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Revestimiento de macetas gastado

El Spent Potlining (SPL) es un material de desecho generado en la industria de fundición primaria de aluminio . El Spent Potlining también se conoce como Spent Potliner y Spent Cell Liner.

La fundición primaria de aluminio es el proceso de extracción de aluminio a partir de óxido de aluminio (también conocido como alúmina). El proceso se lleva a cabo en celdas electrolíticas conocidas como crisoles. Los crisoles están formados por carcasas de acero con dos revestimientos, un revestimiento exterior aislante o refractario y un revestimiento interior de carbono que actúa como cátodo de la celda electrolítica. Durante el funcionamiento de la celda, las sustancias, incluidos el aluminio y los fluoruros, se absorben en el revestimiento de la celda. Después de algunos años de funcionamiento, el revestimiento del crisol falla y se elimina. El material eliminado se denomina revestimiento de crisol gastado (SPL). El SPL fue incluido en la lista de residuos peligrosos de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos en 1988. [ 1] Las propiedades peligrosas del SPL son:

La naturaleza tóxica, corrosiva y reactiva del SPL implica que se debe tener especial cuidado en su manipulación, transporte y almacenamiento. [2] El SPL de los cátodos de las celdas de reducción de aluminio se está convirtiendo en una de las principales preocupaciones ambientales de la industria del aluminio. Por otra parte, también representa un importante potencial de recuperación debido a su contenido de fluoruro y energía. [3]

La mayor parte de los SPL se almacenan actualmente en fundiciones de aluminio o se colocan en vertederos . Los fluoruros y cianuros disueltos de los SPL que se colocan en vertederos, junto con otros lixiviados , pueden tener impactos ambientales. Los métodos de almacenamiento ambientalmente seguros incluyen vertederos seguros o edificios de almacenamiento permanente. Sin embargo, muchas de las soluciones ambientalmente seguras son costosas y pueden generar problemas imprevistos en el futuro. [4]

Fondo

La producción de aluminio primario mediante el proceso Hall-Héroult implica la reducción electrolítica de la alúmina en celdas o crisoles. El electrolito está compuesto de criolita fundida y otros aditivos. El electrolito está contenido en un revestimiento de carbono y refractario en una carcasa de acero. Los crisoles suelen tener una vida útil de entre 2 y 6 años. Finalmente, la celda falla y el revestimiento del crisol (SPL) se retira y se reemplaza. El SPL generado está catalogado por varios organismos ambientales como residuo peligroso. [5] Debido a las concentraciones de fluoruros y cianuros en el revestimiento de ollas gastado, y la tendencia a lixiviarse en contacto con el agua, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) incluyó los materiales el 13 de septiembre de 1988 (53 Fed. Reg. 35412) como residuo peligroso (K088) bajo 40 CFR, Parte 261, Subparte D. [6] El envío internacional de SPL está sujeto a los protocolos del Convenio de Basilea sobre el Movimiento Transfronterizo de Desechos Peligrosos y su Eliminación. [7] Como las agencias de regulación ambiental en un número cada vez mayor de países definen el SPL como un material peligroso, los costos de eliminación pueden ascender fácilmente a más de $ 1000 por tonelada de SPL. [8] La producción mundial de aluminio primario fue de 67 millones de toneladas en 2021. [9] Las fundiciones de aluminio del mundo también producen alrededor de 1,6 millones de toneladas de residuos tóxicos de SPL. [10] La práctica anterior de la industria ha sido depositar estos residuos en vertederos. Esto debe cambiar si la industria del aluminio quiere alcanzar un grado razonable de sostenibilidad y de emisiones ambientalmente tolerables. [11] El vertido de SPL sin reaccionar se considera una práctica del pasado. [12]

Propiedades químicas del SPL

La composición de los SPL varía según factores como el tipo de tecnología de fundición de aluminio utilizada, los componentes iniciales del revestimiento de la celda y los procedimientos de desmantelamiento. La siguiente tabla muestra la composición indicativa de los SPL para tres tecnologías diferentes. [2]

El SPL es peligroso debido a:

Un ejemplo de las posibles consecuencias de la reacción del SPL con el agua es la muerte de dos trabajadores y daños materiales por valor de 30 millones de dólares debido a una explosión de gases inflamables del SPL en la bodega de un buque de carga. [13]

Los fluoruros lixiviables en SPL provienen de la criolita (Na 3 AlF 6 ) y del fluoruro de sodio (NaF) que se utilizan como fundente en el proceso de fundición.

Los compuestos de cianuro se forman en el revestimiento de la olla cuando el nitrógeno del aire reacciona con otras sustancias. Por ejemplo, el nitrógeno reacciona con el sodio y el carbono según la ecuación:

1,5N 2 + 3Na + 3C → 3NaCN. [14]

El carburo de aluminio se forma en el revestimiento de fundición a partir de la reacción del aluminio y el carbono según la ecuación:

4Al + 3C → Al 4 C 3 . [15]

El nitruro de aluminio se forma a partir de una serie de reacciones, incluida la reacción de la criolita con nitrógeno y sodio según la ecuación:

Na 3 AlF 6 + 0,5N 2 + 3Na → AlN + 6NaF [16]

Los gases se generan a partir de reacciones del agua con compuestos como el aluminio no oxidado, el sodio metálico no oxidado, el carburo de aluminio y el nitruro de aluminio. Los gases típicos de la reacción del SPL con el agua son:

Toxicidad del SPL

Varios estudios de investigación [18] [19] [20] [21] incluyeron pruebas biológicas para evaluar la toxicidad de SPL en plantas y humanos. Las sales de aluminio, cianuro y fluoruro se identificaron como los principales agentes tóxicos en SPL. El potencial genotóxico de SPL y sus principales componentes químicos se evaluó en células vegetales y humanas. Los efectos observados en las células vegetales incluyeron la reducción del índice mitótico y un aumento en la frecuencia de alteraciones cromosómicas . El fluoruro fue el principal componente genotóxico para los leucocitos humanos .

Los efectos observados inducidos por SPL sugieren su potencial mutagénico en células vegetales y animales, confirmando su nocividad para el medio ambiente y los seres humanos.

Los estudios recomiendan consistentemente que las medidas de manipulación y eliminación adecuada de SPL son extremadamente importantes e indispensables para evitar su dispersión al medio ambiente y que el almacenamiento y la eliminación de SPL deben ser supervisados ​​de cerca para reducir el riesgo.

Problemas con el relleno sanitario SPL

Las prácticas anteriores para tratar el material de revestimiento usado (SPL, por sus siglas en inglés) incluyen el vertido en ríos o en el mar o su almacenamiento en vertederos abiertos o en rellenos sanitarios. Estos métodos no son ambientalmente aceptables debido a la lixiviabilidad de los cianuros y fluoruros. Más recientemente, el SPL se ha almacenado en vertederos seguros donde se coloca sobre una base impermeable y se cubre con una tapa impermeable. [5] La cantidad de información detallada disponible sobre la calidad del percolado de los vertederos de SPL existentes es muy limitada. [22]

Un problema particular con el SPL en los vertederos son las responsabilidades a largo plazo que resultan de la vida útil limitada de los vertederos con base en la tecnología actual en comparación con las propiedades contaminantes de larga duración del SPL.

Lee y Jones-Lee describen la evolución y los aspectos técnicos del relleno sanitario de “tumba seca” y por qué lo consideran una tecnología seriamente defectuosa, citando problemas como:

En un estudio de 2004 sobre un vertedero que contenía SPL ubicado en América del Norte se identificaron cuatro especies químicas como contaminantes prioritarios: cianuro, fluoruro, hierro y aluminio. Se utilizaron la evaluación del ciclo de vida y la modelización del transporte de aguas subterráneas para comprender la situación e identificar los problemas ambientales y los posibles impactos ecotoxicológicos significativos. El estudio observó que, si bien se suponía que el confinamiento del suelo y los desechos era perfecto, de hecho estos sitios podrían convertirse en fuentes de contaminación. El estudio afirma que la opción más ventajosa es la destrucción total de la fracción de SPL si se consideran las preocupaciones sobre la calidad del confinamiento a largo plazo. [24] La principal objeción al tipo de eliminación sellada es que deberá ser monitoreada indefinidamente. Por lo tanto, existe una necesidad real de encontrar formas alternativas seguras y aceptables para la eliminación en vertederos. [25]

Los propietarios anteriores arrojaron SPL a un depósito de desechos sin revestimiento en la fundición Kurri Kurri en Australia, lo que provocó la contaminación del acuífero subterráneo local con altos niveles de fluoruro, cianuro, sulfato de sodio y cloruro. [26]

Una Acción Provisional realizada bajo la Orden Acordada No. DE-5698 entre el Puerto de Tacoma y el Departamento de Ecología del Estado de Washington aborda la remoción, mediante excavación y disposición fuera del sitio, del material de la zona SPL y el suelo contaminado asociado en un antiguo sitio de fundición de aluminio. El contexto de esta situación es que, de 1941 a 1947, el Departamento de Defensa de los EE. UU. construyó y operó una fundición de aluminio en el Sitio. En 1947, Kaiser Aluminum & Chemical Corporation (Kaiser Aluminum) compró el Sitio y operó la instalación de producción de aluminio hasta 2001. En 2002, Kaiser Aluminum cerró la planta y, en 2003, el Puerto de Tacoma compró la propiedad de la fundición a Kaiser Aluminum para su remodelación. [27]

Opciones de tratamiento para SPL

Se han propuesto diversas alternativas para el tratamiento de la leucemia mieloide aguda. Las alternativas pueden clasificarse de la siguiente manera:

El reciclaje a través de otras industrias es una opción atractiva y comprobada; sin embargo, la clasificación de los residuos sólidos urbanos como residuos peligrosos ha desalentado en gran medida a otras industrias a utilizarlos, debido a las onerosas y costosas regulaciones ambientales. [6] [17] La ​​Comisión de Control de la Contaminación y Ecología de Arkansas señaló que los residuos sólidos urbanos tratados que se utilizaban para construir carreteras se recuperaban y se colocaban en vertederos seguros. [29]

Referencias

  1. ^ Rustad, I; Kastensen, KH; Odegard, KE (2000). Wolley, GR (ed.). "Opciones de eliminación para el revestimiento de mampostería usado". Materiales de desecho en la construcción : 617.
  2. ^ abcde Holywell, G; Breault, R (2013). "Una descripción general de los métodos útiles para tratar, recuperar o reciclar el revestimiento de vertido gastado". JOM . 65 (11): 1442. Bibcode :2013JOM....65k1441H. doi :10.1007/s11837-013-0769-y. S2CID  137475141.
  3. ^ Sorlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. pag. 589.
  4. ^ Sorlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. págs. 592–593.
  5. ^ ab Pong, TK; Adrien, RJ; Besdia, J.; O'Donnell, TA; Wood, DG (mayo de 2000). "Revestimiento de ollas usado: un residuo peligroso hecho seguro". Seguridad de procesos y protección ambiental . 78 (3): 204–208. Bibcode :2000PSEP...78..204P. doi :10.1205/095758200530646.
  6. ^ ab Silveira, BI; Danta, AE; Blásquez, AE; Santos, RKP (mayo de 2002). "Caracterización de la fracción inorgánica de potliners gastados: evaluación del contenido de cianuros y fluoruros". Revista de materiales peligrosos . B89 (2–3): 178. Código bibliográfico : 2002JHzM...89..177S. doi :10.1016/s0304-3894(01)00303-x. PMID  11744203.
  7. ^ Holywell, G.; Breault, R. (2013). "Una descripción general de los métodos útiles para tratar, recuperar o reciclar el revestimiento de pólvora gastado". JOM . 65 (11): 1443. Bibcode :2013JOM....65k1441H. doi :10.1007/s11837-013-0769-y. S2CID  137475141.
  8. ^ Sorlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. pag. 171.
  9. ^ "Producción de aluminio primario". 18 de enero de 2021.
  10. ^ Instituto Internacional del Aluminio (2020) “Guía de gestión sostenible del revestimiento de los recipientes usados” (2020) pág. 5 https://international-aluminium.org/resource/spl/
  11. ^ Pawlek, RP (2012). CE, Suárez (ed.). "Revestimiento de fundición gastada: una actualización". Metales ligeros. The Minerals, Metals and Materials Society : 1313.
  12. ^ Sorlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. pag. 631.
  13. ^ "Gas inflamable provoca explosión". Shipowners Club . págs. 18-19 . Consultado el 28 de mayo de 2014 .
  14. ^ Sorlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. págs.222, 234.
  15. ^ Sorlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. pag. 189.
  16. ^ Sorlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. pag. 222.
  17. ^ ab Sørlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. pag. 593.
  18. ^ Andrade-Vieira, LF; Palmieri, MJ; Trento, MVC (2017). "Efectos de la exposición prolongada a sustratos de cultivo usados ​​en semillas, puntas de raíces y células meristemáticas de Allium cepa". Environmental and Assessment . 189 (10): 489. Bibcode :2017EMnAs.189..489A. doi :10.1007/s10661-017-6208-8. PMID  28884393. S2CID  5814036.
  19. ^ Palmieri, MJ; Andrade-Vieria, LF; Davide, LF; de Faria, Eleutério, MW; Luber, J.; Davide, LC; Marcussi, S. (2016). "Efectos citogenotóxicos del revestimiento de maceta gastado (SPL) y sus principales componentes sobre leucocitos humanos y células meristemáticas de Allium cepa". Contaminación del agua, el aire y el suelo . 227 (5): 156. Bibcode :2016WASP..227..156P. doi :10.1007/s11270-016-2809-z. S2CID  101991138.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  20. ^ Palmieri, MJ; Andrade-Vieria, LF; Campos, JMS; Gedraite, LS; Davide, LC (2016). "Citotoxicidad del revestimiento de maceta gastado en células de la punta de la raíz de Allium cepa: un análisis comparativo en meristemático". Ecotoxicología y seguridad ambiental . 133 : 442–447. doi :10.1016/j.ecoenv.2016.07.016. PMID  27517141.
  21. ^ Palmieri, MJ; Andrade-Vieria, LF; Davide, LC (2014). "Efectos citotóxicos y fitotóxicos de los principales componentes químicos del revestimiento de macetas usado: un enfoque comparativo". Mutation Research . 763 : 30–35. Bibcode :2014MRGTE.763...30P. doi : 10.1016/j.mrgentox.2013.12.008 . PMID  24561381.
  22. ^ Rustad, I; Kastensen, KH; Odegard, KE (2000). Wolley, GR (ed.). "Opciones de eliminación para el revestimiento de mampostería usado". Materiales de desecho en la construcción : 621.
  23. ^ Lee, G y Jones-Lee, A, (2015) “Tecnología defectuosa del vertedero de residuos sólidos municipales del subtítulo D”, http://www.gfredlee.com/Landfills/SubtitleDFlawedTechnPap.pdf,
  24. ^ Godin, J; Ménard, JF.; Hains, S.; Deschênes, L.; Samson, R. (2004). "Uso combinado de la evaluación del ciclo de vida y el modelado del transporte de aguas subterráneas para apoyar la gestión de sitios contaminados". Evaluación de riesgos humanos y ecológicos . 10 (6): 1100, 1101, 1114. Bibcode :2004HERA...10.1099G. doi :10.1080/10807030490887159.
  25. ^ Kumar, B; Sen, PK; Sing, G. (1992). "Aspectos ambientales de los revestimientos de ollas usadas de fundiciones de aluminio y su eliminación: una evaluación". Revista india de protección ambiental . 12 (8): 596.
  26. ^ Turner, BD; Binning, PJ; Sloan, SW (enero de 2008). "Una barrera permeable a la calcita para la remediación del fluoruro de las aguas subterráneas contaminadas con tuberías de revestimiento gastadas". Journal of Containment Hydrology . 95 (3–4): 111. doi :10.1016/j.jconhyd.2007.08.002. PMID  17913284.
  27. ^ "Plan de trabajo provisional de acción final del área SPL antigua propiedad de Kaiser Aluminum 3400 Taylor Way Tacoma, Washington". Departamento de Ecología de Washington . págs. 1–2 . Consultado el 28 de mayo de 2014 .
  28. ^ Sorlie, M; Øye, HA (2010). Cátodos en electrólisis de aluminio . Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing y Comunicación. págs.594, 595.
  29. ^ "Reynolds Metals Company Gum Springs y Hurricane Creek" (PDF) . Comisión de Ecología y Control de la Contaminación de Arkansas . pág. 3.

Bibliografía