Procedimiento para la inertización de cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos.

Procedimiento para la inertización de cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos que contienen metales pesados e iones cloruro,

en el que las cenizas se mezclan con una disolución que contiene un agente estabilizante, obteniéndose unas cenizas tratadas que mantienen los metales pesados en forma de sólido más insoluble que las cenizas originales y que se secan.

Procedimiento para la inertización de cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos

Campo de la invención

La invención describe un procedimiento para la inertización de cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos. De forma que el campo de aplicación de la invención es el del tratamiento de residuos sólidos peligrosos y la protección del medio ambiente, ya que la inertización de las cenizas volantes permite su descatalogación como residuos tóxicos y peligrosos y por tanto su vertido en vertederos para residuos no especiales; otro segundo campo de aplicación es el de la valorización de residuos, ya que estos residuos inertizados -mayoritariamente carbonato de calcio en su variedad calcita con pequeño tamaño de partícula, inferior a 1 mm- permite que puedan utilizarse como materia prima en otros procesos de fabricación, como por ejemplo en el sector de la construcción, como áridos finos.

Las cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos tienen un origen y composición diferente de las cenizas volantes generadas en centrales térmicas, que son en composición mayoritariamente silíceas y pueden llevar asociados altos contenidos de azufre y derivados. Las cenizas volantes generadas en centrales térmicas, por su composición de carácter puzolánico son utilizadas directamente como componente reactivo de morteros y hormigones. No es el caso de las cenizas volantes procedentes de la incineración de los residuos sólidos urbanos, que se caracterizan por contener un elevado contenido en cloruros, generado durante el proceso de incineración a partir de compuestos orgánicos poliméricos que contienen cloro, así como por la presencia de una cantidad importante de calcio, que se incorpora a las cenizas debido al tratamiento de los gases residuales de la incineración con materiales básicos como la cal; ambos factores causan que los componentes mayoritarios de las cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos sean hidroxicloruro de calcio e hidróxido cálcico. Por otro lado, estas cenizas volantes contienen metales pesados fácilmente lixiviables, así como otras sustancias tóxicas (dioxinas, furanos, PAHs,...) que hacen que sean residuos tóxicos y peligrosos de acuerdo a la lista europea de residuos. Las cenizas volantes deben ser inertizadas con el objetivo de reducir el impacto ambiental, y si es posible obtener un material susceptible de valorización.

La invención comprende el tratamiento de las cenizas volantes con una disolución de carbonato o bicarbonato alcalino como agente inertizante, con un contenido tal de este

agente que elimine los iones cloruro de la ceniza, responsable de la solubilidad de los metales pesados existentes. Para ello es necesario hacer una cuantificación previa del contenido en cloruro de las cenizas a tratar, que determinará la cantidad de reactivo carbonato o bicarbonato a añadir. Este tratamiento implica por tanto una reacción heterogénea, donde las cenizas volantes sólidas son tratadas con una disolución que contiene el ión carbonato o bicarbonato, que produce la migración del ión cloruro a la disolución fundamentalmente como cloruro sódico, y mantiene los metales pesados en la ceniza en forma de sólido más insoluble:

2 MCIX (sólido) CO3 (aq) M2(C03)x (sólido) 2X OI (aq)

Este reactivo carbonato o bicarbonato alcalino añadido y convenientemente dosificado mantiene el medio a un pH básico consiguiendo que no se redisuelvan los precipitados formados, proceso que sí puede ocurrir en el caso de utilizar C02 como agente inertizante dosificándolo en exceso, por formación de bicarbonatos solubles.

El tratamiento implica que las cenizas volantes tratadas presenten como compuesto mayoritario carbonato cálcico variedad calcita, que los metales pesados queden retenidos siempre en las cenizas tratadas en forma de compuestos insolubles no lixiviables al tiempo que consigue eliminar más del 98% de los cloruros presentes. El proceso descrito no consiste en una simple reacción de precipitación de metales pesados con ión carbonato a partir de una disolución acuosa de los mismos. En este caso los metales pesados nunca estarían en la fase líquida, en la disolución, al contrario siempre están en la fase sólida.

Antecedentes de la invención

Actualmente, en España se destinan a procesos de incineración más de tres millones y medio de toneladas al año de Residuos Sólidos Urbanos (RSU). La incineración es un proceso de oxidación química (combustión) de las sustancias orgánicas contenidas en los RSU. Este tratamiento ha crecido mucho en los últimos años y se presenta como la mejor solución para gestionar la creciente producción de RSU. En la incineración se obtiene energía y se reduce el volumen de residuos, pero no es la solución final de la gestión de RSU, ya que se generan grandes cantidades de cenizas que hay que recoger y destinar posteriormente a vertederos.

En este proceso de incineración se estima que el 75% de los productos generados son gases de combustión, quedando un 25% de sólidos. De estos sólidos, el 21% son escorias y cenizas de fondo, que se recogen en la base de las cámaras de combustión donde actúan los quemadores; el restante 4% corresponde a las cenizas volantes que se caracterizan por su peso ligero y una distribución de tamaño de partículas finas (entre 1-1000pm, y más de la mitad inferior a 65pm) y que por tanto acompañan a los gases de combustión. Las cenizas volantes quedan retenida en los sistemas de filtrado de los gases y en la revisión de los extractores. Estos sólidos plantean grandes problemas ambientales, debido sobre todo al elevado contenido en metales pesados. Las cenizas volantes procedentes de la incineración de los RSU están incluidas en el Capítulo 19 de la Lista Europea de Residuos, correspondiente a "Residuos de las instalaciones para el tratamiento de residuos, de las plantas externas de tratamiento de aguas residuales y de la preparación de agua para el consumo humano y de agua para uso industrial" con el código 190113*, cenizas volantes que tienen sustancias peligrosas, y están caracterizadas como residuos tóxicos y peligrosos

(RTF)-

Para que una planta incineradora funcione es necesario que le sea suministrada cantidad suficiente de material combustible. En la incineración de RSU no existe suficiente cantidad de material combustible y por ello hay que añadir, para que la combustión se realice, cantidad suficiente de materiales orgánicos poliméricos, los comúnmente conocidos como plásticos. Uno de ellos muy usado es el policloruro de vinilo (PVC), que necesita temperaturas de tratamiento altas para evitar la formación de PolicloroBifenilos (PCBs) y será una de las fuentes de compuestos de cloro en las cenizas volantes.

Por otro lado, en el proceso general de tratamiento de las emisiones de estas plantas incineradoras de RSU, los gases emitidos son tratados con un material absorbente como el óxido de calcio con el fin de eliminar compuestos ácidos. Como consecuencia de ello, a las temperaturas de tratamiento, se forma mayoritariamente hidróxido de calcio y adicionalmente hidroxicloruro de calcio que pasan a formar parte de las cenizas volantes.

En la Tabla que se presenta a continuación se recogen algunos valores típicos de concentración de metales de las cenizas de fondo y de las cenizas volantes de incineradora.

La mayoría de los metales está presente como óxidos, pero además aparecen cantidades significativas de los mismos en forma de cloruros y sulfatos con alto grado de solubilidad en 5 agua. Debido a ello... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la inertización de cenizas alcalinas que contienen metales pesados e iones cloruro, caracterizado porque se mezclan las cenizas con una disolución que contiene un agente estabilizante seleccionado entre carbonatos y bicarbonatos alcalinos, se somete la mezcla a agitación y se filtra, obteniéndose unas cenizas tratadas que mantienen los metales pesados en forma de sólido más insoluble que las cenizas originales y que se secan.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente estabilizante es carbonato sódico.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente estabilizante es bicarbonato sódico.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente estabilizante es una mezcla de carbonato y bicarbonato sódico en cualquier proporción.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las cenizas comprenden cenizas volantes procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos, y porque las cenizas contienen iones cloruro en un porcentaje superior al 10% y un porcentaje de calcio superior al 30%, siendo el calcio el elemento más abundante en las cenizas seguido de los iones cloruro, y porque las cenizas contienen metales pesados en proporción superior a 50 microgramos/gramo de cenizas en base seca.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el agente estabilizante se dosifica con un exceso comprendido entre el 0% y el 20% en peso sobre la cantidad estequiométricamente necesaria para aportar un mol de Na por cada mol de ión cloruro presente en las cenizas.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la relación sólido/líquido de la mezcla de cenizas volantes y disolución que contiene el agente estabilizante está comprendida entre 50 y 150 g de cenizas volantes en base seca por cada litro de disolución que contiene el agente estabilizante.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el tiempo de contacto entre las cenizas y la disolución de agente estabilizante es inferior a 10 minutos, preferiblemente de 5 minutos.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el contacto entre las cenizas y la disolución de agente estabilizante se realiza a temperatura ambiente.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado 5 porque el secado de las cenizas volantes tratadas se lleva a cabo a 110 °C hasta total

sequedad.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las cenizas volantes tratadas y secas están formadas mayoritariamente por carbonato de calcio variedad calcita e hidróxido de calcio variedad portlandita y están

exentas de cloruros.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

ESPAÑA

N.° solicitud:

Fecha de presentación de la solicitud: 22.11.2013 Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

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B09B3/00 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

Documentos citados

Reivindicaciones

afectadas

X

WO 9944688 A1 (ECOTEC SRL et al.) 10.09.1999, página 2, línea 18 - página 3, línea 18; ejemplo.

ES 2061140 T3 (VON ROLL AG) 01.12.1994, página 2, líneas 22-62; ejemplo.

US 2004087826 A1 (CASH ALAN B) 06.05.2004, párrafos [0015-0025]; ejemplos.

DE 4035042 A1 (WESTFAEL ELEKT WERKE) 07.05.1992, columna 2, linea 23 - columna 3, linea 7.

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Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia

Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica

O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud

E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud