Manual Galvano Tec Nia

de minimización

y buenas prácticas

en el sector de

GalvanotecniaMANUAL

“ACCIONES GRATUITAS dirigidas a trabajadoresactivos de PYMEs y profesionales autónomosrelacionados con el sector medioambiental quedesarrollen su actividad en la ComunidadValenciana”

“El Fondo Social Europeo contribuye al desarrollodel empleo, impulsando la empleabilidad, elespíritu de empresa, la adaptabilidad, la igualdadde oportunidades y la inversión de recursoshumanos”

“Acciones cofinanciadas por el Fondo SocialEuropeo en un 70% (para Objetivo 1) y un 45%(para Objetivo 3) y por la FundaciónBiodiversidad, en el marco de los ProgramasOperativos de “Iniciativa Empresarial y FormaciónContinua”2005-2006”

Fondo Social EuropeoUNIÓN EUROPEA

Proyecto

Herramientas de concienciación ysensibilización para la prevención de la

contaminación en el sector metal-mecánico

AIMMEDiciembre 2006

Jesús Ribera Ferrandoy Francisco Bosch Mossi

Fundación Biodiversidady Fondo Social Europeo

AIMME agradece a lasempresas CANDEL HIJOS S.L.y MASUNO su colaboración enla elaboración de esta guía.

Edita:

Autores:

Cofinancian:

Agradecimientos:

Proyecto

Manual de minimización y buenas prácticas en el sector de galvanotecnia

1. INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVOS

3.CLASIFICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE

MINIMIZACIÓN

3.1. Pérdidas producidas en un proceso

galvánico.

3.1.1. Objetivos de la minimización

3.1.2. Pérdidas sistemáticas.

3.1.3. Pérdidas accidentales

3.1.4. Pérdidas producidas en el

almacenamiento y manipulación de las

materias primas.

3.2. Clasificación de las Técnicas de

minimización

4. SUSTITUCIÓN Y/O PURIFICACIÓN DE MATERIAS

PRIMAS

4.1 Introducción

4.2 Desengrases

4.2.1 Desengrase biológico

4.3 Alternativas a los baños no cianurados

4.3.1 Introducción

INDICE

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4.3.2. Cinc cianurado

4.3.2.1. Cinc alcalino sin cianuros

4.3.2.2. Cinc ácido

4.3.3. Cobre cianurado

4.3.3.1 Cobre alcalino sin cianuro

4.3.3.2 Cobre pirofosfato

4.3.3.3. Níquel a alto pH

4.3.4. Stripping cianurado

4.4 Alternativas a los baños conteniendo

cromo hexavalente

4.4.1 Introducción

4.4.2 Baños de cromo trivalente

4.4.2.1 Cromo trivalente en base

cloruro

4.4.2.2 Cromo trivalente en base

sulfato

4.4.3 Aleaciones de estaño-cobalto

4.4.4 Cromo hexavalente en frío

4.4.5 Alternativas a los pasivados de

cromo hexavalente

4.4.5.1 Pasivados de cromo

trivalente

4.4.5.2 Pasivados exentos de cromo

4.5 Sustitución de productos quelantes

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5. MODIFICACIONES DEL PROCESO PRODUCTIVO.

5.1. Modificación y sustitución de equipos.

5.2. Segregación de flujo de residuos.

5.3. Racionalización de los sistemas de

enjuague.

5.3.1. Calidad de una función de enjuague

5.3.2. Arrastre y su minimización

5.3.2.1. Pérdidas por arrastre

5.3.2.2. Estimación del caudal de

arrastre

5.3.2.3. Técnicas de reducción de

arrastres

5.3.2.3.1. Control de las

propiedades del baño.

5.3.2.3.2. Posicionamiento de las

piezas en los bastidores

5.3.2.3.3. Velocidad de extracción

5.3.2.3.4. Mantenimiento y diseño

de bastidores y bombos

5.3.2.3.5. Diseño óptimo de las

piezas

5.3.2.3.5. Utilización de productos

químicos compatibles

5.3.2.4. Técnicas de recuperación directa

de arrastres

5.3.2.4.1. Escurrido sobre el baño

5.3.2.4.2. Bandejas de recogida de

goteos

5.3.2.4.3. Cubas de recogida de

goteos

5.3.3. Sistemas de enjuague

5.3.3.1. Introducción

5.3.3.2. Diseño óptimo de una cuba

de enjuague

5.3.3.3. Enjuague simple corriente

5.3.3.4. Enjuague doble (y múltiple)

en paralelo

5.3.3.5. Enjuague doble (y múltiple)

en cascada y contracorriente

5.3.3.6. Enjuague estanco

5.3.3.7. Enjuague ECO

5.3.3.8. Enjuague por aspersión

5.3.3.9 Reutilización de ciertas aguas

5.3.3.10 Enjuague caliente

5.4. Técnicas alternativas de deposición

5.4.1. Deposición al vacío

5.4.2. Técnicas de spray térmico

6. BUENAS PRÁCTICAS MEDIOAMBIENTALES

6.1. Introducción

6.2. Sensibilización y formación de operarios

6.3. Compra, almacenamiento y manipulación

de materias primas

6.3.1. Gestión de compras e inventarios

6.3.2. Almacenamiento de productos

químicos

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6.3.3. Manipulación de productos químicos

6.4. Protección de piezas antes y después

del tratamiento

6.4.1. Reducción del tiempo de

almacenamiento

6.4.2. Condiciones de almacenamiento

y transporte

6.4.3. Empaquetado de las piezas

6.5. Mantenimiento preventivo

6.6. Prevención de fugas y derrames

6.7. Agua de alimentación

6.8 Mantenimiento de las condiciones

operativas de los baños

7. TECNICAS DE RECICLADO DE BAÑOS Y AGUAS

DE ENJUAGUE

7.1. Evaporación

7.1.1. Fundamento

7.1.2. Aplicaciones

7.1.3. Ventajas

7.1.4. Limitaciones

7.2. Electrólisis

7.2.1. Fundamento

7.2.2. Aplicaciones

7.2.3. Ventajas

7.2.4. Limitaciones

7.3. Intercambio iónico

7.3.1. Fundamento

7.3.2. Aplicaciones

7.3.3. Ventajas

7.3.4. Limitaciones

7.4. Micro/ultrafiltración

7.4.1. Fundamento

7.4.2. Aplicaciones

7.4.3. Ventajas

7.4.4. Limitaciones

7.5. Ósmosis inversa

7.5.1. Fundamento

7.5.2. Aplicaciones

7.5.3. Ventajas

7.5.4. Limitaciones

7.6. Electrodiálisis

7.6.1. Fundamento

7.6.2. Aplicaciones

7.6.3. Ventajas

7.6.4. Limitaciones

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1a más conocida definición de Desarrollo sostenible es la de la Comisión

Mundial sobre Ambiente y Desarrollo (Comisión Brundtland) que en 1987 definió

Desarrollo Sostenible como:

El desarrollo que asegura las necesidades del presente sin comprometer

la capacidad de las futuras generaciones para enfrentarse a sus propias

necesidades".

Según este planteamiento el desarrollo sostenible tiene que conseguir a la vez:

Satisfacer a las necesidades del presente, fomentando una actividad

económica que suministre los bienes necesarios a toda la población mundial.

Satisfacer a las necesidades del futuro, reduciendo al mínimo los efectos

negativos de la actividad económica, tanto en el consumo de recursos como

en la generación de residuos, de tal forma que sean soportables por las

próximas generaciones.

Por tanto, cuando una empresa decide desarrollar su actividad económica

enmarcada en el concepto de desarrollo sostenible debe incorporar progresivamente

las mejores tecnologías disponibles, las denominadas tecnologías limpias, con

objeto de producir con el mínimo impacto ambiental posible.

L

Introducción



Las posibilidades de minimizar el impacto ambiental

en el sector de tratamiento de superficies abarcan todas

las etapas productivas, desde el almacenamiento de

productos químicos o la refrigeración de cubas, hasta las

operaciones de enjuague, baños electrolíticos o depuración

de vertidos. La minimización de la contaminación se puede

plantear tanto en el origen, es decir en la fuente de la

contaminación, como para el reciclaje o reutilización de

un residuo o emisión.

La experiencia demuestra que la reducción del nivel

de emisiones y residuos, bien en origen, bien por

implantación de tecnologías de reciclaje, puede llevar

asociado importantes ahorros de costes, así como mejoras

en la calidad, ya sea del proceso o del producto acabado.

El presente manual pretende ser una herramienta de

trabajo que permita a las empresas plantearse posibles

opciones de minimización económica asociadas a la

minimización medioambiental, con lo cual conseguirán

enmarcarse en el denominado “desarrollo sostenible”.

Aunque el contenido del manual tiene múltiples y

prestigiosas fuentes de información, se ha tomado como

referencia más importante el documento de mejores

técnicas disponibles (MTD´s) para tratamientos superficiales

definido por la oficina de prevención y control integrado

de la contaminación (IPPC), habiendo sido editado por

la Comisión Europea. Igualmente, se incluye información

extraída de la experiencia de más de 15 años del Instituto

Metal-Mecánico de la Comunidad Valenciana en el

asesoramiento medioambiental a empresas del sector de

tratamiento de superficies.

El manual se divide en siete bloques. Los tres primeros

introducen el manual, enumeran los objetivos del mismo,

y presentan las técnicas de minimización. Los otros cuatro

describen las distintas opciones de minimización agrupadas

según las siguientes áreas:

Substitución y/o modificación de materias primas

Modificación del proceso productivo

Buenas prácticas medioambientales

Tecnologías de reciclaje

La información que contiene el manual así como su

estructura permiten que se pueda utilizar como un

complemento a aquellas publicaciones que guían para la

realización de los denominados planes de minimización

de residuos y emisiones. Estas publicaciones son muy

útiles para la estructurar dicho plan pero suelen ser de

carácter muy horizontal, de tal forma que no permiten

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identificar las oportunidades de minimización que tiene

una actividad industrial en particular. Es aquí donde se

muestra útil el presente Manual, de tal forma que tales

oportunidades se concretan en actuaciones claras y

fácilmente evaluables económicamente.

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2os objetivos del presente manual se enmarcan dentro de tres áreas

fundamentales en el ámbito medioambiental:

InformaciónConcienciaciónDivulgación

Los objetivos están dirigidos al mundo empresarial, y son los siguientes:

1_. Informar de la existencia de prácticas y alternativas de minimización deresiduos y vertidos, con un coste asumible por la pequeña y mediana empresa.

2_. Concienciar al empresario de que un comportamiento medioambientalcorrecto no supone un gasto añadido al producto fabricado, sino todo lo contrario,un ahorro de materias primas y de gestión de residuos/vertidos.

3_. Divulgar el manual como una herramienta de ayuda con el fin de facilitarla toma de decisiones tendentes a la implantación de un plan de minimización.

Para conseguir los objetivos citados, el manual se ha estructurado de formaclara y sencilla, sin que por ello deje de contener la información técnica necesariapara la correcta implantación de cada una de las opciones de minimización quese plantean.

L

Objetivos



3.1. Pérdidas producidas en un proceso galvánico.

3.1.1. Objetivos de la minimización

En un proceso galvánico existen varios puntos donde se pierde materiaprima. Teniendo como referencia un proceso standard donde se incluye unbaño galvánico y su correspondiente enjuague, las pérdidas se ven reflejadasen el siguiente esquema:

Clasificación de las técnicasde minimización

Fig 3.1.- Pérdidas producidas en un baño galvánico

Arrastre de vapores

Lavado de gases

Arrastres

Enjuague

Evaporación

Goteos sobre el suelo

Mantenimientodel baño (filtración,decantación...)

=Perdidas

Lavado de suelosy manterialesanexos

Vaciado delbañoagotado

Lodosresiduales

Vertidoscontinuos

Vaciado aguasde lavado

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La minimización o prevención, tiene como objetivoprincipal el desarrollo de técnicas de reducción de estaspérdidas en la misma fuente donde se generan, evitandoasí que pasen a formar parte de la contaminación presenteen las emisiones, vertidos y residuos. La aplicación deestas técnicas, permiten a la empresa la obtención debeneficios económicos mediante la reducción de lacontaminación.

Desengrase

TRATAMIENTO UTILIZADO

PERDIDA EXPRESADA EN % DELCONSUMO DE PRODUCTOPRODUCTO

QUÍMICO Bañosagotados Vapores Reacciones

químicas TOTAL

Trat.electrolítico Baño de electro- deposición

Trat.químicos

Desengrase

Neutralización

CIANURO

CROMO VI

Trat. Térmicos

Cromado duro

Cromado decorativo

Pasivado Trat. químicos

DEPOSICIÓNDE METALES

Niquel ácido

Cobre ácido/alcalino/cianurado

Zinc ácido/alcalino/cianurado

DEPOSICIÓNQUÍMICA DEMETALES

Cobre químico

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30-80%Tabla 3.1- Pérdidas de productos producidas en los procesos galvánicos (J.N. Breuil ).

A continuación se detallará el origende las pérdidas producidas en un procesogalvánico.

3.1.2. Pérdidas sistemáticas.

Estas pérdidas son de varios tipos:

Vaciado total o parcial de bañosagotadosPérdidas por arrastres del baño enlas aguas de enjuaguePérdidas por evaporación de los bañosPérdidas por fugas y derramesLimpieza de materialesLimpieza de equipos, filtros, ánodos,etc.Depuración de baños de trabajo

La evaluación de estas pérdidas puedeser efectuada a partir de las cantidadesde productos químicos consumidas, las

cuales dependen de los siguientes factores:

Modo operacionalCondiciones operativas

A pesar de la gran diversidad existente de procesosproductivos, se pueden establecer valores representativosde tasas de pérdidas para distintos baños de tratamiento:


3.1.3. Pérdidas accidentales

Estas pérdidas son, por definición, difíciles decuantificar. Provienen de accidentes, como por ejemplo:

Perforación de una cuba de trabajoDesbordamiento de una cuba de trabajoContaminación de un baño por falsa maniobra(adición de un producto indeseable)Fugas en conduccionesSifonado de la cuba


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3.1.4.Pérdidas producidas en el almacenamientoy manipulación de las materias primas

No se puede olvidar que los productos químicos, antesde ser empleados en la cadena de tratamiento de superficies,pueden ser en origen una fuente potencial de contaminación:

Durante su almacenajeEn su manipulaciónEn la gestión de los envases

A continuación se exponen los principales riesgos decontaminación:

Apertura de recipientes

Recipientes frágilesDeformaciones de los mismosGeneración de gas en el interiorGolpes y accidentes en el momento de la manipulaciónMalas condiciones de almacenajeExplosión

Recipientes mal cerradosConducciones defectuaosasManipulación poco cuidadosaVertido en operaciones de carga y descarga

Error en la identificación de un productoEtiquetado erróneo o ausencia de etiquetadoReutilización del etiquetado

Eliminación de los envases deteriorados, conteniendo producto

Goteo en el sueloVertido a la red de alcantarillado

Vertido al suelo por goteo

Vertido en el baño de recubrimiento

Vertido en contenedor de residuos general de la empresa

Goteo

Deterioro de un baño detrabajo por mezclas

incompatibles

Envases

ORIGEN RIESGOS DE CONTAMINACIÓN

Tabla 3.2 - Riesgos de contaminación por manipulación y almacenaje de productos. (J.N. Breuil )



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3.2.Clasificación de las Técnicas deminimización

Una clasificación de referencia obligada de las técnicasde minimización que pueden ser aplicadas por las industriaspara la consecución de sus objetivos medioambientales,es la dada en el Manual MEDIA, publicado por el Ministeriode Industria, Comercio y Turismo y que se refleja en lafigura que se adjunta.

MEDIA son las iniciales correspondientes a MinimizaciónEconómica del Impacto Ambiental, tema genérico abordadopor dicho Manual. La publicación se encuadra en el marcode la iniciativa EUREKA, programa europeo de cooperaciónen el ámbito de la investigación y desarrollo orientado almercado. El manual se concibe como una herramientaque permite a las empresas desarrollar medidas, técnicasy procedimientos tendentes a la prevención de lacontaminación, ayudando al empresario a considerar elaspecto medioambiental como un factor más de

Figura 3.2. Técnicas de minimización que pueden aplicar las industrias (Manual Media)

competitividad dentro de su estrategia empresarial.

Es muy importante aplicar las técnicas en el ordenque se indica en la tabla, estudiando primero lasposibilidades de reducción en la fuente, intentando despuésel reciclaje interno, y utilizando el reciclaje externoúnicamente en caso de que los dos anteriores no seanfactibles.

A continuación se introduce de forma breve cada unade las opciones de minimización, de acuerdo con el ManualMedia, sirviendo de base para la estructura del presentemanual.

A) Técnicas de prevención (reducción en origen)

Son técnicas basadas en la minimización de la cantidady/o peligrosidad de las emisiones y residuos en la mismafuente donde se generan mediante alguno de los siguientesmétodos:

PREVENCIÓN DECONTAMINACIÓN

PRIORIDAD DELA TÉCNICA

OTRAS TÉCNICASALTERNATIVAS

Reducción en la Fuente

Reciclaje en elEmplazamiento

Reciclaje externo

Sustitución y/o purificación de materias primasModificación en el proceso productivoModificación en equipos auxiliares y actividades complementariasSustitución o modificación del producto

Reciclaje para su empleo como materia primaRecuperación de materialUtilización del residuo para la aplicación útil

Pago por su retirada a un gestor de residuos

SECUENCIAACTUACIÓN

Venta a otra empresa


Utilización de materias primas sin contaminantes ocon una menor proporción de éstos: Supone lasustitución una materia prima con un potencial altode contaminación por otra con prestaciones técnicassimilares, pero que su utilización suponga un menorimpacto medioambiental. Otra opción es la purificaciónde la materia prima con el objeto de alargar su vidaútil (muchas veces se puede exigir al proveedor quenos suministre el producto con su mayor grado depureza).

Modificación del proceso productivo: Se trata decambios en la tecnología, de procedimiento, sustituciónde equipos y maquinaria, segregación de flujos deresiduos, mejoras en la gestión de materiales, etc.

Alteraciones en los equipos auxiliares (calderas, compres o res, generadores de vapor, etc.) o modificaciónde actividades complementarias al proceso productivo(mantenimiento, limpieza de instalaciones, depuraciónde materiales, etc.)

Sustitución o modificación del producto por otroalternativo compatible con el actual, o incluso conventajas desde el punto de vista del mercado. Elcambio debe suponer una menor generación deemisiones y residuos.

B) Técnicas de reciclaje en el emplazamiento

Son técnicas basadas en el reciclaje del residuoo emisión dentro de la propia instalación, existiendo variasalternativas:


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Empleo del residuo como materia prima en el mismoproceso de fabricación o en otro proceso.

Recuperación de algún material que forme parte delresiduo y que pueda ser utilizado dentro delemplazamiento.

Utilización del residuo para diferentes aplicacionesútiles dentro de la empresa.

Cuando las dos primeras alternativas no son viables,se plantea una tercera opción, reciclaje externo, queofrece dudas acerca de si debe ser considerada dentrodel ámbito de la minimización o no, pero en cualquiercaso, es la única alternativa actual que puede escogeruna empresa cuando el resto de opciones de minimizaciónhan sido rechazadas.

C) Técnicas de reciclaje externo

En este caso los residuos son retirados por una empresaexterna, existiendo dos modalidades:

El residuo es útil como materia prima o segundamateria en una empresa externa, la cual está dispuestaa pagar dinero por él. En este caso, el residuo oemisión se convierte en un subproducto que es vendidoa dicha empresa. Las bolsas de residuos son muyútiles para encontrar un posible comprador de losmismos.

Se paga a un gestor de residuos para que lo retire ylo trate o regenere en sus instalaciones.



4. 1 Introducción

La sustitución de las materias primas es una de las posibles alternativas a

utilizar con el fin de reducir la generación de residuos y vertidos en las empresas.

En muchos casos, se están empleando materias primas altamente contaminantes

en los procesos de preparación de las piezas o en los baños de proceso. Sin

embargo, existen en el mercado materias primas alternativas basadas en

productos de menor peligrosidad, y que al mismo tiempo realizan la misma

función o proporcionan los mismos resultados que las materias primas

tradicionales. Algunas de estas materias primas ya se han probado obteniendo

buenos resultados.

La sustitución puede llevarse a cabo por:

La sustitución directa de una sustancia por otra menos perjudicial. Un

ejemplo es la sustitución de EDTA o NTA por derivados del ácido glucónico.

Sustitución por diferentes procesos químicos. En este grupo se encuentran

la mayor parte de las alternativas. La alternativa se usa cuando no hay una

sustancia que pueda ser directamente reemplazada, como en el caso anterior,

por ejemplo, sustitución del cinc cianurado por cinc alcalino exento o cinc

4

Sustitución y/o purificaciónde materias primas


4.2 Desengrases

Un factor esencial para la preparación de los metales

antes de cualquier proceso de acabado (fosfatación,

galvanizado, pintura, etc) es que la superficie de los

mismos se encuentre limpia y activa.

Los baños de desengrase clásicos están compuestos

de sosa o potasa, de fosfatos, silicatos, carbonatos,

agentes complejantes y tensoactivos; cada uno de estos


18

ácido. Los procesos alternativos pueden producir

recubrimientos de propiedades distintas al proceso

original, incluso cuando el metal depositado es el

mismo.

El cambio de las materias primas actuales por las

materias primas alternativas sólo se puede realizar cuando:

La calidad y los resultados a obtener son al menos los

mismos que con los productos o procesos existentes.

Los residuos generados con el proceso alternativo son

globalmente inferiores en cantidad y toxicidad después

de un tratamiento eficiente del agua residual.

Los costes son económicamente aceptables.

Las principales barreras al empleo de los procesos

alternativos en procesos de recubrimientos metálicos son:

Desconfianza ante nuevos productos con resultados

inciertos.

Cambios en la forma de trabajo.

Efectos secundarios asociados al desconocimiento de

proceso y de los compuestos empleados.

Modificación de las características externas del depósito

(por ejemplo: diferencia de color en el depósito).

En todo caso, es esencial discutir los cambios previstos

con el cliente final antes de realizarlos. Es una buena

práctica no poner en marcha ningún cambio sin tener un

conocimiento preciso de las exigencias del cliente. Cualquier

incumplimiento de estas exigencias puede conducir a una

pérdida de confianza del cliente y a un aumento de los

rechazos.

Existen varias opciones que se han demostrado como

sustitutos viables para los procesos actuales. Estos procesos

alternativos se describen a continuación.


elementos son capaces de eliminar las grasas y mantenerlas

en suspensión con el fin de obtener una superficie limpia

y apta para recibir el depósito o el tratamiento de superficie

deseado.

A medida que se utiliza el baño de desengrase, los

aceites y las grasas se acumulan haciendo ineficaz el

desengrase y momento en el cual es necesario cambiar

el baño. Sin embargo, el baño de desengrase está

compuesto por productos más o menos nocivos o tóxicos

para el medio ambiente por lo que su vertido directo es

casi imposible.

4.2.1 Desengrase biológico

Los desengrases biológicos, aplicados hace unos años

a otros sectores industriales para operaciones de

desengrase y limpieza, combinan la capacidad de emulsión

de los productos desengrasantes en disolución acuosa

con la degradación biológica de los aceites y grasas

retenidos en la disolución desengrasante, por medio de

ciertos microorganismos naturales que se adicionan al

baño junto con el desengrasante.

Los desengrases biológicos están formados por una

disolución neutra pH = 7 a una temperatura media de

aproximadamente 45ºC y compuesta por una mezcla de


19

tensoactivos y bacterias desengrasantes. Las bacterias

aseguran la degradación de la suciedad y la grasa presente

en la pieza. El baño también presenta una solución nutritiva

para asegurar el mantenimiento de los microorganismos.

Los microorganismos empleados son inofensivos para

la especie humana ya que se presentan habitualmente

en los sistemas minerales en descomposición, y no se

encuentran asociados a las bacterias que generan

enfermedades. Los lodos producidos en el proceso no

contienen partículas nocivas para el medio ambiente y

excepto contaminaciones accidentales, se pueden eliminar

como residuos no peligrosos después de una verificación

según la legislación vigente.

El sistema permite eliminar la suciedad que se acumula

en el baño de forma continua, con lo que se alarga

enormemente la duración del baño, reduciendo por tanto

los costes de gestión del mismo una vez agotado.

El sistema lleva adosado un equipo para precipitar y

eliminar las partículas presentes en el baño y los

microorganismos muertos.



20

El baño de desengrase debe cumplir las característicasadecuadas para la supervivencia de los microorganismos:el baño es recirculado hasta otra cuba donde se realizael ajuste del pH y las adiciones de concentrado para elmantenimiento del baño. Los baños trabajan a bajastemperaturas (hasta 45ºC) y presentan agitación por aire(bacterias aerobias), pudiendo ser utilizadas para todotipo de metales (acero, zamak, latón, aluminio, etc).

En la actualidad, los desengrases biológicos existentestan solo pueden ser utilizados como predesengrases,pero situados como etapa previa a un desengraseelectrolítico alargan la vida de éste al reducirsustancialmente los arrastres de aceites y grasas quellegan al mismo.

Las ventajas medioambientales del sistema puedenresumirse en:

Operación a pH neutro, con bajas temperaturas detrabajo.

Reducción del consumo de productos de desengrase,ya que la solución rara vez necesita ser reemplazada.

Reducción en el uso de sustancias peligrosas.

Reducción del consumo de reactivos neutralizantescuando el baño necesita ser vertido y menor impactode los tensioactivos en el tratamiento de las aguasresiduales.

Menores pérdidas por evaporación y menos necesidadde extraer los vapores de agua del proceso

Se han descrito algunos problemas con ciertos aceitesy grasas que pudieran contener compuestos sulfurados.

Figura 4.1. Esquema de desengrase biológico


Enj Enj

Agua de enjuague (Recuperación)

ProductosDesengrasantes

Baño dedesengrase

Aireación

(Pre-tratamiento)

Bio Aditivos

AceiteDegradadoAireación

En algunas aplicaciones, la biomasa de la solucióndesengrasante puede ser parcialmente arrastrada a otrosprocesos causando problemas de calidad en los mismos. Para evitar ese problema, relacionada con la limitadaeficacia de separación de los sistemas lamelares, se estánestudiando sistemas de separación con membranas.

Existen ciertas sustancias que son tóxicas para lasbacterias tales como cianuro, cobre, AOX etc. que pudieranllegar por arrastre a la solución, así como ciertas pastasde pulir que pueden tener carácter biotóxico.

Este dispositivo de desengrase puede ser empleado ennumerosas industrias de tratamiento de superficies: encadenas de cincado, de niquelado, de pintura, degalvanizado, para la preparación de metales como aluminio,cobre, aceros, etc.


21

Sus principales inconvenientes son su elevada toxicidady el alto coste del tratamiento de sus aguas residuales.

Los beneficios de reemplazar los baños cianuradoscon soluciones exentas incluyen una reducción de impactosambientales y riesgos para la salud. Los baños exentospresentan los siguientes beneficios:

Reducen los riesgos laborales en los trabajadores

Pueden reducir los costes y la complejidad detratamiento de las soluciones agotadas

No poseen riesgo de desprendimiento de HCN

Pueden aumentar la velocidad de recubrimiento

Eliminan un componente peligroso y sus vertidos yresiduos derivados

Reducción de AOX (haluros orgánicos): los AOX puedengenerarse mediante la oxidación química del cianuroen las aguas residuales con hipoclorito sódico

Puede reducir la generación de lodos debido a lasconcentraciones metálicas.

A continuación se describirán las últimas tendenciasen cuanto a la sustitución de los baños cianurados de usomás frecuente.

4.3 Alternativas a los baños cianurados

4.3.1 Introducción

Posiblemente la sustancia más tóxica utilizada en lostalleres de galvanotécnia sea el cianuro. Es una sustanciaque se ha utilizado ampliamente debido a sus buenaspropiedades como complejante y su tolerancia a lasimpurezas y a las variaciones en la composición del baño.



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4.3.2. Cinc cianurado

Hace escasamente quince años prácticamente todoslos baños de electrocincado de la Comunidad Valencianaeran cianurados. Este baño es quizás una de las muestrasde los cambios que se han producido en el sector en losúltimos años, ya que en la actualidad son raros los bañosde cinc cianurado que existen funcionando todavía.

4.3.2.1. Cinc alcalino sin cianuros

El sustituto más reciente para el cinc cianurado es elbaño de cinc alcalino o cinc exento. Se formula conhidróxido sódico y cinc. Da buenos resultados de brillo,penetración y uniformidad de depósito, y sus aguas deenjuague son fáciles de tratar. Además genera menoslodos en la depuración debido al bajo contenido en metal.

Las características operativas de los baños nocianurados dependen en gran medida del tipo de aditivosy agentes abrillantantes empleados en el mismo. Aunquelos baños alcalinos no cianurados son baratos de preparary producen efluentes libres de cianuros, presentan unintervalo de concentración de cinc muy estrecho.

El problema más común de este tipo de baño es elcontrol del cinc metal, el cual se debe vigilarcuidadosamente y se debe evitar dejar los ánodos en el

baño cuando no trabaja. Concentraciones de metal muybajas, producen una caída de la eficacia de la deposiciónpor debajo del 60%, mientras que concentraciones muyelevadas de metal producen depósitos mates y grises.

Al aumentar la concentración de hidróxido de sodio,aumenta la eficacia de la deposición, sin embargo,concentraciones excesivamente altas pueden causar elcrecimiento del metal en filos y esquinas.

Se le ha atribuido problemas en el pasivado amarillo,aunque las últimas formulaciones comerciales proporcionanun excelente brillo y buen color.

Frecuentemente da problemas de ampollado que sepueden relacionar con una defectuosa preparación de lapieza o con un exceso de abrillantantes. Por esta razónse debe llevar un mantenimiento más cuidadoso que conel cinc cianurado.

A los beneficios medioambientales de no utilizar cianuroy simplificar las necesidades de tratamiento de aguasresiduales se unen los siguientes efectos colaterales:

Al trabajar con voltajes altos, a causa de ánodosinsolubles, y presentar un bajo rendimiento eléctrico(entre un 50 - 70 %, disminuyendo con el aumentode la densidad de corriente), el proceso consume al


menos 2 veces más energía que cualquier otro procesocon zinc. Con electrolitos de Potasio la eficiencia decorriente puede aumentarse hasta el 70 %. Hayreferencias de que en procesos bien llevados es posiblealcanzar rendimientos de un 70 – 85 % a 2 A/m2.

Debido a su bajo rendimiento, la capacidad de losbaños debe ser mayor (posiblemente 2 veces) que lade los baños ácidos.

Se necesita una mayor extracción de aire que en otrosprocesos de zinc. Se puede optimizar mediante el usode agentes humectantes, que proporcionan una capade espuma al baño. Otra opción es cubrir la cubadonde se disuelve el zinc, aunque los supresores deespuma pueden contener PFOS (perfluorooctanosulfonato).

La sustitución del baño de cinc cianurado por el cincalcalino sin cianuros está considerada una MTD en aquelloscasos en que se requiere un buen poder de reparto.

4.3.2.2. Cinc ácido

Sustituir las soluciones de cinc cianurado por cincácido también se considera una MTD cuando se requiereuna óptima eficacia energética, una reducción del impactomedioambiental y un acabado brillante.


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Este proceso es ya antiguo, estando en el mercadodesde los años 60. El proceso proporciona una resistenciaa la corrosión comparable con los acabados obtenidos conlos electrolitos alcalinos. El poder de reparto sin embargoes inferior, oscilando de pobre a aceptable, y siendo mejoren aquellos electrolitos que trabajan en caliente. Esespecialmente eficaz para el cincado de hierro fundido yaceros al carbono y nitrurados.

Los electrolitos se formulan con cloruro de cinc, cloruropotásico, y/o sódico, ácido bórico y humectantes. Lassoluciones presentan una buena conductividad y un altorendimiento eléctrico (aproximadamente un 95 %), locual implica un menor consumo energético.

Su utilización, sin embargo, puede producir efectoscolaterales como un aumento en la producción de lodos(hasta cuatro veces más sólidos respecto a los bañoscianurados). También puede ser necesaria la extracciónde nieblas ácidas, para la prevención de la corrosión delas instalaciones, y el subsiguiente tratamiento de lasmismas. Finalmente necesita ser precedido por undesengrase de alta calidad, y necesita mayoresrequerimientos de control y mantenimiento.



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4.3.3. Cobre cianurado

4.3.3.1 Cobre alcalino sin cianuro

La aparición de baños de cobre alcalinos es muchomás reciente que la de los baños de cinc exento comentadosen el punto anterior. Su utilización no es frecuente y elnúmero de empresas que lo tienen instalado es pequeñoaunque creciendo.

El beneficio obvio de los baños de cobre alcalino sincianuro es la eliminación del cianuro en las aguas residuales,pero existen otros beneficios, no tan evidentes, como laalta velocidad de deposición a bombo, ausencia de envasescontaminados de cianuro, menor generación de lodosresiduales debido a una menor concentración del metalen el baño, una simplificación en el tratamiento de lasaguas residuales y ausencia de problemas por acumulaciónde carbonatos.

Los baños de cobre no cianurados requieren un análisismás frecuente que los baños cianurados. Estos últimosno requieren un control del baño tan exhaustivo porqueeliminan impurezas. Los baños no cianurados son menostolerantes por tanto las etapas de limpieza y activaciónde la superficie son críticas para obtener un buen acabado.

Por lo general presentan problemas en la deposición

sobre zámak, aunque ya han aparecido algunasformulaciones que parecen solventar este inconveniente.Son más sensibles a las impurezas y el control del bañoes más complejo, necesitando una celda de purificaciónanexa en algunos casos.

El baño trabaja a un pH inferior al cianurado (8,8-9,8,frente a 13-14). Su poder de penetración es superior aldel cianurado, sobre todo en recubrimientos a bombo.

El proceso no cianurado emplea sales cúpricas (CobreII), mientras que el cianurado utiliza cuprosas (cobre I),siendo el ión cuproso un contaminante que se debeeliminar. La eliminación del cuproso se efectúa en ciertosbaños en una celda aneja de oxidación anódica quepreviene la acumulación del ión. Para su funcionamientorequiere una buena filtración con carbón y una excelentepreparación de la superficie.

El hecho de que el cobre se encuentre en forma cúpricaimplica una menor velocidad de deposición a la mismadensidad de corriente que el baño cianurado, requiriendo,al mismo tiempo, el doble de consumo energético.

A pesar de las ventajas medioambientales, hoy porhoy, los costes del proceso son mayores que los del cobrecianurado, incluso considerando el ahorro de costes enel proceso de depuración.


4.3.3.2 Cobre pirofosfato

El BREF de Tratamiento de superficies metálicaspropone como MTD el sustituir el cobre cianurado porcobre ácido o cobre pirofosfato, excepto para el cobrestrike sobre acero o zámak.

El cobre pirofosfato ha sido utilizado principalmentepara la obtención de depósitos de espesor en aplicacionestécnicas, habiendo desempeñado un escaso papel parala utilización convencional de los baños de cobre. Seformula en base a pirofosfato de cobre y pirofosfatopotásico, utilizando como aditivos ácido cítrico y amoniaco.

El pirofosfato se descompone continuamente porhidrólisis si el pH no se mantiene suficientemente, acortandola vida de la solución. Sin embargo, debidamentemantenido, el baño puede alcanzar una vida de más de10 años.

La principal desventaja del proceso es que es caro yel tratamiento del agua no es menos complejo que el delbaño cianurado. Se requiere un tratamiento con lechadade cal, ya que el hidróxido sódico no precipita el pirofosfatode cobre, produce más lodos y requiere un tratamientoespecífico para la eliminación del amonio.


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Una alternativa poco conocida frente a los baños destrike de cobre cianurado sobre zámak o amalgama decinc, y que fue utilizado en el pasado, es el baño de níquelde alto pH, que se abandonó debido a sus elevadosrequerimientos de control analítico y preparación de lapieza, y que en los últimos años se está volviendo arecuperar.

El baño se formula con sulfato de níquel, cloruroamónico, sulfato sódico y ácido bórico y opera a un pHentre 5,3 y 5,8. En el proceso de recubrimiento se producecontaminación no severa de cinc que debe ser eliminadapor electrólisis a baja densidad de corriente en celdaaparte. El baño no necesita aditivos.

Debido al alto contenido en sodio, el recubrimientoque produce es frágil y quebradizo, por lo que solo debeser utilizado como “strike” previo al níquel convencional.

Aunque el baño elimina el cianuro presenta elinconveniente adicional del amonio, que debe ser vigiladocon una buena política de reducción de arrastres. Otroinconveniente es el que, debido a su alto contenido enmetal, produce más lodos que los procesos convencionales.



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Una alternativa poco conocida frente a los baños destrike de cobre cianurado sobre zámak o amalgama decinc, y que fue utilizado en el pasado, es el baño de níquelde alto pH, que se abandonó debido a sus elevadosrequerimientos de control analítico y preparación de lapieza, y que en los últimos años se está volviendo arecuperar.

El baño se formula con sulfato de níquel, cloruroamónico, sulfato sódico y ácido bórico y opera a un pHentre 5,3 y 5,8. En el proceso de recubrimiento se producecontaminación no severa de cinc que debe ser eliminadapor electrólisis a baja densidad de corriente en celdaaparte. El baño no necesita aditivos.

Debido al alto contenido en sodio, el recubrimientoque produce es frágil y quebradizo, por lo que solo debeser utilizado como “strike” previo al níquel convencional.

Aunque el baño elimina el cianuro presenta elinconveniente adicional del amonio, que debe ser vigiladocon una buena política de reducción de arrastres. Otroinconveniente es el que, debido a su alto contenido enmetal, produce más lodos que los procesos convencionales.

4.3.4. Stripping cianurado

El proceso de stripping es necesario cuando se debenreprocesar piezas defectuosas sin dañar las propiedadesdel metal base. También se utiliza para desmetalizar loscontactos de los bastidores y así alargar la vida de estos.

Pueden utilizarse sistemas químicos o electrolíticos,o una combinación de ambos. Muchos sistemas químicosutilizan todavía en su formulación cianuros, el cual noataca el acero pero compleja eficazmente la mayor partede los metales utilizados como recubrimiento.

La utilización de estos procesos de desmetalizado dacomo resultado la generación de residuos líquidoscianurados en el momento en que se agota su capacidaddesmetalizante. El tratamiento y eliminación de estosresiduos y de los enjuagues asociados es complicada,debido a la elevada estabilidad de los complejos formados,especialmente los de níquel cianuro.

Existen en el mercado desde hace años formulacionesde desmetalizado sin cianuro para eliminar cobre o níquelde varios sustratos. Estas formulaciones pueden conteneriones amonio o aminas que actúan como complejantes.También existen soluciones conteniendo persulfatos ocloritos.

La gran variedad de strippers no cianurados dificultala generalización sobre sus condiciones operativas. Algunosfuncionan a temperatura ambiente, mientras que otros


lo hacen en caliente. Pueden encontrarse strippers ácidosy también básicos, e incluso algunos que funcionanelectrolíticamente. No obstante la sustitución es sencillaya que, por lo general, pueden utilizarse las mismasinstalaciones que para los strippers cianurados.

Las principales desventajas del uso de estos bañosson:

Problemas de seguridad en aquellos procesos quetrabajan a alta temperatura.

Velocidad de desmetalizado inferior que en lasformulaciones conteniendo cianuro.

Algunas formulaciones pueden producir efectosindeseables en el sustrato.

4.4 Alternativas a los baños conteniendocromo hexavalente

4.4.1 Introducción

El cromo hexavalente es uno de los elementos que hapermitido mejorar considerablemente la protecciónanticorrosiva de las piezas de hierro. Se encuentra en laspasivaciones asociadas a los depósitos de cinc o como capadecorativa posterior a recubrimientos de níquel.

Sin embargo, el cromo hexavalente es altamente tóxico,corrosivo, cancerígeno y contaminante de la atmósfera;


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presenta altos costes de depuración y produce lodos dedepuración abundantes y peligrosos.

Además, las nuevas directivas europeas, limitan lacantidad de cromo bajo la forma hexavalente en lafabricación de vehículos y aparatos eléctricos y electrónicos.Todo ello hace imperiosa la necesidad de sustituir el cromohexavalente por otros procesos alternativos que cumplanlos mismos requisitos.

Las alternativas que se pueden encontrar funcionandoen el mercado se formulan con cromo trivalente, pero másrecientemente han aparecido alternativas que no contienencromo o que trabajan a baja concentración de cromohexavalente. La sustitución no es sencilla, ya que elrecubrimiento que proporciona el cromo hexavalente esde unas excelentes propiedades, sobre todo de resistenciaa la corrosión.

4.4.2 Baños de cromo trivalente

Los baños de cromo decorativo formulados con cromotrivalente existen en el mercado desde el año 1973. Seconsidera una MTD reemplazar el cromo hexavalente porcromo trivalente para usos decorativos cuando lasespecificaciones del recubrimiento no exijan Cr (VI) ocuando los requerimientos de resistencia a la corrosiónsean bajos (por ejemplo, donde el requerimiento CASSsea menor de 16 h). Cuando se requiera una mayorresistencia a la corrosión, se puede usar el cromo trivalente



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con una mayor capa de níquel o una pasivación orgánica.

Los primeros baños de cromo trivalente se formularonen base cloruro, apareciendo después los de base sulfato,los cuales requieren filtración, agitación por aire, tratamientocon carbón y calefacción. Ambos procesos requieren,además de la calefacción, refrigeración para evitarsobrecalentamientos.

Una de las mejores características de los baños decromo trivalente es que no “quema” pudiendo trabajar aelevadas densidades de corriente. Además la penetraciónque produce es excepcional, con un poder de cubriciónmucho mejor que el de los baños de cromo hexavalente.Sin embargo son más sensibles a la contaminación, de ahíla exigencia de las continuas purificaciones y los tratamientoscon carbón.

El control analítico de los baños trivalentes es máscrítico, así como el control del pH de la solución. Uno delos principales inconvenientes del baño de cromo trivalente,además de su precio, es que produce depósitos más oscurosque el cromo hexavalente. Los últimos aditivos que hanaparecido parece que mejoran bastante el color, pero aúnasí frecuentemente se encuentra con el rechazo que produceen el mercado final.

Los baños de cromo trivalente trabajan a unaconcentración mucho menor que el cromo hexavalente.La menor viscosidad del baño implica menor pérdida decromo arrastrado.

En los casos donde se ha implantado el proceso se hanencontrado los siguientes beneficios:

Reducción o eliminación del almacenamiento,manipulación y uso de compuestos de cromohexavalente.

Reducción de los lodos residuales del tratamiento deefluentes de 10 a 30 veces menos.

Reducción del consumo eléctrico en un 30%.

Eliminación de reactivos necesarios para la reducción.

Eliminación de humectantes para la prevención deaerosoles.

Los requerimientos de tratamiento de la contaminaciónatmosférica se ven reducidos.

4.4.2.1 Cromo trivalente en base cloruro

El baño trabaja a una concentración de 20 g/l de metal,frente a 200 a 450 g/l correspondiente al baño de cromohexavalente. El proceso utiliza ánodos de grafito inertesy aditivos para evitar la formación de cromo hexavalente.Los ánodos se disgregan con el tiempo debiendo serreemplazados.

Se han descrito problemas en el tratamiento de las


aguas residuales relacionados con la presencia decomplejantes en la formulación del baño.

El depósito obtenido con Cr(VI) es de un brillo azulado,mientras que el depósito obtenido en los baños de cromotrivalente en base cloruro varía de un brillo grisáceo aoscuro, pasando por un tono amarillento. Los históricosproblemas de diferencia de color con el cromo hexavalentey las variaciones del mismo a lo largo del proceso han sidoen gran parte superados con los nuevos baños. Estos y labaja fiabilidad del proceso han sido superados medianteel uso de filtración con carbón e intercambio iónico u otrostratamientos específicos, así como mediante la prevención cuidadosa los arrastres de los procesos previos al baño.

La mayor eficiencia eléctrica implica la posibilidad deaumentar la carga de los bastidores, habiéndose observadoincrementos de hasta un 15 %.

La utilización de bajas densidades de corriente implicael uso de bastidores y sistemas de transmisión de lacorriente menos exigentes y por tanto más económicos.

La tasa de rechazos se reduce desde un 5-10 % hastaun 0’5 % debido al menor reparto de la corriente, menorsusceptibilidad a las oscilaciones de la corriente y reducciónde depósitos rugosos (por ejemplo, quemado en las zonas de alta densidad de corriente).

El baño en principio no es útil para ciertas aplicacionesdonde se requiere una alta resistencia a la corrosión, tal


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como aquellas donde el requerimiento CASS es mayor de16 horas. El cromo trivalente no pasiva las superficies norecubiertas. La baja resistencia a la corrosión observadaes probable que se a debida a estas superficies o las áreasno niqueladas o con bajo espesor de níquel. Cuando setratan piezas huecas (como tubos), se debe tener especialcuidado para prevenir la corrosión. Esto puede hacersemediante un rápido y cuidadoso enjuague del baño,posiblemente seguido de una pasivación en una soluciónorgánica o una ligera pasivación con Cr (VI) (esto reducealgunas de las ventajas del sistema exento de Cr (VI)).

4.4.2.2 Cromo trivalente en base sulfato

El baño trabajo con un electrolito en base sulfato conuna concentración metálica entre 6 y 8 g/l. En sucomposición no se utilizan agentes complejantes (a diferenciadel baño en base cloruro) lo cual evita los problemasasociados al tratamiento de las aguas residuales. La soluciónes también menos agresiva y el problema de disolución dehierro en el interior de piezas huecas se reducesignificativamente.

Se emplean ánodos de plomo o aleaciones de plomoque van recluidas en una celda especial. Esta celda presentauna membrana que permite el paso de la corriente eléctricay de ciertos iones, pero es impermeable al paso del cromotrivalente, evitando la formación de cromo hexavalente enel ánodo. La celda contiene una solución al 10%, de ácidosulfúrico que debe ser reemplazada periódicamente. Lasmembranas tienen una vida limitada y son costosas dereemplazar.



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El baño trabaja a 55 °C lo cual posibilita la utilizaciónde enjuagues de recuperación para compensar las pérdidasde nivel.

La diferencia de color respecto al depósito obtenidocon cromo hexavalente no es tan sustancial como en losbaños en base cloruro.

El poder de penetración es excelente, lo cual produceun incremento global de la resistencia a la corrosión, enparticular en aquellos lugares de las piezas donde noalcanzaría el recubrimiento de cromo hexavalente, que esdonde se produce la primera corrosión.

Una desventaja del proceso, en mayor medida que enel de base cloruro, es su precio. Su mayor coste es soloparcialmente cubierto por el ahorro de costes en eltratamiento de las aguas residuales y la gestión de loslodos producidos. Sin embargo existen otros ahorros queal igual que en los de base cloruro, no deben ser olvidados,como el ahorro energético, ahorro en el control y tratamientode emisiones atmosféricas, y reducción de los riesgoslaborales asociados al uso del baño.

4.4.3 Aleaciones de estaño-cobalto

El baño de estaño-cobalto funciona en producción desdehace varios años en instalaciones italianas. Es una MTDreemplazar el cromo hexavalente por este baño, cuandolo permitan las especificaciones o para acabados decorativos.

Las aleaciones de estaño cobalto proporcionan acabadossimilares en apariencia a los del cromo. El color quepresentan varía entre el color brillante del cromo a un colorparecido a la plata. El color se controla variando el porcentajede estaño en la aleación, siendo la óptima relación estaño-cobalto en solución de a 50:50.

Estos baños se utilizan principalmente para la deposiciónde finas capas de metal del orden de 0,2 µm. La capa dealeación es bastante resistente a la corrosión debido a laformación de una película protectora de óxido sobre lasuperficie. La dureza de la capa es de unos 400 HV y seincrementa al aumentar el contenido en cobalto.

El baño trabaja a un pH de aproximadamente 8.5operando a una temperatura de alrededor de 40º. Elacabado proporciona una dureza y resistencia al desgastesuficiente para la mayor parte de aplicaciones decorativasde interior.

El proceso puede trabajar en bastidor y a bombo,utilizando una formulación alcalina en base sulfato conabrillantadores del tipo amina, los cuales pueden causaralgún problema en el tratamiento de las aguas residuales.

El baño es bastante inestable y precisa de un estrictocontrol de sus condiciones operativas, en particular el pH.Frecuentemente necesita un ligera pasivación con Cr (VI).

Las aplicaciones más frecuentes en las que se aplicaen la actualidad incluyen componentes interiores delautomóvil, componentes de ordenadores, radios de bicicletay tornillos.


4.4.4 Cromo hexavalente en frío

Una técnica nueva que usa un baño de cromohexavalente “en frío” se ha puesto en producción en el año2000 en una planta italiana. La temperatura del baño semantiene alrededor de 18 ºC mediante un sistema derefrigeración. A esta temperatura, es posible reducir laconcentración de cromo en el baño hasta en un 50 %. Lacalidad del depósito es la misma.

El BREF de Tratamiento de superficies metálicasconsidera una MTD la sustitución de formulaciones de altaconcentración de cromo por formulaciones de bajaconcentración o por una técnica de cromo frío como la quenos ocupa.

Beneficios medioambientales derivados de la técnicason:

Minimización del cromo hexavalente vertido.

Minimización de la evaporación.

Reducción de la exposición al cromo por parte de lostrabajadores.

Reducción del consumo de agua.

El sistema requiere un aporte adicional de energía parala refrigeración. Al ser el baño menos concentrado serequiere un tiempo de procesado mayor.


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4.4.5 Alternativas a los pasivados de cromohexavalente

La reciente entrada en vigor de las directivas europeasELV y ROHS han estimulado de forma importante lostrabajos encaminados a obtener alternativas a los pasivadosde cromo hexavalente. En los últimos años han aparecidonumerosas mejoras y opciones interesantes. En algunoscírculos se indica que el futuro va ligado a la utilización desustratos distintos, o recubrimientos alternativos, talescomo la sustitución del cinc por aleaciones de cinc. Noobstante, se considera un MTD la sustitución de las capasde cromo hexavalente por capas de cromo trivalente ocapas libres de cromo, usando tratamientos adicionales sifuera necesario.

4.4.5.1 Pasivados de cromo trivalente

Ya hace algunos años que funcionan en los talleres deelectrocincado soluciones de pasivado de cinc en basecromo trivalente, tanto para acabados azules y blancos,como para cromatizados. Estos pasivados presentanexcelentes propiedades comparativamente con los pasivadoshexavalente, teniendo además periodos largos de vida(algunos meses) cuando se lleva un adecuadomantenimiento.

Pueden encontrarse los siguientes efectos colaterales:

Pueden implicar el uso y presencia de otros metales,tales como el cobalto.



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Funcionan a concentraciones 10 veces superiores a lasdel cromo (VI), requiriéndose más atención en laminimización de los arrastres y posiblemente un mayortratamiento de aguas residuales.

Requieren soluciones calentadas, lo que implica unmayor consumo de energía.

La protección contra la corrosión alcanzable con estosprocesos normalmente se limita al nivel de protecciónproporcionado por el acabado equivalente alcanzado conel cromo hexavalente para los colores azul claro y amarilloiridiscente. Aunque el cromo trivalente pueda superar elfuncionamiento del equivalente en cromo hexavalente paraestos colores, no es capaz de reemplazar los acabados enmarrón, aceituna y negro. Cuando s e usan capas adicionalespuede alcanzarse la resistencia a la corrosión del Cr (VI)o incluso superarla. También es necesario añadir una capaorgánica encima del pasivado para cumplir los requisitosde los coeficientes de fricción definidos y reproduciblespara algunas piezas como conjuntos o roscados. Con estacapa además se elimina la posible oxidación del cromo(III) a cromo (VI).

Los ahorros que proporciona el proceso se refieren ala reducción de costes en el tratamiento de aguas residualesy la gestión de riesgos laborales, incluyendo el lavado delaire extraído.

4.4.5.2 Pasivados exentos de cromo

Los pasivados más novedosos en sustitución de losformulados con cromo hexavalente son aquellos que nocontienen cromo.

Algunos de ellos implican la aplicación de recubrimientosorgánicos. Están basados en el tratamiento con solucionesde composites orgánico y fluoruro de zirconio o derivadosorgánicos de silicio (silanos). Requieren una capa posteriorpolimérica, tal como un lacado electroforético, para alcanzarla resistencia a la corrosión requerida. Hay métodos decoloreado en negro que necesitan ser complementadosmediante sellado o topcoats para una mejor residencia ala corrosión.

Por su posición en la tabla periódica el molibdeno hasido objeto de investigaciones relativas a su utilizacióncomo agente pasivante del cinc. De esta forma, se hanensayado baños a base de molibdato de sodio (NaMoO4· 2H2O) y ácido sulfúrico. Variaciones de la temperaturaentre 20 y 60ºC y la adición de agentes reductores, permitenobtener depósitos de color oscuro (de marrón a negro).

Más recientemente se han desarrollado pasivacionesque emplean baños formulados con mezclas de molibdatosy fosfatos en unas proporciones determinadas. Estos últimosproducen pasivados de características similares a las delcromatizado, aunque con resistencias algo inferiores en lacámara de niebla salina. Sin embargo, la adición posteriorde una capa adicional sellante tipo "organo-mineral", mejorala resistencia a la corrosión con lo que se pueden obtener


unos resultados de ensayos de cámara de niebla salinasimilares a los pasivados crómicos hexavalentes.

4.5 Sustitución de productos quelantes

Los quelantes se utilizan en los baños de proceso conobjeto de mantener en dilución los iones metálicos porencima de su límite normal de solubilidad. Los quelantesse usan normalmente en baños tales como decapados,grabados químicos, desengrases y baños de deposición sincorriente.

Una vez que los quelantes se incorporan a la corrientede agua residual inhiben la precipitación de los metales,con lo que se precisa un tratamiento adicional con reactivosespecíficos. Estos reactivos pasan a formar parte del lodoresidual incrementando por tanto el volumen de residuospeligrosos.

De igual forma, la mayor parte de los baños concentradosagotados contienen estos quelantes haciendo necesario sutratamiento en un centro externo, aumentando de estaforma los costes de gestión de residuos peligrosos.

En la industria de galvanotécnia se utilizan una granvariedad de productos quelantes. En los baños de desengrasey grabado se utilizan fosfatos, silicatos y amoniaco.

Los baños de deposición sin corriente utilizan ácidosorgánicos como ácido maleico, ácido oxálico y ácido


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etilendiaminotetraacético (EDTA), el cual es menos comúnque los anteriores.

Las aguas que contienen estos quelantes,frecuentemente precisan de una disminución del pH conobjeto de destruir el complejo y promover la precipitacióndel metal. Por ejemplo, el EDTA necesita reducir el pH pordebajo de 3 para desestabilizar el complejo. La utilizaciónde sulfuros, como el sulfuro férrico, también es untratamiento frecuente para las aguas conteniendo quelantes.La adición de este reactivo incrementa sustancialmente elvolumen de lodos, dado que el hierro forma también partede los mismos.

Existen en el mercado procesos de desengrase alcalinoexentos de quelantes. En estos procesos los metales seeliminan por precipitación en el propio baño y filtracióncontinua a través de filtros de 1 a 5 µm, con una circulacióndel baño de 1 a 2 veces a la hora.

Así mismo es posible sustituir el EDTA por otroscomplejantes biodegradables como los basados en el ácidoglucónico, cada vez más utilizados en las formulacionesde los desengrases actuales.


5 .1. Modificación y sustitución de equipos.

El nivel de generación de residuos puede verse reducido por la instalaciónde equipos de mayor eficiencia, o modificación y actualización de los existentes.Estos equipos pueden procesar con mayor efectividad las materias primas,produciendo así menos residuos, o reducir el número de productos rechazadosque deban ser nuevamente reprocesados o gestionados como residuos.

Generalmente, la instalación de equipamientos más efectivos, se amortizapor sí misma, debido a la mejora en la productividad, reducción de costes dematerias primas y reducción de gastos de gestión de residuos.

Un conjunto de modificaciones simples y de coste reducido son aquellasencaminadas a evitar las pérdidas y la contaminación de los materiales utilizadosen los procesos.

Esto puede ser tan fácil como rediseñar los bastidores que se utilizan en lasoperaciones de electrodeposición con el fin de reducir las pérdidas por arrastre,instalar mejores sistemas de juntas en las conducciones para evitar fugas, oinstalar sistema de recogida de goteos bajo las instalaciones para recoger laspérdidas y facilitar su reutilización.

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Modificaciones del procesoproductivo



La instalación de nuevos equipos puede requeririnversiones no sólo en equipamiento, sino también eninfraestructura y formación de empleados. La magnitudde las inversiones puede variar ampliamente, en funcióndel tipo de equipamiento usado, desde decena de milesde pesetas, en caso de pequeños cambios como los yamencionados, a cifras más importantes en casos como lasustitución de instalaciones manuales por instalacionesautomáticas.

Los ejemplos de nuevos equipos de producción demayor eficiencia y productividad son numerosos en laliteratura, pero habitualmente se dice poco sobre lasreducciones que implican en la producción de residuos yen los costes de mantenimiento.

El siguiente ejemplo muestra los ahorros que le supusoa una empresa de tratamiento electrolíticos de metal laadquisición de una nueva instalación. La línea detratamientos manuales existente fue sustituida por unainstalación automática. La nueva instalación no sólo supusoun aumento tangible de la productividad sino que produjouna disminución en el consumo de materias primas deun 25%. Se redujeron los gastos por consumo de agua,y el volumen de residuos tales como ácidos y desengrasesagotados y aceites disminuyó un 20%. Los costes detratamiento de las aguas residuales también se redujeronun 25%, sin contar con los ahorros en costes de mano

de obra tanto de producción como de mantenimiento.Finalmente la instalación aportó el beneficio adicional dela eliminación de la exposición de los trabajadores a ácidosy álcalis peligrosos.

Un factor importante, que ya se ha apuntado másarriba, y que frecuentemente se pasa por alto, es cómoafectan las modificaciones en las instalaciones en loscostes asociados al rechazo de los productos acabados.Estos pueden ser elevados, no sólo en términos de horasde trabajo y consumo de materias primas, sino en cuantoa los gastos de gestión de residuos.

En gran cantidad de procesos de fabricación queimplican el recubrimiento de un producto, tales comorecubrimientos electrolíticos, se utilizan productos químicosespeciales para eliminar el recubrimiento en buenascondiciones. Estos productos pueden ser ácidosconcentrados, constituyendo un problema importante unavez agotados, a la hora de ser gestionados como residuospeligrosos. Mediante la reducción de una cantidad deproductos rechazados es posible, según lo dicho, reducirla cantidad de residuos.

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5.2. Segregación de flujo de residuos.

La segregación del flujo de residuos es en la mayoríade los casos una técnica simple y económica para lareducción de residuos. Por ejemplo, mediante la separaciónde residuos en su fuente de origen y clasificación enpeligrosos y no peligrosos, el volumen de residuospeligrosos y los costes de su gestión se reducensignificativamente. Además, existirán residuosconcentrados, no contaminados con otros residuos, quepuedan ser reutilizados en el proceso de fabricación o servalorizados mediante técnicas de recuperación.

La técnica de segregación puede aplicarse a una granvariedad de tipos de residuos, implicando normalmentecambios muy simples en los procedimientos. Por ejemplo,en una empresa de tratamiento de superficies metálicaspueden tratarse por separado los efluentes conteniendodistintos tipos de metales, de tal modo que los contenidosde éstos en los lodos producidos puedan ser recuperados.Las aguas residuales conteniendo contaminantes tóxicosdeben ser separados de aquellas aguas no contaminadascon el fin de reducir el caudal total de agua a ser tratada.

Una técnica íntimamente ligada a la segregación deresiduos y subsidiaria de ésta, es la concentración. Comola primera, incrementa la recuperabilidad de los residuos,

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reduce el volumen y gastos de tratamiento de los mismos,o aumenta las opciones de gestión. Existen diversastécnicas que permiten, por medidas físico-químicos, reducirel volumen de un residuo. Tales técnicas suelen eliminaruna porción del residuo, como por ejemplo agua.

Los métodos aplicables para la concentración deresiduos incluyen técnicas como filtración, evaporación,ultrafiltración, ósmosis inversa, filtros, etc, que secomentarán en apartados posteriores.

Al menos que un material pueda ser reciclado, laconcentración de un residuo tendente a facilitar sumanipulación no se considera una técnica de minimización.En algunos casos, la operación de concentración posibilitaque un residuo pueda ser reciclado.

5.3. Racionalización de los sistemas deenjuague.

5.3.1. Calidad de una función de enjuague

El objetivo principal de una función de enjuague es laeliminación de las especies arrastradas por las piezas ala salida de un baño en la película líquida adherida a las



mismas. Con esta operación, fundamental en galvanotécnia,se evita la contaminación de los distintos baños con restosprocedentes de los anteriores, y se eliminan posiblesproblemas de cristalización, oxidación y manchado sobrela superficie de las piezas. Esta eliminación deseada delas sales y otros componentes contenidos en el film querecubre las piezas a la salida de un baño tiene lugar pordilución con agua, es decir, se trata de reducir laconcentración de los componentes del arrastre de laspiezas hasta concentraciones que no sean perjudiciales,ni para los baños subsiguientes ni para el estado superficialde la pieza.

La cuestión fundamental a resolver será, portanto, hasta cuánto necesitamos diluir la película líquidapara disponer de una buena calidad de enjuague. Lacalidad del enjuague puede entonces venir definida porla dilución del film a la salida del enjuague y puedeexpresarse mediante la razón de dilución:

Donde Co y Cf son respectivamente la concentraciónde la película a la salida del baño de tratamiento y a lasalida de la última etapa de la función de enjuague antesdel tratamiento.

39

La función de enjuague puede estar constituida poruna sola cuba con agua renovándose continuamente,donde las piezas se lavan por inmersión, o por una sucesiónde distintas cubas combinadas de distintas formas, lascuales se verán más adelante.

Así definida, la razón de dilución Rd expresa el númerode veces que se ha diluido el film adherente de las piezasal final de la función de enjuague. Por ejemplo, si sacamos


Rd = Co / Cf

5.1

Fig 5.1.- Enjuague triple cascada y contracorriente

BañoEnjuague

Concentracióndel film líquido: Co

q: Caudal de arrastre (l/h)Q: Caudal de enjuague (l/h)

Concentracióndel film líquido: Cf

CrC2

C1 Co


las piezas de un baño de níquel cuya concentración enmetal sea de 60 gr/l, una razón de dilución de 10.000significará que la concentración de níquel en el agua quearrastran las piezas a la salida de la función de enjuagueserá de 6 mg/l.

Hay que advertir que esa concentración no tieneporqué coincidir con la concentración del agua que salede la función de enjuague para su vertido o reciclaje. Esteextremo se ve con claridad en la figura anterior, dondese observa que la concentración del agua que sale de lafunción de enjuague (C1), al tratarse de la primera etapade lavado, será mayor que la de la última etapa delenjuague (Cf), la cual coincide con la concentración que

40

arrastra la pieza al salir de la función de enjuague.Únicamente coinciden ambas concentraciones en la funciónde enjuague constituida por una cuba de lavado simple.

El valor de la razón de dilución (Rd) debe ser fijadoen cada caso por el usuario según sus requerimientos decalidad. Algunos valores de Rd frecuentemente utilizadospara los enjuagues después de distintas operaciones detratamiento de superficies, recomendados en el BREF deTratamiento de superficies metálicas, se muestran en lasiguiente tabla. En ciertos casos particulares, se puedenadmitir valores más bajos, por ejemplo entre dos bañosde desengrase.


Desengrase alcalino

Decapado ácido

Baño de recublrimiento

Pasivado

2000

PROCESOS RAZÓN DE DILUCIÓN

Tabla 5.2 - Algunas Razones de dilución recomendadas

Palta, cinc (alcalino)

Cinc (ácido)

Níquel electrolítico

Níquel químico

Cromo VI

Previo a proceso cianuradoPrevio a proceso no cianurado

2000300050001000015000

50002000

5000


Es posible relacionar losdistintos valores de razónde dilución (Rd) con lasconcentraciones metálicasresiduales que podremosencontrar en el líquido finalque queda sobre la piezaal final de un enjuague.

41

COMPUESTO

RAZÓN DE DILUCIÓN

TIPO DE BAÑO1.000 5.000 10.000 50.000

Decapado (cinc)

Cincado ácido

Cincado alcalino exento

Cincado cianurado

Cobreado cianurado

Niquelado brillante

Cromado decorativo

Tabla 5.3- Concentraciones del último enjuague para distintas razones de dilución (Ihobe)

CONCENTRACIÓN

BAÑO (g/l)

HCL

Zn2+

Zn2+

Zn2+

CN-

Cu+

CN-

Ni2+

CrO2-3

170 g/l

35 g/l

10 g/l

15 g/l

25 g/l

50 g/l

75 g/l

65 g/l

250 g/l

170 mg/l

35 mg/l

10 mg/l

15 mg/l

25 mg/l

50 mg/l

70 mg/l

65 mg/l

250 mg/l

34 mg/l

7 mg/l

2 mg/l

3 mg/l

5 mg/l

10 mg/l

15 mg/l

13 mg/l

50 mg/l

17 mg/l

3,5 mg/l

1 mg/l

1,5 mg/l

2,5 mg/l

5 mg/l

7,5 mg/l

6,5 mg/l

25 mg/l

3,4 mg/l

0,7 mg/l

0,2 mg/l

0,3 mg/l

0,5 mg/l

1 mg/l

1,5 mg/l

1,3 mg/l

5 mg/l

Existen algunas consideraciones particulares que debentenerse en cuenta para ciertos baños (Rd de enjuagueantes de estos baños 10.000):

Cobre ácido: el último enjuague anterior a este bañodebe alimentarse con agua poco mineralizada, y sobretodo exenta de cloruros, los cuales son especialmenteperjudiciales para este proceso.


Distintos baños de la gama del cobre químico (porejemplo, producción de circuitos impresos): son muysensibles a las distintas impurezas, sobre todo denaturaleza orgánica, de ahí la necesidad de utilizaragua de calidad, preferentemente desmineralizada.

Cromado: debe protegerse contra los sulfatos y loscloruros. Los sulfatos arrastrados con el agua deenjuague pueden desequilibrar la relación óptimaCrO3/H2O4 en el baño.


Baños de metales nobles: exigen para los lavados unagua desmineralizada, tanto por la calidad delrecubrimiento como para facilitar la recuperación delmetal.

Níquel químico: necesita una buena protección contralas impurezas que puedan provenir del agua deenjuague (fundamentalmente productos orgánicos).

Níquel brillante: trabajan en caliente, con lo que seenriquecen rápidamente en sales solubles arrastradaspor las piezas o mediante las compensaciones de nivelpara remontar las pérdidas por evaporación, de ahíla necesidad de utilizar agua poco mineralizada.

La calidad del agua utilizada para el enjuague final esimportante principalmente por tres razones:

Corrosión: protección de las capas depositadas o delas superficies tratadas (química o electrolíticamente)contra la acción de productos activos (cloruros, porejemplo).

Aspecto: protección de los recubrimientos contra laformación de manchas y restos de sales durante elsecado.

Seguridad: protección del usuario final contra la

42

influencia de productos nocivos que pudieranpermanecer sobre las piezas.

Ejemplos de ciertos enjuagues finales críticos puedenser:

Después de los baños de metales nobles.

Después de los recubrimientos decorativos; sobre todocobre, latón y níquel, antes del secado.

Después del anodizado de aluminio.

Después de todos los baños cianurados.

Después del cromado.

5.3.2. Arrastre y su minimización

5.3.2.1. Pérdidas por arrastre

Una de las pérdidas más importantes que se produceen los procesos de recubrimientos galvánicos es el arrastreque producen las piezas hacia las funciones de enjuague.

Este arrastre está constituido por el líquido adheridoa la superficie de las piezas cuando son extraídas de unbaño, y es en general la principal fuente de pérdidas de



materias primas procedentes de los baños, como seobserva en la tabla 3.1. Estas materias primas, en lasfunciones de enjuague, se convierten en contaminación,la cual debe ser tratada en orden a posibilitar el vertidode las aguas residuales dentro de los límites permitidospor la administración. Se comprende pues que cualquieractuación tendente a disminuir el volumen de los arrastresde un proceso galvánico repercutirá en:

Ahorro de las materias primas propias de los bañosy soluciones.

Ahorro del volumen de agua requerido para el enjuague

Ahorro de los reactivos de depuración de las aguasresiduales.

Ahorro en la gestión de los lodos residuales de losprocesos de depuración.

Reducción de problemas de contaminación de bañossubsiguientes

Cualquier industrial de galvanotécnia sabe que losvolúmenes de arrastres varían considerablemente entrelas distintas piezas que deben ser tratadas en su taller.Por ejemplo, el volumen arrastrado en un trabajo abastidor difiere visiblemente del arrastrado en trabajos

43


a bombo. Cuando un bombo es extraído de un baño dado,normalmente arrastra 10 veces más solución que unbastidor standard. Aparte del efecto obvio del diseño debastidores y bombos y la forma de las piezas tratadas,existen otros factores no tan evidentes que afectan alvolumen de los arrastres. Estos parámetros son laviscosidad, la concentración de sales, la tensión superficialy la temperatura.

La viscosidad de una solución galvánica puededescribirse como su resistencia a fluir o a ser separadapor otro líquido (en este caso el agua de un enjuague),debido a las fuerzas de atracción moleculares. El efectode la viscosidad sobre los arrastres es especialmentesignificativo en los baños de cromo: si dos superficiesidénticas son tratadas separadamente en dos baños decromo con concentraciones de 397 g/l y 246 g/l,respectivamente, el de menor concentración y por tantomenor viscosidad produce un 73 % menos volumen dearrastre.

En un proceso galvánico, el volumen de solución quese adhiere a la superficie de una pieza dependeparcialmente de la tensión superficial. La tensión superficialaparece de forma significativa en el momento en que laspartes inferiores de las piezas abandonan la solución alser extraídas del baño. Esta fuerza y el volumen dearrastre resultante resultan altamente afectados por la

en las mismas condiciones operativas que en unproceso normal, y cronometrando el tiempo desde elinicio hasta el final de la experiencia.

3. Al final de la experiencia, tomar una muestra de lacuba estanca y analizar. Analizar asimismo el bañooriginal.

4. Aplicar la siguiente ecuación:

Donde:

q : caudal de arrastre (l/h)

C, Co : concentración del parámetro elegido en lacuba estanca y en el baño original respectivamente,al final de la experiencia (g/l)

V: volumen útil de la cuba estanca (l)

t: tiempo transcurrido desde el inicio hasta el final dela experiencia (h)


orientación de las piezas respecto a la superficie del bañodel cual son extraídas.

El tercer factor que tiene influencia sobre el volumende arrastre es la temperatura del baño. La temperaturaestá interrelacionada con la viscosidad y la tensiónsuperficial. Si la temperatura de un baño aumenta, suviscosidad, tensión superficial, y por consiguiente elvolumen arrastrado se reducen. Una posible excepciónse produce cuando una pieza es sacada demasiadorápidamente de una solución caliente; la evaporaciónconcentra el film adherido e impide su escurrido. Esteproblema, sin embargo, puede ser solventado reduciendola velocidad de extracción y usando un enjuague poraspersión sobre el propio baño.

5.3.2.2. Estimación del caudal de arrastre

Antes de evaluar las posibilidades de minimización dearrastres de un proceso de galvanotécnia, es precisoestimar el caudal de arrastre que se produce en cadaetapa del proceso. La estimación del caudal de arrastrede un baño dado puede llevarse a cabo de forma simplesiguiendo las siguientes etapas:

1. Llenar con agua limpia una cuba estanca, de volumenconocido (V), situada a continuación del baño del quese desea calcular el arrastre, y aplicarle una agitaciónvigorosa.2. Pasar las piezas por el baño y por la cuba estanca,

44


q=C

CoVt (l/h)

5.2


45

Fig 5.2 - Ejemplo de determinación de los arrastresprocedentes de un baño de níquel


Una variante del método descrito, fácil de aplicar yque da bastantes buenos resultados, implica la utilizaciónde un conductivímetro. Los pasos a seguir son los mismosque los que se acaban de relacionar pero, además de lasmuestras del baño y del enjuague estanco, al final de laexperiencia, se tomará una muestra de agua limpia. Lospasos a seguir serán los siguientes:

1. Medir la conductividad de la muestra del enjuagueestanco al final de la experiencia (CONDUCT. F)

2. Introducir un volumen conocido (VVaso) de agualimpia, en un vaso de precipitados situado sobre unagitador magnético y acoplarle un conductivímetro.

3. Llenar una bureta con solución del baño original.

4. Adicionar baño al vaso de precipitados gota a gotadesde la bureta hasta que se alcance la conductividadmedida en el paso 1 ( CONDUCT. F)

5. Medir el volumen de baño original añadido desdela bureta (VB año)

6. Aplicar la siguiente ecuación:

q: arrastre

Baño de níquel Enjuague estancolleno de agua limpiav=200 litros

t=0Inicio de laexperiencia

q: arrastre

Baño de níquelCo(Ni)=63 g/l

Enjuague estancoC(Ni)=0,8 g/l

t=2hFinal de laexperiencia

q=0,8 (g/l) · 200 (l)

6,3 (g/l) · 2 (h)=1,3 (litros / hora)


46

Donde:

q: caudal de arrastre (l/h)

VB año: volumen del baño original añadido desde labureta (ml)

VVaso: volumen de agua limpia inicial en el vaso deprecipitados (ml)

V: volumen de la cuba estanca de enjuague (l)

t: tiempo transcurrido durante la experiencia (h)

El caudal de arrastre es función de factores tales comodiseño de bastidores y bombos, conformado de las piezas,condiciones operativas (velocidad de extracción de laspiezas, etc.) junto con otros parámetros asociados a lasolución original como concentración, temperatura,viscosidad y tensión superficial. En la tabla 5.4 seproporcionan algunos valores que pueden utilizarse paraestimar el caudal de arrastre cuando no se dispone dedatos experimentales.


q=

VVaso V

t(l/h)

5.3

VBaño

Fig 5.3 - Empleo de aplicación de medidas de conductividad paradeterminar arrastres procedentes de un baño de níquel sobre una cuba

estanca de 200 l l, durante 3 horas de arrastres

1Conductividad = 140 us/cm

Baño original

Agua limpiaVaso=250 ml

Agitador magnético

Sonda de conductividad

2Conductividad = 1230 us/cm

Volumen añadido 4,8 ml

Conductividad igual a la delenjuague estanco al final dela experiencia

q=

4,8 (ml)200 (l)

3 (h)= 1,3 l/h

5.3

250 (ml)


47

Los valores que aparecen en la tabla se expresan enml/dm2, ya que el arrastre es proporcional a la superficiede las piezas. Para transformar esos valores en unidadesde caudal de arrastre (l/h) basta multiplicarlos por lacapacidad de producción del proceso dada en dm2/h ymultiplicar por mil. Por término medio, el BREF detratamiento de superficies sugiere que el arrastre producidopor un trabajo a bastidor se puede situar desde 1 ml/dm2

,para superficies lisas, hasta 2 ml/dm2 para superficiesconformadas. Para piezas con concavidades que pudieranretener líquido en su interior, se sugiere un arrastre de10 ml/dm2. Otras fuentes dan, para un bombo de tamañomedio con carga, un arrastre de 1 a 3 litros /bombo.

5.3.2.3. Técnicas de reducción de arrastres

La mayor parte de las medidas encaminadas a reducirlos arrastres, que además tienen la consideración de MTD,no son costosas de implantar y normalmente tienen unosperiodos de retorno muy reducidos. Muchas de estasmedidas requieren únicamente el coste de formación delos empleados responsables de llevarlas a la práctica, sinque sea necesario realizar ninguna inversión. Por ejemplo,sacar las piezas de los baños a menor velocidad y dejarescurrir sobre el propio baño no requiere ninguna inversión, pero el método, para que sea efectivo, necesita de unaadecuada concienciación y formación de los operarios.


Tabla 5.4- Valores estimados de caudal de arrastre

ARRASTRE (ml/dm2)TIPO DE

SOLUCIÓN Superficies lisas

Bronce

Cadmio

Cromo (247 g/L)

Cromo (389 g/L)

Cobre cianurado

Niquel Watts

Plata

Estaño

Cinc ácido

Cinc cianurado

0.4

0.4

0.5

1.8

0.4

0.4

0.5

0.3

0.5

0.5

Superficies conformada

1.3

1.3

1.2

4.9

1.3

1.5

1.3

0.7

1.4

1.5

B. CANTIDAD DE ARRASTRE (HOGABOOM)

RAZÓN DE DILUCIÓNNATURALEZA

DEL ESCURRIDO Vertical

Bien escurrido

Mal escurrido

Muy mal escurrido

0.2

0.8

1.6

Horizontal Conconcavidades

0.3

4.1

3.3

9.8

A. PÉRDIDAS MEDIAS POR ARRASTRE (SODERBERG)


Por lo general, las medidas no tienen una repercusión

destacable sobe los ritmos de la producción y conllevan

un importante conjunto de ahorros, como ya se ha

comentado.

5.3.2.3.1. Control de las propiedades del baño.

La velocidad de escurrido y la cantidad de sales

arrastradas puede verse favorablemente influenciada

actuando sobre las propiedades del baño.

Reducción de la concentración:

Una reducción en la concentración de las sales de un

baño reduce directamente la cantidad de sales perdidas

por arrastre y reduce la viscosidad de la solución y

por tanto el volumen de arrastre asociado. Este modo

de proceder ha mostrado su eficacia sobre todo en

procesos de cromo decorativo y pasivados de cinc.

Esta reducción no se ciñe exclusivamente a las sales

activas en el baño, sino también a los contaminantes,

de tal forma que se debe vigilar que la concentración

de estos no aumente desmesuradamente incluso

aunque no se vea afectada la calidad del recubrimiento.

Por ejemplo,los baños cianurados toleran altas

concentraciones de carbonatos, pero, aunque estas

concentraciones no tengan una especial repercusión

48

en el acabado pueden incrementar el volumen de los

arrastres de estos baños en más de un 50 %.

Empleo de tensoactivos:

Los tensoactivos son aditivos que reducen la tensión

superficial de los baños y consecuentemente facilitan

el escurrido y disminuyen el volumen de los arrastres.

Tradicionalmente se han utilizado para evitar problemas

de picado en los recubrimientos, al facilitar el

desprendimiento de las burbujas de hidrógeno creadas

en la superficie del metal por efecto de la electrólisis.

Los tensoactivos que se utilizan para la reducción de

arrastres son de naturaleza no iónica, los cuales no

se degradan en el proceso electrolítico. Su uso está

en ocasiones limitado debido al efecto adverso que

puede producir sobre la calidad del recubrimiento.

Incremento de la temperatura del baño:

El incremento de la temperatura en el baño produce

una reducción en la viscosidad y la tensión superficialdel mismo, disminuyendo por tanto el arrastre. Elaumento de la tasa de evaporación resultante puedeinhibir la absorción de anhídrido carbónico,disminuyendo entonces la carbonatación de lassoluciones cianuradas. Desgraciadamente, este



beneficio puede perderse debido a la formación decarbonatos por descomposición del cianuro a elevadatemperatura. Otros inconvenientes de esta opción sonel aumento en los costes energéticos y el mayor riesgode contaminación del baño al aumentar losrequerimientos de aditivado.

5.3.2.3.2 Posicionamiento de las piezas enlos bastidores

A la hora de posicionar las piezas a bañar en unbastidor se debe tener en cuenta, no sólo el conseguiruna óptima orientación que conlleve una uniformidad enel depósito y evite la aparición de zonas “quemadas”, sinoque se debe procurar al mismo tiempo un buen escurridoy una adecuada enjuagabilidad.

El principio básico a seguir es el de posicionar laspiezas de tal forma que se minimice el arrastre. Esaconsejable para el lo seguir las s iguientesrecomendaciones:

Situar las piezas con las superficies planas o ligeramentecurvadas de forma que se facilite el escurrido; estoes, girar la pieza hasta conseguir que el líquido queestá sobre esas superficies fluya de la forma másrápida posible.

En la medida de lo posible, evitar situar piezas

49

Fig 5.4 - Adecuada posición de piezas para disminuir el arrastre


directamente una sobre otra, situándolas al tresbolillo,para facilitar la caída del escurrido.

Evitar la formación de cavidades, inclinando las piezaspero con cuidado de no formar bolsas de aire.

vs

Situar los vértices de las piezas verticalmente con

respecto a la superficie del baño.

5.3.2.3.3. Velocidad de extracción.

La velocidad con que bastidores o bombos son extraídos

del baño de proceso tiene un marcado efecto sobre el

volumen del arrastre. De hecho, el arrastre es

significativamente menor, cuando el trabajo se saca


lentamente del baño y se transfiere rápidamente a otra

cuba, que a la inversa.

En una máquina automática es factible controlar tanto

la velocidad de extracción, como el tiempo de escurrido

sobre el baño; incluso es posible facilitar éste mediante

un sistema de vibración o un tope situado en la parte

superior del carro. En instalaciones manuales, sin embargo,

ambos factores son más difícilmente controlables. En este

caso, es factible situar una barra o rail encima del baño

y suspender el bastidor para facilitar el escurrido y después

transportarlo a la siguiente posición.

En el BREF de Tratamiento de superficies metálicas

se dan algunos valores para ciertos procesos específicos

para trabajos a bastidor, únicamente de forma indicativa.

50

El valor de referencia para el drenaje (incluyendo eltiempo de extracción más el tiempo de escurrido) serápor tanto de 20 segundos.

Para procesos a bombo se da en la misma fuente unvalor general de 5 segundos.

5.3.2.3.4. Mantenimiento y diseño debastidores y bombos.

El traslado de restos de soluciones electrolíticascontenidas en la superficie defectuosa de bastidores esun fenómeno bastante corriente en los talleres degalvanotécnia que es causante de no pocos problemasde contaminación intempesiva de los baños. Por ejemplo,es muy común encontrar cromo en las aguas de enjuaguede posiciones alejadas del baño de cromo que ha llegadoallí a través de los bastidores.

Asegurar un perfecto estado del aislamiento de losbastidores no solo evita infiltraciones que puedan arrastrarrestos de baño e incluso contaminar los bañossubsiguientes, sino que también reduce el volumen delos arrastres. Una operación normal de inspección ymantenimiento debería ser la comprobación de la capade aislamiento de los bastidores para asegurar unasuperficie lisa, exenta de grietas y fisuras que dañen elaislamiento y atrapen o retengan solución. Es una buena

TIEMPOS DE MININOSRETIRADA (seg.)PROCESO

10

8

10

10

Recibrimiento

Desengrase /Decapado

Pasivado

Sellado

TIEMPOS DE MININOSESCURRIDO (seg.)

10

7

10

5

Fig 5.5 - Tiempos de retirada y permanencia para bastidores



práctica inspeccionar regularmente los bastidores paradetectar defectos en el aislamiento para que, una vezdetectados, reparar el recubrimiento o reemplazar elbastidor.

Con respecto a los bombos cabe hacer las siguientesconsideraciones:

Deben estar construidos con plástico liso e hidrófoboy ser también inspeccionados regularmente paradetectar áreas gastadas o dañadas, bultos y huecosque pudieran retener líquidos procedentes de losbaños.

Los orificios deben tener la sección y espesor suficientespara minimizar al máximo el efecto de la capilaridad,procurando el avellanamiento de los agujeros de losmismos, y haciendo éstos con un diámetro lo másgrande posible

A ser posible se deben sustituir los agujeros por mallas

La proporción total del cuerpo del bombo que estáperforada debe ser lo más alta posible, para permitirun fácil escurrido del líquido contenido en el bombohacia el baño original, asegurando la resistenciamecánica necesaria. Esto también mejora la eficienciadel proceso de recubrimiento facilitando un fácil accesode la solución y disminuyendo la pérdida de corriente

51

5.3.2.3.5. Diseño optimo de las piezas.

En el diseño de las piezas que deben ser bañadas esimportante tener en cuenta un diseño que promueva unbuen drenaje de las piezas.

Se deberán evitar diseños con concavidadesinnecesarias, perforaciones ciegas, secciones roscadas,y junturas y ranuras donde pudiera existir capilaridad.

Las piezas que necesariamente incluyan concavidadesdonde se pueda dar el efecto de cazo deben ir provistasde orificios de drenaje, así como los tubos o estructurastubulares.

Fig 5.5 - Diseño de pieza para facilitar el drenaje. Drenaje

5.3.2.3.5. Utilización de productos químicoscompatibles.

La utilización de productos químicos compatibles (porejemplo el uso del mismo ácido en el decapado o activado


vs


52

de barras o raíles de goteo sobre el baño donde puedancolgarse los bastidores al ser sacados del baño.

En orden a evitar el secado de las sales del bañooriginal sobre las piezas y posibles problemas de pasivaciónno deben utilizarse tiempos de escurrido excesivamentelargos, considerando además que el aumento de lostiempos de escurrido siempre debe ser un compromisoentre la reducción del arrastre y el respeto a la cadenciade producción.

previo a un baño de recubrimiento ácido, como un activadode ácido sulfúrico antes de un baño de cobre ácido) reducelas consecuencias de las pérdidas de productos químicospor arrastre del proceso subsiguiente.

Esta práctica reduce tanto las pérdidas de materiasprimas, las cuales son utilizadas en el siguiente proceso,como el agua que debería ser utilizada en un enjuagueintermedio y el número de etapas requeridas en el proceso.

Es posible que sea necesario incrementar losrequerimientos de mantenimiento del proceso subsiguiente(por ejemplo la eliminación de metales disueltoscontaminantes). En tal caso, los ahorros producidospudieran no compensar los gastos derivados de ladescontaminación del baño.

5.3.2.4. Técnicas de recuperación directa dearrastres

5.3.2.4.1. Escurrido sobre el baño

Es fundamental que la operación del escurrido debastidores o bombos se efectúe sobre el mismo baño deproceso. Este sencillo sistema de recuperación de arrastres,fácil de implantar en instalaciones automáticas, puedefacilitarse en instalaciones manuales mediante la ubicación


Fig 5.6 - Variación del volumen de arrastre en función del tiempo de escurridopara distintas piezas en un proceso a bombo (IHOBE)

Arrastre(litro/tambor)

1,6

1,0

0,6

0,2

30 60 90 120 60+120 S Tiempo deescurrido (S)

0 2 5 10 cm

3 cazoletas 2 piezas planas

1cilindro hueco

1

23


Ya se ha comentado en el apartado relativo a lavelocidad de extracción que el valor de referencia parael drenaje de bastidores (incluyendo el tiempo de extracciónmás el tiempo de escurrido) es de unos 20 segundos,donde 10 segundos corresponden propiamente al tiempode escurrido, con pequeñas variaciones para los distintosprocesos, tal como se refleja en la tabla 5.5.

En instalaciones a bombo, estos deben rotarintermitentemente encima del baño (rotación de 90 grados,parada durante de al menos 8 segundos, siguientesecuencia de rotación, etc.), sobre todo cuando se procesan

53

piezas con cavidades que pudieran atrapar líquidos, siendoel valor de referencia para el tiempo de drenaje (incluyendoel tiempo de extracción más el tiempo de escurrido) deaproximadamente 30 segundos, incluyendo 3 rotacionesdel bombo mas 8 segundos de parada.

El arrastre de los bombos puede reducirsesignificativamente soplando el exceso de solución quepermanece en el interior del bombo cuando este seencuentra escurriendo sobre el baño. Ensayos realizados sobre un proceso de latonado a bombo han mostradoque mediante un escurrido efectuado únicamente conrotación de los bombos durante 20 segundos se conseguíaeliminar un 37 % del arrastre , mientras que un ulteriorsoplado con aire eliminaba el 63 % restante.


Fig 5.7 - Variación del volumen de arrastre en función del tiempo de escurridopara distintas piezas colocadas de modos diversos a bastidor y modo de

colocación de las mismas (IHOBE)

70

60

50

40

30

20

10

Arrastre (ml/m2)

x

xx

xx x

x

x

10 20 30 40 50 60 Tiempo deescurrido (S)

A2

B2

A2 0 20 50

c. ca. 20 g/l CrO3,:T=20ºC

B2

(*) el bombo es girado dos o tres veces 90º con 8 segundos de escurrido

TIEMPO MINIMO (seg)PROCESO

Extracción

Recubrimiento

Desengrase/ Decapado

Pasivado

Sellado

5

5

5

5

Escurrido Períodos deparada(*)

24

24

16

24

3x8

3x8

2x8

3x8

Tabla 5.6. Tiempos de escurrido y retirada en bombos.


54

La calidad de los recubrimientos también puede verseafectada si los arrastres llegan a secarse sobre la superficiede las piezas. Este secado puede causar manchas, pelado,pasivación o dificultades para los ulteriores enjuagues.Estos problemas pueden ser evitados realizando unpequeño enjuague de las piezas sobre el propio baño.Esta actuación es especialmente eficaz cuando se realizasobre baños calientes donde es posible equilibrar el aguautilizada en el enjuague sobre el baño con el aguaevaporada.

El sistema óptimo para realizar un enjuague de laspiezas sobre el propio baño es el spray. El spray máseficaz es aquel que se realiza con asistencia de aire apresión. Los sprays pueden ser manejados por el operadoro ir instalados en los lados de la cuba. En instalacionesautomáticas el spray se acciona únicamente durante elrecorrido en el que las piezas son elevadas para sacarlasdel baño.

El spray sobre el baño produce un efecto beneficiosode enfriamiento de la pieza evitando el secado de lapelícula superficial de la solución, además de permitir unaaltísima recuperación de los arrastres, sin embargo tambiénpuede presentar potenciales problemas. Cuando se usansobre una cuba dotada de sistema de aspiración, el spraypuede incrementar la carga contaminante que llega allavado de gases o ser emitida directamente a la atmósfera.

Normalmente las instalaciones a bombo mantieneneste en posición horizontal. Es posible optimizar el drenajede los bombos procurando una leve inclinación de losmismos al extraerlos de los baños. Para ello debenadaptarse los sistemas de elevación y suspensión de losbombos, lo cual, en instalaciones convencionales pudieraresultar difícil, pero no en instalaciones nuevas.

En algunos procesos, un excesivo tiempo de escurridopuede afectar a la calidad de la superficie tratada, con locual se deben aplicar ciertas restricciones a lasrecomendaciones generales apuntadas más arriba. Estasrestricciones se deben aplicar especialmente en aquelloscasos en los que es preciso detener rápidamente lasreacciones químicas que se producen en la superficie delos recubrimientos, lo cual se produce mediante una rápidadilución de la película líquida que permanece sobre lasuperficie de la pieza. Concretamente se aplicarán estasrestricciones en los siguientes casos:

Pasivados de cromo hexavalente.

Matizado, abrillantado y sellado de aluminio.

Amalgama de cincato.

Activados previos al cromado.

Activado previo a pasivado de cinc.

Mordentado de plasticos.



Otra consideración a tener en cuenta es que el sistemapuede considerarse instalación de riesgo de legionella ypor tanto se deben seguir las obligaciones pertinentes.

5.3.2.4.2. Bandejas de recogida de goteos.

Es una buena medida de recuperación de arrastre elcolocar bandejas inclinadas de recogida de goteos entreel baño y la primera posición de enjuague devolviendo lasolución recogida al baño. Estas bandejas sonparticularmente eficaces para prevenir los goteos en elsuelo o entre las cubas cuando las piezas son transferidasdesde el baño a otras posiciones. Es importante que labandeja tenga la inclinación suficiente como para permitirel retorno de los goteos al baño y evitar cristalizacionesindeseables sobre la misma.

55

5.3.2.4.3. Cubas de recogida de goteos

Una cuba de recogida de goteos es simplemente comouna cuba de enjuague pero que no contiene agua. Estádestinada a recoger los goteos de los bastidores o bombosantes de pasar a las funciones de enjuague. La cuba derecogida de goteos es especialmente útil en aquellostrabajos que gotean durante un período de tiempoprolongado. Por consiguiente, los principales candidatospara su utilización son los trabajos a bombo. Los bombosdeben rotar sobre la cuba siguiendo las mismasconsideraciones que se han hecho en el apartado deescurrido sobre el baño.

Cuando el volumen desolución recogida en la cubasea apreciable, este puedeser devuelto al baño original.La técnica, por lo tanto, esprincipalmente aplicable aaquellos baños que funcionana baja temperatura.

Normalmente será máseficaz que esta técnica lautilización de enjuaguesestancos de recuperación oECO para la recuperación desales como se discutirá másadelante.

Fig 5.9 – Cuba de recogida de goteosprocedentes de un baño de cromo


Bandeja derecogida

Cuba de goteo

Fig 5.8 - Sistemas de recuperación de arrastre


56

los sistemas de recuperación mediante la utilización deprocesos de concentración tales como evaporación,intercambio iónico y ósmosis inversa (que se discutiránmás adelante).

El BREF de Tratamiento de superficies metálicas designacomo una MTD la reducción del consumo de agua mediantela utilización de una adecuada racionalización de enjuagues. El valor de referencia dado para el agua a utilizar enuna función de enjuague se sitúa entre 3 y 20 l/m2. Ahorabien; el mismo BREF plantea que la reducción a alcanzarno debe exceder aquellos valores para lo cuales aparezcael peligro de que la concentración de ciertos contaminantes,difíciles de tratar, excedan las limitaciones que losOrganismos locales puedan imponer por motivosmedioambientales. Los contaminantes que se citan son:

Boro. Fluoruro. Sulfato. Cloruro.

El incremento de energía y de productos químicos, asícomo el aumento en la producción de residuos sólidosque implican el tratamiento de estos contaminantesexceden con mucho los beneficios obtenidos por unaeventual reducción del consumo de agua, tanto desde elpunto de vista económico como medioambiental.

5.3.3. Sistemas de enjuague

5.3.3.1. Introducción

Un agua de enjuague debe estar suficientementelimpia, como para reducir la concentración de las salesen el arrastre en un periodo de tiempo razonable.

Un gran número de talleres de galvanotecnia utilizanaún hoy en día enjuagues simples para lavar sus piezas.El caudal de estos enjuagues se suele controlarmanualmente y fluyen continuamente independientementede si están siendo utilizados o no. El caudal se ajusta, enla mayor parte de los casos, en función del color de lasaguas de enjuague, y rara vez basándose en datos deanálisis químicos.

La reducción de los caudales de enjuague no reducela cantidad de contaminantes en el agua, pero comomínimo reduce la cantidad de agua a ser depurada en lasinstalaciones de tratamiento.

En todo caso, si los caudales de enjuague se reducensuficientemente es posible, como se verá, utilizar lasaguas de los lavados con objeto de remontar las pérdidaspor evaporación de los baños calientes, con el resultadode una recuperación de materias primas y la consiguientedisminución en la generación de residuos. La reducciónde los caudales puede también incrementar la eficacia de



También se plantean excepciones a esa MTD en lossiguientes casos:

Cuando reacciones en superficie deben ser detenidasmediante una rápida dilución (como se comentarámás adelante)

Cuando hay pérdida de calidad causada por un excesivoenjuague

A continuación se detallarán los criterios deconstrucción de una cuba de enjuague, las principalesestructuras de enjuague, sus ventajas e inconvenientesy los caudales de agua necesarios para alimentar esossistemas.

5.3.3.2. Diseño óptimo de una cuba deenjuague.

El objeto clave que se debe perseguir a la hora deabordar el diseño de una cuba de enjuague es el dealcanzar una rápida dispersión de la película líquida queacompaña a las piezas hacia el agua de enjuague. Otrofactor no menos importante lo constituye la eficacia derenovación del agua contenida en la cuba de lavado, lacual asegura la inexistencia de zonas de agua “muerta”y la efectividad de la mezcla entre el agua de enjuaguey la solución arrastrada.

57

Algunas consideraciones a tener en cuenta en el diseñode una cuba de enjuague, que se refleja en la figura 5.9son las siguientes:

Introducir el agua limpia por el fondo de la cuba.

Efectuar la salida por rebose en el lado opuesto de laentrada.

Utilizar eductores para la distribución uniforme delagua.

Proveer de una adecuada agitación a la cuba.

Conductimiento Temporizador

Agua de red

Válvula deregulaciónde caudal

Caudalimento

VertidoAire

Entradade agua


Fig 5.10 - Diseño de una cuba de enjuague.


58

conductímetro detecta la subida de conductividad yabre la válvula de paso del agua. Cuando ha pasadosuficiente agua como para restablecer la conductividadoriginal, el conductímetro vuelve a cerrar la válvulahasta que se detecta una nueva subida deconductividad. El sistema es muy eficaz en la reducciónde consumos de agua. Sin embargo, desgraciadamenteda numerosos problemas de mantenimiento: fragilidadde la sonda, necesidad de frecuente calibración,problemas de incrustaciones, etc.

Temporizadores: el sistema de control temporizadoes una combinación entre un interruptor, untemporizador y una electroválvula. La entrada delagua se activa accionando el interruptor (medianteun botón en instalaciones manuales o un sistemaautomático en instalaciones automáticas), el cual poneen marcha el temporizador, que cuando llega acompletar el tiempo de consigna cierra la válvula deentrada del agua. El tiempo de entrada del agua debeser determinado experimentalmente en función de lacalidad de enjuague deseada.

Finalmente, hay que tener en cuenta que, cuando seha instalado agitación por aire en los baños y enjuagues,ocurre que, en el momento de cortar la alimentación delaire, se produce un vacío parcial en la conducción. Estevacío produce el efecto de una aspiración de pequeñosvolúmenes de líquido de los distintos baños y enjuagues

El modo de agitación más común para el enjuague debastidores es la aireación, la cual es altamente eficaz,aunque debe utilizarse con cuidado, ya que puede darproblemas de pasivación en ciclos largos de enjuague yproblemas de raspado en los recubrimientos por suspensiónde partículas sólidas en el enjuague.

La agitación de los enjuagues de bombos tiene lugarpor rotación del bombo en la cuba de enjuague.

La cuba puede equiparse con algún sistema de controlde caudal elegido de entre los siguientes:

Limitadores de caudal: mantienen un caudal constantede alimentación independientemente de las variacionesde presión del agua. Algunos limitadores airean elagua por efecto venturi, proporcionando un adicionalefecto de agitación.

Control manual del caudal: se efectúa mediante lacombinación de una válvula manual de regulación yun rotámetro de lectura del caudal resultante.

Control de la conductividad: permite automatizar laoperación de las válvulas de control del enjuague. Elcontrol de conductividad opera basándose en el principiode que el agua limpia tiene una menor conductividadque el agua contaminada por los arrastres de losbaños. Cuando el arrastre contamina el baño, el



que pueden causar problemas de contaminación cruzados.Para prevenir este problema se debe practicar un pequeñoorificio en la conducción de entrada del aire acorta distanciapor encima del nivel del baño o enjuague agitado.

5.3.3.3. Enjuague simple corriente .

Es el caso de una sola cuba de enjuague con aguacorriente después de un baño de tratamiento.

59

Consideremos por ejemplo, un caso real. En un tallerde tratamiento de superficies donde son tratados en unainstalación manual herrajes de material base latón, se hamedido que las piezas arrastran a la salida del baño deníquel 1,2 l/hr de solución. Si determinamos que unarazón de dilución de 10000 es satisfactoria para nosotros,necesitaremos:

En la práctica, se suele aplicar un factor de seguridadentre 1,5 y 2. Aplicando un factor intermedio de 1,75:

El caudal de agua de enjuague se calcula según lafórmula:

En el enjuague simple corriente, el caudal de aguapara asegurar una razón de dilución Rd satisfactoria esdesorbitadamente elevado salvo para arrastres muyreducidos (por ejemplo para baños muy pocos cargados),y en ciertas situaciones donde pueda haber una pérdidaen la calidad del recubrimiento si se lava excesivamentela superficie, por ejemplo en los pasivados negros de cinc,pasivados de elevado espesor o enjuagues entre níquelbrillante y cromo.


5.4

Fig 5.11 - Enjuague simple

q

E. Corriente

Q1

Baño

Co C1

Q = q · Rd

Q = 1,2 · 10000 = 12000 lts/hr

Q = 12000 · 1,75 = 21000 lts/hr


60

Otro caso en el que puede ser necesario un enjuaguesimple es en aquellos casos en que se debe detener unareacción en superficie que sólo puede llevarse a cabocuando se produce una rápida dilución en la primera etapade enjuague, lo cual puede requerir grandes cantidadesde agua. En tal caso, la concentración de los productosquímicos reactivos en la primera etapa de enjuague debemantenerse baja.

Finalmente otros ejemplos donde es posible utilizareste tipo de enjuague son las líneas manuales o semi-automáticas de baja producción, o utilizadas para trabajosde investigación y desarrollo.

En todos estos casos es posible minimizar el impactomedioambiental:

Reciclar el agua de enjuague en la misma posición oen otra mediante por ejemplo un desionizador

Reutilizar el agua en otra posición de enjuague cuandola compatibilidad química de los baños lo haga posible.

5.3.3.4. Enjuague doble (y múltiple) enparalelo.

Es el caso de una sucesión de enjuagues corrientesen paralelo en la que cada cuba del enjuague es alimentadapor separado:

q

Q1

Baño E. CorrienteE. CorrienteE. Corriente

Q2 Qn

donde n es el número de cubas que conforman la funciónde enjuague. Salvo en casos muy concretos, esta funciónde enjuague no es recomendable( aunque no es raroencontrarla en nuestros talleres) ya que, está en claradesventaja frente a un número idéntico de cubasconectadas en cascada y contracorriente. Así:

El caudal de agua requerido para esta función deenjuague es:


Co C1 C2 Cf

5.5

Fig 5.12 - Enjuague doble (ymúltiple) en paralelo

Q = Q1 + Q2 +...+ Qn = n·q·n

Rd


Dos enjuagues corrientes en paralelo consumen doble

cantidad de agua que conectadas en cascada y

contracorriente, para una misma calidad de enjuague.

Tres enjuagues consumirán tres veces más, etc.

5.3.3.5. Enjuague doble (y múltiple) en cascada

y contracorriente.

En esta función de enjuague, el agua limpia es

introducida en la última cuba, y pasa en cascada hasta

la primera cuba, es decir, en sentido opuesto al de la

circulación de las piezas:

61

La expresión caudal requerido para esta función es:

siendo n el número de cubas conectadas encontracorriente.

El ahorro obtenido en el caudal de agua es importante.Para calibrar su alcance, calcularemos su valor en elejemplo descrito en el enjuague simple corriente.

a) Con dos cubas conectadas:

aplicando el factor 1,75

lo que supone un ahorro de un 99 % frente al enjuaguesimple.


Fig 5.13.- Enjuague triple cascada y contracorriente

BañoE. Triple cascada y contracorriente

CrC2

C1 Co

qq

qQ

5.6

Q = q ·n

Rd

Q = 1,2 · 10000 = 120 l/h

Qreal = 120 l/hr


62

Los enjuagues en cascada son ampliamente utilizadosdebido a su efectividad en la reducción del consumo deagua, aunque no están exentos de inconvenientes: costede las cubas de enjuague adicionales, amplia necesidadde espacio y disminución en el ritmo de producción.

5.3.3.6. Enjuague estanco.

Un enjuague estanco (o estático) es un preenjuagueque retiene una parte de las sales arrastradas desde elbaño de tratamiento. No es alimentado con agua encontinuo sino que es periódicamente renovado.

b) Con tres cubas conectadas:

lo que supone un ahorro de un 99,78 %.

Nótese que el ahorro más importante se produce al

pasar de una cuba de enjuague a dos cubas, mientras que

el salto producido al pasar de dos a tres cubas es

significativamente menor.

La figura siguiente muestra la variación de la razón de

dilución Rd en función de la relación Q/q, es decir, los litros

de agua de alimentación por litro de arrastre. En la gráfica

y la regla inferior se encuentran marcados los valores del

volumen de agua necesaria para alcanzar una razón de

dilución de 1000 y 10000, para funciones de enjuague

constituidas por un número variable de posiciones (n).


Q = 1,2 = 26 l/hr

10.000

1.000

100

10

11 10 100 1.000 10.000

Q /q

n=5 n=4 n=3 n=2 n=1

Rd=

Co

Cf

1.000

10.000

RAZÓN DE DILUCIÓN LITROS DE AGUA ENJUAGUE POR LITRO DE ARRASTRE

4 5,6 10 31,6 1.000

10.00010021,9106,3

Fig 5.14 Razón de dilución en función del caudal de enjuague y de arrastre

para enjuagues en cascada con “n” cubas. (L.. Hartinger )


Este tipo de enjuague permite, no sólo reducir elconsumo de agua, sino que permite recuperar una partede las sales arrastradas, que son devueltas al baño.

Esto ocurre en aquellos baños que trabajan a unatemperatura superior a 40ºC, ya que las pérdidas devolumen por evaporación pueden ser compensadasremontando con el enjuague.

Según la temperatura del baño, su superficie y elnúmero de enjuagues estancos que compongan la funciónde enjuague, la recuperación de productos puede estarcomprendida entre un 70 % y un 99 %, evitando porañadidura que tengan que ser tratados en la instalaciónde depuración. Esto repercute en un menor consumo dereactivos y un menor volumen de lodo producido.

63

La incidencia que este tipo de enjuague tiene sobreel caudal de los siguientes enjuagues alimentados conagua corriente es función de la máxima concentración desales en el estanco. Así, un enjuague con agua corriente,si es inmediato al baño de tratamiento, debe eliminar elarrastre del baño de trabajo, cuya concentración es lamisma que la del baño. Pero si interponemos un enjuagueestanco, el enjuague corriente no debe eliminar más queun arrastre procedente del preenjuague con unaconcentración Co/n disminuida, por lo que el caudal deagua corriente necesario se verá también disminuido porla misma fracción Q/n.

Este factor es acumulativo si en lugar de un soloenjuague de recuperación se sitúan varios. Esto puedeser visualizado si volvemos a nuestro ejemplo:

q Q

qEvaporación

q=1,2 l/h

E. Corriente

Q=21 m3 / h

Baño


Fig 5.15 - Enjuague estanco

Co CfCo/n

Co C1

Fig 5.16 - Enjuague corriente (Rd=10.000)


64

Desde luego, como se ve en el ejemplo, no se llegaa reducir el consumo de agua tanto como en un sistemacon enjuagues en cascada y contracorriente. Para elmismo número de cubas (3) tenemos para un enjuaguetriple en cascada un caudal de 45 l/hr, mientras que paraun doble estanco y un enjuague simple corriente, el caudalnecesario es de 840 l/hr.

Ahora bien, conviene insistir en que los enjuaguesestancos permiten la recuperación de gran parte de lassales arrastradas. Sin embargo, con enjuagues en cascadaúnicamente, esas sales se pierden.

Para mantener la concentración deseada Co/n en elenjuague, existen varios procedimientos:

Devolución al baño de tratamiento mediante vaciadosperiódicos para compensar la evaporación.

Mediante enjuagues “ECO”.

Por purgas periódicas hacia el sistema de depuración.

Mediante la conexión con un sistema de concentración(evaporación, ósmosis inversa, etc.)

Se pueden utilizar dos o tres enjuagues estáticos enserie conectados en cascada para recuperar el máximo


q

q=1,2 l/h

E. CorrienteBaño

Q=4,2 m3 / hq=1,2 l/h

E. Corriente

Fig 5.17 - Enjuague estanco + enjuague corriente (Rd=10.000)

Co CfCo/5

Baño E. CorrienteE. Estanco E. Estanco

q=1,2 l/h

q=1,2 l/h q=1,2 l/h Q=0,84 m3 / h

Co Co / 5 Co / 25 Cf

Fig 5.18 - Doble enjuague estático + enjuague corriente


de productos. En esta configuración, si se alimentan losenjuagues estáticos en continuo canalizando el rebosedel tercer enjuague al baño de trabajo, las operacionesde trasiego se simplifican. Este dispositivo se convierteentonces en un sistema de enjuagues corrientes en cascadade caudal suficientemente bajo como para poder serreciclado directamente en el baño de trabajo. Un enjuaguecorriente colocado después de los enjuagues estáticosasegura el acabado y la protección química del bañoposterior.

65

Este tipo de enjuague es recomendable para bañosque evaporan, tales como níquel, cromo, cobre alcalino,etc.

El rendimiento de recuperación es proporcional al

número de cubas estáticos a la tasa de evaporación. Estatasa de evaporación depende de:

la temperatura del baño. la superficie del baño. la velocidad de la corriente de aspiración.

La relación entre la tasa de evaporación y latemperatura del baño, para varias velocidades deaspiración, se muestra en la figura siguiente:


Fig 5.20 Tasa de evaporación en función de la velocidad del aire deextracción en la superficie del baño. (L. Hartinger )

BañoRecuperación

Evaporación

qq

q

q

E. Corriente

Q2

Q1

Q1

Fig 5.19 Enjuague en cascada con recuperación total

Cf Co

Temperaturade baño (ºC)

70

60

50

40

30

200 1 2 3 4 5

Evaporación

(kgm-2h-1)

v=o ms1

1 ms1

2 ms1

3 ms1

4 ms1

5 ms1


66

Impurificación del baño por acumulación de

contaminación orgánica y metálica.

Recientemente ha aparecido un sistema, que parece

que todavía no está completamente desarrollado, que

proporciona soluciones a ambos problemas integrando los

siguientes elementos:

Sustitución de ciertos ánodos de níquel por ánodos de

membrana que estabilizan la concentración de sales

en el baño, sin producir pérdida de densidad de corriente

anódica.

Una unidad de adsorción de contaminación orgánica

constituida por una columna rellena de un adsorbente

polimérico, que hace innecesaria la purificación del

baño con carbón activo.

Una unidad convencional de eliminación de impurezas

metálicas por electrolisis a baja densidad de corriente

en celda aparte.

Un filtro.

El sistema permitiría alcanzar tasas de recuperación

de sales entre el 95% y el 98%, con un mantenimiento

óptimo de las propiedades del depósito de níquel.

En la utilización de este tipo de enjuague debe tenerse

en cuenta que el arrastre supone una purga de las

impurezas y contaminantes (incluyendo los productos de

descomposición) del baño, con lo que la devolución de

los arrastres puede suponer la acumulación intempestiva

de los contaminantes hasta niveles que pueden hacer

inservible el baño. Este hecho implica que se deben

extremar las medidas de mantenimiento, control y

purificación preventiva de los baños, para evitar mermas

sustanciales en la calidad de los acabados. Estas

precauciones, cuando implican inversiones costosas,

pueden hacer inviable la aplicación de la técnica.

Lo que se acaba de afirmar es especialmente cierto

para los baños de níquel. Es muy frecuente que las

pérdidas de nivel del baño de níquel se remonten con

agua procedente de un enjuague de recuperación. Este

enjuague estanco permite, como se ha comentado,

devolver al baño las sales arrastradas. Sin embargo, esta

actuación presenta ciertos problemas:

Aumento gradual de las sales en el baño de níquel,

hasta concentraciones indeseables, ya que el

rendimiento de disolución del níquel procedente de

los ánodos es mayor del 100 %, dado que hay un

ataque químico de la solución sobre los ánodos.



5.3.3.7. Enjuague ECO.

El enjuague ECO es un enjuague estanco derecuperación, intercalado entre el baño y posterioresenjuagues, en el cual las piezas son enjuagadas antes ydespués de hacerlo en el baño de tratamiento.

67

El enjuague de recuperación utilizado como ECO nuncase vacía, con lo que su concentración se estabiliza en lamitad de la del baño de tratamiento. De este modo, laconcentración de baño arrastrada al resto de la funciónde enjuague también es la mitad.

El sistema no supone ninguna variación en el volumendel baño por lo cual se aplica fundamentalmente a bañosfríos o levemente calientes (< 40 ºC) como estaño, cromo,etc., aunque también puede ser aplicado a baños calientes.

Por contra, no es recomendable para los procesos enlos que una inmersión en el enjuague ECO inicie unareacción sobre la superficie de las piezas, ya que implicaríauna iniciación de reacción en condiciones no óptimas. Asíocurre con:

Desengrases.Decapados.Satinados químicos.Pulidos químicos.Fosfatados por inmersión.Cromatizados .Baños de deposición química (Cu y Ni).Baños de Cu y Zn ácido.

Utilizado para los baños de níquel puede dar problemasde calidad, así como en aquellos procesos donde el

Figura 5.21 Sistema de purificación de baño de níquel

Figura 5.22 Enjuague ECO


Ánodo demembrana paraestabilizar laconcentraciónde metal

Purificaciónelectrónica paraeliminar impurezasmetálicas

Filtro

Rectificador

Baño

Enjuagues anteriores

E. en cascada ycontracorriente

E.ECO

q q

Q

Co Co / 2 CiCf


68

5.3.3.8. Enjuague por aspersión

Este tipo de enjuague es muy eficaz y se comportacomo una sucesión de enjuagues en cascada ya que dalugar a un elevado rendimiento con muy poco consumode agua.

La elevada eficacia es debida al efecto hidromecánicoconseguido por el aire comprimido utilizado en pulverizarel agua. Es fundamental tener en cuenta que un enjuaguepor aspersión implica la pulverización del agua, y cuantomás finas sean las gotas mayor será la calidad delenjuague. En absoluto se trata de enjuagar las piezasmediante una ducha, ya que ésta implica un mayorconsumo de agua y su eficacia es mucho inferior.

Los enjuagues por aspersión utilizan entre el 10 y el25 % de la cantidad de agua que debe utilizarse para unenjuague simple corriente. Los ahorros en el consumo deagua debidos a la utilización de este tipo de enjuaguedependen en gran manera de la configuración de laspiezas a lavar. Otros factores que tienen una marcadainfluencia sobre la eficacia del enjuague son la disposiciónde las boquillas, la presión del agua, el caudal, el tiempode la aspersión y el diseño mecánico de las boquillas.

El sistema muestra su máxima eficacia para piezasplanas, en las que el spray puede alcanzar toda la superficie

enjuague estanco contenga sólidos que pudieran causarproblemas de raspado en el baño correspondiente.

El esquema inicial representado para el enjuague ECOpuede ser variado si se desea que sobre el baño no hayaaportes de agua procedentes de funciones de enjuagueanteriores. Con la secuencia mostrada en el siguienteesquema, los aportes al baño contienen, lógicamente,sus mismos componentes.

En ocasiones puede resultar interesante la situaciónde un doble enjuague ECO, con lo que la concentracióndel baño arrastrada al resto de la función de enjuaguesería la cuarta parte en vez de la mitad.


Figura 5.23 Doble enjuague ECO

Baño

Enjuagues anteriores

E. en cascada ycontracorriente

q q

Q

E.ECO

Co Co / 2 CiCf


de la pieza. Sin embargo, es inefectivo para el enjuaguede piezas altamente conformadas. Además no puedeutilizarse para piezas pequeñas que puedan ser soltadasdel bastidor por la presión del spray, ni para bombos.

Las boquillas utilizadas para el spray pueden resultarocluidas frecuentemente, sobre todo si no se filtra el aguaantes de llegar a las mismas y si se lava con aguasprocedentes de enjuagues alcalinos.

69

la válvula de retención. Cuando se detiene el flujo delaire a presión, la válvula de retención se libera, llenandoel cilindro nuevamente de agua procedente de la cuba deenjuague donde se haya situado por vasos comunicantes.

Fig 5.24 – Enjuague poraspersión manual

Fig 5.25 – Enjuague poraspersión automática

Es posible alimentar el sistema de aspersión con aguaprocedente de una subsiguiente etapa de enjuague,mediante la aplicación de la técnica “air-lift”, cuyarepresentación se muestra en la siguiente figura.

El aire a presión evacua todo el volumen de un cilindrocalibrado a través de la boquilla cerrando al mismo tiempo

La eficacia del enjuague y su bajo consumo de aguada lugar a efluentes muy concentrados que muy bienpueden ser remontados al baño para compensar laevaporación. Para la consecución de este objetivo elenjuague por aspersión puede ser emplazado de tresformas diferentes:

Encima del mismo baño de tratamiento caliente: níquel,cromo, etc. se suele utilizar una variante del enjuaguepor aspersión por la cual el agua se pulveriza mediante


Figura 5.26 Enjuague por aspersión alimentado por el sistema “air-lift” lift


70

El requerimiento de agua para una eficacia de enjuague

de un 95 % se sitúa entre 2 y 5 litros de agua por litro

de arrastre. Con respecto al agua necesaria por unidad

de superficie se utilizan valores entre 1,5 a 2 ltr/m2

pudiéndose llegar a 5 ltr/m2, en función de la calidad de

lavado.

Una aplicación especial del enjuague por aspersión

aplicable a pequeños espacios, donde no es posible

implantar cubas múltiples de enjuague se muestra en la

figura 5.28. El sistema se compone de tres soluciones

progresivas de enjuague, cada vez más limpias, contenidas

en compartimentos separados. Las soluciones se bombean

sucesivamente a una sola cuba de enjuague por aspersión

empezando por el agua más sucia y acabando con agua

limpia. Durante cada ciclo, solo el agua resultante del

primer spray es vertida o devuelta al baño. Las aguas de

los siguientes spray son recogidas y almacenadas para

ser utilizadas en los posteriores ciclos. La ventaja de la

unidad es que proporciona el efecto de un enjuague

múltiple en cascada y contracorriente pero mediante la

utilización de una sola cuba.

un sistema neumático, con lo que se precisa muy pocaagua. Permite recuperar los arrastres sobre el baño,prevenir el secado de las sales sobre la pieza y enfriarla misma.

Sobre una cuba vacía y en la que el líquido recogidopor goteo es remontado al baño periódicamente:cromo duro, perfiles abiertos de aluminio.

En combinación con un enjuague por inmersión, sobretodo para piezas conformadas. Por ejemplo, a la salidade la última etapa del enjuague en cascada ycontracorriente y de modo que el goteo sirva de caudalde alimentación de dicho enjuague. Aplicando este sistemase consigue que el número de cascadas se reduzca almínimo, es decir, dos, e independientemente del tipo debaño al que se aplique la función de enjuague.

Figura 5.27 Configuraciones posibles de enjuagues por aspersión

Baño Baño Baño EnjuagueRecogidade goteo


Co / 2


5.3.3.9 Reutilización de ciertas aguas

En ocasiones, las aguas de enjuague pueden ser

reutilizadas en otro enjuague que sea compatible con el

primero. Con este modo de proceder se consigue dividir

por dos el caudal de agua de alimentación de ambos

71

enjuagues y aprovechar las características químicas del

agua a ser reutilizada.

La técnica puede ser aplicada en los siguientes casos:

Segundo enjuague después de un desengrase no

cianurado, reutilizable para el enjuague después de

un decapado ácido (metales ferrosos) o alcalinos

(aluminio), o a la inversa.

Enjuague después de un activado (o neutralizado),

reutilizable para uno de los enjuagues necesarios en

el pretratamiento.

En la figura siguiente se muestra cómo el agua del

lavado posterior al baño de níquel se recicla en el lavado

posterior al decapado consiguiendo un efecto de devolución

de los arrastres del baño de níquel por las piezas antes

de entrar en este baño. El agua del lavado del decapado

se recicla para el enjuague posterior al desengrase

neutralizándose así la alcalinidad arrastrada por las piezas

y prolongando así la vida del decapado.

Fig 5.29 Sistema de cascada externa: unidad simple de enjuague poraspersión con cascada externa y concentrador para reciclaje


Piezas

Concentrado

Diluido

Tratamientopor cargas

Cuba de enjuaguepor aspersión

Agua

1.Enjuague 2.Enjuague 3.Enjuague


72

5.4. Técnicas alternativas de deposición

5.4.1. Deposición al vacío

Los procesos de deposición a vacío son técnicas dereciente implantación en la industria, las cuales consistenen la aplicación de un recubrimiento metálico sobre unamatriz, realizado bajo condiciones de vacío controlado.Los procesos de mayor aplicación en la actualidad son lossiguientes:

Evaporación por resistencia

Evaporación mediante haz de electrones

Sputtering catódico

Recubrimiento por plasma

Deposición de vapor ionizado.

Deposición de Vapor mediante Arco de BajaTemperatura

Todos estos procesos operan en un reactor de vacíocontrolado. Dicha situación de vacío se consigue mediantela actuación de una bomba de vacío, la cual extrae el airedel reactor, manteniendo una situación de depresiónconstante. El otro elemento fundamental en el equipo de

5.3.3.10 Enjuague caliente

El enjuague en caliente es particularmente efectivo enel caso de lavar piezas procedentes de soluciones alcalinascomo desengrase y baños cianurados. Las solucionesalcalinas tienden a cristalizar sobre la superficie de laspiezas cuando se sumergen en agua fría, haciendo difícilsu limpieza. El enjuague en caliente reduce la velocidadde cristalización e incrementa la efectividad de la limpieza.


Figura 5.30 Reutilización de aguas compatibles

Enjuaguealimentadocon agualimpia

Níquel DecapadoEnjuaguealimentadocon el lavadodel níquel

DesengraseEnjuaguealimentadocon el lavadodel decapado

deposición a vacío es el equipo de evaporación del materialque se va a utilizar para realizar el recubrimiento. Laforma de realizar tanto la evaporación como la proyeccióndel metal evaporado sobre la pieza a recubrir son losparámetros que marcan las diferencias entre los diferentesprocesos. La evaporación puede realizarse mediante laaplicación de alta temperatura por calentamiento medianteresistencias eléctricas, mediante la aplicación de un hazenergético de electrones, mediante el contacto con unarco eléctrico de alta intensidad y baja tensión, etc...


73

Estos procesos de deposición realizan un recubrimientometálico funcional y decorativo virtualmente en cualquierbase, ya sea metálica o plástica. El recubrimiento que seconsigue es una capa adherente, densa y de pequeñoespesor.

Como ejemplo particular, podemos hablar de ladeposición de vapor ionizado (IDV) de aluminio,desarrollada por McDonnell Douglas Co. como sustitutonatural de la deposición de vapor ionizado de cadmio, afin de realizar el recubrimiento superficial de las piezasde acero. Debido a que el aluminio se comporta de formaanódica con el acero, le provee de una protección galvánica.Además los productos de la corrosión del aluminio son noporosos, con lo que protegen mejor el acero que el cadmio.Más aún, las piezas recubiertas con aluminio son capacesde soportas temperaturas significativamente más altasque las recubiertas con cadmio. Otra ventaja de estemétodo es el menor precio del aluminio frente al cadmio.

El sistema IDV de aluminio consta de una cámara devacío, un sistema de evaporación del aluminio medianteresistencia térmica y un sistema de alta tensión paraproducir la ionización del aluminio a fin de dotar a laspartes de una carga negativa. Esta carga provoca laelectrodeposición de los iones de aluminio sobre la matriz.El aire en la cámara de vacío es reemplazado por unaatmósfera de baja presión de un gas inherte. El vaporFigura 5.31 . Diferentes modos de evaporación del metal

(Environnement et Élestricité de Dopee)


Pulverización por impacto iónico Pulverización catódica

Evaporación a vacío Cátodo hueco

Ar+~10-5 mbar Ar+

10-2 a 10-3 mbar

10-1

a10-5 mbar

0 ºC~10-1 mbar


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pueda controlar adecuadamente todas las variables deoperación.

La calidad del recubrimiento producido mediante laaplicación de algunas estas técnicas es excelente y de unauniformidad extrema. Los tiempos de operación son muycortos y el espesor de la capa puede variar desde 300amstrongs a unas pocas micras, dependiendo de lasespecificaciones a aplicar.

El proceso de Deposición de Vapor mediante Arco deBaja Temperatura, en particular, tiene muchas ventajasfrente a otras técnicas físicas de deposición por vapor.Este proceso presenta, así mismo, unos beneficios que nose dan en la deposición de vapor por vía química. Esteproceso es capaz de operar a temperatura ambiente osuperior y no transmite una cantidad significativa deenergía térmica a la pieza base, evitando posibles problemasde deformación o modificación de la estructura cristalinade la matriz que se desea recubrir.

Los procesos de deposición a vacío son seguros tantopara el medio ambiente así como para los trabajadores.No se producen residuos peligrosos ni VOC’s. El únicoefluente generado por este proceso es el vapor del aceiteproducido por las bombas de vacío, el cual, en su mayorparte es retenido en una trampa fría, que condensa elefluente gaseoso y permite la recuperación del aceite.

ionizado de aluminio interactúa con el gas inerte, de formaque recubre la matriz uniformemente.

Estos procesos, sin embargo, no están exentos deinconvenientes. En las instalaciones de North IslandNADEP, se ha empleado la técnica IDV de aluminio durantelos últimos 11 años. Después este tiempo, han conseguidodesarrollar un equipo exento de muchos de los problemasiniciales, aunque persisten algunos de los principales.

Los principales problemas son los siguientes: En primerlugar, debido a la configuración del equipo, se utiliza unreactor de plato abierto, se producían las entradas decontaminantes dentro de la cámara de vacío, lo cualproducía la aparición de incrustaciones y manchas en elrecubrimiento. En segundo lugar se producían erroresdebido a la gran cantidad de variables que había quecontrolar en el proceso de operación, y la empresa nodisponía de personal debidamente formado. Además,debido a que la operación de este equipo eraextremadamente compleja, el personal presentaba unafuerte oposición a manejar este equipo.

En definitiva, este proceso presenta un alto potencial,siempre y cuando se opere en un ambiente limpio, o biense utilice una cámara de vacío en la que no puedanintroducirse contaminantes, y siempre que el personalque opere con el equipo esté debidamente formado y



75

Estos procesos son utilizados para realizarrecubrimientos de piezas decorativas y funcionales en laindustria del automóvil, equipos médicos, aplicacionesaeroespaciales, microelectrónica, equipos domésticos,joyería y plásticos. Obviamente, los componentes puedenvariar mucho en configuración, tamaño y forma.


Figura 5.32 Esquema del sistema de deposición por arco catódico(Coatings Technology Handbook de D. Satas)

Alimentacióndel arco

Entradade gas

(-) (+)hacia el ánodo

Generadordel arco

Hacia la bomba(-)

(+)

Sustrato,pieza base (-)


hacia el ánodo

(+)


Figura 5.3.2 Representación esquemática de un equipo de sputtering(deposición catódica) (Coatings Technology Handbook de D. Satas)

Bastidor o sostenedorde la pieza

Tubería de gasde reacción

Desgasificadorde superficie

Gas demetalizado por

bombardeo iónico

Cátodo plano delmagnetrónHacia la bomba

de vacío

Plasma


76

En el proceso de Metalización por Aspersión de Metal

Fundido, la materia prima en forma de alambre simple,

cordón o polvo, se funde en un soplete de oxígeno-gas

combustible. El material así fundido es pulverizado sobre

la superficie d la pieza, donde se solidifica. Una ventaja

significativa de este proceso reside en el hecho de que

no hay riesgo de daño al componente.

5.4.2. Técnicas de spray térmico

Los métodos de rociado térmico son todos aquellos

en los que se lleva a cabo el recubrimiento de piezas

metálicas mediante partículas en estado fundido o

semifundido, que son aplicadas por impacto sobre las

piezas sustrato. En muchos casos estos métodos pueden

proporcionar excelentes alternativas, exentas de vertidos,

a los métodos convencionales de electrodeposición. Entre

estos métodos se encuentran:

el rociado por arco

la metalización por aspersión del metal fundido

el rociado de plasma

el rociado térmico hipersónico

En el proceso llamado Rociado por Arco de

Metalización la materia prima en forma de un par de

hilos metálicos, se funde mediante arco eléctrico. Un cono

de aire comprimido atomiza esta materia y la impulsa

hacia la pieza que se trabaja, donde el rociado fundido

se solidifica. Los depósitos poseen una fuerza de adhesión

superior a la de la mayoría de los otros depósitos

térmicamente rociados. Además, el uso de aire comprimido

y electricidad implica revestimientos más económicos.


ArmazónBoquilla

Corona de aire

Zona de arco

Flujo de spray

Envoltura

Electrodos

-VE

+VE

AIR

Wire

Figura 5.33 Rociado por Arco de Metalización ( Metallisation)


En ambos casos, el material forma un revestimiento

denso y fuertemente adherente sobre la superficie de la

pieza, adecuado para la protección anticorrosiva o

recuperación del componente, proporcionan resistencia

al desgaste, conductividad eléctrica y térmica, oxidación

a alta temperatura o configuraciones autónomas. La

ventaja más importante de estos procesos es que los

revestimientos están disponibles para uso casi instantáneo.

Plasma es el término usado para describir el gas que

se ha elevado a una temperatura tan alta que se ioniza

y se convierte en eléctricamente conductivo.

77

En el caso del Rociado de Plasma, éste es creado

mediante un arco eléctrico dentro de la boquilla de una

pistola de proyección, transformándose así el gas del arco

en un chorro de plasma al salir de la boquilla. Las partículas

de polvo constituyentes del recubrimiento son inyectadas

en este chorro donde se funden y son proyectadas sobre

la superficie a alta velocidad, produciendo un revestimiento

sumamente adherente. Pueden ser rociados casi todos

los materiales incluyendo los metales, cerámicas y plásticos.

La pieza que se trabaja permanece fría porque el plasma

queda localizado en la pistola. El equipo completo está

compuesto de pistola de plasma, controlador, suministrador

de energía, alimentador del polvo y un sistema de

enfriamiento. Las aplicaciones típicas de este sistema las

encontramos desde protecciones contra el rayado de

anillos de pistones, hasta protecciones térmicas y abrasivas

en turbinas en las industrias textil y papelera.

En todos estos casos, dada la naturaleza del proceso

del rociado térmico, será necesario la adopción de equipos

de protección individual para hacer frente los efectos

adversos de ruidos, polvos y luz.


GuíasAire comprimido

Llama

Flujo de spray

Mezcla de combustibley oxigeno

Carretes de alimentación

Wire

Figura 5.34 Metalización por Aspersión de Metal Fundido (Metallisation)


78


Boquilla (ánodo)

Cátodo

Gas plasmático

Inyecciónde polvos

Figura 5.35- Rociado de Plasma (Metallisation)

Manual de minimización de buenas prácticas en galvanotecnia

6.1 Introducción

Las buenas prácticas medioambientales, un subconjunto de métodos deprevención de la contaminación, son actividades enfocadas hacia los aspectoshumanos y organizativos de la producción que en general reciben la consideraciónde MTD. Generalmente, no implican inversiones en infraestructuras y equipos,aunque de la ejecución de algunas buenas prácticas pueden resultar inversionessignificativas de capital cuando se aplican a toda la empresa. Algunas de lasbuenas prácticas que se relacionarán, proporcionarán una mejora en la calidaddel producto y una reducción de los costes operacionales junto con una reducciónen la generación de residuos. Además, generalmente éstas mejorarán elcomportamiento medioambiental de un taller, incluyendo aspectos de Seguridade Higiene.

6.2. Sensibilización y formación de operarios

La forma de trabajar de los operarios de una planta galvánica tiene unaimportante repercusión en el grado de contaminación producida por los procesos,de forma que su papel es fundamental a la hora de abordar un plan de prevenciónde la contaminación. Sin su colaboración y participación activa, incluso el mejorde los planes de minimización puede estar condenado al fracaso.

6

Buenas prácticasmedioambientales



La sensibilización y la formación deben dar comienzocon una clara política medioambiental de la empresa quese traduzca en un programa de control y prevención dela contaminación. La política debe ser comunicada a todoslos empleados y reforzada de varias formas en orden acrear una actitud positiva que permita alcanzar de formaeficaz los objetivos medioambientales de la empresa.

La formación dada a los operarios debe contener lossiguientes elementos:

Cómo, por qué y dónde se produce la contaminacióny cómo puede minimizarse.

Métodos de mantenimiento preventivo para la reducciónde la contaminación.

Procedimientos de la empresa para la manipulaciónde las materias primas y adiciones de productos a losbaños.

Procedimientos de actuación frente a fugas y derrames.

Actuaciones concretas para la prevención de lacontaminación en el puesto de trabajo.

Requisitos legales medioambientales y cómo afectana su los procesos en los que se desarrolla su trabajo.

Por qué la prevención de la contaminación es importante(coste de la contaminación, seguridad e higiene, mejoradel ambiente del puesto de trabajo, preservación delmedio ambiente).

Cómo pueden afectar los costes de gestión de lacontaminación (reactivos de depuración, agua, gestiónde residuos, etc) a los salarios.

Es necesario establecer un sistema de indicadoresque permita medir el éxito del programa de formación.Para ello la empresa debe tener un histórico de consumode materias primas, producción de residuos, etc, conobjeto de evaluar la eficacia de los planes de prevención.Para motivar la participación de los empleados en esosplanes es muy interesante establecer primas, premiosy cualquier otra forma de reconocimiento que estimuleun papel activo de los mismos.

6.3. Compra, almacenamiento ymanipulación de materias primas

Las buenas prácticas relacionadas con la compra,almacenamiento y manipulación de los productos químicosse encaminan a reducir las pérdidas de estos que seproducen por fugas, derrames, deterioro del producto yotras causas y que finalmente se traducen encontaminación.

81



6.3.1. Gestión de compras e inventariosUn control de inventarios se concibe con el fin de que

la empresa no tenga más materias primas que las querealmente necesita. Además de la ocupación de espacioy el inmovilizado que supone, la ausencia de un adecuadocontrol de inventarios puede derivar en la generación deresiduos procedentes de materias primas que ya no sonnecesarias, que han caducado o se han deteriorado,momento en el cual se han convertido en un residuo.

Un conjunto de buenas prácticas relacionadas con estecapítulo pueden ser las siguientes:

Estandarizar los productos químicos utilizados, de talforma que se utilice el menor número posible de estosen todas las operaciones.

Evitar comprar en exceso, considerando las necesidadesreales de los procesos.

Comprar los productos en recipientes de dimensionesadecuadas al uso y a las características del producto,procurando minimizar el número de envases. A serposible utilizar envases reutilizables.

Establecer un protocolo de aceptación de muestrasde productos, aceptando solo aquellos cuyo proveedor

82

se comprometa a recoger en caso de no utilizarse ensu totalidad.

Utilizar un sistema de gestión FIFO (first-in-first-out),llevando a cabo una rotación de los envases situadosen el fondo de las estanterías hacia delante cuandolleguen productos nuevos.

6.3.2. Almacenamiento de productos químicos

Las buenas prácticas en el almacenamiento deproductos químicos se encaminan a la reducción de losresiduos producidos por un deterioro de los productosproducido por exposición a agentes atmosféricos o contactocon otros productos incompatibles, y derrames por defectosy daños en los recipientes. Una relación de estas buenasprácticas es la siguiente:

Utilizar para el almacenamiento áreas separadas deacceso restringido que estén señalizadas, iluminadasy debidamente protegidas, de modo que se evite eldeterioro de los envases y sus productos contenidos.La zona dispondrá de una solera de hormigón hidrófugoy un sistema de recogida de derrames y fugasaccidentales..

En función de las características concretas de los



productos habrá que tomar las siguientes precauciones:

Evitar la generación de cianhídrico almacenandoácidos y cianuros separadamente

Almacenar ácidos y álcalis separadamente.

Reducir el riesgo de incendio almacenando losproductos inflamables separados de agentesoxidantes.

Reducir el riesgo de incendio aquellos productosque se inflaman espontáneamente con la humedaden condiciones de sequedad y separados de agentesoxidantes. Marcar esta área de tal forma que seevite el uso de agua en ella como medio de extinciónde incendios.

Mantener la separación suficiente entre envases ycontenedores para facilitar el acceso a los mismos ylas tareas de inspección. Los envases deben ordenarsede acuerdo con el grado de utilización y peligrosidad.

Todos los recipientes deben estar etiquetados y nodeben utilizarse para contener productos distintos delos originales.

Para prevenir daños en los envases de productos

químicos seguir las siguientes indicaciones:

Almacenar y apilar los envases de acuerdo con lasinstrucciones del envasador o el fabricante.

En caso de apilar materiales distintos situar siemprelos líquidos debajo de los sólidos.

Prevenir la corrosión de recipientes metálicosprotegiéndolos de vapores y ambientes corrosivos, yelevándolos con respecto al suelo para que no entrenen contacto con la humedad del exudado del hormigón.

6.3.3. Manipulación de productos químicos

Es posible implantar un conjunto de buenas prácticasen las operaciones de carga y descarga, transporte ymanipulación de materias primas que se dirijan hacia laprevención de derrames, fugas y contaminación demateriales. De este conjunto se pueden destacar lassiguientes:

Realizar las operaciones de carga y descarga en zonasbien iluminadas, señalizadas, y sin obstáculos.

Establecer procedimientos escritos para las operacionesde carga, descarga, trasvase, formulación y adiciónde productos a los baños.

83



Designar al personal responsable de la formulación yadición de productos a los baños.

Prever en las zonas donde se realizan operaciones detrasvase la instalación de sistemas que faciliten elescurrido hacia recipientes que permitan la recuperacióndel producto. Asimismo, en estas operaciones procurarevitar el goteo, derrame o vertido accidental de losproductos trasegados y tener preparados métodos decontención de esas pérdidas.

Cuando se abra un envase asegurarse de que estequeda cerrado, sobre todo si contiene disolventesvolátiles.

En tiempo de parada, sacar de los baños aquellosánodos que pudieran ser disueltos químicamente yaumentar de forma intempestiva la concentraciónmetálica, por ejemplo los ánodos de cinc.

6.4. Protección de piezas antes ydespués del tratamiento

Las piezas objeto del tratamiento galvánico puedensufrir corrosión por diversas causas en el almacenamiento

84

previo a su procesado y en el almacenamiento posteriorantes de su expedición. La corrosión de las piezas puedecausar problemas de adhesión de los recubrimientos omermas en la calidad del acabado. Cuando estos problemasse producen es necesario volver a procesar las piezas,frecuentemente después de realizar un desmetalizado y/oun deslacado. Las buenas prácticas en la protección delas piezas antes y después del tratamiento permitenreducir el impacto medioambiental asociado precisamentea estos procesos de decapado, desmetalizado y deslacado.

La mayor parte de las superficies metálicas se oxidano corroen cuando están expuestas al oxígeno u otrosagentes presentes en la atmósfera. El tiempo en el quese produce la corrosión depende del tipo de material yde las condiciones en las que este es almacenado. Lahumedad, temperatura y acidez del ambiente son losfactores que determinan cuán rápido se va a producir lacorrosión. Todos estos factores pueden encontrarse enuna instalación galvánica, y a ellos se ven expuestas laspiezas, de lo cual se desprende la necesidad de su control.

A continuación se expondrán algunas prácticas, citadasen el BREF de tratamiento de superficies metálicas,encaminadas a la prevención o minimización de laproblemática que se acaba de exponer.



6.4.1. Reducción del tiempo de almacenamiento

Eliminar o reducir al máximo el tiempo dealmacenamiento entre operaciones, por ejemplo entre lafabricación y el tratamiento de la superficie, o entre elacabado y la expedición, puede evitar que sea necesarioaplicar cualquier otra medida de prevención contra lacorrosión. Esto puede realizarse como parte de un sistemade gestión JIT (just in time) o como parte de una meditadaplanificación de la producción.

La medida es fácilmente aplicable en aquellasinstalaciones que integran los procesos de fabricación yde tratamiento de superficies o cuando los transportesson cortos y frecuentes. Es más difícil de aplicar en aquelloscasos en los que la distancia entre los centros de fabricacióny de tratamiento de superficies implica unos costes detransporte que aconsejen un almacenamiento antes ydespués del tratamiento.

6.4.2. Condiciones de almacenamiento ytransporte

Las piezas y componentes deben mantenerse lejosdel ambiente húmedo y frecuentemente ácido que seencuentra en las instalaciones de tratamiento de superficies,tanto antes del tratamiento como una vez acabadas. Unabuena ventilación de las áreas de trabajo deberá asegurar

que el aire húmedo y ácido de la aspiración de los bañosno entre en contacto con las piezas almacenadas o enespera de su expedición. También debe asegurarse unabuena ventilación en la zona de almacenamiento de laspiezas.

La humedad del ambiente puede condensar sobre laspiezas cuando estas se enfrían durante el transporte oalmacenamiento después de salir de las zonas calientesy húmedas. Mantener las piezas calientes durante eltransporte y almacenarlas en un ambiente seco puedeeliminar este problema.

El ahorro en los costes derivados de las operacionesde stripping y reprocesado de las piezas podría versesobrepasado por los costes energéticos asociados alacondicionamiento o ventilación del ambiente.

6.4.3. Empaquetado de las piezas

Las piezas a tratar o acabadas pueden serempaquetadas con materiales absorbentes o de prevenciónde la corrosión tales como papeles específicos, viruta demadera, serrín y otros. Estos materiales pueden tantoprevenir la corrosión como el rayado de la superficiedurante el transporte.

85



6.5. Mantenimiento preventivo

Desde el punto de vista de la prevención de lacontaminación, el mantenimiento preventivo puedeminimizar las pérdidas de materias primas de debidas afugas, reducir el riesgo de derrames accidentales, y evitarla producción de piezas defectuosas por fallos en lasinstalaciones.

El mantenimiento preventivo consiste en la inspeccióny limpieza periódica de equipos e instalaciones, incluyendola lubricación, comprobación y sustitución de piezas enmal estado.

Las áreas específicas donde el mantenimientopreventivo puede reducir la generación de contaminaciónincluyen:

Inspección regular de cubas y tanques con sustitucióno reparación de las unidades dañadas o corroídas.

Sustitución periódica de juntas en las bombas y filtros.

Inspección y reparación de bastidores y bombos,prestando especial atención a zonas despegadas delrecubrimiento de los bastidores que pudieran atraparde forma oculta arrastres de los baños, y nódulosmetálicos que pudieran disolverse en las soluciones

86

electrolíticas, contaminando las mismas.

Inspección frecuente del fondo de las cubas, sobretodo las de los baños, con vistas a eliminar rápidamentepiezas, sujeciones y bastidores. La empresa puedefacilitar la rapidez de dicha eliminación, disponiendode rastrillos localizados en lugares accesibles educción

Las empresas que poseen programas de mantenimientoefectivos pueden observar un incremento en los costesde producción; sin embargo, generalmente, estos costesson contrarrestados por la disminución de paradas poravería, derrames accidentales o contaminación de losbaños.

6.6. Prevención de fugas y derrames

La magnitud de las pérdidas de productos debidas afugas y derrames frecuentemente no es despreciable conrespecto a las pérdidas sistemáticas debidas a la normaloperación de los procesos, pudiendo ser igual a estas oincluso mayor. En ocasiones las fugas que se producenen bombas, filtros o cubas pueden pasar inadvertidas ysuponer pérdidas importantes de materias primas. Algunosmétodos para reducir esas pérdidas y las debidas aderrames accidentales, normalmente mucho más evidentes,se muestran a continuación:



Llevar a cabo un mantenimiento preventivo de bombas,filtros, cubas y tanques, tal como se ha comentadoen el punto anterior.

Emplear un método controlado para la adición de aguaen las cubas de los baños, no permitiendo el uso demangueras no vigiladas.

Instalar alarmas de nivel alto en las cubas de los bañosy especialmente en aquellos baños que evaporan yque necesitan una compensación frecuente de nivel.

Implantar cubas de doble pared para aquellos bañosmás agresivos con el material de las cubas.

Instalar cubetos de contención en aquellas cubas conmayor riesgo de fuga o derrame, y alrededor de lossistemas de filtración y bombeo.

Instalar sensores en los cubetos de contención quedetecten las pérdidas. Estos sensores pueden ser depH, redox, humedad y/o conductividad, que iránasociadas a sistemas de alarma.

Los derrames pueden ser reducidos o evitadosmejorando la formación del personal en la manipulaciónde productos químicos y baños, y en los métodos deprevención de derrames. La formación debería incluir la

adecuada utilización de conducciones, embudos yrecipientes de recogida de goteos durante la manipulacióny trasiego de productos y soluciones; el mantenimientode niveles de líquido en los depósitos, evitandodesbordamientos; el uso de mopas o raspadores paralimpiar los derrames (en contraposición al uso deabsorbentes que deben ser tratados como residuospeligrosos); y la utilización de los cubetos de contenciónpara retener los derrames.

6.7. Agua de alimentación.

La calidad del agua utilizada en la formulación de losbaños y en los enjuagues ejerce una importante influenciaen la eficiencia de los procesos y en la generación deresiduos de los mismos. Los contaminantes naturalespresentes en el agua de abastecimiento, tales como calcio,hierro, magnesio, manganeso, cloruros, carbonatos yfosfatos, pueden causar problemas en los procesos, porejemplo:

Incrustaciones (depósitos de sales de calcio) en lasconducciones, pero sobre todo en las cubas conteniendoproductos alcalinos (baños y enjuagues) y en las redesde aguas residuales.

Defectos sobre las piezas como resultado de la presenciade sales poco solubles en los baños y en los enjuagues.

87



Mineralización excesiva de los baños en los cuales elfuncionamiento es muy sensible a la presencia deciertos iones en solución (Ca2+, Na+, SO4

2-, Cl-

,CO32-…), sobre todo cuando se utilizan enjuagues

de recuperación.

Presencia de materia orgánica incompatible con eltratamiento o recubrimiento a llevar a cabo.

Incremento en la producción de los lodos de lostratamientos convencionales de aguas residuales.

Aumento de la viscosidad de los baños y comoconsecuencia aumento en el volumen de los arrastres.

Por estos motivos, es necesario el análisis de la calidaddel agua de suministro para determinar la necesidad ono de tratamientos previos antes de su utilización en lalínea de procesos. Es difícil dar un valor de referenciapara la calidad del agua de suministro, ya que esta esfunción de las condiciones particulares de utilización. Noobstante, la experiencia muestra que un agua con unadureza de 15 a 20 ° F es útil para la preparación de lamayor parte de los baños y de sus enjuagues.

Se deben tomar una serie de precauciones particularespara ciertos procesos:

88

Baños alcalinos y sus enjuagues: se debe utilizarpreferentemente agua descalcificada para evitarincrustaciones, manchas y colmataciones.

Baños calientes: donde las pérdidas de nivel debenser compensadas mediante aportaciones importantesde agua (directamente desde la red o procedente delas funciones de enjuague): se recomienda utilizaragua desmineralizada (o como mínimo descarbonatada)para evitar la mineralización del baño por concentraciónprogresiva de sales. El agua descalcificada no esrecomendable en casos como en los baños de níquel,ya que contiene una alta concentración en iones sodioque a partir de cierta concentración puede darproblemas de fragilidad en el depósito de níquel.

Enjuague final (caliente o frío): debe ser de buenacalidad con el fin de evitar manchas (por presenciade calcio en particular y sales en general), y la corrosióndebida fundamentalmente a los cloruros.

6.8 Mantenimiento de las condicionesoperativas de los baños

El mantenimiento de la pureza de los baños puedereducir significativamente su vertido residual. La limpieza



periódica de las impurezas procedentes de los baños esnecesaria para mantener sistemas en perfecto estado.Por ejemplo:

Impurezas de metales como el hierro, el cobre, elaluminio, el níquel, el zinc y el cromo trivalentenecesitan ser eliminadas de los baños de cromo.

La materia orgánica y las impurezas de metales comoel cobre, el zinc, el plomo y el hierro necesitan sereliminadas de los baños de níquel.

Los carbonatos y las impurezas de los metales tienenque ser eliminadas de los baños cianurados.

Un primer grupo de medidas irán dirigidas a evitarcontaminaciones que obliguen a purificacionesexcesivamente drásticas, con las consiguientes pérdidasde baño por arrastres. Principalmente son:

Filtración continuada de baños y a través de carbónactivado: Esta actuación eleva el consumo deabrillantadores y aditivos orgánicos, pero los resultadosobtenidos a medio y largo plazo respecto de laprevención de contaminaciones orgánicas la justificasobradamente. Los baños de oro a base de cianurono pueden ser filtrados con carbón pues el oro quedaretenido en la masa filtrante.

Purificaciones preventivas de la contaminación metálica:

Bien por electrolisis selectiva a baja densidad decorriente y con cátodos ondulados de hierro (paracontaminaciones de metales como Ni, Cu, Zn,...).

Bien por adición de un oxidante (agua oxigenada,permanganato,...) y posterior filtración, para lacontaminación por Fe en baños ácidos.

Bien por adición de ácido bórico para formarcloroboratos y fluoroboratos de contaminantesmetálicos en general, para los baños de Cr.

Estas actuaciones pueden ir acompañadas de adicionesde pequeñas concentraciones de complejantes específicos.Sin embargo, una contaminación metálica complejada esuna contaminación en estado latente y que, endeterminadas circunstancias, puede manifestarse contoda intensidad si el complejo es destruido.

La tabla 6.1 presenta una visión de las tecnologías depurificación para baños de deposición y algunos ejemplosde aplicación. La tabla 6.2 presenta ejemplos demantenimiento de soluciones de deposición mediantefiltración particular o purificación por carbón.

89



90


Filtración Eliminación de sólidossuspendidos

TECNOLOGÍAS

APLICADAS

POTENCIALMENTE

PURIFICACIÓN DE

LA SOLUCIÓN

EJEMPLO DE

APLICACIÓN

Electrodiálisis

Absorción porcarbón activo

Eliminación decontaminantes orgánicos

Eliminación decontaminantesmetálicosReciclación de soluciónconcentrada

Electrodiálisisselectiva

Eliminación deimpurezas metálicas

Ver tabla

Ver tabla

Eliminación de hierro,aluminio, cobre, otrosmetales contaminantesde baño de cromo duroRegeneraciones dedecapados alcalinos yácidos

Baños de níquel y cromo.Reoxidación de cromotrivalente a cromohexavalente

Intercambioiónico

Eliminación decontaminantes metálicos

Hidrólisis ycristalización

Eliminación deexcesos de carbonatos

Eliminación dealuminio disuelto desoluciones dematizado

Eliminación de sulfatoferroso de solucionesdecapantes de acerobase sulfúricoSoluciones formuladascon cianuro sódico,incluidos baños de cobre,strike de cobre y plataRegeneración de bañosde matizado de sosa

Decantación yeliminación delodos

Separación de lodos debaños de deposiciónpermitiendo sureutilización

Baños de latón

Tabla 6.1 - Tecnologías de purificación para baños de deposición.

Cromo

Desniquelado

Anodizado Sulfúrico

Cincado

Cobre

Stike de cobre

Níquel

Plata

Oro

Rodio

Latón

DESCRIPCIÓN DE

LA SOLUCIÓNFILTRACIÓN

PURIFICACIÓN

POR CARBÓN

Tabla 6.2 - Ejemplos de mantenimiento de soluciones de deposición.


7omo ya se ha descrito en el manual, la secuencia correcta de actuación

debe ser siempre primero reducir contaminación en el origen y después reciclar

o valorizar, siendo las últimas opciones el tratamiento del residuo o su gestión

externa.

Existe un número importante de técnicas de reciclaje, aunque su aplicación

en la industria en la mayoría de los casos esta condicionada a la viabilidad

económica. En el presente manual se describen las más importantes, desde el

punto de vista de su implantación en la empresa. Estas son:

Evaporación

Electrólisis

Intercambio iónico

Ultra/microfiltración

Osmosis inversa

Electrodiálisis

Todo este grupo de tecnologías se pueden englobar en lo que se denominan

tecnologías limpias, es decir tecnologías que contaminan menos que las que

se usan convencionalmente.

C

Técnicas de reciclado de bañosy aguas de enjuague



En ocasiones también se les denominan tecnologías

de vertido cero, aunque este término solo es aplicable en

el caso de que como consecuencia de la implantación de

la tecnología no se contamine nada, situación en la mayoría

de las ocasiones altamente complicada.

A continuación se describen cada una de las tecnologías

de reciclaje enumeradas anteriormente. Su descripción

será general, subdividiéndose en:

1- Fundamento técnico.

2- Aplicaciones principales.

3- Ventajas

4- Limitaciones

Todos estos puntos se desarrollarán de forma breve

y concisa, sin entrar en detalles excesivamente técnicos

para no complicar en exceso la comprensión del manual.

7.1. Evaporación

7.1.1. Fundamento

Se trata de una tecnología simple, basada en una

separación física del agua contenida en una disolución

química, pasándola a fase vapor. Existen básicamente

dos variantes de sistemas de evaporación:

A vacío

La evaporación al vacío permite, aplicando una baja

presión, cercana a cero bars, evaporar el agua a una

temperatura que oscila habitualmente entre 35-50ºC.

Atmosférica

La evaporación atmosférica utiliza una corriente de

aire que se hace circular a contracorriente a través de la

disolución que se quiere evaporar. De esta forma, el aire

se satura en agua y por lo tanto se concentra la disolución

de trabajo .

Las dos diferencias fundamentales entre las alternativas

citadas son: en primer lugar el mecanismo de evaporación,

y en segundo lugar que en el caso de la evaporación al

vacío se condensa el agua evaporada y de esta forma se

puede reciclar, mientras que en la evaporación atmosférica

el agua contenida en el aire se pierde, siendo aprovechable

únicamente el concentrado obtenido.

93



7.1.2. Aplicaciones

Las dos aplicaciones más importantes son:

A ) Recuperación de materia prima perdida por arrastre

B ) Regeneración de baños decapantes

A) Recuperación de materia prima perdida por

arrastre

La aplicación principal de la evaporación es la

recuperación de la materia prima perdida por arrastre de

los baños hacia los enjuagues.

Al incorporar un sistema de evaporación se debe

contemplar un rediseño de los sistemas de enjuague. El

objetivo es reducir la cantidad de disolución a procesar,

de lo contrario la tecnología no resultaría económicamente

viable. Para ello, el diseño óptimo serán sistemas

multietapas de enjuagues en cascada y contracorriente.

El evaporador se conecta al primero de los enjuagues,

produciendo la evaporación del agua y concentrando la

disolución. Cuando se alcanza un grado de concentración

suficientemente elevado como para poder devolver al

baño, y que este no desborde, se purga el concentrado

94

y se dirige al citado baño. En el caso de la evaporación

al vacío, el agua destilada se recicla como agua de

enjuague.

El esquema general de sistema sería el siguiente:

B) Regeneración de soluciones decapantes

Una aplicación interesante y novedosa, utilizandoevaporación al vacío, es la regeneración de disolucionesagotadas de decapados formulados con ácido clorhídrico.

Una vez el decapado de HCl se ha agotado suformulación original base ácida se modifica, estando el


Baño de deposición

Fig 7.1. Sistema de evaporación para la recuperación de arrastres

qq

qEnjuague en cascada

EvaporaciónConcentrado

Destilado


95

baño contaminado con hierro en estado divalente. Laregeneración del baño consiste en oxidar el hierro desdeel estado divalente a trivalente. La oxidación se lleva acabo inyectando, en un re a c t o r, oxígeno o aire.

Una vez se ha oxidado el hierro, la formulación delbaño agotado será HCl + FeCl3 . Este producto se introduceen el evaporador, destilando el ácido y purgando un lodode cloruro férrico. Tanto el destilado como el lodo sepueden reutilizar, el ácido para reformular nuevos baños,y el cloruro férrico como coagulante en sistemas dedepuración físico-química.

7.1.3. Ventajas

Recuperación de arrastres

Se reduce sensiblemente el volumen de vertido atratar, pudiendo llegar a conseguir un vertido cero.

Se recupera prácticamente un 100 % de la materiaprima perdida originalmente por arrastres de losbaños.

Son sistemas completamente automatizados y queno requieren apenas mano de obra para su control ymantenimiento.

En el caso de la evaporación atmosférica, el consumoenergético del sistema es bajo.

Regeneración de baños decapantes

Minimización del residuo generado en prácticamenteun 100 %.

Minimización del consumo de materia prima en lareformulación del baño una vez agotado. El porcentajede minimización es variable y dependiente de laconcentración a la que se agota el baño. Podría estarentorno al 20-50 %


Fig 7.2. Línea de decapado con HCl. Regeneración medianteoxidación/Evaporación

Decapado

HCL + FeCl2

HCL + FeCl3

HCL al 23%

Reactor deoxidación

Evaporadoal vacio

HCL + FeCl3Subproductorevalorizable


96

7.1.4. Limitaciones

Recuperación de arrastres

Hace falta rediseñar el sistema de enjuagues y portanto se necesita espacio suficiente para la instalaciónde un sistema multietapas.

En el caso de la evaporación al vacío, la inversióninicial puede ser muy elevada, especialmente para lapequeña y mediana empresa, y sobre todo cuando lacantidad de agua necesaria para mantener la calidadde enjuague sea alta .

La utilización de la evaporación atmosférica es limitadacuando se instala en zonas de alta humedad ambiental.

La utilización de un sistema de evaporación puedeestar limitado en el caso de que el baño trabaje enfrío, puesto que al perder poco volumen durante elproceso productivo, hay que ajustar muy bien elbalance de materia para poder retornar al baño lasolución concentrada obtenida durante la evaporación.

Regeneración de baños decapantes

El consumo de ácido debe ser elevado para que searentable la aplicación, debiendo realizar un estudio deviabilidad económica.

7.2. Electrólisis

7.2.1. Fundamento

La electrólisis consiste en generar procesos de reducciónen el cátodo y de oxidación en el ánodo, provocados porel paso de corriente eléctrica a través de una celdaelectrolítica. Estos procesos electrolíticos se aprovechanpara recuperar metales y/o eliminar contaminantes delos vertidos.

Las celdas electrolíticas más habituales consisten enseries de parejas de electrodos ánodo/cátodo en posiciónvertical, con agitación por aire y un filtro previo para laeliminación de partículas.

El material de los electrodos puede ser de muy distintanaturaleza, siendo los más habituales los siguientes:

Ánodos :Malla de titanio recubierta de Pt o con óxidos deiridio o rutenio.GrafitoPlomoPlomo aleado con antimonio, plata o estaño hierrofundido o hierro-silicioAcero inoxidable



97

Cátodos:

Polímero orgánico recubierto por una fina capa de

Ni o Cu

Grafito

Acero inoxidable

Plástico metalizado

La elección del cátodo dependerá de la naturaleza del

metal a electrodepositar, teniendo como objetivo maximizar

la superficie catódica y el proceso de difusión para

incrementar la eficiencia del reactor.

En el caso del ánodo su selección dependerá del precio,

estabilidad química y mecánica y sobrevoltajes asociados

a determinadas reacciones.

7.2.2. Aplicaciones

Las aplicaciones más importantes se corresponden

con los dos procesos que

tienen lugar en los electrodos. Dichas aplicaciones son:

A) Recuperación de metales

B) Regeneración de baños decapantes

C) Oxidación de cianuros

A) Recuperación de metales

La recuperación de metales y pérdidas por arrastredel baño a enjuagues posteriores suele aplicarse sobretodo a metales nobles, especialmente oro y plata, metalesde amplia utilización en el sector de acabados metálicos,aunque su utilización

puede extenderse a otros metales como Cu, Ni, ZnPd, especialmente para el primero de ellos.

Para que el proceso de recuperación sea óptimo sedeben tener en cuenta dosaspectos :

En primer lugar, un correcto diseño del sistema deenjuagues, consistente en un enjuague estancoposterior al baño electrolíltico y a continuación unenjuague simple o doble.

En segundo lugar, la celda electrolítica estará conectadaa la disolución mas concentrada del sistema, es decirdeberá conectarse al enjuague estanco.

En vez de aplicar la tecnología sobre los sistemas deenjuague puede utilizarse sobre el ácido sulfúrico empleadocomo regenerante de resinas catiónicas empleadas en eltratamiento de aguas de enjuague de metales no férreos.



98

Estas premisas son necesarias porque el proceso deelectrólisis tiene un buen rendimiento sólo en el caso deaplicarse a disoluciones con alto contenido en metal,superior habitualmente a 5-10 g/l. Esto es posible si seincorpora un enjuague estanco

posterior al baño, no siendo correcto aplicar latecnología directamente a enjuagues corrientes.

Los cátodos donde se deposita el metal llega unmomento en que se saturan, bajando entonces elrendimiento de la operación. En ese momento el cátodose retira y se coloca uno nuevo. El cátodo con el metalelectrodepositado puede tener las siguientes salidas:

Utilizarse como ánodos de sacrificio en bañoselectrolíticos.

Ser descargados como residuo banal.

En el caso de metales preciosos, ser vendidos alcontravalor del metal

En el caso de metales no nobles, recuperar el metaldespués de una operación química de redisolución delmismo para su posterior reciclaje al baño.

El esquema del tratamiento sería el siguiente:

B) Regeneración de soluciones decapantes

Los decapados son disoluciones químicas, generalmente

ácidas, que se utilizan en galvanotecnia como

pretratamiento de piezas metálicas para la eliminación

de óxidos.

El gran problema de los decapados es su rápido

agotamiento como consecuencia del consumo del ácido

que lo formula y por concentrarse en el metal base de

las piezas que está atacando.


Baño dedeposición

Enjuagueestanco

Enjuaguecorriente

Fig 7.3. Recuperación de metales por electrolisis

q q

Electrólisis


99

En el momento que un baño de decapado se agota se

convierte en un residuo peligroso que bien se puede tratar

en una depuradora, con un gran consumo de reactivos y

generación de lodos, o bien se gestiona externamente.

Las formulaciones de los decapados dependen del

material base que se quiere atacar, siendo los más

habituales:

Ácido sulfúrico para cobre, latón o aluminio.

Ácido clorhídrico para hierro o acero.

Mediante un proceso de electrólisis es posible regenerar

los baños de decapado de cobre y latón, reconstituyendo

el ácido consumido mediante procesos de oxidación

electrolítica en el ánodo, y eliminando el metal que

contamina el decapado por deposición sobre el cátodo.

Los cátodos con el metal electrodepositado tendrán las

mismas salidas que en el caso de la aplicación anterior.

C) Oxidación de cianuros

Uno de los contaminantes más importantes dentro del

sector de tratamiento de superficies son los cianuros. Esta

especie química procede de baños electrolíticos formulados

con metales y cianuro utilizado como complejante. Los

principales baños que lo contienen son:

Cobre alcalino

Cinc

Latón

Bronce

Oro

Plata

El tratamiento convencional de los vertidos que

contienen cianuros consiste en un proceso de oxidación

química, utilizando hipoclorito sódico como agente oxidante.

El principal inconveniente de este tratamiento es su alto

coste, debido fundamentalmente a la gran cantidad de

reactivos que se consumen. Además del coste de reactivos,

la salinidad del medio crece ostensiblemente, fenómeno

que impide en la mayoría de las ocasiones el reciclaje de

las aguas.

El proceso de depuración de cianuros vía electrolítica

permite, sin la adición de reactivos, oxidar los cianuros.

Este tratamiento es posible gracias al proceso electrolítico

de oxidación que ocurre en el ánodo.

Lo mismo que en el caso de la recuperación de metales,

la aplicación de eliminación de cianuros debe llevarse a



100

cabo sobre una solución concentrada. Por tanto, el diseño

propuesto para la recuperación de metales es válido

igualmente para la destrucción de cianuros.

La eliminación del contaminante no es completa puesto

que después del enjuague estanco hay un enjuague

corriente, pero el porcentaje de reducción del contaminante,

respecto a la situación convencional, puede alcanzar hasta

un 90 %.

7.2.3. Ventajas

Ventajas generales:

La inversión inicial así como el consumo energético

de la tecnología son bajos.

Es un sistema automatizado, necesitando poca mano

de obra para su instalación y control.

En el caso de utilizar la tecnología para la

recuperación de metales:

Es un sistema que permite recuperar entre un 90-95

% de los metales perdidos por arrastre de los baños

a los enjuagues.

La recuperación del metal conlleva a una minimizacin

del residuo generado en un porcentaje equivalente.

No esta condicionado a que el baño electrolítico trabaje

en caliente.

En el caso de la regeneración de soluciones

decapantes:

Alarga la vida útil del decapado, y como consecuencia

de ello minimiza los residuos generados.

Permite la valorización del metal que contamina el

decapado..

En la destrucción de cianuros:

Reduce los costes de depuración en más de un 90 %.

Posibilidad de valorización del metal que compleja el

cianuro.

Minimiza los residuos generados en el proceso de

depuración, tanto por la eliminación parcial de los

metales como por la reducción en el número de envases

que han contenido hipoclorito.



101

7.2.4. Limitacione

No todos los metales pueden ser recuperados

electrolíticamente, siendo los más habituales los

metales preciosos, Cobre, Cinc y Níquel.

El metal no se recupera en su estado original de

utilización sino en forma metálica depositado sobre

un cátodo. Esto conlleva a que no se pueda utilizar el

metal recuperado directamente sino que habrá que

hacer una operación intermedia para su recuperación.

7.3. Intercambio iónico

7.3.1. Fundamento

El intercambio iónico es un proceso físico-químico que,

utilizando un soporte sólido denominado resina, reemplaza

los iones presentes en una disolución por una cantidad

equivalente de iones de la misma carga contenidos en la

resina. Este proceso de intercambio elimina temporalmente

los iones que contaminan las aguas, principalmente

metales pesados y los contraiones que les acompañan,

reemplazando los por otras especies químicas inertes o

no tóxicas, siendo las más habituales H+ , OH-, Cl- , Na+

Existen dos grandes grupos de resinas, catiónicas y

aniónicas, cada una de ellas retienen los cationes y aniones

respectivamente contenidos en una disolución,

intercambiándolos por las especies químicas anteriormente

citadas. Cada uno de estos grupos de resinas se subdivide

a su vez en débiles y fuertes, dependiendo del porcentaje

de iones que son capaces de retener. En función de la

aplicación que se desee, la combinación de las cuatro

resinas citadas podrá variar, aunque la secuencia de las

mismas suele ser: catiónicas precediendo a las aniónicas,

y débiles precediendo a las fuertes.

Las resinas tienen una determinada capacidad de

intercambio, superada esta ya no retiene mas iones. En

ese momento se dice que la resina esta saturada debiendo

proceder a su regeneración. El proceso de regeneración

permite que las resinas queden en disposición de volver

a trabajar. Para ello se introducen en el soporte sólido

reactivos químicos, generalmente ácidos y bases, que

eluyen los iones retenidos en las resinas pero a una

concentración entre 50-80 veces superior respecto a la

original de entrada al circuito.

El intercambio iónico se aplica a soluciones diluidas.

A partir de concentraciones de 1000-2000 ppm se recurren

a otras técnicas, como pueden ser la ósmosis inversa o

la electrodiálisis.



102

7.3.2. Aplicaciones

Las tres principales aplicaciones donde el intercambio

iónico ha demostrado su eficacia son:

A) Purificación y reciclaje de aguas residuales.

B) Recuperación de materias primas.

C) Control de la contaminación en sistemas fin de

línea

Las dos primeras corresponden a opciones de reciclaje,

siendo la última una opción de descontaminación.

A) Purificación y reciclaje de aguas residuales

Las aguas residuales generadas en el proceso

productivo, contaminadas con sales solubles, son

desionizadas por el sistema de intercambio iónico para

su posterior reciclaje hacia los enjuagues.

Para llevar a cabo el reciclaje de las aguas, igual que

en otras tecnologías, el sistema de enjuagues debe

rediseñarse para adaptarse a las limitaciones propias de

la técnica. Puede haber distintas alternativas, aunque la

más habitual, respetando siempre la calidad de enjuague,

sería un sistema doble en paralelo con un caudal de agua

bajo en la primera posición y un caudal elevado en la

segunda. La salida del segundo de los enjuagues sería la

entrada al intercambio iónico. Una vez el agua atraviesa

el circuito está en condiciones de ser reutilizada en el

sistema de enjuagues.

El circuito de intercambio iónico esta formado por los

siguientes componentes:

Tanque de almacenamiento de agua

Prefiltros

Columnas de intercambio iónico

Sistema de regeneración

Almacenamiento de agua desinonizada

Las columnas de intercambio iónico se disponen en

serie, existiendo varias posibles alternativas en la secuencia

de las mismas, dependiendo del grado de desmineralización

que se quiera. La más habitual, permitiendo una

desmineralización total, es un sistema formado por tres

columnas en el siguiente orden :


Catiónica fuerte -Aniónica Débil - Aniónica Fuerte


103

además, el hecho de introducir productos químicos durante

la regeneración limita su reciclaje .

Las aplicaciones más extendidas son:

Recuperación de ácido crómico procedente de baños

de cromo decorativo

Recuperación de sales de níquel procedentes de baños

de níquel químico o electroquímico.

Quizás sea la primera de las aplicaciones, por la

elevada toxicidad del cromo y sus altos costes de

depuración, la más interesante desde el punto de vista

del reciclaje.

El proceso de recuperación consiste en reciclar los

efluentes de regeneración para reformular baños, ya que

el nivel de concentración obtenido en el proceso de

regeneración es suficientemente elevado para su retorno

al baño original. Es condición indispensable para el reciclaje

hacer una separación previa de vertidos, no mezclando

aguas cuya composición sea diferente.

Los efluentes de regeneración deben ser depurados

antes del vertido final. El esquema general del tratamiento

sería el siguiente:

B) Recuperación de materias primas

La técnica de intercambio iónico es aplicable en la

recuperación de materias primas solamente en casos muy

concretos. Esto es debido a que el grado de concentración

obtenido durante el proceso de recuperación no es

demasiado elevado comparativamente con otras técnicas,


Baño dedeposición

qq

qEnjuague encascada

Aguadesmineralizada

Regeneración atratamiento

Ajustes químicos

Fig 7.4. Reciclaje de agua, con posibilidad derecuperación de materias primas


104

7.3.3. Ventajas

Las resinas tienen por lo general una vida útil superiora los diez años, siendo capaces de soportar condicionesbastante agresivas en lo que se refiere aacidez/alcalinidad, oxidabilidad, corrosividad etc.

Se trata de un sistema que puede trabajar de formaautomática, con un coste de personal asociado muybajo.

La inversión inicial así como el consumo energéticode la tecnología son bajos.

En el caso de aplicar la tecnología para el reciclaje deaguas, se obtienen fundamentalmente los siguientesbeneficios:

Minimización en mas de un 90 % del consumo deagua.Reducción en un 90 % del tamaño de la depuradoraa instalar, respecto a la situación anterior a laimplantación de la tecnología.Alta calidad de agua para el proceso .

En el caso de aplicar la tecnología para la recuperaciónde materias primas, además de las ventajas asociadas


Baño decromo

qq

qEnjuague encascada

Aguadesionizada

Acido crónicorecuperado

Fig 7.5. Sistema de recuperación de ácido crómico

I+I

H.S.O(regenegable)

Catión

Vertido

Anión

Aguadesionizada

Catión

Enjuague

1) En Proceso2) Regeneración

Na2CrO3

Catión Catión Catión

H2CrO4Recuperado

NaOH Vertido

H2SO4

Catión2

H2O

Anión

NaOH pararegeneración

Catión1

H2O

Vertido

3) Lavado

Fig 7.6. Ciclo de funcionamiento del sistema de I.I para larecuperación de ácido crómico


105

La diferencia fundamental entre una y otra técnicaestá en el tamaño de poro de las membranas. Lamicrofiltración abarca tamaños desde 0.1-10 micras, y laultrafiltración de 0.01-0.1 micras. Esta diferencia demicraje permite que la microfiltración pueda retenerpartículas y coloides, mientras que la ultrafiltración retengaprincipalmente macromoléculas .

La circulación a través de las membranas es de tipotangencial, evitando de esta forma el colmatado de lasuperficie membranar gracias a la autolimpieza generadapor el arrastre de las partículas, tal como se ve en lasiguiente figura.

al reciclaje del agua habría que añadir la minimizaciónde residuos, en la misma proporción en la que serecupera producto, soliendo ser superior al 90 %.

7.3.4. Limitaciones

Se trata de una tecnología a aplicar sobre disolucionesdiluidas (Concentraciones inferiores a 5 meq/l).

Su viabilidad económica depende en gran medida dela cantidad de agua a reciclar, no siendo recomendablesu utilización para pequeños caudales.

El coste de mantenimiento de la instalación, comoconsecuencia del consumo de reactivos regenerantes,puede llegar a ser un limitante a la hora de suimplantación.

7.4. Micro/ultrafiltración

7.4.1. Fundamento

Tanto la ultrafiltración como la microfiltración sontécnicas de separación que utilizan como elementoseparador membranas semipermeables, microporosas, ycomo fuerza impulsora un gradiente de presión.

Fig 7.7 Mecanismo de circulación a través de una membrana

Ultrafiltrado

Membrana

Alimentación

Membrana

Ultrafiltrado

Rechazo



106

El mecanismo de transferencia en ambas técnicas esde tipo capilar, de modo que la membrana es consideradacomo un medio poroso constituido por una multitud decapilares.

Como consecuencia de la filtración tangencial segeneran con una sola entrada dos corrientes de salida:

Permeado: corriente exenta de aquelloscomponentes que no atraviesan las membranas.

Rechazo: corriente que contiene todas las especiesquímicas que rechaza la membrana.

Tanto el permeado como el concentrado puedenser reaprovechados.

7.4.2. Aplicaciones

Potenc ia lmente , l as ap l i cac iones de laultra/microfiltración pueden ser muchas, aunque aquí sevan a nombrar las dos más extendidas y de comprobadaeficacia, tanto técnica como económica.

A) Regeneración de baños de desengraseB) Regeneración y reutilización de aguas de enjuagueC) Ultrafiltración como sustituto de la decantación

convencional en procesos físico-químicos de depuración

A) Regeneración de baños de desengrase

Es la aplicación más importante en el sector galvánico.Dependiendo de la formulación del baño se seleccionauna membrana de ultrafiltración o microfiltración, siendoel rango de micraje más habitual entre 0.05-0.1 micras.

El diseño de la aplicación consiste en un sistema demicrofiltración conectado al baño de desengrase,recirculándose de forma continua. Como producto de larecirculación se generan dos corrientes :

El permeado, que se devuelve al desengrase,conteniendo entre 90-95 % de la materia activa

El concentrado o rechazo, que se purga de formadiscontinua, conteniendo una concentración de aceiteque oscila entre 80-100 g/l.

Con este diseño se regenera el desengrase comoconsecuencia de la retirada en continuo del aceite que locontamina. De esta forma el baño se mantiene a unaconcentración baja de aceite, alargando su vida útil. Elaceite retirado se convierte en un residuo a gestionar,pero a diferencia de la situación original donde el volumende residuo correspondía al total del baño, en este casoel residuo se reduce en volumen en un factoraproximadamente de 10.



107

El diseño del sistema consiste el uso de membranasde ultrafiltración en vez de un proceso de sedimentación.Su ubicación sería posterior al proceso deneutralización/precipitación de metales. Una vez el aguapasa por la ultrafiltración el permeado puede vertersedirectamente. El rechazo que contiene los sólidos se filtrade forma convencional.

La principal ventaja de esta alternativa es la elevadacalidad del vertido final, consiguiendo una concentraciónde metales menor que en los sistemas convencionales,y la seguridad de que no fuga ningún sólido. En una solaetapa se consigue unificar la separación de los sólidos yla filtración de afino aplicados en los sistemasconvencionales

El elevado rendimiento del sistema es debido a quela ultrafiltración elimina sólidos suspendidos y coloides,no estando condicionado el rendimiento de la sedimentacióna la floculación y la velocidad de velocidad desedimentación de los flóculos obtenidos.

7.4.3. Ventajas

Las ventajas más importantes en referencia a laregeneración de baños de desengrase son:

B) Regeneración y reutilización de aguas deenjuague

El agua procedente de los enjuagues puede serreutilizada para determinados usos básicos como larefrigeración o limpieza de suelos y de planta eliminandolos sólidos suspendidos mediante un proceso demicrofiltración.

C) Ultrafiltración como sustituto de la decantaciónconvencional en procesos físico-químicos dedepuración

El sistema convencional de tratamiento físico-químicopuede ser mejorado usando un proceso de ultrafiltración.


Bañodesengrase

Fig 7.9. Regeneración en continuo de un baño de desengrase

Rechazo

Permeado

A gestionarCuba deconcentración

Evaporación


108

Minimización del residuo generado en un factoraproximado de 10

Mantenimiento de la concentración de aceite en eldesengrase en un valor aproximado de 1-2 g/l,permitiendo un desengrasado constante y de calidad.

Minimización del caudal de enjuague y por lo tanto devertido, como consecuencia de menor arrastre deaceite desde el baño de desengrase.

Minimización de consumo de materia prima, comoconsecuencia de la prolongación en el tiempo de lavida del desengrase.

7.4.4. Limitaciones

Las limitaciones, tanto en la ultrafiltración como en lamicrofiltración, son las propias de la utilización detecnologías de membranas, estas son:

La implantación de la tecnología esta condicionadaa un estudio de viabilidad económico puesto que lainversión inicial es elevada, especialmente para las PYMES.

Son tecnologías que pueden dar problemas operativoscomo consecuencia de que las membranas son materiales,especialmente a nivel de ultrafiltración, sensibles a medios

agresivos. Además, si no se opera según las condicionesque marca el fabricante puede haber problemas deobturación de membranas y a partir de ahí desajuste delproceso productivo, coste de mano de obra e incluso, siel problema es agudo, coste adicional de reposición demembranas.

7.5. Ósmosis inversa

7.5.1. Fundamento

La ósmosis inversa es una técnica de reciclaje basadaen la filtración tangencial sobre una membranasemipermeable bajo el efecto de una presión. El tamañode poro de las membranas oscila entre 0.0005-0.001 µm,requiriendo presiones de 200-1000 psi.

Con esta técnica pueden ser retenidos desde ioneshasta moléculas orgánicas de una masa molecular próximaa 100-200 g/mol.

Al igual que en la ultra/microfiltración la técnica deOsmosis Inversa genera en su funcionamiento doscorrientes de salida, una concentrada en sales que sedenomina concentrado y otra corriente limpia con bajocontenido salino que se denomina permeado.



109

minerales sobre la membrana .

Filtros de cartucho: Para retener sólidos suspendidos.

Dosificación de bisulfito: Tiene por objeto la eliminaciónde restos de oxidantes que pudieran dañar lasmembranas.

A pesar del pretratamiento que recibe la muestra deagua es necesaria una limpieza periódica de las membranascon detergentes y soluciones ácidas o cáusticas.

Unidad de Osmosis inversa

Es la unidad fundamental, estará formada por lasmembranas semipermeables y el soporte que las aloja,constituyendo el conjunto un recipiente a presión. Lacirculación del agua, a través de las membranas, se hacepor medio de una bomba de alta presión.

7.5.2. Aplicaciones

Las principales aplicaciones de la ósmosis inversa enel campo del reciclaje y la recuperación son dos:

A) Recuperación de materias primas y reciclaje deaguaB) Reciclaje de las aguas procedentes de un tratamiento

Un sistema de tratamiento de Osmosis inversa locomponen 2 unidades claramente diferenciadas.

Unidad de pretratamiento Unidad de osmosis inversa

A continuación se describen brevemente cada una deestas unidades

Unidad de pretratamiento

Destinada a preparar el agua de alimentación paraadecuarla a las características de las membranas.

La presencia de determinados compuestos en el aguaa tratar puede provocar el deterioro irreversible de losmódulos de osmosis inversa. Por este motivo, y según elanálisis inicial del agua, debe implantarse un sistema depretratamiento u otro.

En la elección del pretratamiento además del análisisse tiene en cuenta el volumen de la instalación, la clasede membrana a utilizar y el destino del agua tratada.

La unidad de pretratamiento suele constar de lossiguientes componentes:

Dosificación de antiincrustante: Para evitar deposiciones



110

físico-químico convencional

A) Recuperación de materias primas y reciclajede agua

Lo mismo que en el caso de la evaporación al vacío,la ósmosis inversa es una técnica que permite concentrardisoluciones formuladas a partir de sales disueltas.

Esta capacidad de concentración permite su aplicacióna soluciones diluidas procedentes de enjuagues, dondelas sales contenidas proceden de arrastres del baño, ypor lo tanto es materia prima que se pierde.

A diferencia de la evaporación al vacío, la osmosisinversa no necesita una gran cantidad de cubas deenjuague para reducir consumos de agua, con un diseñode un sistema doble en cascada y contracorriente sueleser suficiente, o en su defecto puede utilizarse un enjuagueestanco posterior al baño combinado con un enjuaguesimple posterior.

Independientemente del diseño del sistema deenjuagues, la ósmosis inversa se alimentará siempre delprimero de ellos, y concentrará la disolución a un niveltal que permita su retorno al baño de trabajo. El aguaobtenida en la corriente de permeado tiene calidadsuficiente para poder reciclarse como agua de enjuague.

Los valores de sales recuperadas oscilan entre el 90y el 95 %. Para abrillantadores se alcanzan nivelesinferiores: 60%, descendiendo aún más este valor siresulta necesario intercalar entre la cuba de alimentacióny la unidad de ósmosis inversa un filtro de carbón activo,pretratamiento para la eliminación de orgánicos quepudieran contaminar las membranas.

Los casos más extendidos donde la tecnología tienemayores rendimientos son las aplicaciones sobre bañosde níquel y cobre cianurado.


q

Fig 7.10 Recuperación de materia prima mediante un sistemade ósmosis inversa

Evaporación Enjuagueestanco

Baño dedeposición

Permeado


111

sulfatos, Ca y Mg.

Si bien la depuración de los vertidos, aún en el caso

de incorporar técnicas de recuperación de materias primas,

es casi siempre inevitable, es posible, incorporando la

ósmosis inversa, reciclar el agua ya depurada en un

porcentaje entre un 50-75 %.

La instalación de un sistema de ósmosis inversa a la

salida de la depuradora genera dos corrientes :

El permeado, que se devuelve a los puntos de consumo

de agua de la empresa, con una concentración en

sales muy baja, alrededor del 2-3 % de la salinidad

procedente del proceso depurativo.

El concentrado o rechazo, con una concentración

salina aproximadamente entre 2-4 veces la de entrada

a la ósmosis, que se vierte directamente o en su

defecto se procede a su evaporación.

El esquema general de tratamiento es el siguiente:

B) Reciclaje de las aguas procedentes de un

tratamiento físico-químico convencional

En un tratamiento físico-químico convencional se

incorporan varias operaciones unitarias, destacando la

neutralización/precipitación, oxidación y reducción, donde

se adicionan gran cantidad de reactivos, entre los que

podemos nombrar los siguientes:

Reactivos de ajuste de pH

NaOH

Ca(OH)2

HCl

H2SO4

Reactivos de oxidación

HClO

ClO2

H2O2

Reactivos de reducción

NaHSO3

Metales (Fe, Zn)

Cuando se ha terminado el proceso de depuración el

agua puede ser vertida, teniendo como principales

componentes iones comunes como carbonatos, cloruros,



112

Como sustituto de la decantación se puede incluir un

sistema de ultrafiltración, con las ventajas ya descritas.

Sobre la aplicación de la ultrafiltración como sustituto de

los sistemas convencionales de decantación-sedimentación.

Se podría conseguir un vertido cero en caso de que

el rechazo de la ósmosis inversa se llevara a un sistema

de evaporación. El destilado se reutilizaría en proceso y

el concentrado sería un sólido formulado con sales que

se gestionarían con los lodos procedentes de la filtración.

Esta alternativa está muy condicionada por la viabilidad

económica del planteamiento, debido al elevado coste del

proceso de evaporación.

La solución planteada es compleja. No se puede adaptar

a pequeños proyectos o altas concentraciones.

7.5.3. Ventajas

Las ventajas relacionadas con la recuperación de

materias primas y reciclaje del agua son las siguientes:

Minimización en el consumo de materias primas en

porcentajes entre un 90-95 % .

Recuperación de la casi totalidad del agua consumida

en los enjuagues implicados en el sistema de ósmosis.

Reducción casi total del vertido.

En el caso de la implantación de un sistema de ósmosis

inversa a la salida de un proceso de depuración, la ventaja

principal sería la minimización del consumo de agua de

la planta como consecuencia de la recuperación casi total

del vertido de la depuradora. Esta aplicación es

especialmente interesante en aquellos casos donde el

caudal de vertido es muy elevado.


Fig 7.11 Reciclaje de aguas procedentes de un tratamiento físico-químico

TratamientoFisico-químico

Decantación

Osmosisinversa

Filtración

Lodos

Reducciónde CromoOxidaciónde CianurosNeutralización/Precipitación Vertido

Rechazo

Permeado


113

Mediante la aplicación de la técnica se obtienen dos

corrientes, una diluida, de donde se han extraído los

iones, y otra concentrada, donde han migrado las especies

iónicas.

El mecanismo de funcionamiento es el siguiente:

La solución a tratar pasa a través de una serie

alternativa de cámaras en paralelo denominadas de dilución

y concentración, delimitadas ambas por membranas

permeables a aniones y permeables a cationes, un tipo

de membrana en cada uno de los límites de las cámaras.

El sistema lo componen también un ánodo y un cátodo

colocados en los extremos del empaquetamiento (stack)

de las membranas. Creando una diferencia de potencial

a través del empaquetamiento se genera la migración de

iones a través de las membranas, desde las cámaras de

dilución hacia las cámaras de concentración.

Gráficamente se puede observar el funcionamiento

del sistema, introduciendo como solución de alimentación

una mezcla de:

Cloruro de níquel

Sulfato de níquel

7.5.4. Limitaciones

Las limitaciones son las mismas que en el caso de la

ultra/microfiltración, puesto que se trata igualmente de

una tecnología basada en un sistema de membranas como

elemento principal y separador.

Se debe incluir, además, que en el caso de instalar

un sistema de ósmosis inversa a la salida de un tratamiento

físico-químico, hay que controlar la concentración salina

del rechazo, puesto que esta corriente, que iría a vertido,

esta entre 2-4 veces más concentrada que el agua de

alimentación, pudiendo darse el caso de exceder entonces

los límites que marca la legislación.

7.6. Electrodiálisis

7.6.1. Fundamento

La electrodiálisis es una tecnología de membranas que

permite la separación de los iones contenidos en una

disolución. Esta separación se consigue mediante la

utilización de membranas selectivas de tipo iónico, aplicando

entre ellas una diferencia de potencial.



114

7.6.2. Aplicaciones

Las aplicaciones de la electrodiálisis son las mismasque en el caso de la ósmosis inversa, es decir, recuperaciónde materias primas y reciclaje de agua en un sistema deenjuagues, y reciclaje de las aguas procedentes de untratamiento fisicoquímico convencional.

Tanto el diseño de los enjuagues, como la configuracióndel sistema, son similares al caso de la ósmosis inversa.El campo de aplicaciones en el área de recuperación dematerias primas se incrementa, puesto que se trata deuna tecnología cuya capacidad para concentrar es superiora la ósmosis. Los casos mas extendidos donde la tecnología

ha resultado exitosa son las aplicaciones sobre bañoscianurados de oro, cadmio, plata y cinc, así como bañosde níquel, aunque para este último uno de los componentes,el ácido bórico, habría que reponerlo en el concentradoque retorna al baño puesto que no migra a través de lasmembranas.

El diagrama general de tratamiento sería el siguiente:


(+)C A C A C A C A

SO42 SO4

2 SO42

CL-CL- CL-

DIL CONC DIL CONC DIL CONC DIL

NL2- NL2- NL2-

Licor dealimentación

Diluido

(-)

Concentrado

Fig 7.12. Funcionamiento de un sistema de electrodiálisis

Fig 7.13. Recuperación de materia prima con un sistema de electrodiálisis

Baño dedeposición

Enjuagueestanco

Enjuaguecorriente

q q

Electrólisis

Concentrado

Diluido

Q


115

7.6.4. Limitaciones

A parte de las limitaciones propias por el hecho de seruna tecnología de membranas, la electrodiálisis tiene ladesventaja de ser una técnica selectiva de iones y por lotanto determinados componentes que no tienen unmarcado carácter iónico como el ácido bórico, agenteshumectantes y especies orgánicas en general, no serecuperan, acumulándose en la corriente diluida que seutiliza como agua de enjuague.

Otra desventaja sería el hecho de tener que controlarperfectamente el potencial de trabajo porque si sesobrepasa un determinado valor, específico para cadadisolución, se puede producir la electrólisis del agua,incrementándose el pH y produciéndose entonces depósitosen el interior del equipo, especialmente de hidróxidosmetálicos.

7.6.3. Ventajas

Al tratarse de una tecnología cuyo fundamento yaplicaciones son similares a la ósmosis inversa, se puededecir que las ventajas de sus aplicaciones son las mismas,pudiendo anotar alguna más como consecuencia deldiferente mecanismo de funcionamiento. Estas ventajasadicionales son:

A diferencia de la ósmosis en la electrodiálisis noexiste limitación a la hora de concentrar las especiesiónicas, solamente el límite de solubilidad de lasespecies implicadas podrán paralizar el mecanismo.Esto es especialmente interesante en baños quetrabajan en frío.

El sistema tiene un bajo consumo energético, puestoque los voltajes aplicados para producir la migraciónde los iones suelen ser bastante bajos.



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120


“ACCIONES GRATUITAS dirigidas a trabajadores activos

de PYMEs y profesionales autónomos relacionados con

el sector medioambiental que desarrollen su actividad

en la Comunidad Valenciana”

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empleo, impulsando la empleabilidad, el espíritu de

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y la inversión de recursos humanos”

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en un 70% (para Objetivo 1) y un 45% (para Objetivo 3)

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