de torta de filtro, o la secada al sol, se carga a un horno de tambor rotatorio corto (Fig. 5) donde se funde la carga junto con los componentes fundentes (carbonato de sodio = Na2CO3) y con aditivos de reacción (virutas de Fe, carbón). La relación de los materiales en la alimentación es Pb-finos : virutas de Fe : carbonato de sodio : carbón es 10:2:1:0.5, aproximadamente. La energía necesaria para el proceso se obtiene quemando el carbón dentro del horno, y con un quemador adicional de combustible pesado parafínico, diesel, aceite quemado de motor, etc. Para ahorrar energía y alcanzar mayor temperatura en el horno se debe precalentar el aire de la combustión. Dependiendo de la temperatura y la cantidad de material alimentado al horno, el tiempo de reacción será de 2 a 3 h. A causa de la diferencia entre el peso específico, el plomo fundido producido se asienta en la parte inferior del horno. Cuando se ha acumulado el

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plomo suficiente se sangra en un cucharón móvil y se transporta líquido a la marmita de refinación. Cuando hay menos PbO y PbS en la escoria y se produce más Pb metálico, aumenta la viscosidad de la escoria. Esto estorba la separación de las pequeñas gotas de Pb y la escoria. Para combatir este problema se debe agregar más carbonato de sodio, o debe aumentarse la temperatura del horno. Ambas soluciones tienen consecuencias negativas. Mientras que la primera medida aumenta la cantidad de escoria que al final se debe desechar, la segunda causa mayor consumo de energía, y más evaporación del plomo en el gas de salida. Lo más adecuado es sangrar el plomo antes de alcanzar la recuperación óptima y dejar la escoria restante, rica en plomo, en el horno, para un segundo o tercer ciclo con nuevo material alimentado.

Figura 5:

Horno de tambor rotatorio para reciclaje de desecho de acumuladores

Después de varios ciclos de producción, la cantidad de escoria en el horno será demasiado grande para continuar con la operación. Si se agrega algo más de carbón y carbonato de sodio fresco se puede obtener una escoria con bajo contenido de Pb (< 9%), que a continuación se sangra del horno, junto con el plomo que se produjo al último. Mientras que el plomo metálico se manda a refinación, la escoria se debe desechar. Los gases de escape y los polvos que se producen en la operación se succionan y se tratan en el sistema de limpieza de gases de escape. F - 12

2.3.3 Fusión de rejillas, terminales y puentes La fracción gruesa de los desechos triturados de acumulador se alimenta a un horno de crisol, marmita de fusión u horno rotatorio de fusión. Se agrega un poco de carbonato de sodio y se funde y agita durante cierto tiempo la carga. Durante esta operación, las impurezas insolubles flotan sobre el fundido y se unen a la escoria de carbonato de sodio, que se separa rastrillando al final de la operación de fusión. Los gases y polvos desechados en el proceso, se mojan y se pasan al sistema de limpieza de gases. El fundido se cuela en lingotes, o se transfiere líquido a la marmita de refinación. 2.3.4 Refinación del plomo crudo Primero, el plomo sangrado del horno debe limpiarse de óxidos y escoria residuales. Con este objeto se agregan algo de asfalto y aserrín. Después de agitar durante un rato, las impurezas flotan en la superficie y son rastrilladas (Figura 6).

Figura 6:

Refinación de plomo crudo en una marmita

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El plomo crudo que se origina en los desechos de acumuladores suele estar aleado con cobre y antimonio (y con huellas de Ca, Sn, As, Zn). Para eliminar los elementos no deseados, se deben hacer otras dos operaciones de refinación. Al agregar azufre al plomo fundido, y después de agitar durante algún tiempo, se separa una nata de Pb/Cu2S (y pequeñas partes de Zn, Sb y As si los hay), y se desnata. Este paso de separación de cobre debe hacerse un mínimo de dos veces, para asegurar el buen resultado de la refinación. El plomo sin cobre todavía contiene una gran cantidad de antimonio (y quizá algo de Sn y AS). Todos esos elementos se pueden eliminar por oxidación. Para este fin, se sopla aire solo o enriquecido con oxígeno por el fundido, que se agita. Los diversos óxidos que se forman se separan en la superficie y se pueden separar rastrillándolos. El proceso de oxidación se termina cuando se forma principalmente óxido de plomo. En lugar de oxidar las impurezas inyectando aire, se puede agregar nitrato de sodio, NaNO3. En este caso se forma también una nata que contiene las impurezas (y plomo), que se desescoria posteriormente. Todos los subproductos o residuos de la refinación se deben procesar para recuperar su plomo y demás componentes valiosos. Los procesos de refinación y la pureza del plomo refinado se vigilan con análisis químicos. Los gases de salida de cada uno de los procesos se recolectan y alimentan al sistema central de limpieza de gases de la planta. 2.3.5 Sistema de limpieza de gases Debido a la falta de legislación y vigilancia ambiental, y por la carencia de fondos, las operaciones industriales de los países en desarrollo tienen con frecuencia muy mal control de emisiones y sistemas de limpieza de gases de salida. Debido al potencial peligroso de la mayor parte de los elementos y compuestos que intervienen en la fusión y refinación del plomo (Pb, Sb, As, SO2, etc.), se debe lograr cierta norma de limpieza de gases, que debería ser obligatoria. En consecuencia, todos los gases y polvos que se produzcan durante los diferentes pasos de producción se deben recolectar y tratar en un sistema central de limpieza de gases. Un sistema normal de tratamiento de gases de salida suele consistir en al menos una cámara de polvos calientes y/o un ciclón caliente, un lavador venturi y un lavador (Figura 7).

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Figura 7:

Sistema de limpieza de gases de salida en un horno de reciclaje de plomo en Zimbabwe

Los gases calientes que salen del horno pasan por una cámara de polvos calientes y/o por un ciclón caliente, donde la mayor parte de las partículas gruesas de polvo se separa de la corriente del gas. De aquí, el gas de salida va a un sistema de limpieza húmeda, formado por un lavador venturi y otro lavador. La tarea del lavador venturi es la recolección de partículas finas de polvo. El agua y el gas de salida se mezclan bajo condiciones de gran turbulencia y velocidad de aspersión entre el gas y el agua, formándose un lodo fino que se bombea a un tanque de sedimentación. Después, el gas de escape más o menos libre de polvo entra a un lavador. Aquí, la tarea principal es eliminar SO2 del gas de salida. Si se agrega cal al agua de lavado, el SO2 del gas de salida reacciona con el agua de cal, formando yeso. El yeso es insoluble en agua y precipita. De nuevo, el lodo fino del segundo lavador se bombea a un tanque de sedimentación. El gas limpio sale de todos los procesos por la chimenea principal. En el tanque de sedimentación, las pequeñas cantidades de cal y de floculante neutralizan el lodo y ayudan a sedimentar los finos. El lodo va a un filtro prensa, produciendo una torta. El agua extraída es recirculada a los lavadores, mientras que la torta filtrante se recircula al horno de fusión y reducción.

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Consideraciones ambientales

Como ya se mencionó, el riesgo potencial de salud y al ambiente que se tiene al procesar los desechos de acumuladores es muy alto. Dependiendo del grado de mecanización y de las normas ambientales, pueden surgir los siguientes riesgos ambientales: •

contaminación de suelo y agua freática por el ácido derramado al vaciar los acumuladores.

•

dispersión del polvo de plomo por el viento, si se guardan los acumuladores triturados sin protección.

•

se producen bastantes emisiones atmosféricas (por ejemplo, polvo con contenido de plomo, hollín, SO2, cloruros, dioxinas, etc.) al fundir los desechos de acumuladores, debido a: o procesar todo el acumulador incluyendo sus partes orgánicas (caja, separadores de PVC, en los tipos antiguos) o eliminación inadecuada de gases y vapores durante el proceso de fusión y refinación. o ausencia del tratamiento o tratamiento inadecuado de gases de combustión

•

uso de escoria soluble en agua sin el diseño adecuado de tiradero, que evite la lixiviación y la formación de polvos.

•

almacenamiento a cielo abierto de escoria y cenizas del proceso de refinación.

•

volcado de residuos y desechos a cielo abierto, como por ejemplo cajas de acumulador y separadores de PVC.

También los trabajadores están expuestos a niveles elevados de sustancias peligrosas en estas instalaciones. Se generan altos riesgos para la salud, si no se toman las medidas precautorias adecuadas (equipo de respiración, instalaciones de lavado, cuartos de alimentos y descanso aparte, exámenes con regularidad, etc.).

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Referencias y más información: ¾

Vogler, J.: Work from Waste, IT-Publications, 1983 ISBN 0-903031-79-5

Nickel, W.: Recycling Handbuch VDI Verlag, 1996 ISBN 3-18-401386-3

Vest, H., F. Jantsch Environmental Sound Battery Disposal and Recycling Manual ambiental; Ministerio Alemán de Cooperación y Desarrollo Económico, 1999

Direcciones en Internet: www.wrf.org.uk (Fundación de Recursos Mundiales)

¾ ¾

www.recyclers-info.de (Información de recicladores, Alemania)

www.ens-news.com (Environmental News)

www.epa.gov (Agencia de Protección Ambiental, E. U. A.)

www.eea.dk (Agencia Europea de Protección Ambiental)

www.gm.com (Global Recycling Network)

www.residua.com Servicio de información sobre recuperación de recursos

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Publicaciones de la SEGEM en Materia de Residuos Sólidos Urbanos En el ámbito del proyecto “Apoyo a la Gestión de Residuos Sólidos en el Estado de México”, que desarrolla la Secretaría de Ecología del Gobierno del Estado de México (SEGEM) en cooperación con la Agencia de Cooperación Técnica Alemana (GTZ), se han publicado los siguientes documentos:

Libros publicados: Hernández Barrios, Claudia P.; Wehenpohl, Günther: Manual para la rehabilitación, clausura y saneamiento de tiraderos a cielo abierto en el Estado de México 2° edición, Noviembre 2002 Wehenpohl, Günther; Hernández Barrios, Claudia P.: Manual para la supervisión y control de rellenos sanitarios 2° edición, Noviembre 2002 Afferden, Manfred von; et al.: Alternativas de rellenos sanitarios – Guía de toma de decisión Noviembre 2002 Wehenpohl, Günther; Hernández Barrios, Claudia P.: Guía en elaboración de Planes Maestros para la Gestión Integral de Residuos Sólidos Municipales (PMGIRSM) Noviembre 2002 Hernández Barrios, Claudia P.; Wehenpohl, Günther; Sánchez Gómez, Jorge: Guía para el desarrollo, presentación y evaluación de proyectos ejecutivos para rellenos sanitarios Diciembre 2003 Vest, Heinrich: Información técnica sobre reciclaje Diciembre 2003 Obs: Los manuales pueden ser bajados por Internet de las siguientes paginas: SEGEM: www.edomex.gob.mx GTZ: www.gtz.org.mx Proyecto de “Apoyo a la Gestión de Residuos Sólidos en el Estado de México”

Autorizaci贸n Comit茅 Editorial A: 212 / 1 / 016 / 03

Con apoyo de:

Agencia Alemana de Cooperaci贸n T茅cnica