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forro gastado

Spent Potlining (SPL) es un material de desecho generado en la industria de fundición primaria de aluminio . 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 que se conocen como ollas. Las ollas están formadas 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 célula, el revestimiento celular absorbe sustancias, incluidos el aluminio y los fluoruros. Después de algunos años de funcionamiento, el revestimiento de la olla falla y se retira. El material eliminado es revestimiento 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 celdas de reducción de aluminio se está convirtiendo en una de las principales preocupaciones ambientales de la industria del aluminio. Por otro lado, también representa un importante potencial de recuperación por su contenido en fluoruros y energía. [3]

La mayor parte del SPL se almacena actualmente en las fundiciones de aluminio o en vertederos . Los fluoruros y cianuros disueltos de 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 metálico primario con el proceso Hall-Héroult implica la reducción electrolítica de alúmina en celdas o recipientes. El electrolito se compone de criolita fundida y otros aditivos. El electrolito está contenido en un revestimiento de carbono y refractario dentro de una carcasa de acero. Las macetas suelen tener una vida útil de 2 a 6 años. Finalmente, la celda falla y se retira y reemplaza el revestimiento interior (SPL). Los SPL generados están catalogados por varios organismos medioambientales como residuos peligrosos. [5] Debido a las concentraciones de fluoruros y cianuros en el revestimiento usado y a la tendencia a lixiviarse en contacto con el agua, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (USEPA) incluyó los materiales el 13 de septiembre de 1988 (53 Fed. Reg. 35412) como desechos peligrosos (K088) según 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] A medida que 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 fácilmente ascender 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 desechos 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 reclamar un grado razonable de sostenibilidad y emisiones ambientalmente tolerables. [11] El vertido de SPL sin reaccionar se considera una práctica del pasado. [12]

Propiedades químicas del SPL

Existe una variación en la composición del SPL dependiendo de factores tales como el tipo de tecnología de fundición de aluminio utilizada, los componentes iniciales del revestimiento de la celda y los procedimientos de desmantelamiento. En la siguiente tabla se muestra la composición indicativa del 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 costes por daños 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 el 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 mediante la reacción del aluminio y el carbono según la ecuación:

4Al + 3C → Al 4C 3 . [15]

El nitruro de aluminio se forma a partir de una serie de reacciones, incluida la reacción de 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 de SPL con agua son:

Toxicidad del SPL

Varios estudios de investigación [18] [19] [20] [21] incluyeron pruebas biológicas para evaluar la toxicidad del SPL en plantas y humanos. Se identificaron sales de aluminio, cianuro y fluoruro como los principales agentes tóxicos en SPL. Se evaluó el potencial genotóxico del SPL y sus principales componentes químicos en células vegetales y humanas. Los efectos observados en las células vegetales incluyeron una 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 eliminación de SPL deben supervisarse de cerca para reducir el riesgo.

Problemas con el SPL de vertederos

Las prácticas anteriores para lidiar con el revestimiento gastado (SPL, por sus siglas en inglés) incluyen arrojarlo a los ríos o al mar o almacenarlo en vertederos a cielo abierto o en vertederos. 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 procedente de los vertederos de SPL existentes es muy limitada. [22]

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

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

Un estudio realizado en 2004 sobre un vertedero que contenía SPL ubicado en América del Norte identificó 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, identificando problemas ambientales y posibles impactos ecotoxilógicos significativos. El estudio observó que, si bien se suponía que el confinamiento del suelo y los desechos era perfecto, en realidad estos sitios podrían convertirse en fuentes de contaminación. El estudio afirma que la opción más ventajosa es la destrucción total de la fracción 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 necesitará ser monitoreado indefinidamente. Por lo tanto, existe una necesidad real de encontrar formas alternativas seguras y aceptables a la eliminación en vertederos. [25]

Los propietarios anteriores arrojaron SPL en 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 llevada a cabo 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 eliminación fuera del sitio, de material de la zona SPL y suelo contaminado asociado en un antiguo sitio de fundición de aluminio. El trasfondo de esta situación es que de 1941 a 1947, el Departamento de Defensa de Estados Unidos construyó y operó una fundición de aluminio en el sitio. En 1947, Kaiser Aluminium & Chemical Corporation (Kaiser Aluminium) compró el sitio y operó la instalación de producción de aluminio hasta 2001. En 2002, Kaiser Aluminium cerró la planta y, en 2003, el Puerto de Tacoma compró la propiedad de fundición de Kaiser Aluminium para su reurbanización. . [27]

Opciones de tratamiento de SPL

Se han propuesto varias alternativas para el tratamiento del SPL. Las alternativas se pueden clasificar de la siguiente manera:

El reciclaje a través de otras industrias es una opción atractiva y probada; sin embargo, la clasificación de SPL como residuo peligroso ha desalentado en gran medida a otras industrias a utilizar SPL, debido a las onerosas y onerosas regulaciones ambientales. [6] [17] La ​​Comisión de Ecología y Control de la Contaminación de Arkansas señaló que el SPL tratado utilizado para construir carreteras se recuperó y se colocó en un vertedero seguro. [29]

Referencias

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  2. ^ abcdeHolywell , G; Bréault, R (2013). "Una descripción general de métodos útiles para tratar, recuperar o reciclar el Potlining gastado". JOM . 65 (11): 1442. Código bibliográfico : 2013JOM....65k1441H. doi :10.1007/s11837-013-0769-y. S2CID  137475141.
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  7. ^ Holywell, G.; Bréault, R. (2013). "Una descripción general de métodos útiles para tratar, recuperar o reciclar el Potlining gastado". JOM . 65 (11): 1443. Código bibliográfico : 2013JOM....65k1441H. doi :10.1007/s11837-013-0769-y. S2CID  137475141.
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Bibliografía