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Geofusión

GeoMelt es un proceso mediante el cual se mezclan materiales peligrosos y contaminados (como desechos radiactivos [ 1 ] y metales pesados ​​[ 2 ] ) con tierra limpia, una mezcla...

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GeoMelt es un proceso mediante el cual se mezclan materiales peligrosos y contaminados (como desechos radiactivos [ 1 ] y metales pesados ​​[ 2 ] ) con tierra limpia, una mezcla de minerales industriales y/o frita de vidrio, y se funden para crear un producto de vidrio extremadamente duro y resistente a la lixiviación. [ 3 ] La vitrificación inmoviliza casi todos los contaminantes inorgánicos (es decir, radionúclidos y metales pesados) presentes en la mezcla inicial mediante su incorporación a la matriz de vidrio. [ 4 ] Los desechos orgánicos en la masa fundida se destruyen por pirólisis , y los contaminantes gaseosos liberados durante el proceso de fusión se tratan por separado. [ 5 ]

Desarrollado en 1980 por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía de los Estados Unidos [ 6 ] (PNNL), el proceso GeoMelt se implementa de dos maneras: tratamiento in situ (en el lugar) de desechos radiactivos y peligrosos enterrados, y vitrificación en contenedor (ICV), que es un tratamiento ex situ donde los desechos radiactivos y peligrosos se vitrifican en un contenedor de acero revestido refractario. [ 3 ]

Proceso

Vitrificación

La geofusión se basa en el principio de vitrificación , el proceso mediante el cual se forma el vidrio. Para vitrificar eficazmente cualquier mezcla de materiales, deben estar presentes sustancias que contribuyan a la formación del vidrio (denominadas formadoras de vidrio). [ 1 ] Estas formadoras de vidrio suelen contener silicio y oxígeno y están presentes en la mayoría de los suelos.

Gran parte de la eficiencia de este proceso tiene que ver con la cantidad de material de desecho que se puede mezclar con los formadores de vidrio. Las fundiciones a escala industrial han demostrado que se forma un compuesto de vidrio estable incluso cuando la mezcla fundida original tiene hasta un 33-40% de material de desecho en peso, [ 1 ] [ 3 ] [ 5 ] dependiendo del tipo de desecho.

Fusión

Primero, los residuos se mezclan con tierra que contiene formadores de vidrio en un gran contenedor equipado con electrodos (conductores eléctricos) adecuados para calentar la mezcla. El contenedor utilizado puede ser subterráneo [ 7 ] (vitrificación planar subsuperficial, o SPV) o superficial (vitrificación en contenedor, o ICV). [ 7 ] En ambos casos, la mezcla de residuos y tierra se carga en el contenedor y el proceso de calentamiento comienza cuando se encienden los electrodos. Debido a las restricciones de espacio, no toda la mezcla puede fundirse al mismo tiempo. Los materiales más cercanos a los electrodos se funden primero, y las corrientes de convección (movimientos de sustancias en un fluido) dentro de la mezcla fundida continúan agregando más material sólido al material fundido. Después de aproximadamente 36-58 [ 8 ] horas, toda la mezcla está fundida y las corrientes de convección crean homogeneidad (distribución uniforme de los componentes) dentro de la mezcla resultante. [ 9 ]

Vitrificación planar subsuperficial (SPV)

En la vitrificación planar subsuperficial, todas las operaciones de fusión se realizan en el sitio de contaminación. Se excava una caverna estrecha y muy alta (de unos 6 metros de profundidad) [ 9 ] en el suelo contaminado, que sirve como contenedor de fusión. Se colocan electrodos muy grandes dentro de la caverna para optimizar los tiempos de fusión. [ 5 ] Los residuos peligrosos se mezclan con el suelo dentro de la caverna y se inicia la fusión. Una vez formado el producto de vidrio, se deja en el suelo [ 10 ] o se traslada a una instalación de eliminación.

Ventajas

Las fundiciones SPV no requieren mucha inversión de capital, ya que la única construcción necesaria es la caverna que debe excavarse y la recuperación de la masa vitrificada después de la fusión. [ 11 ] Las fundiciones SPV cuestan aproximadamente entre $355 y $461 por tonelada [ 12 ] de residuos procesados. En comparación con el costo de eliminación de $555 por kilogramo [ 13 ] (o $500 000 por tonelada) de residuos nucleares, SPV es muy rentable. También hay muy poco riesgo de lesiones laborales porque el proceso de fusión se realiza bajo tierra y lejos de los trabajadores en el sitio. [ 10 ] Finalmente, las cavernas de fusión no tienen restricciones de tamaño, [ 5 ] por lo que SPV puede manejar volúmenes muy grandes de residuos a la vez.

Desventajas

La SPV no está exenta de inconvenientes. Para realizar una fusión SPV, es necesario trasladar todos los materiales y el personal al lugar de fusión, [ 9 ] por lo que deben considerarse los costos de transporte de ambos. Una vez eliminados o destruidos todos los contaminantes en el sitio, el proyecto debe reubicarse para continuar las operaciones. Las fusiones no pueden comenzar inmediatamente después de la llegada del equipo de tratamiento, ya que se necesitan varias horas para excavar las cavernas y colocar los electrodos en su interior. [ 5 ]

Vitrificación en contenedor (VCC)

La vitrificación en contenedores se lleva a cabo en superficie, en un contenedor de metal resistente al calor recubierto con una capa protectora de arena. [ 14 ] La arena separa las paredes del contenedor de la mezcla fundida y da forma al producto de vidrio una vez enfriado. [ 15 ] Las fusiones se realizan en rápida sucesión; una vez que una se enfría, se carga otro contenedor de residuos con electrodos y el proceso comienza de nuevo. El vidrio vitrificado se envía entonces a una planta de tratamiento de residuos. [ 1 ]

Ventajas

Debido a que estas fundiciones se realizan en una planta de tratamiento, todas las fundiciones son eficientes y se centralizan en esa ubicación. [ 16 ] Las mezclas de residuos y tierra se cargan y procesan sistemáticamente en la planta. Dado que las mezclas se funden en superficie, las máquinas no tienen que excavar el producto de vidrio como en las fundiciones de SPV. Los contenedores de fundición también se utilizan para transportar el vidrio, [ 3 ] por lo que hay menos transferencias involucradas en la eliminación del vidrio.

Desventajas

Las fusiones ICV también tienen sus desventajas. La principal preocupación es el costo. El proceso ICV requiere una planta de tratamiento, lo que implica la construcción de una nueva planta o la renovación de una existente para adaptarla al nuevo proceso. Ambos métodos requieren una inversión de capital considerable . Incluso después de que la planta esté preparada, las fusiones ICV cuestan alrededor de $1,585 por tonelada [ 12 ] de residuos procesados ​​(3-4 veces el costo de una fusión SPV). Este costo adicional se debe a las precauciones de seguridad necesarias en la planta. Por ejemplo, el proceso de fusión se lleva a cabo a  temperaturas muy altas (1200 a 2000 °C) [ 17 ] , y parte de este calor se dispersa por toda la planta; por lo tanto, se necesita refrigeración y ventilación adecuadas en las áreas donde hay trabajadores [ 18 ] .

Tratamiento de gases residuales

Mientras la mezcla contaminada se funde, se liberan gases (llamados gases de escape ) [ 19 ] , que son sustancias peligrosas en sí mismas. Estos gases son capturados por una campana extractora de acero [ 20 ] y enviados a través de un sistema de tratamiento [ 1 ] que luego elimina aproximadamente el 99,9999% de los contaminantes. [ 1 ] [ 21 ] Los procedimientos de tratamiento estándar abarcan desde la filtración [ 1 ] hasta el lavado húmedo [ 20 ] [ 22 ] (utilizando líquido para eliminar contaminantes gaseosos), aunque los procedimientos exactos dependen de los gases que se estén tratando.

Aplicaciones

Los materiales peligrosos suelen ser muy difíciles de eliminar y tratar. [ 23 ] Los contaminantes pueden filtrarse en el suelo, [ 24 ] estar contenidos en un lodo, [ 25 ] o estar presentes en los núcleos de reactores nucleares gastados. [ 26 ] Independientemente de dónde exista un peligro, cada uno requiere un método diferente de tratamiento y eliminación utilizando procesos estándar de gestión de residuos. Sin embargo, con la geofusión, el proceso de tratamiento (fusión) es esencialmente el mismo [ 27 ] para cada lote, al igual que el vidrio producido, independientemente de los contaminantes en la mezcla. Debido a esta versatilidad, la geofusión se emplea en muchas operaciones de control de riesgos. [ 3 ]

Productos orgánicos

GeoMelt se utiliza para tratar una variedad de residuos orgánicos, incluidos aceites, pesticidas [ 28 ] y herbicidas, solventes [ 29 ] y contaminantes orgánicos persistentes, incluidos bifenilos policlorados (PCB), dioxinas y furanos (GeoMelt está permitido por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) como un método de tratamiento térmico aprobado para PCB en todo Estados Unidos [ 30 ] Estos residuos son carcinógenos [ 31 ] (sustancias que causan cáncer) y a menudo afectan funciones corporales críticas (por ejemplo, la respiración) con el tiempo. El proceso de fusión destruye los compuestos orgánicos porque ningún material orgánico puede sobrevivir a las altas temperaturas del proceso de fusión. [ 1 ]

Inorgánicos

Los contaminantes inorgánicos, como los metales pesados ​​(metales tóxicos como el mercurio , el cadmio y el plomo [ 32 ] ), se liberan al medio ambiente a través de fugas industriales y desechos automovilísticos [ 33 ] . Si no se controlan, estos peligros inorgánicos pueden deteriorar los ecosistemas [ 34 ] y causar enfermedades mentales y físicas [ 32 ] en los seres humanos. Independientemente de la mezcla de metales, la geofusión aísla estos metales pesados ​​en una matriz de vidrio y evita que lleguen al medio ambiente [ 6 ] , eliminando así la amenaza que representan para el entorno.

Materiales radioactivos

Desde la aparición de las centrales nucleares, la contaminación nuclear (la dispersión de materiales radiactivos) se ha convertido en un problema para el medio ambiente. La cantidad de radiación en los materiales radiactivos puede ser peligrosa para los organismos vivos, [ 35 ] por lo que es importante eliminar toda la contaminación nuclear. Los residuos nucleares siguen siendo peligrosos de forma natural durante cientos de años, [ 36 ] pero al procesarlos mediante geofusión, los materiales radiactivos se inmovilizan. [ 37 ]

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 K.G. Finucane; LE Thompson; T. Abuku; H. Nakauchi (24–28 de febrero de 2008). "Tratamiento de residuos de amianto mediante el proceso de vitrificación GeoMeltⓇ" (PDF) . Conferencia Waste Management 2008 : 3. Recuperado el 11 de octubre de 2013 .
  2. ↑ John Vijgen; Ron McDowall. "Especificaciones y hoja de datos de la tecnología GeoMelt" (PDF) . Consultado el 22 de octubre de 2013 .
  3. 1 2 3 4 5 Kurion, Inc. "GeoMelt" . Archivado del original el 13 de octubre de 2013. Recuperado el 11 de octubre de 2013 .
  4. ↑ Fraser, Don; Leo Thompson. Proceso GeoMelt: una alternativa para el tratamiento de residuos de plaguicidas y suelos (PDF) . 6.º Foro Internacional HCH y Plaguicidas. pág. 553. 
  5. 1 2 3 4 5 Morse, MK; BR Nowack; LE Thompson (26 de febrero - 2 de marzo de 2006). "Tratamiento de vitrificación planar subsuperficial de residuos TRU problemáticos: estado de un programa de demostración de tecnología" (PDF) . Conferencia WM '06 : 2.
  6. 1 2 Kurion, Inc. "Kurion adquiere GeoMelt® para ampliar sus soluciones de vitrificación" . Consultado el 22 de octubre de 2013 .
  7. 1 2 Thompson, LE (27 de febrero de 2002). Análisis de costos de tratamiento de residuos mixtos para una gama de configuraciones del proceso de vitrificación GeoMelt . Simposio Waste Management 2002, Tucson, AZ (EE. UU.), 24/02/2002-28/02/2002. OSTI 828961 . 
  8. ↑ KG Finucane; LE Thompson; T. Abuku; H. Nakauchi (24–28 de febrero de 2008). "Tratamiento de residuos de amianto mediante el proceso de vitrificación GeoMeltⓇ" (PDF) . Conferencia Waste Management 2008 : 6. Consultado el 11 de octubre de 2013 .
  9. 1 2 3 Morse, MK; BR Nowack; LE Thompson (26 de febrero - 2 de marzo de 2006). "Tratamiento de vitrificación planar subsuperficial de residuos TRU problemáticos: estado de un programa de demostración de tecnología" (PDF) . Conferencia WM '06 : 7.
  10. 1 2 Morse, MK; BR Nowack; LE Thompson (26 de febrero - 2 de marzo de 2006). "Tratamiento de vitrificación planar subsuperficial de residuos TRU problemáticos: estado de un programa de demostración de tecnología" (PDF) . Conferencia WM '06 : 3.
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  • Artículo del boletín de energía archivado el 23 de septiembre de 2006 en Wayback Machine.