Tratamiento de los efluentes procedentes los baños de cromado por medio de electro-electrodiálisis

Indice1. Introducción 2. Problemática Medioambiental 3. Técnica Utilizada 4. Conclusiones

1. Introducción

La industria de productos metálicos abarca un gran número de actividades. Una característica importante de estas empresas es que la gran mayoría son de pequeño tamaño (menos de 50 trabajadores) y suelen disponer de pocos recursos técnicos y económicos. Esto es un serio inconveniente para la modernización y el futuro de las empresas, y se traduce directamente en una indiferencia hacia aquellos aspectos de la producción que supongan costos adicionales, como ser, en nuestro caso particular, el tratamiento de las aguas residuales. En general, las aguas residuales producidas por las industrias de este sector se caracterizan por presentar bajos contenidos en materia orgánica, aunque su gran problemática es la presencia de metales pesados y en algunos casos compuestos tóxicos. Los subsectores que componen el sector metal-mecánico, son los siguientes:

• Producción y primera transformación de metales.
• Recubrimientos superficiales.
• Fabricación de productos metálicos.

En un proceso de recubrimiento, los cromados se aplican generalmente a las superficies cincadas con el fin de proporcionarles una protección anticorrosiva adicional que incremente las prestaciones del producto en condiciones de servicio. El tratamiento consiste en la obtención de capas por formación de cromatos sobre la superficie del cinc mediante un proceso químico que disuelve parte del metal y transforma el cromo hexavalente en trivalente.

2. Problemática Medioambiental

La problemática generada por el proceso de recubrimiento que nos ocupa, el "cromado de piezas", se debe al agotamiento del principal componente del baño cuya vida efectiva es muy corta, ya que se trata de un baño de baja concentración que, además no admite demasiadas dosificaciones de refuerzo y que, por tanto, ocasiona vertidos discontinuos pero frecuentes del mismo. Como consecuencia de la composición y las condiciones de uso del baño del pasivado crómico se derivan los siguientes aspectos medioambientales:

• Vertidos conteniendo cromo.
• Continuo agotamiento de las soluciones de trabajo.

1. Baño de baja concentración que no admite, o muy pocas, dosificaciones de refuerzo.

2. Agotamiento del componente, reactivo principal.

3. Contaminación del baño con metales procedentes del metal base.

• Producción de residuos peligrosos.

Las soluciones adoptadas actualmente son las siguientes:

• Refuerzo del baño.
• Tratamiento físico-químico del baño agotado y enjuagues posteriores:

1. Módulo de descromatación. 2. Neutralización y posterior precipitación. 3. Tratamiento de fangos.

• Gestión externa del baño agotado.

Las consecuencias del tratamiento actual se pueden sintetizar en:

• Importante consumo de materias primas de refuerzo.
• Vertido elevado y frecuente del baño agotado.
• Elevados caudales de los enjuagues posteriores al pasivado.
• Gestión externa de volúmenes considerables de Iodos.

Analizada la problemática medioambiental presente en las empresas de recubrimientos metálicos, se observó por una parte a necesidad de reducir los consumos de agua y materia prima, y por otra la necesidad de minimizar la generación de residuos, es por ello que se planteó el desarrollo y utilización una de las llamadas tecnologías limpias ó de vertido cero, como es el caso de la electro-electrodiálisis para el tratamiento en continuo de los efluentes procedentes de los baños de cromado.

3. Técnica Utilizada

La técnica de electro-electrodiálisis, fundamentalmente se trata de una técnica separativa, de concentración y descontaminación en la que especies iónicas son transportadas a través de membranas iónicas con permeabilidad selectiva (aniones, cationes) bajo la acción de un campo eléctrico. Esta técnica aprovecha las propiedades especiales de la electrólisis, que se llevan a cabo en los electrodos, permitiendo la eliminación de contaminantes indeseables por deposición sobre los electrodos, ó la transformación de los mismos en otras especies favorables para el proceso de fabricación. Particularizando en nuestro caso, la técnica actúa de la siguiente manera:

Desarrollo Experimental La forma de proceder en el desarrollo experimental fue el siguiente:

• Estudiada la problemática que se desprende de la utilización y agotamiento de los baños de cromado, se realizó una revisión bibliográfica proponiéndose el diseño de ensayos con los que tratar el efluente problema.
• Muestreo y caracterización analítica de los baños de pasivado crómico en empresas colaboradoras.
• Ensayo de los diseños propuestos, con baños preparados en laboratorio a partir de la caracterización de los baños reales y optimización de variables.
• Aplicación de los ensayos a baños reales.

Electro-electrodiálisis. Planta piloto:

• Piloto EUR2B-EED.
• Fabricante: DU PONT
• Superficie: 2 dm².

Membranas:– Membrana catiónica NAFION 450. – Membrana catiónica NEOSEPTA, modelo CMH. – Membrana aniónica NEOSEPTA, modelo AMH. Filtro de cartucho 5µ.

Resultados Los ensayos iniciales se estuvieron realizando con membranas aniónicas a fin de recuperar los cromatos sobre agua, y recircular el baño hasta conseguir una concentración tal, que se pudiera devolver el baño a sus condiciones iniciales. Se tuvo que desestimar el uso de membranas aniónicas por su rápido deterioro frente al carácter extremadamente oxidante del baño ensayado. Los polímeros perfluorados constituyen una membrana iónica capaz de resistir los medios oxidantes propios del baño. Este tipo de membrana de matriz orgánica, en la actualidad sólo existe en membranas de naturaleza catiónica. Por ello, se varió la configuración inicialmente prevista, adaptándose la siguiente:

Se introduce el baño de pasivado en el compartimento anódico, y agua en el compartimento catódico. Con esta configuración, se puede descontaminar el baño, haciendo migrar los componentes metálicos (contaminantes del baño) a través de la membrana catiónica. De esta forma, se consigue en el compartimento catódico un efluente cargado de metales y un defluente descontaminado, que con un pequeño reajuste (adición) de materia prima puede ser devuelto a su función de origen. Tras caracterización analítica de los baños de pasivado crómico utilizados en cinco empresas del sector se observó una composición similar en cuanto al contenido de sales y aditivos, la variación residía en la composición de iones contaminantes. A continuación se muestra la composición de pasivado industrial (muestreo en una empresa del sector) que fue objeto de la mayor parte de los ensayos.

Tras la optimización de variables como el tipo de membranas a utilizar, electrodos, pH, etc., a través de ensayos realizados, primero en laboratorio y a continuación con baños reales se obtuvieron los siguientes parámetros de control.

Tabla I: Evolución de la concentración, en el comportamiento anódico, de los diferentes elementos que componen un baño de cromado, al tratar el baño con EED. Ver gráfica I, Zn, Fe, Cr (III) = f(t).

Tabla II: Evolución de la concentración, en el comportamiento catódico, de los diferentes elementos que componen un baño de cromado, al tratar el baño con EED. ELECTRO-ELECTRODIÁLISIS ENSAYO B (PASIVADO DE CROMO REAL) Concentración de Cr (III), [Fe], [Zn] = f (tiempo)

Gráfica I: Evolución de la concentración en el comportamiento catódico, de las diferentes especies que componen el baño de cromado, al tratar dicho baño con EED.

Consumo energético: A partir de los resultados obtenidos, el consumo energético medio, atendiendo a las características del equipo utilizado, solución a tratar y metodología aplicada son los siguientes:

Parámetros seleccionados:

• Kw/h/g recuperados (Kilovatios-hora consumidos por g de cromo recuperado).
• Tabla resumen:

* Corresponde al consumo energético asociado a las bombas instaladas en el equipo y consumo eléctrico del rectificador. Tabla III: Consumo energético, en los dos ensayos realizados, referido a gramos de cromo recuperado. Los datos que se presentan son específicos para el equipo utilizado y el baño ensayado, no teniéndose en cuenta otros factores específicos de aplicaciones concretas en problemas particularizados a instalaciones de producción.

4. Conclusiones

Los baños de pasivado crómico pueden ser descontaminados aplicando la técnica de EED con membranas perfluoradas. Se eliminan las impurezas metálicas y se consigue la generación del baño. Se observa una pérdida de Cr en forma de Cr (III), que inicialmente se esperaba se reoxidase en el compartimento anódico. En cambio debido a la elevada velocidad de migración de este catión hacia el compartimento catódico es eliminado como depósito sobre el electrodo, cátodo. Recuperación entre un 70-80% del Cr (VI) y eliminación entre un 70-95% del Cr (III) que acompañado de los grados de eliminación de Zn y Fe hacen que sea un proceso de descontaminación muy interesante. Se concluye que la vida de un pasivado crómico pasa a ser, teóricamente, ilimitada al ser posible su descontaminación en continuo por medio de EED con membrana perfluorada de tipo catiónico.

Autor:

Fabio G. Borgogno

Tecnico Químico, Estudiante de Ingenieria Química Analista Industrial 21 años Escuela Industrial Superior (E.I.S.).