WO2007031588A2 - Método para la fabricación de artículos de vidrio - Google Patents
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Definitions
- the shaped article is cooled in a controlled manner, according to an annealing procedure, in a so-called "annealing ark".
- the shaped article can be cooled first controlled, then reheated to the nucleation temperature and then to the growth temperature, to obtain a glass ceramic product.
- EDAR sludge is used as a major component in the formulation of glass.
- Other industrial waste or low cost raw materials are also used to mix them together with the WWTP sludge, in order to obtain a chemical composition equivalent to that of a rock of low melting temperature and low viscosity at the working temperatures of the glass.
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Abstract
Método para la fabricación de artículos de vidrio. Comprende la fusión de óxidos y otras materias primas en un homo de fusión de vidrio, para la producción de un vidrio fundido, y la alimentación del vidrio fundido desde el horno de fusión a unos moldes para la conformación de los artículos al solidificarse el vidrio, caracterizado porque comprende los pasos de: alimentar en el horno de fusión de vidrio, lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales, con unas determinadas proporciones de óxidos; adicionar al horno de fusión las cantidades adecuadas de correspondientes compuestos para ajustados a una composición determinada global final de dichos óxidos tal que la composición en óxidos del artículo fabricado resultante es la correspondiente a una roca de baja temperatura de fusión y baja viscosidad dentro del rango de temperaturas de trabajo del vidrio.
Description
D E S C R I P C I Ó N
"Método para Ia fabricación de artículos de vidrio"
Sector técnico de Ia invención
La invención se refiere a un método para Ia fabricación de artículos de vidrio, que comprende Ia fusión de óxidos y otras materias primas en un horno de fusión de vidrio, para Ia producción de un vidrio fundido, y Ia alimentación del vidrio fundido desde el horno de fusión a unos moldes para Ia conformación de los artículos al solidificarse el vidrio.
Antecedentes de Ia invención
La disposición y reciclado de los lodos procedentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales, ya sean industriales o municipales, está deviniendo un problema de gran magnitud.
Una forma primaria de disposición es su vertido en vertedero controlado o, alternativamente y cuando Ia composición de los lodos Io aconseja, Ia incineración de los mismos. En todo caso, estas son alternativas poco rentables desde el punto de vista medioambiental y no exentas de riesgos. Además, el coste del transporte, vertido y tratamiento hacen que estas formas de disposición sean difícilmente soportable.
La recuperación de los lodos como materia prima en utilizaciones agrícolas, como elemento para Ia producción de fertilizantes o como compost es una alternativa que es habitualmente valorada y aplicada en Ia medida en que Ia composición de los lodos Io permita y se disponga asimismo de los espacios y explotaciones agrarias necesarias y suficientes para ello, siendo en ste caso tambi'ñen el problema logístico nada desdeñable.
Además, en el caso de ciertos lodos procedentes de residuos industriales inorgánicos rico en metales pesados, o en lodos galvánicos, este tipo de aprove- chamíento debe ser desaconsejado, pues Ia lixiviación e incorporación a los suelos y vegetales de metales pesados como Pb, Ba, Cr, Cd, etc., puede ser altamente tóxico y peligroso.
Por ello es importante poder disponer en tales casos de medios de inertiza-
ción de este tipo de residuos, combinada con procesos de incineración.
La patente FR 2.719.793 describe un procedimiento de vitrificación de residuos sólidos procedentes de Ia incineración de residuos urbanos y/o industriales, consistente en calentar los residuos hasta su temperatura de fusión, de forma que las sales vaporizadas producidas son incorporadas en los gases producidos por Ia fusión y condensados en un temple, siendo separados de Ia fase gas en un filtro electrostático, devueltas a Ia mezcla en fusión para pasar a formar un líquido de Ia viscosidad suficiente para retener las gotas de sal fundidas en el seno del material fundido saliente del horno. La mezcla es enfriada enseguida rápidamente para ob- tener una matriz sólida en cuyo seno se hallan atrapadas las sales.
A Ia mezcla se Ie incorpora un aditivo, seleccionado de entre escoria, puzo- lana y basalto. Esta última es una roca favorable
La patente FR 2.719.793 presenta Ia limitación de estar encaminada a Ia inertización de residuos contenidos en contenedores y a requerir Ia incorporación de determinados componentes, tales como el basalto, para Ia obtención de unas determinadas características, en este caso una matriz capaz de admitir metales pesados como es el caso del basalto. En definitiva, requiere una gran cantidad de basalto para Ia inertización de los metales pesados.
Explicación de Ia invención
La finalidad de Ia presente invención es proporcionar un procedimiento para Ia fabricación de artículos de vidrio, ya sea plano o hueco, con el doble objetivo de inertizar los metales pesados contenidos en lodos de depuradora, por una parte, simplificando al propio tiempo los procedimientos actualmente conocidos de ¡nterti- zación mediante vitrificación de tales residuos. A tal finalidad, el objeto de Ia invención es un nuevo método para Ia fabricación de artículos de vidrio, que en su esencia se caracteriza comprende los pasos de: alimentar en el horno de fusión de vidrio, lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales como componente principal, y al menos el 30%, con unas de- terminadas proporciones de óxidos, acotadas y bien conocidas; adicionar al horno de fusión las cantidades adecuadas de correspondientes compuestos para ajustarlos a una composición determinada global final de dichos óxidos tal que Ia composición en óxidos del artículo fabricado resultante es Ia co-
rrespondiente a una roca de baja temperatura de fusión y baja viscosidad dentro del rango de temperaturas de trabajo de! vidrio.
Según otra característica de Ia presente invención, Ia proporción de lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales que se alimenta al horno de fusión es superior al 30% en peso de materias primas, es decir es mayoritariamente este residuo de estación depuradora EDAR.
De acuerdo con otra característica de Ia presente invención, los lodos comprenden lodos procedentes de residuos industriales inorgánicos ricos en metales pesados. Por ejemplo, se ha considerado que se pueden alimentar al horno de fusión lodos galvánicos; residuos procedentes de Ia recuperación de pilas y baterías; arena de fundición; sales metálicas, por ejemplo carbonato calcico; y/u otros residuos con composiciones que sirvan para conseguir Ia composición deseada.
Según Ia invención, el método comprende Ia etapa de enfriar controlada- mente el artículo conformado, según un procedimiento de recocido, para Ia obtención de un producto de vidrio.
Alternativamente, se puede enfriar controladamente primeramente el artículo conformado, recalentarlo seguidamente a Ia temperatura de nucleación y posteriormente hasta Ia temperatura de crecimiento, para Ia obtención de un producto vitrocerámico.
Preferiblemente, aunque no exclusivamente, dicha roca a Ia que se pretende aproximar Ia composición en el horno de fundición es el basalto.
La presente invención, al contrario de Ia patente FR 2.719.793, modifica las proporciones de componentes para ajustarías a una determinada composición, en particular a Ia del basalto, aunque sin tener que añadir esta roca.
Así, según Ia invención, no se requiere propiamente basalto para Ia obtención de las ventajosas características del basalto. Lo mismo es aplicable a rocas afines al basalto.
Descripción detallada de una forma de realización preferida
El método de Ia presente invención es un método para Ia fabricación de artículos de vidrio o vitrocerámicos, que permite inertizar los residuos sólidos de los lodos de depuradoras industriales, así como otros tipos de residuos con metales y
otros materiales, aptos para Ia producción de óxidos en una matriz vitrea.
El método es una modificación del método convencional que comprende, de un modo en sí conocido para con el vidrio silicosododcálcico, Ia fusión de óxidos y otras materias primas en un horno de fusión de vidrio, para Ia producción de un vidrio fundido, y Ia alimentación del vidrio fundido desde el horno de fusión, a través por ejemplo de los denominados "feeders" a unos moldes para Ia conformación de los artículos al solidificarse el vidrio, en unos medios que pueden ser máquinas convencionales automáticas o semi-automáticas de fabricación de productos de vidrio. Lo novedoso del método consiste en que el horno de fusión es alimentado con lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales, con unas determinadas proporciones de óxidos, y que en el horno de fusión se adicionas las cantidades adecuadas de correspondientes compuestos para ajustarlos a una composición determinada global final de dichos óxidos, de forma concreta tal que Ia composición en óxidos del artículo fabricado se ajuste a Ia correspondiente a una roca de baja temperatura de fusión y baja viscosidad dentro del rango de temperaturas de trabajo del vidrio.
De acuerdo con Ia invención, se obtiene así Ia formulación de un vidrio a partir de lodos de estación depuradora de aguas residuales (EDAR), modificando su composición para llevarla a Ia composición de las rocas, en general de rocas básicas, tales como por ejemplo los basaltos, con puntos de fusión relativamente bajos - por ejemplo 14000C - y que el vidrio fundido presente viscosidades adecuadas para su conformación, por ejemplo en máquina de moldes.
Los lodos pueden ser lodos procedentes de residuos industriales inorgáni- eos ricos en metales pesados y lodos de Ia industria galvánica.
Otra posibilidad es alimentar residuos procedentes de Ia recuperación de pilas y baterías como aditivos a los lodos.
El método permite obtener tanto productos de vidrio como vitrocerámicos, bastando con aplicar el tratamiento térmico adecuado a Ia salida de Ia máquina de conformación.
Así, por una parte, para Ia obtención de un producto de vidrio, se enfría con- troladamente el artículo conformado, según un procedimiento de recocido, en una denominada "arca de recocido".
Alternativamente, se puede enfriar controladamente primeramente el artículo conformado, recalentarlo seguidamente a Ia temperatura de nucleación y posteriormente hasta Ia temperatura de crecimiento, para Ia obtención de un producto vitrocerámico.
Los aditivos usados para llevar Ia composición de los lodos de EDAR a Ia composición deseada pueden ser tanto residuos en general industriales, como por ejemplo, arena de fundición, como materias primas, tales como por ejemplo carbonato sódico.
Un ejemplo de composición del vidrio original podría ser:
A esta formulación del vidrio original, o Composición A, se Ie puede añadir entre otros residuos industriales, por ejemplo lodos galvánicos, con contenidos elevados en metales pesados, actuando el vidrio de Composición A como una matriz de vitrificación del residuo.
La proporción del residuo que se podría añadir al vidrio de Composición A será el máximo que permita su viscosidad a fin de poder obtener un liquido homogéneo y que posibilite su conformación en máquina de moldeo.
Un ejemplo de composición de un lodo galvánico puede ser:
Composición de un lodo galvánico calcinado (% en óxidos):
a. En el caso del ejemplo y para Ia obtención de vidrio (es decir con recocido): Temperatura de fusión: 14000C
Temperatura de recocido: 6850C
b. En el caso del ejemplo y para Ia obtención de material vitrocerámico:
Temperatura de nucleación: 7000C Temperatura de crecimiento: 9130C
Según apreciarán los expertos en Ia técnica, según Ia presente invención, al contrario de Io que sucede en Ia técnica anterior, se emplean Jos lodos de EDAR como componente mayoritarios en Ia formulación del vidrio. También se utilizan otros residuos industriales o materias primas de bajo coste para mezclarlos junto con los lodos de EDAR, a fin de obtener una composición química equivalente a Ia de una roca de baja temperatura de fusión y baja viscosidad a las temperaturas de trabajo del vidrio.
Así, por ejemplo, según Ia patente FR 2.719.793 se añaden directamente basaltos hasta poder fundir el residuo mientras que por el contrario, según Ia pre- senté invención, mezclando los lodos de EDAR con otros residuos, y sin adición de roca de basalto en sí, se obtiene Ia composición del basalto.
Además, con Ia composición obtenida según Ia presente invención, se pueden añadir otros residuos especiales, cosa que no es posible en Ia técnica anterior de Ia FR 2.719.793, toda vez que el sistema de este último ya no permite una alte- rior modificación de Ia viscosidad hasta el punto adecuado para poder trabajar el vidrio.
De este modo, y en síntesis, el método de Ia presente invención permite obtener una formulación fundente con residuos de EDAR y otros tipos de residuos, con un margen de composición y propiedades concretas y por Io tanto, con unas características determinadas: baja temperatura de fusión (2000C - 15000C); curva viscosidad/temperatura que permite un proceso de conformado del vidrio o material vitrocerámico obtenido en máquinas convencionales.
Además, la presente invención permite añadir en el seno de Ia matriz vitrea, un determinado porcentaje (10%, 20%, 30%,... en función del residuo a añadir) de otros residuos industriales (lodos galvánicos, residuos procedentes de Ia recuperación de pilas,...) incrementando con ello el % de residuo especial inertizado. Ello no es posible en los métodos convencionales.
Por último, Ia presente invención, al contrario de Io que sucede en Ia FR 2.719.793, permite obtener una composición con una buena curva viscosidad/temperatura, a fin de poder procesar correctamente el material y obtener un producto comercial de vidrio, por ejemplo contenedores huecos, como botellas, o vidrios técnicos o vitrocerámicos para construcción, con un importante valor añadido, al dar solución a un importante problema de índole medioambiental.
Descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia presente invención, así como Ia manera de ponerla en práctica, se hace constar que todo cuanto no aitere, cambie o modifique su principio fundamental, queda sujeto a variaciones de detalle.
Claims
1.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, que comprende Ia fusión de óxidos y otras materias primas en un horno de fusión de vidrio, para Ia pro- ducción de un vidrio fundido, y Ia alimentación de! vidrio fundido desde el horno de fusión a unos moldes para Ia conformación de los artículos al solidificarse el vidrio, caracterizado porque comprende los pasos de: alimentar en el horno de fusión de vidrio, lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales, con unas determinadas proporciones de óxidos; adicionar ai horno de fusión las cantidades adecuadas de correspondientes compuestos para ajustarlos a una composición determinada global fina! de dichos óxidos tal que Ia composición en óxidos del artículo fabricado resultante es Ia correspondiente a una roca de baja temperatura de fusión y baja viscosidad dentro del rango de temperaturas de trabajo del vidrio.
2.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque Ia proporción de lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales que se alimenta al horno de fusión es superior al 30% en peso de materias primas.
3.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según Ia reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los lodos comprenden lodos procedentes de residuos industriales inorgánicos ricos en metales pesados..
4.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según Ia reivindicación
3, caracterizado porque comprende alimentar lodos galvánicos.
5.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según Ia reivindicación 3, caracterizado porque comprende alimentar residuos procedentes de Ia recupera- ción de pilas y baterías.
6.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque se adiciona arena de fundición u otros residuos con com- posiciones que sirvan para conseguir Ia composición deseada.
7.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según Ia reivindicación 1, caracterizado porque se adicionan sales metálicas u otras materias primas con composiciones que sirvan para conseguir Ia composición deseada, por ejemplo carbonato calcico.
8.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende enfriar contro- ladamente el artículo conformado, según un procedimiento de recocido, para Ia obtención de un producto de vidrio.
9.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende enfriar controlada- mente primeramente el artículo conformado, recalentarlo seguidamente a Ia temperatura de nucleación y posteriormente hasta Ia temperatura de crecimiento, para Ia obtención de un producto vitrocerámico.
10.- Método para Ia fabricación de artículos de vidrio, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha roca es el basalto.
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