ES2563099B1 - Procedimiento de tratamiento de residuos sólidos urbanos - Google Patents

Abstract

Procedimiento de tratamiento de RSU que comprende cuatro entradas (I1 - I4) de residuos:#- entrada de biomasa (I1), de materiales orgánicos vegetales;# entrada de orgánicos (I2), de introducción de residuos orgánicos mezclados;#- entrada de mezcla (I3), de residuos sin clasificar;#- entrada de secos (I4), de materiales reciclables ya segregados en origen;#y una pluralidad de salidas (O1-O13) agrupadas en:#- salidas de biomasa (O1-O3);#- salidas de biogás (O4-O6);#- salidas de plásticos (O7-O9);#- salidas especializadas (O10-O13), por donde se extraerá el resto de materiales recuperables.#Los flujos de residuos de las diferentes entradas (I1-I4) se cruzan y mezclan en dirección de las salidas (O1-O13).

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento de tratamiento de residuos solidos urbanos SECTOR DE LA TECNICA

La presente invencion se refiere a un procedimiento integral de tratamiento de residuos solidos urbanos (RSU). Con el se consigue la maxima recuperacion y aprovechamiento de los materiales contenidos en los RSU.

ESTADO DE LA TECNICA

La recogida y reciclado de RSU es uno de los mayores problemas que afectan a los municipios o diputaciones, en tanto obligan a un gran equipamiento para su recogida, y pueden causar grandes problemas ambientales si no se tratan adecuadamente. Ademas, estos residuos poseen materias recuperables y reciclables que poseen un gran valor economico y su separacion permite reducir la huella ecologica de la poblacion.

Generalmente, las instalaciones de tratamiento de RSU poseen una o mas llneas independientes que tratan los residuos recogidos de forma separada. Cada llnea trata un tipo de residuos. Aquellos elementos que no corresponden a ese tipo, ya sea se tratan en una derivacion propia, con lo que cada llnea tiene que estar preparada para todo tipo de residuos, se almacenan provisionalmente para su traslado posterior a la llnea adecuada o finalizan su tratamiento y recuperacion acabando en el vertedero o incineradora. Mencionar que la gran mayorla de plantas para el tratamiento de residuos y el reciclaje suelen tener un Indice de reciclaje alrededor del 65%, por lo que aun existe la necesidad de incrementar estos Indices.

El solicitante no conoce ningun procedimiento similar al de la invencion.

BREVE EXPLICACION DE LA INVENCION

La invencion consiste en un procedimiento de aprovechamiento de RSU segun las reivindicaciones. Este es un procedimiento versatil y potente que permite variar la entrada y la salida del procedimiento y resuelve, en sus diferentes variantes, los problemas del estado de la tecnica.

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La invention permite con su versatilidad la separation, reciclaje y valorization de hasta el 95% de los RSU, permitiendo al cruzar los diferentes flujos de residuos que todas las materias reciclables o recuperables se dirijan a los medios de separacion o clasificacion mas adecuados, reduciendo la inversion y optimizando el resultado. De esta forma se reducen los residuos sin valorizar que en los procedimientos actuales acaban en incineradoras o gasificadoras de alta temperatura, con el riesgo para la salud que implican, o en vertederos.

Por otro lado, al dividirse las entradas en las cuatro que se indicaran mas adelante, solo requiere que el ciudadano separe sus residuos en origen en unicamente dos contenedores diferentes: fraction humeda, con el material organico, y fraction seca con el papel, envases, vidrio,... De esta forma simplifica la separacion por parte de los ciudadanos y empresas, ademas de facilitar la gestion al municipio o empresa de recogida, pues solo requiere dos sistemas de recogida en paralelo.

Es un procedimiento integral de tratamiento de residuos solidos urbanos que comprende varias entradas diferenciadas de residuos, cuatro generalmente, siendo:

- Una entrada de biomasa, de materiales organicos vegetales.

- Una entrada de organicos, de introduction de residuos organicos mezclados procedentes de la recogida selectiva de materia organica.

- Una entrada de mezcla, de residuos sin clasificar ni separar.

- Una entrada de secos, de materiales reciclables ya segregados con respecto a la organica en origen, asl como tambien vidrio, plasticos, tejidos, carton y papel, etc.

Una vez realizado el tratamiento, se obtienen productos valorizados por una pluralidad de salidas agrupadas en:

- salidas de biomasa.

- salidas de biogas.

- salidas de plasticos.

- salidas especializadas, por donde se extraera el resto de materiales recuperables.

De forma novedosa, los flujos de residuos desde cada una de las entradas podran cruzarse y combinarse, de forma que :

- los flujos de residuos desde la entrada de biomasa permiten la extraction del material tratado por las salidas de biomasa o las salidas de biogas.

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- los flujos de residuos desde la entrada de organicos permiten la extraction del material tratado por las salidas de biomasa o las salidas de biogas.

- los flujos de residuos desde la entrada de secos permiten la extraction del material tratado por las salidas de plasticos o las salidas especializadas.

- los flujos de residuos desde la entrada de mezcla permiten la extraction de material desde cualquier tipo de salida.

Preferentemente, las salidas de biomasa son una salida de pellet de biomasa, una salida de etanol celulosico y una salida de compost.

Preferiblemente, las salidas de biogas se seleccionan entre una salida de cogeneration como energla electrica o calor por la combustion del biogas, una salida de gas natural tras una fase de extraction del dioxido de carbono, una salida de metanol mediante oxidation catalltica del metano o combinaciones de las mismas.

Finalmente, las salidas de plasticos seran preferentemente una salida de pellets plasticos de material con alta pureza, una salida de mixtos, y una salida de cracking catalltico, par la extraction de material para fabrication de combustibles.

Parte de los residuos de material sintetico (plasticos de poco valor comercial, tejidos sinteticos,...) podra ser utilizados para la fabrication de combustibles por medio de un proceso de cracking catalltico. Los textiles naturales tales como por ejemplo algodon, as! como papel, y carton de bajo valor comercial, serrln, etc., podran ser utilizados como materia prima para la fabrication de etanol-celulosico, por medio de una fermentation acetogenica.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Para una mejor comprension de la invention, se incluyen las siguientes figuras.

Figura 1: diagrama de flujo segun un ejemplo de realization.

Figura 2: parte del diagrama de la realization de la figura 1, con mas detalle: preclasificacion y separation tras la entrada de mezcla.

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Figura 3: parte del diagrama de la realization de la figura 1, con mas detalle: procesado de la biomasa.

Figura 4: parte del diagrama de la realizacion de la figura 1, con mas detalle: procesado del biogas.

Figura 5: parte del diagrama de la realizacion de la figura 1, con mas detalle: salida de pellets plasticos.

Figura 6: parte del diagrama de la realizacion de la figura 1, con mas detalle: salida de cracking catalltico.

MODOS DE REALIZACION DE LA INVENCION

A continuation se pasa a describir de manera breve un modo de realizacion de la invention, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de esta.

En los diagramas de flujo de las figuras, las llneas continuas y de puntos marcan flujos de material y/o energla, mientras que las llneas discontinuas marcan una direction general de proveniencia o destino, pudiendo haber elementos o etapas entre medias.

El procedimiento de la invencion comprende una pluralidad de entradas (I1-I4) y de salidas (O1- O13), con flujos cruzados que permiten al material que se introduce por una entrada (I1-I4) pueda salir por la mas conveniente, una vez separado y clasificado.

En particular, el procedimiento puede trabajar con residuos segregados en origen de la fraction organica, por recogida selectiva, o con una entrada humeda que mezcle todos los residuos. Como ventaja para el usuario, la introduction de los RSU se realizara generalmente a partir de dos contenedores, uno con la fraccion "humeda”, con materia organica, y otra con la fraccion "seca” que incluye el plastico, los tetrabrik, los metales y el resto de elementos separables.

En la figura 1 se aprecia un diagrama de flujo tipo. En ella se aprecian las cuatro entradas (I1-I4):

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- Entrada de biomasa (I1), por donde se introducen los residuos de podas, corte de cesped y otros materiales organicos. Tambien puede tratar restos de paja, bagazo de cana de azucar u otros residuos adecuados de plantas industriales.

- Entrada de organicos (I2), donde se introducen los residuos organicos cuando la recogida de basura es selectiva. Igualmente se podra incluir materia organica de otros orlgenes, como por ejemplo mataderos o curtidores.

- Entrada de mezcla (I3), para la entrada mezclada de todos los materiales sin preclasificar ni segregados en origen.

- Entrada de secos (I4), para los materiales reciclables ya segregados en origen o separados en origen. Incluira plasticos, papeles, metales, tetrabrik, vidrio, cartones, etc.

Por su parte, las salidas (O1-O13) valorizadas seran hasta trece, dependiendo del tipo de valoracion de los residuos:

- Salidas de biomasa (O1-O3):

o Salida de pellet de biomasa (O1)

o Salida de etanol (O2), para combustible de vehlculos u otros usos.

o Salida de compost (O3).

- Salidas de biogas (O4-O6) (mezcla de metano y dioxido de carbono). Se podra seleccionar cualquier combination de productos, siendo los mas habituales:

o Salida de cogeneration (O4), como forma de energla electrica o calor por la combustion del biogas.

o Salida de gas natural (O5), tras una fase de "upgrading” para aumentar su porcentaje de metano, retirando el CO2 hasta cumplir los estandares deseados. Por ejemplo un contenido de metano del 95%.

o Salida de metanol (O6), mediante oxidation catalltica del metano y que podra ser usado para fabricacion de biodiesel o cualquier otro uso.

- Salidas de plasticos (O7-O9):

o Salida de pellets plasticos (O7), que podran tener pureza superior a 99,995%.

o Salida de mixtos (O8), en balas para su aprovechamiento posterior.

o Salida de cracking (O9) catalltico, para fabrication de combustibles.

- Salidas especializadas (O10-O13), por donde se extraera el resto de materiales recuperables:

o Salida de tetrabrik (O10), en balas.

o Salida de papel (O11) y carton, igualmente en balas.

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o Salida de vidrio (O12) o Salida de metales (O13).

Volviendo a la figura 1, la via de los residuos desde la entrada de biomasa (I1) serla a traves de una fase de trituracion (13), cuyo resultado serla tamizado y derivado directamente a la salida de pellet de biomasa (O1) tras un secado (2) y a la salida de etanol (O2). A la salida de etanol (O2), y compartiendo las fases de fermentacion, esterificacion y reduction se incorporan aquellos residuos de carton, papel, tejidos de algodon u otro material textil natural que no se puedan recuperar o comercializar de otro modo.

Una parte de la biomasa introducida por la entrada de biomasa (I1) se podra utilizar como estructurante (1) para la fabrication de compost, que se explicara mas adelante.

Los residuos que se introduzcan por la entrada de organicos (I2), estaran teoricamente separados en origen, pero pueden poseer una cantidad de impropios excesiva. Por ese motivo se realiza en primer lugar una separation de impropios (4), cuyas derivaciones se incorporaran al flujo respectivo de metales, vidrio o plasticos. Las formas de producir las separaciones de impropios (4), dependeran del tipo de material que circula por la etapa. Las formas preferidas seran trommel, cribado, procedimientos con electroimanes (overband), por corrientes de Foucault (Eddy current), as! como procedimientos opticos

Tras la elimination de los impropios, se produce una digestion anaerobica (5), preferiblemente en seco, para generar biogas, que es extraldo por la salida de biogas (O4-O6) que se prefiera. El residuo de la generation, o digestato, se mezclara con el estructurante (1) para compost. Esta mezcla pasa por una fase de secado (2) hasta un porcentaje de humedad del 20-25%. El secado (2) se puede realizar con calor recuperado de otras partes del procedimiento, como por ejemplo de la production de electricidad a partir del biogas, en la salida de cogeneration (O4). Una vez seco, el compost supera una separacion de impropios (4), que puede ser en varias fases: cribado, mesas vibratorias, medios opticos,... y se dirige a la salida de compost (O3). Los impropios se incorporan al flujo correspondiente.

La entrada de mezcla (I3) se dirige directamente a una primera separacion (3) que se realiza generalmente en trommel. En ella se separa la materia organica con dimension menor que una prefijada, generalmente 80 mm. Esta fraction menor se dirige hacia la

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entrada de organicos (I2) para mezclarse con su flujo antes de la separation de impropios (4). El resto se dirige a una etapa de preclasificacion (6), junto con los residuos provenientes de la entrada de secos (I4), de los que se retiran los materiales voluminosos, generalmente de forma manual. Esta parte se ilustra con el ejemplo de la figura 2.

Tras la preclasificacion (6), se realizan las etapas de separacion (7) de los diferentes materiales recuperables: plasticos, metales, vidrio, papel y carton, tetrabrik y textiles y una fraction de impropios que se dirigira al vertedero controlado, segun la normativa aplicable.

Los plasticos se dirigen a las salidas de plasticos (O7-O9). Aquellos que se seleccionan mediante etapas sucesivas de selection por vision multiespectral (8) y lavado (9) seran extrusionados (10) y extraldos del procedimiento en forma de pellets por la salida de pellets plasticos (O7). El lavado (9) se podra realizar en caliente para retirar las etiquetas, y con una solution caustica para retirar pegamentos y colas. La separacion podra ser igualmente manual, o bien de forma automatizada, siendo especialmente interesante la presencia de algun operario para retirar aquellos materiales como el PVC, no recuperables. Para hacer una primera division, se podra instalar un separador ballstico (no representado) que separe los plasticos en rodantes, planares y finos, asl como un overband magnetico (no representado) y por Foucault. Los planares seran principalmente film y otros, los rodantes atravesaran diferentes equipos de seleccion por vision multiespectral (8), seleccionando por orden el PET, el HDPE y los tetrabriks antes de unirse con los finos y continuar la seleccion de cualquier otro plastico. Para reducir los materiales que no son seleccionados pese a ser de interes, se podra disponer de un ultimo equipo de seleccion por vision multiespectral (8) que recupere los residuos de cualquiera de los tipos anteriores y los remita a un punto aguas arriba de los demas equipos de seleccion por vision multiespectral (8) para que recirculen por ellos.

Los plasticos lavados y clasificados seran triturados en una fase de trituration (13), preferentemente con trituracion humeda para retirar contaminantes. Si es necesario, se realiza un nuevo lavado (9). De ahl se lleva al extrusionado (10), previo paso por una etapa que retire la humedad y gases, con vaclo y temperatura. De esta forma se evita la descomposicion hidrolltica en el extrusionado (10). Preferentemente este se realiza con un tornillo muy corto para insensibilizarlo de contamination por solidos.

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Los plasticos mixtos se derivaran a su venta tras prensado (11) por la salida de mixtos (O8). Las fracciones de menor valor comercial se llevaran a un proceso de cracking catalltico (12), a 300-400°C para la production de combustibles. Junto a estas fracciones de plasticos se podran introducir los textiles sinteticos recuperados. De esta forma se evita quemarlos en su forma actual, lo cual puede producir dioxinas y otros contaminantes.

Los materiales recuperados en las etapas de separation (7) se encontraran clasificados en varios flujos:

- Un flujo de metales para separacion magnetica y de corrientes de induction (Eddy current). Los metales asl clasificados seran prensados (11) para su comercializacion por la salida de metales (O13).

- Un flujo de vidrio para su remision a la planta especializada en su recuperation, a traves de la salida de vidrio (O12).

- Un prensado (11) del papel y carton para su extraction por la salida de papel (O11).

- Un flujo de tetrabriks, que se dirige al prensado (11) y a la salida de tetrabrik (O10).

Dentro del flujo de papel, la presencia de varios equipos de separacion por vision multiespectral (8) permite la separacion de las diferentes calidades o composiciones. Por ejemplo, la salida de papel (O11) podra estar subdividida segun calidades: papel blanco, carton, tetrabriks, etc., enviando los restos finales a trituration. Igualmente comprendera separadores de metales (ferricos y no ferricos) asl como una o mas inspecciones manuales para evitar los voluminosos, recuperar los materiales menos frecuentes, y los que puedan entorpecer el resto de separaciones.

En la figura 2 se muestra una forma concreta y ventajosa frente a lo actualmente conocido en el que la separacion de los materiales reciclables se lleva a cabo de forma completamente automatizada, como ejemplo, de realizar la primera separacion (3), la preclasificacion (6) y las etapas de separacion (7) tras la entrada de mezcla (I3). Los residuos atraviesan un equipo abrebolsas (14) (habitual en todas las entradas (I1-I4)) y supera una primera fase (31) de la primera separacion (3), donde se elimina la fraction mas voluminosa, manualmente. De ahl se dirige a un trommel de preclasificacion (61) que separa en tres fracciones. La inferior a 80 mm, constituida por vidrio principalmente, la superior a 350 mm, que se dirige a una segunda seleccion manual, y la intermedia. Esta fraccion intermedia y los restos de la fraccion superior se dirigen a un overband

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magnetico (71) que retira los materiales ferrosos. Su rechazo se introduce en un separador balistico (72), donde los finos se consideran vidrio, los rodantes se consideran mezcla de vidrio y plastico (a separar en un separador de aire (73) de tal modo que los envases plasticos son soplados y separados con respecto a los envases de vidrio que tienen un mayor peso) y los planares se llevan a un separador optico (74) para distinguir el plastico y los tetrabriks del papel y carton.

El trommel de preclasificacion (61) puede comprender igualmente un abrebolsas.

En la figura 3 se muestra un ejemplo de realizacion de la lmea recorrida por la biomasa desde la entrada de biomasa (I1). Esta empieza con una fase de trituracion (13) media, tras lo que se realiza la separation en los diferentes productos. La parte que sera conformada como pellets de biomasa, por la salida de pellet de biomasa (O1), necesitara de un secado (2), una segunda fase de trituracion (13) y una pelletization (15).

Los residuos procedentes de la entrada de biomasa (I1) que se derivaran a la fabrication de compost se mezclaran con la materia organica procedente de la entrada de organicos (I2) y de la entrada de mezcla (I3). Se realizara un secado (2) y varios pasos de separacion de los impropios, como son un trommel de compost (41), un mesa vibradora (42) y una separacion de materiales ferricos y no ferricos (43).

La parte de biomasa que se utilizara para producir etanol celulosico se junta con los residuos provenientes de la entrada de mezcla (I3) y de la entrada de secos (I4) que se trataran por esta via. El proceso para la fabricacion de etanol celulosico se inicia con la despolimerizacion (16) de la celulosa y hemicelulosa de los residuos en pentosa y hexosa para su fermentation (17) en acido acetico. Se produce con etanol una esterification (18) de Fischer y finalmente una hidrogenacion (19) del acetato de etilo para producir de nuevo etanol. Parte de este etanol producido se podra usar como reactivo en la esterificacion (18).

En cuanto a las salidas de biogas (O4-O6) (figura 4), se conectan a un proceso de digestion anaerobica (20), en un digestor seco, donde un liquido percolado (21) con las bacterias es rociado por la parte superior y recuperado por la inferior. El biogas producido se capta y se envia a la option deseada. El primero es un proceso de cogeneration (22), con una salida de cogeneracion (O4) de donde surge electricidad y calor (Q). El calor (Q) podra ser utilizado en cualquier parte del proceso de tratamiento de residuos, por ejemplo

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para mantener el digestor a la temperatura adecuada (50-55°C). Los despojos de la digestion se podran utilizar para la fabrication de compost.

Una segunda forma de aprovechar el biogas producido es mediante el "upgrading” y su conversion en gas natural (salida de gas natural (O5)).

La production de metanol para derivarlo a la salida de metanol (O6) es la tercera alternativa de utilization del biogas. En ese caso el biogas pasa por un procedimiento de "upgrading” como el anterior, aunque con exigencias menores a la salida (>95% metano) y sufre una oxidation catalltica.

Las ultimas figuras presentadas muestran el procedimiento seguido por los plasticos, tanto para la fabricacion de pellets (figura 5) como para el cracking catalltico (figura 6).

En el caso de la preparation del plastico para la salida de pellets plasticos (O7), esta se inicia con un abridor de balas (23) opcional, tras el que se realiza un lavado (9) en caliente, una o mas separaciones en equipos de separation por vision multiespectral (8) y una separation de materiales ferricos y no ferricos (43). A continuation se produce una fase de trituration (13) seguida de centrifugado (24) y secado (2), para acabar en la extrusora (25).

La operation de cracking catalltico de los plasticos de poco valor comercial, y que termina en la salida de cracking (O9) catalltico, consta de una serie de operaciones que se inician en un reactor de cracking (26), en la que se produce este a 300-350°C. Para ello tiene una entrada de calor (Q) por un fluido termico calefactor. Este puede provenir de la salida de cogeneration (O4). A la salida, se realiza la condensation (27) y el enfriamiento (28) final, en ambos casos extrayendo calor (Q). Este producto enfriado es ya optimo para la salida de cracking (O9) y para su utilizacion posterior en fabricacion de combustibles.

Todos estos equipamientos son conocidos en la tecnica, por lo que no necesitan ser descritos en profundidad, siendo novedosa y ventajosa la combinacion en el procedimiento de la invencion, tal y como se describe en las reivindicaciones.

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   REIVINDICACIONES

   1- Procedimiento de tratamiento de residuos solidos urbanos caracterizado por que

   comprende cuatro entradas (I1-I4) de residuos:

   - entrada de biomasa (I1), de materiales organicos vegetales;

   - entrada de organicos (I2), de introduction de residuos organicos mezclados;

   - entrada de mezcla (I3), de residuos sin clasificar;

   - entrada de secos (I4), de materiales reciclables ya segregados en origen con respecto a una fraction organica;

   y una pluralidad de salidas (O1-O13) agrupadas en:

   - salidas de biomasa (O1-O3);

   - salidas de biogas (O4-O6);

   - salidas de plasticos (O7-O9);

   - salidas especializadas (O10-O13), por donde se extraera el resto de materiales recuperables;

   y donde:

   - los flujos de residuos desde la entrada de biomasa (I1) y la entrada de organicos (I2) permiten la extraction del material tratado por las salidas de biomasa (O1-O3) o las salidas de biogas (O4-O6);

   - los flujos de residuos desde la entrada de secos (I4) permiten la extraccion del material tratado por las salidas de plasticos (O7-O9) o las salidas especializadas (O10-O13) y;

   - los flujos de residuos desde la entrada de mezcla (I3) permiten la extraccion de material desde cualquier tipo de salida.

   2- Procedimiento, segun la revindication 1, donde las salidas de biomasa (O1-O3) son

   - salida de pellet de biomasa (O1);

   - salida de etanol (O2) celulosico;

   - salida de compost (O3).

   3- Procedimiento, segun la reivindicacion 1, donde las salidas de biogas (O4-O6) se

   seleccionan entre:

   - salida de cogeneration (O4) como energla electrica o calor por la combustion del biogas;

   - salida de gas natural (O5), tras una fase de extraccion del dioxido de carbono;

   - salida de metanol (O6), mediante oxidation catalltica del metano;

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   - y combinaciones de las mismas.

   4- Procedimiento, segun la reivindicacion 1, donde las salidas de plasticos (O7-O9) son:

   - salida de pellets plasticos (O7) ;

   - salida de mixtos (O8);

   - salida de cracking (O9) catalltico de material para fabrication de combustibles.

   5- Procedimiento, segun la reivindicacion 1, donde se eliminan los elementos voluminosos de los residuos provenientes de la entrada de mezcla (I3) y se combinan con los residuso de la entrada de secos (I4) tras una elimination de impropios y juntos se introducen en un trommel de preclasificacion (61) que separa por tamanos en tres fracciones, la inferior que se encamina hacia la salida de vidrio (O12), la intermedia que sufre una separation manual antes de reunirse con la superior y su paso por varias separaciones automaticas.

   6- Procedimiento, segun la reivindicacion anterior, donde las separaciones automaticas comprenden consecutivamente:

   - overband magnetico (71);

   - separador ballstico (72) donde los finos se encaminan a la salida de vidrio (O12), los rodantes se dirigen a un separador de aire (73) para separar el plastico del vidrio, y los planares se dirigen a un;

   - separador optico (74).