MacDermid Envio Solutions está trabajando en las pruebas industriales de un nuevo enfoque para el tratamiento in situ de aguas residuales de zinc-níquel y residuos de cromo trivalente. Los resultados son prometedores.
La era oscura en la historia del acabado de superficies: lo que suena ominoso se refiere a la época del uso generalizado del cianuro, el cromo hexavalente y el cadmio en la galvanoplastia. En realidad, sin embargo, muchas de estas sustancias eran relativamente fáciles de usar y eliminar, a pesar de los conocidos riesgos para la seguridad.
Los avances en la tecnología de la galvanoplastia han dado lugar a desarrollos técnicamente avanzados y de gran éxito comercial. Ofrecen unas características de rendimiento inigualables, como una alta resistencia a la corrosión, un grosor uniforme del revestimiento y una excelente distribución del mismo, propiedades que habrían sido impensables hace 20 años. Estas ventajas se reflejan en la durabilidad y fiabilidad de artículos de uso cotidiano como coches, aparatos electrónicos y electrodomésticos. Sin ellos, nuestro mundo moderno no podría funcionar como estamos acostumbrados: En esencia, ya no es necesario reparar o mantener constantemente los objetos cotidianos.
Sin embargo, muchos procesos modernos de acabado de superficies también tienen desventajas, por ejemplo, las aguas residuales resultantes suelen ser mucho más difíciles de tratar que las de sus predecesores.
El tratamiento del zinc-níquel
Una mirada más de cerca a los procesos modernos: Los revestimientos de zinc-níquel para la protección contra la corrosión o incluso los revestimientos de cromo trivalente para aplicaciones decorativas son procesos de revestimiento de última generación que se desarrollaron principalmente para satisfacer la necesidad de mejorar la seguridad laboral y elevar los niveles de rendimiento en el revestimiento. Cumplen perfectamente ambos objetivos, pero también plantean a los usuarios algunos de los retos más difíciles en materia de tratamiento de residuos.
En el caso de los procesos de zinc-níquel, el proceso contiene cantidades significativas de agentes complejantes para garantizar que el níquel permanezca soluble incluso a niveles de pH que normalmente están muy por encima del rango óptimo. El zinc-níquel alcalino es especialmente difícil dada esta solubilidad óptima por debajo de pH 10: los sistemas alcalinos funcionan en un rango de pH muy alto y, por tanto, necesitan contener agentes complejantes fuertes para garantizar la solubilidad de los iones de níquel. Aunque estos agentes complejantes no son un problema para el entorno de producción, son muy difíciles de manejar en los flujos de aguas residuales. Por ello, muchos usuarios deciden separar sus residuos de zinc-níquel del resto de las aguas residuales y encargar su tratamiento a empresas externas. Estas empresas suelen incinerar los residuos en lugar de tratarlos químicamente.
El tratamiento in situ suele implicar el uso de hipoclorito sódico para destruir parcialmente los agentes complejantes y hacer que el níquel sea menos soluble. Esto hace posible un tratamiento posterior con pH. De este modo se producen lodos de hidróxido de níquel, que pueden prensarse para formar una torta de filtración y luego depositarse. Desgraciadamente, este método es lento y, por tanto, requiere mucho tiempo. La reacción del hipoclorito también es lenta, por lo que este método puede llevar fácilmente de 4 a 8 horas de tratamiento y producir grandes cantidades de lodos residuales.
Los procesos ácidos de zinc-níquel tienen problemas muy similares, ya que se requieren concentraciones similares de agentes complejantes para mantener la solubilidad del níquel. Al igual que ocurre con los procesos alcalinos, el tratamiento externo de las aguas residuales es habitual, y algunos usuarios más pequeños utilizan hipoclorito.
Los grandes usuarios de zinc-níquel también tienen la opción de invertir en una planta de evaporación al vacío in situ para minimizar la cantidad de aguas residuales que hay que eliminar. Esto tiene la ventaja de que parte del agua de enjuague del zinc-níquel que normalmente se envía a tratamiento puede reutilizarse. Sin embargo, en vista del aumento de los costes energéticos, la inversión y los costes de funcionamiento de la evaporación superan cada vez más las posibilidades financieras de la mayoría de las empresas.
Perspectivas: Un nuevo enfoque
Hay varios grupos que se esfuerzan por resolver este problema concreto del tratamiento de las aguas residuales. En Europa, un pequeño número de empresas han unido sus fuerzas a las de una universidad para caracterizar el problema y trabajar juntos en una solución. Sin embargo, los trabajos se encuentran aún en una fase muy temprana.
Sin embargo, la mejor opción sería desarrollar productos químicos alternativos con agentes complejantes más fáciles de destruir. Sin embargo, dados los estrechos parámetros químicos dentro de los cuales deben operar los procesos de zinc-níquel para optimizar la composición y distribución de la aleación, es poco probable que esto tenga éxito. Lo que se necesita es un enfoque que combine conocimientos químicos y de ingeniería de aguas residuales.
Y esto es exactamente lo que hace MacDermid Envio Solutions, una división relativamente nueva de Element Solutions Inc. Por un lado, MacDermid Envio Solutions cuenta con la experiencia química de MacDermid y, por otro, la empresa posee amplios conocimientos sobre tratamiento de aguas residuales gracias a la adquisición de DMP, especialista en plantas de tratamiento de aguas residuales en 2020. MacDermid Envio Solutions trabaja actualmente en las pruebas industriales de un enfoque completamente nuevo para el tratamiento in situ de aguas residuales de zinc-níquel. Las pruebas industriales del concepto pendiente de patente comenzaron en septiembre de 2022 y se espera que finalicen en el primer trimestre de 2023.
El nuevo enfoque utiliza una disposición modular de pequeñas celdas (de tratamiento), cada una de las cuales está diseñada para la neutralización escalonada de complejos de zinc-níquel. Tanto el agua de enjuague como los concentrados decantados pueden tratarse en el sistema autónomo antes de que el flujo de aguas residuales se devuelva al sistema convencional de tratamiento químico de aguas residuales del usuario. Las pruebas de laboratorio han demostrado que este método libera el 100% de los compuestos de níquel y zinc complejados, de modo que los metales pueden eliminarse fácil y completamente mediante una precipitación de pH estándar. El sistema permite que este proceso pueda ser utilizado por usuarios de cualquier tamaño y garantiza que cualquier futura ampliación de la producción pueda adaptarse fácilmente.
Cromo trivalente
La galvanoplastia del cromo trivalente presenta un problema similar al del zinc-níquel. El cromo complejado está firmemente ligado en la química del proceso para garantizar una deposición eficaz. Sin embargo, esto dificulta el tratamiento de los residuos. A diferencia del zinc-níquel, los iones de cromo existen en múltiples formas como compuestos acomplejados, lo que limita la eficacia de un único tratamiento químico en el tratamiento de residuos. Mientras que algunas de estas sustancias responden al tratamiento con pH bajo, otras permanecen en las aguas residuales. A la inversa, algunos complejos de cromo responden a un tratamiento con pH más alto, mientras que otros permanecen inalterados. Al ajustar el pH tanto en rangos altos como bajos, no se liberan todos los iones de cromo complejados, razón por la cual los tratamientos convencionales suelen ser sólo parcialmente eficaces. Otra complicación es que los productos químicos trivalentes de distintos proveedores pueden utilizar una serie de agentes complejantes, lo que complica aún más el tratamiento químico.
En la actualidad, un equipo de MacDermid Envio Solutions en EE.UU. trabaja en un nuevo método de tratamiento de residuos de cromo trivalente. Combinando métodos químicos y equipos, pueden lograrse avances significativos en el tratamiento. Este nuevo sistema será probado a gran escala por varios usuarios de la producción industrial este año.
Perspectivas futuras del tratamiento de aguas residuales
Está claro que los avances en el acabado de superficies seguirán siendo un reto para los investigadores más brillantes a la hora de mejorar la seguridad de los procesos químicos y conseguir las mejoras de rendimiento que exigen los usuarios finales. Como la gama de productos químicos inocuos para el medio ambiente sigue reduciéndose, el uso de procesos químicos más complejos es sin duda la mejor forma de alcanzar estos objetivos. A su vez, tenemos que seguir el ritmo de los nuevos enfoques de tratamiento de aguas residuales para evitar un tratamiento fuera de las instalaciones cada vez más costoso e intensivo en energía. Por último, el agua utilizada en el acabado de superficies debe devolverse al medio ambiente en un estado limpio y sostenible.
