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Estudio sobre la aplicación de la tecnología de membranas para la recuperación del ácido Fosfórico de las aguas de lavado en el proceso de anodizado del aluminio

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Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química i Metal·lúrgia

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[spa] La anodización es un proceso electrolítico que convierte la superficie metálica en un recubrimiento de óxido insoluble. El aluminio es el material anodizado con más frecuencia. El llamado “abrillantado” del aluminio se realiza comúnmente con baños de ácido fosfórico concentrado. Después de la anodización, las piezas deben enjuagarse cuidadosamente, y es en ésta operación en la que se produce una dilución de la solución del baño arrastrada en la capa de óxido formada.

Es en este aspecto donde se plantea la mejora de la calidad medioambiental del sector mediante un plan de recuperación y reutilización de los ácidos diluidos en las aguas de lavado, especialmente del ácido fosfórico.

Las membranas son una herramienta atractiva que ofrece un amplio rango de aplicaciones, especialmente en el campo de la alimentación, bebidas, bioquímica, etc. Hay muchos ejemplos que pueden encontrarse en el tratamiento de efluentes, la desalinización de aguas o la concentración de soluciones. La separación de diferentes componentes se consigue por la acción de una membrana separadora y por la influencia de una fuerza impulsora a ambos lados de la membrana (presión, concentración, campo eléctrico).

Son objetivos de este trabajo:

Realizar un aporte a la investigación sobre la recuperación de materia prima en efluentes industriales mediante técnicas de membrana

El eficaz aprovechamiento de la materia prima mediante el reciclado de los ácidos a los baños de anodizado

La reducción del volumen de aguas residuales finales, con la correspondiente reducción en la contaminación ambiental del medio receptor

La elaboración de una propuesta técnico-económica innovadora en el sector del recubrimiento metálico

Los principales resultados obtenidos son:

Se ha encontrado que las membranas de nanofiltración DK de Osmonics y la MPF-34 de Koch permiten una adecuada separación entre el Al3+ y los ácidos fosfórico y sulfúrico de las aguas de lavado. Los rechazos promedio (del ensayo de concentración) de Al3+ y H3PO4 para la membrana MPF-34 son de 99,7% y de 66,9% respectivamente y para la membrana DK de 99,5% y de 32,3% respectivamente.

- Se han desarrollado expresiones para poder estimar adecuadamente los rechazos de Al3+, H3PO4 y H2PO4- en función de la composición del alimento con la membrana MPF-34. Se ha visto que estos valores son los intrínsecos de la membrana. Estas expresiones se obtuvieron mediante un estudio fenomenológico debido a que la complejidad del problema no permite hacerlo desde el punto de vista mecanístico.

Se ha encontrado que la estabilidad de la membrana DK en el medio ácido del alimento es suficiente para asegurar un funcionamiento adecuado a nivel industrial.

Un tratamiento utilizando la membrana DK permite una recuperación del 73% del ácido fosfórico. En el ácido fosfórico recuperado la relación Al/H3PO4 es de 0,11% en peso mientras que en la disolución alimento inicial era de 6%.

Se ha visto que las membranas tanto poliméricas como cerámicas con un PMC de 1000 Da o más no permiten una recuperación adecuada del ácido fosfórico, debido a que el máximo rechazo de Al alcanzado ha sido del 58%.
Para las condiciones estudiadas y debido a la naturaleza del las disoluciones tratadas la electrodiálisis no permite una recuperación adecuada del ácido fosfórico

Se ha visto que la UFAP no permite separar el Al debido a que no es posible formar complejos Al-Polímero en medios ácidos como el del alimento. La adición de especies que permitan variar el pH de las disoluciones complicaría la recuperación del ácido debido a la presencia de impurezas adicionales.

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[eng] Most of the hazardous waste in a metal finishing operation comes from the wastewater generated by rinsing operations. The acidic solution that is dragged out from the bath into the following rinsing tanks is the primary source of contamination of rinse water. The use of acidic solutions is very common in metal processing. Sulphuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, chromic acid and nitric acid are used in chemical bath for anodising, galvanising, brightening, plating and pickling process. The known strategies to reduce the pollution in the wastewater effluent are based on the recovery of contaminant compounds to be recycled to the process reducing the expense in fresh compounds. By definition, recycling includes all measures in order to reduce volume of effluent by recovery raw materials from wastewaters.

Membrane separation has become a competitive technology to traditional water treatment processes because of highly effective in removing most inorganic and organic contents to produce a very pure effluent.

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Tesis Doctorals - Departament - Enginyeria Química i Metal·lúrgia

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Estudio sobre la aplicación de la tecnología de membranas para la recuperación del ácido Fosfórico de las aguas de lavado en el proceso de anodizado del aluminio