Tema 8. Solidificación/Estabilización









8.1 Conceptos. 8.2 Aplicaciones de las tecnologías de solidificación/estabilización. 8.3 Mecanismos de inmovilización. 8.4 Agentes utilizados. 8.5 Tecnologías de solidificación/estabilización. 8.6 Residuos inertizados. 8.7 Selección de procesos de solidificación/estabilización. 8.8 Aplicaciones prácticas de residuos inertizados.

8.1 Conceptos.

El objetivo general de esta tecnología es compactar el residuo e impedir que se transfiera o pasen al medio ambiente los potenciales contaminantes del residuo, una vez vertido. En la práctica este objetivo puede llevarse a cabo mediante varios procedimientos que conducen a diferencias importantes en la valoración de la tecnología de S/E.

Para cumplir estos objetivos es necesario que el producto final presente una serie de propiedades: mínima permeabilidad, evitar que el agua de lluvia o agua • procedente de otras corrientes penetre en la estructura del material cuando sea vertido o reutilizado (construcción, etc.) • mínima producción de lixiviados, es uno de los objetivos más importantes en los procedimientos de S/E • el producto final no debe ser inflamable, biodegradable, combustible, ni poseer reactividad química, ni producir olores • elevada resistencia a la compresión, con objeto de que se pueda deponer de una forma segura e incluso pueda reutilizarse; que contenga una amplia gama de residuos, de esta forma disminuye el volumen final de producto S/E y por tanto los costes. • Un objetivo secundario de este tipo de procesos es de "almacén" para una posible recuperación de ciertos elementos, como por ejemplo los metales cuya recuperación es técnica y económicamente inviable actualmente.

La Estabilización es un proceso que utiliza aditivos (reactivos) para reducir la peligrosidad del residuo, convirtiendo el residuo y sus constituyentes peligrosos en un bloque con el fin de reducir la velocidad de migración de los contaminantes al medio ambiente y reducir el nivel de toxicidad. La Solidificación sería la “encapsulación” del residuo dentro de una matriz sólida, creada por la adición a los residuos de una cantidad suficiente de material solidificante (aditivo).Con la solidificación se consigue: -

Disminuir la compresibilidad

-

Aumentar la resistencia

-

Disminuir la permeabilidad del residuo


8.2 Aplicaciones de las tecnologías de solidificación/estabilización. Aunque el término estabilización es distinto al de solidificación, a menudo se usa el término estabilización con ambos significados. La Estabilización es una técnica de tratamiento final, debiendo de ser compatible con el medio ambiente, esto quiere decir que a la hora de buscar las mejores técnicas de Estabilización/Solidificación deberíamos pensar en aquellas que a largo plazo sean lo más parecidas a los procesos naturales, lo cual nos dará la mayor compatibilidad a largo plazo con el medio ambiente.


8.3 Mecanismos de inmovilización. Tipos

Atrapamiento físico

Macroencapsulación

Microencaps

Atrapamiento Químico

Absorción Adsorc

Más eficiente pero mayor sup expuesta

Muy estable Enlace Fís y Quím Precipitación Res inorgánico Hidróx, sulfuros Carbonat, Silicat Detoxific

8.4 Agentes utilizados Absorbentes más utilizados como aditivos para facilitar la Estabilización Naturales • Cenizas volantes • Polvos de horno • Minerales arcillosos • Caolinita • Vermiculita • Bentonita Artificiales • Alúmina activada • Carbón activado • Espuma de vidrio • Arcilla modif organicamente

Suponen la precipitación del residuo en una forma más estable y se aplica fundamentalmente a residuos inorgánicos y lodos metálicos. o Neutralización o Formación de quelatos o Complejación o REDOX o Form. de Hidróxidos o Form. de Silicatos o Form. de Sulfatos Los precipitados de hidróxidos, sulfuros, silicatos, carbonatos y fosfatos quedan contenidos en la masa estabilizada como parte de la estructura del material.

Otras reacciones de estabilización •Quimisorción. En ella las fuerzas de atrapamiento son mayores que las puramete adsortivas, pero no representan una verdadera unión química. •Pasivación. Los iones metálicos precipitan en la superficie después de unirse a un anión en solución, formando especies menos solubles. •Intercambio iónico. Prácticamente en todos los procesos de S/E para metales se produce en algún grado la actividad de intercambio iónico. •Diodochy. Este fenómeno viene caracterizado por la sustitución en una red cristalina de un elemento por otro de similar tamaño y carga. Metales como el Cr y Pb tratados con cemento Portland quedan confinados en una matriz de sílice como "silicatos“.

Pretratamiento del residuo

Ajuste de características físicas • particle size, shape and distribution by size screening and/or reduction • moisture content • homogeneity • viscosity Ajuste de características químicas • pH • toxicity •removal of toxic constituents •destruction of toxicity •reduction of toxicity


8.5 Tecnologías de solidificación/estabilización. a) Según el agente e estabilización • Reacciones Químicas Neutralización Formación de quelatos Complejación REDOX Precipitación Form. de Hidróxidos Form. de Silicatos Form. de Sulfatos • Absorción física o química • Intercambio iónico

Materiales

b) Según el Agente de Solidificación:

Cemento Portland

Barato, conocido No elim agua pH alcalino

Sensibilidad a la MO Con ciertos cont. no fragüa

5 Tipos el V es el que menor cont en alúmina (más estable frente a sulfatos) Puzolanas

pH alcalino Absorbe la MO

Bajo poder de inertiz Bajo solidif

Cal /cal modif organicam

Barato pH alcanido Útil para lodos

Bajo poder de cementac Bajo solidif

Arcillas /arcillas modif organic

Absorbe MO

Bajo poder de cementac Bajo solidif

Polím org termoest

Genera macroencap Abs MO Requiere poca cond de aditivo Resinas plásticas (microencap)

Caro

4.6 mg Hg/kg

Untreated AmTh. soildesorpt: Vendor 1

1840 mg Hg/kg

S/S: Vendor 2

997 mg Hg/kg

SPC: Vendor 4

c) Según el tipo de contacto (entre el agente fijador y el residuo): 1.- Vitrificación: Los residuos se mezclan con sílice, se calientan a alta temperatura fundiéndose y al enfriarse tendrá un sólido de estructura vítrea. Las características de la vitrificación son: • Cara. • Puede producir contaminantes volátiles durante el calentamiento. • Es utilizada principalmente con residuos radiactivos. • La vitrificación se puede clasificar en función del lugar de su realización en ‘ ‘vitrificación in situ’ y ‘vitrificación en planta’.

Vitrificación In Situ: • El proceso se inicia empleando una capa de grafito y vidrio calcinado • Una vez iniciado el proceso la masa fundida crece en profundidad y anchura. • Durante el proceso los contaminantes orgánicos s e vaporizan y pirolizan a sus compuestos elementales, desplazándose en estado gas lentamente a través de la masa fundida hacia la superficie • Los contaminantes inorgánicos se comportan de manera similar, unos se descomponen mientras que otros se disuelven o reaccionan con el fundido.

Vitrificación en planta: •Se utiliza un horno que trabaja a una temperatura de 1600 ºC. •Para iniciar el proceso se usa una mezcla de vidrio reciclado, cenizas volantes y caliza. •Las emisiones de gases que se producen se pueden tratar antes de ser emitidas a la atmósfera con amoniaco para eliminar los NOx, cal para el SOx, seguido de una condensación en lecho relleno de fraccionamiento. •El vidrio inerte que obtenemos se puede emplear como material de relleno, cobertura y drenaje en vertederos.

2.- Encapsulación: • Se recubre el residuo con un agente estabilizador o una superficie insoluble, la cual puede ser polietileno, polibutadieno o mezclas. • Se usa tanto para residuos orgánicos como inorgánicos, si estos son lodos deberán de estar inicialmente secos. • El principal inconveniente de la encapsulación es el alto coste de su realización. 3.- Estructura de Ferrito (FeO4): • Esta técnica de encapsulación fue desarrollada por Tamura, consistiendo en adicionar Fe+2 a la disolución acuosa de la suspensión de metales pesados, a continuación se oxida con aire, creándose una capa de ferrito que aísla la superficie de los residuos peligrosos.


8.6 Residuos inertizados. Ensayos de las Características finales del residuo estabilizado Extracción y ensayo de lixiviación: Parámetros químicos: Reactividad Inflamabilidad Parámetros físicos: Estabilidad física y resistencia a la compresión Permeabilidad y durabilidad Parámetros biológicos:

Monolithic

Granular

8.7 Selección de procesos de solidificación/estabilización. Primeramente antes de aplicar algunas de las técnicas de solidificación debemos de considerar: - La naturaleza del residuo. -

Cantidad de agua presente.

-

Consideraciones medioambientales.

-

Usos posteriores del depósito.

Estos son factores que permiten seleccionar el tratamiento más adecuado. Para la elección de la técnica podemos fijarnos en la tabla 7 en la que se esquematizan interacciones entre algunos residuos y defirentes tratamientos de Solidificación/Estabilización, más que nada expresando inconvenientes y compatibilidades.

Además de considerar los mecanismos de estabilización, tenemos que considerar los siguientes factores adicionales: • Correlación entre estudios en laboratorio y ejecución en campo (el más importante). • Tiempo de maduración: campo y laboratorio. • Aumento/disminución del volumen. • Coste: materias primas, mano de obra y equipo. • Calendario: duración del proyecto, restricciones meteorológicas • Generación de calor: calor de hidratación y otras reacciones químicas. • Generación de gas: pérdida de volátiles, porosidad del material, posible toxicidad. • Tiempo de mezcla: campo y laboratorio, máximo y mínimo. • Características de manejo: residuo y reactivos. • Otras restricciones: potencial explosivo, potencial inflamable.