La recuperación de residuos como combustibles y materias primas en la industria cementera , Study Guides, Projects, Research of Industrial design

Download La recuperación de residuos como combustibles y materias primas en la industria cementera and more Study Guides, Projects, Research Industrial design in PDF only on Docsity!

La recuperación de residuos

como combustibles y

materias primas alternativas

en la industria cementera

Producción

Sostenible

de Cemento

LA RECUPERACIÓN DE RESIDUOS COMO COMBUSTIBLES

Y MATERIAS PRIMAS ALTERNATIVAS EN LA INDUSTRIA CEMENTERA

ÍNDICE

Resumen El proceso de fabricación del cemento y del hormigón El coprocesado o recuperación: del residuo al recurso La contribución de la recuperación de residuos a la reducción de las emisiones de CO (^2) La recuperación de residuos no incrementa el impacto medioambiental El impacto de la recuperación de residuos en la calidad del cemento El coprocesado y la Seguridad y Salud La legislación y la guía para la recuperación de residuos o coprocesado Fundación Laboral del Cemento y el Medio Ambiente Una visión general de la industria cementera europea El cemento en Europa

PÁGINA

El principal componente del cemento es el clínker. Este material se produ- ce a partir de materias primas naturales, como la caliza y la arcilla, que se muelen, homogeneizan y se introducen en un horno rotatorio, donde se cuecen a una temperatura de 1.450ºC, necesaria para formar el nuevo com- puesto. Los principales componentes del clínker son los óxidos de calcio, silicio, aluminio y hierro.

Posteriormente, al clínker se le añade yeso y otros materiales (escoria de alto horno, cenizas volantes, puzolanas, caliza, etc...) y conjuntamente se trituran en un molino hasta formar un polvo fino: el cemento.

Por otro lado, para fabricar hormigón se mezclan cemento, áridos y otros materiales apropiados con agua. Cuando el agua y el cemento entran en contacto, éste reacciona y actúa como un ligante entre los otros compo- nentes principales de este material.

EL PROCESO DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO Y DEL HORMIGÓN

El cemento es un producto

esencial que cubre las

necesidades de la sociedad,

proporcionando viviendas

seguras y confortables e

infraestructuras modernas

y fi ables

Proceso de fabricación del cemento

Trabajando juntos para solucionar un importante problema social

En 1999, Bélgica tuvo que enfrentarse a un problema de salud pública urgente que generó mucho interés: cómo tratar miles de toneladas de grasas y harinas animales potencialmente contaminadas. Las autoridades federales concluyeron que el co- procesado en los hornos de la industria cementera era la mejor forma de resolver la crisis y las fábricas belgas fueron requeri- das para ello. Este proceso supuso una solución segura y medioambientalmente sólida para la completa destrucción de los contaminantes en el horno, así como una reducción de emisiones como resultado de la sustitución de combustible.

 Más información: www.febelcem.be

Una situación similar aconteció en Italia en 2001. Las plantas cementeras italianas, de acuerdo con las autoridades, fueron requeridas para tratar una gran cantidad de harinas animales potencialmente contaminadas.

Una circunstancia idéntica se reprodujo en Francia y en algunas Comunidades Autónomas de España a partir de 2002.

Extracción y

preparación de

materias primas

Fabricación

de clínker

Molienda,

almacenamiento

y expedición

La industria cementera europea tiene el compromiso de asegurar que la sociedad disponga de sufi ciente cemento para cubrir sus necesidades y, al mismo tiempo, reducir el uso de combustibles y materias primas no renovables, disminuyen- do así las emisiones. La recuperación de residuos en la industria cementera, también llamada coprocesado, contribuye a alcanzar estos objetivos. El coprocesado es la sustitución de los combustibles y las materias primas tradicionales por residuos adecuados en el proceso industrial.

El coprocesado de residuos en la industria cementera facilita la posibilidad de alcanzar un máximo de sustitución de materiales no renovables. Los tipos de residuos que pueden usarse en una planta cementera varían en función de cada instalación.

Como regla básica, los residuos aceptados como combustible y/o materia prima alternativa deben aportar un valor añadido al horno de cemento en términos de poder calorífi co de la parte orgánica y/o valor material de la parte mineral. Algunos combustibles alternativos cumplirán a la vez ambos requisitos, haciendo difícil formular un criterio general en relación a los materiales que son coprocesados en la industria cementera.

Según las características del proceso de producción, la industria cementera puede coprocesar:

} Combustibles alternativos que tengan un importante poder calorífi co (por ejemplo: aceites usados). } Materias primas alternativas que contengan componentes minerales adecuados para la producción de clínker o cemento (por ejemplo: suelos contaminados). } Materiales que aporten poder calorífi co y proporcionen, al mismo tiempo, componentes minerales (por ejem- plo: lodos de la industria papelera y neumáticos usados).

Sin embargo, no todos los residuos materiales pueden ser coprocesados en la indus- tria cementera. Para decidir cuáles son los materiales apropiados, hay que tener en cuenta diversos factores como la composición química del producto final (cemento), así como el impacto medioambiental en el proceso de producción. Algunos ejem- plos de residuos que no son apropiados para el coprocesado en las plantas de ce- mento son los residuos hospitalarios y sanitarios, las baterías enteras y los residuos municipales no tratados.

Es estrictamente necesario que exista un correcto sistema de control de calidad para todos los materiales utilizados, ya que, de esta forma, se asegura que el coprocesado se lleva a cabo de una manera medioambientalmente segura, manteniendo:

} La seguridad y salud de los trabajadores y los vecinos. } El comportamiento medioambiental del proceso de producción. } La alta calidad del producto fi nal. } Un proceso de producción correcto e ininterrumpido.

Los materiales alternativos usados por la industria cementera provienen exclusiva- mente de residuos seleccionados. Normalmente, éstos necesitan un pretratamien- to (por ejemplo: secado, triturado, mezclado, molienda y homogeneización) y un control de calidad adecuado. Por lo tanto, este pretratamiento es una parte integral de la operación de recuperación. A menudo, los residuos son preparados por pro- veedores externos y expertos en tratamiento de residuos antes de ser utilizados como combustible alternativo.

El COPROCESADO O RECUPERACIÓN:

DEL RESIDUO AL RECURSO

El uso de residuos sólidos

El tratamiento de residuos muni- cipales, comerciales y algunos in- dustriales reduce la necesidad del vertido de residuos orgánicos y re- ciclables. En 1993, las nueve plantas cementeras de Austria empezaron a usar residuos sólidos (residuos de re- ciclados de plástico, papel, textil, …) en mayor o menor medida. Además, algunas compañías están estudian- do la posibilidad de asociarse con empresas que gestionan residuos con el fi n de construir instalaciones de pretratamiento que proporcio- nen combustibles alternativos que se ajusten al proceso de producción del cemento. La industria cementera austriaca co- menzó el coprocesado de neumáti- cos fuera de uso a principios de 1980.

} LOS COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS AHORRAN COMBUSTIBLES FÓSILES

NO RENOVABLES

En 2006, la industria cementera europea utilizó una energía equivalente a 26 millones de toneladas de carbón, combustible fósil no renovable, para la producción de 266 millones de toneladas de cemento. En Europa, los combustibles alternativos representaron el 18% del total, ahorrando 5 millones de toneladas de carbón.

El uso de combustibles alternativos en la industria cementera tiene dos características de particular importan- cia: las condiciones de la combustión (alta temperatura con alto tiempo de permanencia y atmósfera oxidante) y un ambiente natural alcalino de materias primas. Estos escenarios son particularmente favorables para ase- gurar un alto nivel de destrucción de sustancias contaminantes, tales como las dioxinas y los furanos. El informe SINTEF^1 expone que “con una temperatura del material aproximada de 1.450ºC, una temperatura de gases por encima de 2.000ºC y una permanencia de 8 segundos o más en el horno se asegura una completa destrucción de los residuos orgánicos”.

En las fábricas de cemento se han construido instalaciones para recibir, almacenar y utilizar los combustibles alternativos, que a menudo se complementan con plantas de pretratamiento de residuos. Estas instalaciones tienen en cuenta las características de los combustibles alternativos y la regulación relativa a la manipulación de residuos (especialmente en términos de Seguridad y Salud).

La energía que proporciona el coprocesado se utiliza completamente en el proceso de fabricación del clínker. El contenido calorífico puede variar dependiendo del residuo utilizado. Sin embargo, no es sólo el poder calorífico el que cuenta, sino también el contenido mineral del residuo (ceniza), que puede ser utilizado como materia prima alternati- va en la producción del clínker.

(^1) Formación y emisión de COPs en la industria cementera. Segunda edición. SINTEF, 26 de enero de 2006.

La utilización de residuos

como combustibles

alternativos disminuye la

dependencia energética

de los combustibles

tradicionales y, al mismo

tiempo, reduce las

emisiones

En 2007, el sector cementero español utilizó

56.000 toneladas de neumáticos fuera de uso

como combustible alternativo, de las 290.000 t

que se estima que se generaron.

El coprocesado de los neumáticos usados: un ejemplo de éxito permanente

El proceso de fabricación del clínker ofrece la posibilidad simultánea de la recuperación material y ener-

gética de los componentes individuales de los neumáticos. El alto poder calorífico del caucho se utiliza

como sustituto de combustibles y los componentes inertes (principalmente hierro y aluminio) como

sustitutos de materias primas. Además, si la materia prima natural no contiene suficiente hierro, el uso de

neumáticos ayuda directamente a obtener los requerimientos necesarios del producto. Basándose en

una larga y exitosa experiencia en el coprocesado de neumáticos, Alemania los ha incluido en la lista de

materiales apropiados para el proceso de fabricación del clínker. Es necesario señalar que los neumáticos

contienen una cantidad significativa de carbono biogénico (31% debido al contenido de caucho natural)

y, por lo tanto, su utilización implica directamente una reducción del CO 2. Dependiendo del lugar del

proceso por donde se introduzcan, los neumáticos pueden contribuir significativamente a la reducción

de las emisiones de óxido de nitrógeno.

} Materias primas alternativas: sustitución de recur-

sos naturales no renovables

En 2006, aproximadamente el 5% de las materias primas utili- zadas en la producción de clínker fueron materias primas alter- nativas: un total de 14,5 millones de toneladas.

Las materias primas alternativas se pueden utilizar para susti- tuir las materias primas tradicionales extraídas de las canteras, como las arcillas, es- quistos y calizas que se introducen en el hor- no. Algunos ejemplos de materias primas alternativas son los suelos contaminados, residuos de limpieza de carreteras y otros residuos que contie- nen hierro, aluminio o sílice, tales como cenizas volantes y escorias de alto horno. Las materias primas alternativas deben tener una adecuada composición química para asegurar que proporcionan los componentes necesarios para la formación del clínker.

} El cemento: sustitución del clínker por componentes alternativos

El cemento en Europa se tiene que fabricar de acuerdo a la norma armonizada EN 197-1 que recoge los 27 cementos más comunes según sus componentes principales. Como se ha mencionado, el principal componente del cemento es el clínker. Dependiendo del tipo de cemento que se desee producir, parte del clínker se puede sustituir por componentes alternativos. Los dos principales ejemplos son las escorias de alto horno, un subproducto del proceso de fabricación del hierro, y las cenizas volantes, uno de los residuos generados de la combustión del carbón en las centrales térmicas.

El uso de materias primas

alternativas proporciona

numerosos benefi cios,

entre los que podemos

destacar la menor

necesidad de explotación

de canteras y una mejora en

la huella medioambiental

de tales actividades

La sustitución de parte del clínker en la producción de los

diferentes tipos de cemento es otro ejemplo de la contribución

positiva de la industria cementera a la gestión de los recursos

De los 60 millones de

toneladas de materias

primas que se consumieron

en el año 2007 para fabricar

cemento en España,

5,7 millones procedían de

residuos o subproductos

industriales, con lo que se

evitó el vertido de unos 90

estadios de fútbol llenos de

residuos.

En 2007 se usaron en España 5,2 millones de toneladas de escorias y

cenizas volantes como componentes alternativos del cemento, con lo

que se evitó la emisión de más de 4 millones de toneladas de CO 2.

Las emisiones del horno de cemento provienen de las reacciones físicas y químicas de las materias primas y de la combus- tión de los combustibles. Los principales componentes de los gases emitidos por el horno de cemento son el nitrógeno del aire de combustión, el CO 2 de la calcinación y la combustión, el vapor de agua del proceso de combustión y de las materias primas y el exceso de oxígeno. Los gases emitidos contienen una mínima cantidad de polvo, cloruros, fluoruros, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y una can- tidad aún más pequeña de componentes orgánicos y metales pesados.

Impacto del coprocesado en las emisiones del horno:

} SO 2 : Los combustibles alternativos no tienen infl uencia en las emisiones totales de SO 2. } NOx: Los combustibles alternativos no implican emisiones más al- tas de NOx, siendo éstas en algunos casos incluso menores. } COT: No hay ninguna relación entre el uso de combustibles alternativos y el nivel de emisiones de COT. } PCDD/PDCF: No se detecta ninguna diferencia en las emisio- nes de dioxinas y furanos cuando se usan combustibles alter- nativos. } HCl: Las emisiones de HCl varían independientemente del combustible utilizado, en función de las materias primas y el ciclo cloro-álcali del horno. } HF: No hay diferencia apreciable en las emisiones de HF cuan- do se usan combustibles alternativos. } Metales pesados: Las emisiones varían independientemente del combustible utilizado. Sin embargo, cerca del 100% de ellos que- dan retenidos en el clínker o en el polvo del horno de cemento (CKD) como componentes no lixiviables. En todo caso, los com- bustibles alternativos sufren un riguroso procedimiento de acep- tación e inspección antes de ser utilizados. } Polvo: Las emisiones de polvo no varían cuando se usan com- bustibles alternativos, ya que dependen del fi ltro existente.

LA RECUPERACIÓN DE RESIDUOS NO INCREMENTA

EL IMPACTO MEDIOAMBIENTAL

El uso de combustibles

alternativos apropiados

no tiene ningún impacto

negativo en las emisiones

Lodos de depuradora: una solución polifacética

Hasta hace poco, la única solución para los lodos de depuradora era tirarlos en un vertedero o utilizarlos en la agricultura. Sin embargo, ahora se pueden utilizar como combustible y materia prima alternativos en el proceso de fabricación del clínker. Es importante precisar que hay un excedente de lodos y, por lo tanto, es necesario estudiar formas alternativas de procesamiento. Holanda y España son dos ejemplos de países donde la industria cementera proporciona soluciones para los lodos de depuradora.

Desde marzo de 2000, la planta de cemento de ENCI ubicada en Maastricht (Holanda) ha estado trabajando, junto con la planta de depuración de Limburg, recibiendo lodos pretratados de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Hoy, 80.000 toneladas de lodos secos de depuradora son procesados anualmente en el horno, que tiene una capacidad de producción de 865.000 toneladas de clínker al año.

En 2005, el sector cementero alcanzó un acuerdo con la Generalitat de Catalunya, los sindicatos y las administraciones locales para realizar una prueba, utilizando los lodos de depuradora que no pueden usarse en la agricultura como sustitutos del coque de petróleo, con el objetivo de medir su comportamiento medioambiental.

El coprocesado de

residuos no tiene ningún

impacto negativo en el

medio ambiente ni en la

calidad técnica del producto

El coprocesado en la industria cementera no tiene ningún impacto negativo en la seguridad y salud de sus trabajadores y vecinos

Todo el cemento producido en la UE debe cumplir la normativa europea sobre cada uno de los materia- les utilizados, por lo tanto, la industria cementera los controla y selecciona cuidadosamente.

Dependiendo de la cantidad de materias primas y combustibles alternativos utilizados, la concentra- ción individual de los elementos en el producto fi nal podría variar mínimamente como resultado del coprocesado de residuos. Sin embargo, este hecho tiene pocas consecuencias, ya que los combustibles y las materias primas alternativas están compuestos básicamente por los mismos elementos que las materias naturales, por lo que no tienen ningún impacto negativo en la calidad del producto fi nal.

La lixiviación de metales pesados en el hormigón y en el mortero es mínima porque se mantienen firme- mente atrapados en la matriz cristalina del producto. Las pruebas realizadas por organismos independien- tes en hormigones y morteros han demostrado que la concentración de metales en los lixiviados es nota- blemente más baja que la que prescriben las legisla- ciones nacionales y europeas. Además, el almacena- miento en condiciones extremas no ha dado lugar a emisiones significativas.

EL IMPACTO DE LA RECUPERACIÓN DE RESIDUOS

EN LA CALIDAD DEL CEMENTO

La industria cementera europea está comprometida con la seguridad y salud de sus trabajadores y vecinos. Los residuos recuperados se han sometido a todos los análisis necesarios sobre seguridad y salud, al igual que se realizan con los combustibles fósiles, las materas primas naturales y otros componentes. Estas pruebas se han realizado con los procedimientos adecuados que incluyen los equipamientos de prevención y protección del personal y las instalaciones de almacenamiento expecifi cas más seguras para cada material.

EL COPROCESADO Y LA SEGURIDAD Y SALUD

Caso de estudio en Secil-Outão

Intertox ha realizado una pormenorizada evaluación de riesgos del coprocesa- do en Outão (Portugal) para estimar las potenciales emisiones peligrosas que podría suponer para la salud humana y el ecosistema. Esta práctica se calculó en el “peor escenario posible”, simulando el efecto acumulado de las situaciones me- nos favorables con el fin de determinar si los niveles de emisión podrían suponer un riesgo para la salud y el medio am- biente. Se concluyó que el coprocesado no tiene ningún impacto en la salud de la población o el medio ambiente local.

ÂMás información: www.secil.pt

En España, el sector cementero participó voluntariamente en el Inventario Nacional de Dioxinas y Furanos realizado por el CIEMAT (perteneciente al Ministerio de Medio Ambiente), concluyéndose que la media de emisión sectorial es diez veces menor que los límites legales más estrictos. Igualmente, evidenciaba que no existe diferencia entre las emisiones cuando se utilizan combustibles fósiles convencionales o coprocesando residuos en sustitución parcial del combustible.

El cemento juega un papel clave en nuestras vidas: es un material básico para la construcción de vi- viendas, carreteras, escuelas, hospitales, presas y puertos e incluso se puede utilizar en la arquitectura decorativa, como mesas y librerías.

El cemento es un polvo inorgánico, fi namente molido y no metálico que, cuando se mezcla con agua, forma una pasta que fragua y se endurece. Se utiliza principalmente para producir hormigón actuando como el ligante de otros ingredientes como la arena y la grava y representa típicamente el 12% de la mezcla.

El hormigón es la segunda sustancia más consumida en la Tierra después del agua y es un producto esencial e irremplazable para la construcción. Como material de construcción contribuye positivamen- te a la obtención de una mayor efi ciencia energética de los edifi cios y tiene una probada resistencia al fuego. En relación con la lucha contra el cambio climático, el hormigón ofrece, además, soluciones para la prevención de inundaciones y otras situaciones adversas del clima.

UNA VISIÓN GENERAL DE

LA INDUSTRIA CEMENTERA EUROPEA

Consumo per cápita de cemento en 2007

(*) Datos no disponibles

(^576556)

690

497

340

491 392 401 331

397

687

750

375

0

1.275 (^) 1.

798

(^262 )

601 546

606

453

738

(^436433) 366 305

380

784

ATBEBGHRCZDKEEFI FRDEHUIE IT LVLT LUNLNOPLPTROSI ESSECHTRUKGR*

CEMBUREAU

546

UUU

39

RRR KKK^ *

2222233

01

2222233

HHH^ R KKK

2

6066 6060

RRR

62

EEE

2

HH

2222266

SSS

2222266

IIS S EEE

798

OOO S^ SSS

53

TTT^ IS

4444455

738

44444455

LLL T OOO

33

OOO^ L^ TTT

(^43643) 6

(^643)

LLL LLL

666

UUU OOO

333363333666

TTT U LLL

05

VVV T UU

3333030

80 3333300

TTT V TTT

333388

84

333388

EEE VVV

777787777888

UUU TTT

397

EEE U EEE

31

RRR E UU

401 333333333333333

EEE

92

IIF RRR

0

491 333399

EEE F

333399

KKK IIF

400

ZZZ K EEE

97

33333433333444

RRR KKK

6 44444499

687

44444499

GGG ZZZ

566

EEE RRR

(^76 )

GG

555577

690

TTT E

555577

EEE

La Asociación Europea de Fabricantes de Cemento (CEMBUREAU) tiene su sede en Bruselas y es la repre- sentante de la industria cementera en la UE. Actualmente, sus miembros son las asociaciones nacionales y las empresas de cemento de la Unión Europea (con la excepción de Chipre, Malta y Eslovaquia), ade- más de Noruega, Suiza y Turquía. Croacia también es un miembro asociado de CEMBUREAU.

En 2007, los miembros de CEMBUREAU produjeron un total de 325 millones de toneladas de cemento. El consumo de cemento medio per cápita de los países miembros de la entidad en 2007 fue de 546 kg. Por otro lado, en los 27 estados miembros de la UE se produjeron aproximadamente 270 millones de toneladas, lo que supone un 12% de la producción mundial.

Producción de cemento en 2007

CEMBUREAU

10 EL CEMENTO EN EUROPA

Rue dÁrlon 55, BE-1040 Brussels, Belgium www.cembureau.eu

C/José Abascal, 53, 1º 28003 Madrid España www.ofi cemen.com

C/ José Abascal 57, 4º 28003 Madrid España www.fundacioncema.org