Introducción
En el presente informe se describirá a detalle lo que es el proceso de fabricación de papel aluminio comenzando desde el proceso de fundición utilizado para la elaboración de los lingotes que posteriormente se utilizaran en un proceso continuo de laminación en caliente y en frio para finalizar con una delgada hoja de aluminio la cual será el producto final. Así mismo se identificaran los principales contaminantes ambientales que se generan en la industria de papel aluminio, determinando también a que riesgos se involucran personas que trabajan en este rubro, estableciendo cuales de estos contaminantes inciden de manera directa e indirecta a lo que es la vida humana y el medio ambiente. También se describirán las medidas de minimización y valorización que se deben de implementar en esta área, orientando a estas industrias a utilizar materias primas que sean de carácter reciclables, como también procesos que sean más amigables con el medio ambiente y que generen un cantidad mínima de contaminantes. Logrando así encaminar estos procesos productivos a un desarrollo sostenible o sustentable, o al menos reducir considerablemente la cantidad de contaminantes que se están desechando en el medio ambiente, llegando a tener así una conciencia del daño que se causa al planeta.
Objetivos Objetivo general Propiciar la implementación de procesos y acciones de prevención, reducción y control de los contaminantes ambientales para que los ingenieros de la industria del papel aluminio tomen la conciencia del daño que se causa con los procesos actuales.
Objetivos específicos
Concientizar al ingeniero sobre la cantidad de contaminantes ambientales emitidos por esta industria.
Promover los procesos productivos amigables con el medio ambiente.
Implementar nuevos métodos y técnicas de minimización de contaminantes en el proceso de elaboración del papel aluminio.
Proceso de fabricación papel aluminio Primero el papel aluminio proviene de bloques grandes de aluminio que se transforman hasta llegar a una finísima lámina. La fabricación del papel aluminio implica rebajar repetidamente un bloque grande de aleación de aluminio a través de unos rodillos (proceso de laminado), el cual se describe en las siguientes etapas: 1. Se comienza fundiendo lingotes de aluminio puro en un horno de bunker a 750°, se le agrega al aluminio elementos como zinc, titanio, silicio para producir una aleación que la hace más resistente y maleable.
Aleación:
Aluminio(Al)
+
Zinc (Zn)
+
Titanio (Ti)
+
Silicio (Si)
La fundición dura entre 3 y 8 horas para fundir 27000 kilos de aluminio.
2. Se toma una muestra y se verifica el contenido de la aleación preparada.
3. Se lleva el aluminio desde el horno de refundición hasta los moldes, el aluminio fundido circula en un canal móvil que esta sobre los moldes, en esta etapa se quitan las impurezas.
4. Al llegar a los moldes, estos se enfrían con agua para acelerar la solidificación del aluminio fundido, se extraen del molde resultando un bloque de 4.4 m de largo, 1.4 m de ancho, 45 cm de grosor, el peso es de 7500 kilos y se encuentran listos para el proceso laminado.
5. Después se elimina 3 mm del grosor del lingote para quitar las impurezas y dejar un acabado totalmente liso.
6. El proceso de laminado a presión se repite de 12 a 16 veces, esto se realiza para rebajar el grosor, los rodillos que aplastan tienen una temperatura de 455° a 550° por tal motivo se enfría el proceso para evitar que el lingote se pegue en los rodillos. Al final medirá 5 mm de grosor.
7. Se transporta el lingote hacia el laminado en frio donde se reducirá mas su grosor, en los rodillos se usa líquido refrigerante para evitar que se pegue.
8. Al final se elimina 1 cm del borde de la lámina, ya que los bordes están maltratados por el proceso. En el proceso pudimos observar que el papel aluminio se realiza aplastando y alargando un bloque de aluminio hasta dejarlo como si fuera una hoja de papel, el resultado es que de un bloque de aluminio de 4.4 metros de largo se obtiene 12.7 kilómetros de papel de aluminio.
Contaminantes producidos en la elaboración de papel de aluminio
Principales contaminantes: Gases emitidos en la producción de la aleación de aluminio. Para la producción de aleaciones de aluminio, el metal refinado se funde en hornos de bunker o de gas, se añaden cantidades conocidas de un endurecedor que contiene bloques de aluminio con un determinado porcentaje de manganeso, silicio, zinc, titanio, etc. La masa fundida se mezcla y se pasa a un horno de temperatura constante para desgasificarla, haciendo pasar argón-cloro o nitrógeno-cloro a través del metal. La emisión de gases resultante (ácido clorhídrico, hidrógeno y cloro) se ha asociado con enfermedades profesionales. En consecuencia, hay que prestar suma atención a la realización de unos controles de ingeniería adecuados, que capturen estas emisiones y eviten su llegada al medio exterior, donde también pueden causar daños.
Enfermedad profesional
Es aquella causada de una manera directa por el ejercicio de la profesión o el trabajo que realice una persona y que le produzca incapacidad o muerte. La noción de enfermedad profesional se origina en la necesidad de distinguir las enfermedades que afecta al conjunto de la población de aquellas que son el resultado directo del trabajo que realiza una persona. Algunos ejemplos de esta circunstancia son la silicosis, enfermedad pulmonar que afecta a los mineros, trabajadores de la industria y alfareros por la exposición al polvo de sílice; el cáncer de escroto en los deshollinadores, en relación con el hollín; alteraciones neurológicas en los alfareros por el uso de productos con base de plomo o alteraciones óseas en los trabajadores de la industria de cerillas por la exposición al fósforo.
Residuos de aluminio Aunque el aluminio se encuentra en muchos alimentos, en el agua de consumo y en muchos medicamentos antiácidos, hay indicios de que ingerido oralmente en concentraciones superiores a unos límites higiénicos (30 mg de aluminio por 1 kg de pescado, o 0,2 mg de aluminio por litro de agua) es tóxico para el consumo humano. La acidez elevada y los niveles de aluminio no solo significan riesgos para la salud humana, sino también son letales para la vida acuática. Las altas concentraciones de aluminio (normal de hasta diez veces), junto con la alta acidez, han causado muertes masivas de peces. Todos los ríos en muchas regiones son desprovistos de vida de peces, y de la variedad de microorganismos. Una vez que pasa esto, es prácticamente imposible de restablecer poblaciones de peces, debido a la química del agua y la ausencia cambiantes de las fuentes del alimento.
Taladrina (lubricante y refrigerante) Las taladrinas agotadas tienen cualidades irritantes y eco tóxicas debido a que contienen metales pesados, gérmenes nocivos y productos de descomposición de mal olor y/o tóxico, nitrosaminas, compuestos de boro, etc., que en caso de contacto con la piel pueden causar irritaciones y daños en los operarios. La evacuación de taladrinas agotadas por colector, puede ocasionar serios problemas de operación en una planta de tratamiento de aguas residuales, originados básicamente por los aceites y emulgentes. Además, la acumulación de metales pesados en los lodos contribuye a elevar el costo de los tratamientos de aguas. En caso de vertido de las taladrinas agotadas pueden causar un daño al ecosistema de los ríos debido a los numerosos componentes tóxicos que contienen, tales como nitritos y fenoles. Las emulsiones aceitosas dificultan aún más el intercambio de oxígeno entre aire y atmósfera, contribuyendo a la desoxigenación de las aguas con los consiguientes efectos negativos. Además, compuestos persistentes como las parafinas cloradas y los metales pesados se acumulan en organismos de consumo humano con los consiguientes riesgos para la salud. RIESGOS MEDIOAMBIENTALES O DE SALUD LABORAL QUE PUEDE GENERAR UN VERTIDO INADECUADO DE TALADRINA
Las taladrinas pueden contener todas o parte de las sustancias que se enumeran a continuación:
Monóxido de carbono producido por el horno Un subproducto de la quema de combustibles es el monóxido de carbono. Hornos y otros con gas o con base de aceite, aparatos de calefacción, como estufas y secadoras de ropa pueden producir concentraciones potencialmente mortales de monóxido de carbono. Si se lo inhala, el monóxido de carbono reemplaza al oxígeno que las células necesitan para su funcionamiento. El monóxido de carbono del aire se acumula rápidamente en la sangre, causando síntomas similares a los de la gripe, tales como jaqueca, fatiga, náuseas, mareos, estado de confusión e irritabilidad. A medida que aumenta su concentración, el CO produce vómitos, pérdida del conocimiento y, finalmente, daño cerebral y muerte. Las personas que sufren de problemas cardíacos son particularmente sensibles al CO, pudiendo experimentar dolor en el pecho si lo inhalan al realizar ejercicio. Los niños, los ancianos y las personas con problemas respiratorios son también especialmente sensibles. El monóxido de carbono produce trastornos en individuos sanos, afectando las funciones motoras, la vista, la destreza manual, la capacidad de aprendizaje y de realizar tareas complejas.
Productos y subproductos Productos:
Papel de aluminio
Subproductos
Gases productos de la combustión Virutas de aleación de aluminio Escorias Salinas
Medidas de minimización y valorización
Valorización Taladrinas La modificación consiste en la instalación de un depósito subterráneo de 3.000 litros donde se recogen, por gravedad, tanto la taladrinas que se recircula como los vertidos que se producen durante el proceso de fabricación. Después de filtrar, la taladrinas se envía a un depósito central de distribución para ser reutilizada. Cuando se considera que la taladrinas es defectuosa, desde el mismo recipiente recolector se envía a un depósito vertical de 25.000 litros desde donde se alimenta una unidad automática de micro filtración tangencial, constituida por dos módulos de filtración con membranas cerámicas, con una capacidad de filtración de 2.900 l/semana. En esta unidad se separa el agua, que puede ser reutilizada debido a su buena calidad, de los aceites ya no reutilizables que deben ser gestionados como residuos. Los gases productos de la combustión y vapores que salen del horno de refundición, los podemos aprovechar de la siguiente manera: La ubicación de la planta en una zona industrial nos favorece de gran manera ya que podemos vender vapor de agua para diferentes procesos, usando los gases que salen del horno de refundición e incorporando un intercambiador de tubo y coraza podemos obtener vapor de agua que puede ser distribuido mediante una red de tubería a otras empresas en las cuales se necesite la utilización de vapor de agua por mencionar algunas podría ser una industria textil. Esta alternativa nos ayudaría de gran manera con los costos de operación del horno de refundición. Otra alternativa del uso de dichos gases productos de la combustión es la implementación de un ciclo de potencia rankine con el cual generamos después potencia eléctrica. Esto ayudara a mantener dentro de la planta el fluido eléctrico, con la posibilidad de llegar a vender la potencia restante ya sea a otras empresas o introducirlo a la red eléctrica de país. Y como medida final para la descarga de los gases productos de la combustión al final de la red de tuberías se puede incorporar un sistema lavadora de gases “SCRUBBER” (es un equipo que pude remover partículas ò gases por impacto o intercepción con un líquido lavador) y así descargar al ambiente con un impacto ambiental menor.
Escorias salinas Las escorias salinas son residuos peligrosos y no pueden ser vertidas directamente debido a su alta reactividad con el agua, a que se emiten gases y al peligro de que las sustancias tóxicas se lixivien, por lo que tienen que ser tratadas. Estas se generan cuando se usan mezclas de sales como fundente para cubrir el material fundido y prevenir la oxidación, incrementar el rendimiento y aumentar la eficacia térmica. En el proceso de valorización de escorias salinas se obtienen tres subproductos: aluminio metálico, sales fundentes y óxidos (productos no metálicos). Estos óxidos pueden comercializarse en diferentes industrias (cementeras, cerámicas, refractarias y de construcción), aunque también hay informes que debido a que las características finales del mismo no presentan una calidad adecuada para que su comercialización sea económicamente rentable, el destino final de este subproducto es su deposición en vertedero. La separación del aluminio del fundente se realiza por trituración selectiva y tamizado. Las diferentes fracciones metálicas que se separan son enviadas de nuevo a la fundición secundaria de aluminio. La otra fracción, que consiste en sales y óxidos, se procesa en la fase húmeda de la planta. Aquí se inertiza el residuo, se recogen los gases, que son tratados adecuadamente y se separan los sólidos insolubles de la salmuera. Los sólidos insolubles se lavan y, gracias a su alto contenido en alúmina puede ser utilizado en las siguientes aplicaciones: –
Obras civiles (materia prima en la fabricación del cemento; relleno inerte en construcciones, pavimentos, etc.; producción de fibras aislantes; componentes de morteros).
–
Industrias de la cerámica (sustitución de arcillas; refractarios y aislantes; vidrios, abrasivos y pastas de pulir)
–
Industria química (producción de hidrato, alúmina y sales de aluminio; carga inerte en fertilizantes; mortero de resinas epoxi; carga inerte en polímeros).
–
Industria metalúrgica (mezclas sintéticas para siderurgia; productos exotérmicos, aislantes; refractarios)
–
Agricultura (suelo artificial; fertilizante).
La sal contenida en las salmuera es cristalizada y utilizada nuevamente como fundente en la industria secundaria del aluminio. No obstante, al tratarse de un producto comercial, puede utilizarse en cualquier aplicación habitual de la sal (curtidos, limpieza de vías públicas, etc).
Viruta de aluminio La viruta de aluminio que es desecha, para la eliminación de impurezas que se encuentran en la superficie del lingote antes de comenzar el proceso de laminado en caliente es posible reutilizarla en el proceso de fundición de aluminio como parte del material reciclado con esto tener un aprovechamiento mas optimo de todos los subproductos que se dan a lo largo del proceso de fabricación del papel aluminio.
Minimización Gases productos de la combustión El bunker suele contener una presencia importante de asfáltenos, los cuales hacen indispensable su atomización para encenderlo, aunque dependiendo de la calidad de la destilación y la fecha de elaboración, se puede encender sin realizar este proceso, pero indudablemente la importante generación de humos, obliga por condiciones medioambientales, a realizar el proceso antes indicado, usualmente este atomizado va acompañado o asistido de ventiladores, que ayudan a una mejor combustión del Bunker actualmente se han realizado un importante esfuerzo de mejoramiento en los sistemas de combustión, con el objeto de mejorar la combustión del Bunker, generalmente se lo precalienta con las gases residuales producto de la combustión optimizándola de esta manera, así como es común identificar la colocación de aditivos o elemento magnéticos que ordenan las partículas para su mejor combustión, sin embargo lo que primero se debe hacer según las buenas prácticas de ingeniería es disminuir las pérdidas de calor en el volumen de control, con este primer paso se pueden llegar a disminuir los costos en el rubro combustible, en hasta un 30 % en calderos y hornos que consumen Bunker.
Sustitución de horno de bunker por horno de gas La composición química del gas natural es la razón de su amplia aceptación como el más limpio de los combustibles fósiles. En efecto, la mayor relación hidrógeno/carbono en la composición del gas natural, en comparación con la de otros combustibles fósiles, hace que en su combustión se emita menos CO2 por unidad de energía producida. La combustión del gas natural, compuesto principalmente por metano (CH4), produce un 25% menos de CO2 que los productos petrolíferos y un 40% menos de CO2 que la combustión del carbón por unidad de energía producida. Se atribuye al CO2 el 65% de la influencia de la actividad humana en el efecto invernadero, y al CH4 el 19% de dicha influencia. De este modo, el gas natural es el combustible fósil que emite menos CO2 por unidad de energía producida. Por tratarse de un gas, su mezcla con aire y posterior combustión es más fácil que con otros combustibles fósiles y la ausencia de partículas y compuestos corrosivos de azufre, facilitan la recuperación del calor residual y, por tanto, las eficacias
de su utilización. Además, las reservas de gas natural son abundantes, y su transporte y distribución mediante tuberías enterradas hacen que su impacto sobre el paisaje sea mínimo. Por su rendimiento y baja emisión de contaminantes, el gas natural es especialmente apropiado para la generación de electricidad y cogeneración, uso de calderas y hornos industriales, automoción, climatización y otros usos en los sectores comercial y doméstico. El gas natural es un combustible que tiene un impacto medioambiental mínimo comparado con el resto de los combustibles fósiles y cuya utilización contribuye a reducir la emisión de gases de efecto invernadero.
Conclusiones
Este proyecto de investigación ha sido desarrollado con el fin de dar a conocer los contaminantes que se generan en el proceso productivo del papel aluminio y realizar una concientización del daño que se causa al medio ambiente.
Un mayor control sobre los procesos de producción de papel aluminio en cuanto a la calidad del agua que son vertidos en esa industria desarrollando normativas cada vez más estrictas e importantes para minimizar esos contaminantes.
Con esta informe se pretende dar ciertos parámetros de para la reducción paulatina de contaminantes mediante el aumento de la conciencia ambiental que se bebe de desarrollar en los ingenieros que se involucran en cualquier rubro de la industria.
Bibliografía
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