1

Cendres d’incineració de residus urbans: Residu o

recurs?

per

Xavier ElíasDirector de la Borsa de

Subproductes de Catalunya

RECUWATTJornades de Reciclatge i EnergiaMataró, 24 i 25 de març de 2011

NOCIÓ DE VITRIFICACIÓ

La vitrificació consisteix en inserir el contaminant (normalment un òxid) en la xarxa atòmica d’un silicat amorf, per lo general complex. Si el procés està ben fet, el contaminant no podrà sortir de la matriu:• Ni per impacte mecànic (abrasió)• Ni per agressió química (lixiviació)

Encapsulat Vitrificat. Unió físicoquímicaen la xarxa vítria

OAl

Contaminant

SiK

2

QUE ES POT VITRIFICAR?La vitrificació es una tecnologia concebuda per el tractament de matèria inorgànica, preferentment:

• En forma d'òxids.

• Sense humitat.

• Quan menys carbonats millor.

La taula següent reflexa la capacitat de vitrificació en funció de la tecnologia.

Bona partTracesMatèria orgànica

TotesAlgunesSals

TotsLa majoriaÒxids metàl·lics (*)

Sistema tancat(“Cold top”)

Sistema obert(Convencional)

(*) Excepte Hg

CONSTITUCIÓ DELS VITRIFICATS I LA SEVA PRESENCIA EN LES

CENDRESÒxids formadors de vidre, o de reticle, tipus RO2 (Si, B, P,..).Òxids modificadors del reticle, que ocupen els intersticis de la xarxa principal, por això també es coneixen com a modificadors del reticle atès que afebleixen els enllaços. Son del tipus RO (Na, K, Ca, Mg, Pb, Zn, etc.)Òxids estabilitzadors de xarxa. Ajuden a evitar la desvitrificació.

FLUXO BÁSIC RO R2O3 RO2Plúmbic PbO :1,00 0,9 Al2O3 2,5 SiO2

Plúmbic-alcaliNa2O+K2O: 0,15CaO :0,40PbO :0,45

0,25 Al2O3 1,50 SiO2

Alcali-plúmbicNa2O+K2O : 0,4CaO :0,2PbO :0,4

0,30 Al2O3 1,60 SiO2

Alcali-alcalitérriNa2O+K2O: 0,30CaO :0,20ZnO :0,15BaO :0,10PbO :0,25

0,35 Al2O3 1,75 SiO2

3

CARACTERITZACIÓ GENERALS DE CENDRES D’INCINERADORA

La taula següent mostra a la primera columna l'anàlisi típic d’una cendra volant d’incineradora de RSU.La segona columna representa el mateix valor expressat en mols.La darrera columna indica que, per si soles i d’acord amb la formula de Seger, aquesta matèria no vitrificaria.Óxid % pes mols mols molsNa2O 5,9% 0,0009502 0,1075111 0,1075K2O 2,5% 0,0002613 0,0295675 0,0296CaO 37,4% 0,0066751 0,7552258 0,7552MgO 3,8% 0,0009519 0,1076956 0,1077Parcial 0,0088385 1Al2O3 4,3% 0,0004253 0,0481177 0,35Fe2O3 2,0% 0,000125 0,0141476SiO2 39,5% 0,0065786 0,7443127 1,75P2O5 3,8% 0,0002643 0,0298978TiO2 0,9% 0,0001092 0,012353

100,0%

Ademes, per ordre d’importancia: Zn, Pb, Cu, Cr, Cd, Ni

EL PROCÉS DE VITRIFICACIÓLa taula mostra la gran discrepància en les temperatures de punts de fusió dels principals ingredients de les cendres d’incineradora.Això te com a conseqüència l'emissió de material particulat.

4

Aigua

Materiesprimeres

Cremador

Líquid fos

Ximeneia

Cremador defluidificació

Bóveda radiant

Líquid fos

PRINCIPI DE FUNCIONAMENT D’UN VITRIFICADOR OBERT

El material es va escalfant per l’acció del cremador principal. A la sortida un cremador auxiliar permet mantenir un valor baix de la viscositat.Un problema insalvable es els diferents punts de fusió dels components de les matèries primeres.Des del punt de vista ambiental els gasos han de ser tractats. Com a mínim, sempre contenen material particulat.

INSTALACIÓ DE VITRIFICACIÓLa matèria primera entra en el forn (a una temperatura que oscil·la entre 1.300 y 1.500ºC). La calor li arriba per radiació. Un cremador auxiliar permet la colada.En els forns de vidre, el material s’extrau en forma de làmina o de cilindre.En els forns de vitrificar, el vidre cau, habitualment, sobre aigua (fritat).

5

PRINCIPI DE FUNCIONAMENT D’UN FORN DE VITRIFICACIÓ

TANCAT

El material entra per la part superior de la volta i la pròpia capa de matèria primera fa de “tapa”.Quan el bany assoleix certa fluïdesa es fa conductor.

Cold top

Materiaprima

Vidrio

70

1.500

FORN DE VITRIFICACIÓD’EMISSIÓ ZERO

La foto mostra l’alimentación d’un forn “cold top”.L’espessor de la capa pot ser tan gran com es vulgui.

6

ASPECTE I APLICACIONS DEL MATERIAL VITRIFICAT

La forma final del vitrificat dependrà de la manera en que s’hagi fet el refredament:

Fibrat

Refredamenta l’aire

Abocat sobrea l’aigua

VITRIFICACIÓ DE FANGS D’EDAREls fangs d’EDAR, amb freqüència tenen vora del 40% de matèria inorgànica.

La caracterització de la fracció residual, desprès d’incinerar o gasificar es compatible amb els òxids vitrificadors.

Es pot fer grava i/o paviment.

7

ACABAT SUPERFICIAL DE RAJOLES.

La foto mostra diversos colors aplicats sobre rajoles vitrificades.

Es possible canviar:

• Els colors superficials.

• Les textures.

• Les característiques finals.

VITRIFICACIÓ DE POLS DE FILTRE AMB ALT CONTINGUT

D’ARSÉNICLa foto mostra una sèrie de rajoles vitrificades amb pols d'arsènic (metall molt volàtil).

El vitrificat es pot colorejar en massa i/o aplicar-hi un acabat superficial.

8

RAJOLES FABRICADES AMB CENDRES D’INCINERADORA

La foto mostra un azulejo fabricat integrament amb residus.Per el tipus de residus usats, la porositat del azulejo es elevada i pot representar un inconvenient per a determinades aplicacions.La solució consisteix en aplicar una capa de polímer (que sinteritza a 200 ºC). La textura, aspecte i prestacions son iguales a las de un azulejo esmaltat.

CONCLUSIONS

La tecnologia de la vitrificació, sempre que es dugui a terme amb els corresponents coneixements, es la forma mes segura d’inertitzar i, també de valoritzar residus perillosos.

Hi ha dos tecnologies bàsiques:• El sistema obert i el tancat. Aquest darrer permet l’inclusió de limitades quantitats d'halògens i matèria orgànica i no hi han emissions.• El consum energètic d'ambdós és semblant, de l’ordre de 1 kW·h/kg de material vitrificat