Evaluación de la valorización y recuperación de metales de cenizas y escorias de incineración de residuos sólidos urbanos: el caso del Área Metropolitana de Barcelona

1 Proyecto de Fin de Grado Grado en Ingeniería química Evaluación de la valorización y recuperación de metales de cenizas y escorias de incineración de residuos sólidos urbanos: el caso del Área Metropolitana de Barcelona MEMORIA Autor: Eric Bola Director: Jose Luis Cortina Ponent: Convocatòria: 4/2017 Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona 2 Resumen La recuperación de metales procedentes de cenizas de incineración de residuos sólidos urbanos (RSU) pretende la recuperación de metales de mayor valor y en mayor contenido presentes en estos residuos. En este proyecto se realiza un estudio sobre la recuperación de Zn y Cu, de cenizas procedentes de la incineración de RSU, mediante la integración de etapas de lixiviación e intercambio iónico. Para ello han sido utilizados diferentes ácidos y diferentes tipos de resinas de intercambio. Inicialmente se estudia cuáles son las mejores condiciones de lixiviación: el ratio líquido-sólido, la concentración del ácido, el tipo de ácido, etc, en base a la revisión del estado del arte y cuáles son las resinas que mejor podrían actuar en la función de extracción de estos metales de los lixiviados generados. Esto permitirá la elección de unas condiciones óptimas para obtener el mayor rendimiento de extracción posible. A partir de los resultados obtenidos se ha determinado que el H2SO4 proporciona los mejores porcentajes de extracción. Los mayores rendimientos se obtuvieron para unas concentraciones de H2SO4 de 1M y para una relación líquido solido de 20. Los rendimientos de recuperación de metales fueron de 99.64% y de 100% para el Zn y el Cu respectivamente. En la etapa de recuperación con resinas de intercambio iónico, los mejores rendimientos de extracción se alcanzaron con la resina TP214. Los rendimientos de recuperación de metales fueron de 99.97% y 98.90% para el Zn y el Cu respectivamente. 3 Sumario Resumen ........................................................................................................................................ 1 1. Glosario ................................................................................................................................. 5 2. Prefacio ................................................................................................................................. 6 2.1. Origen del proyecto ....................................................................................................... 6 3. Introducción .......................................................................................................................... 7 3.1. Objetivos del proyecto ....................................................................................................... 7 3.2. Alcance del proyecto .......................................................................................................... 7 4. Estado del arte ...................................................................................................................... 8 4.1. Introducción .................................................................................................................. 8 4.2. Residuos sólidos urbanos .............................................................................................. 9 4.2.2. Tratamiento RSU ................................................................................................... 9 4.3. Metales estratégicos y tierras raras ............................................................................ 11 4.4. Soluciones para la recuperación de metales de cenizas ............................................. 12 5. Metodología experimental .................................................................................................. 12 5.1. Materiales ................................................................................................................... 13 5.1.1. Cenizas volantes .................................................................................................. 13 5.1.2. Resinas de intercambio ....................................................................................... 15 6. Métodos experimentales .................................................................................................... 20 6.1. Caracterización de las cenizas ..................................................................................... 20 6.2. Experimentos de lixiviación ......................................................................................... 21 6.2.1. Influencia del ratio liquido solido ........................................................................ 21 6.2.2. Investigación de los ácidos y la concentración ................................................... 21 6.3. Experimentos de intercambio iónico con resinas ....................................................... 22 7. Métodos analíticos .............................................................................................................. 23 7.1. Análisis de muestras .................................................................................................... 23 7.1.1. Espectroscopia de absorción atómica (AAS) ....................................................... 23 7.1.2. Plasma de acoplamiento inductivo (ICP) ............................................................. 25 7.2. Análisis estructurales .................................................................................................. 26 7.2.1. Difracción de rayos X (XRD) ................................................................................. 26 7.2.2. SEM-EDS .............................................................................................................. 27 8. Resultados y discusión ........................................................................................................ 28 8.1. Caracterización de las cenizas ..................................................................................... 28 8.2. Experimentos de lixiviación ......................................................................................... 35 8.2.1. Influencia del ratio liquido solido (L/S) ............................................................... 35 8.2.2. Investigación de los ácidos y la concentración ................................................... 36 4 8.3. Experimentos de intercambio iónico con resinas ....................................................... 42 9. Costes del proyecto ............................................................................................................. 45 9.1. Costes materiales ........................................................................................................ 54 9.2. Costes de personal ...................................................................................................... 56 9.3. Coste total ................................................................................................................... 56 10. Impacto ambiental y buenas prácticas de laboratorio ................................................... 57 10.1. Descripción del medio de trabajo ........................................................................... 57 10.2. Valoración de los impactos sobre el medio ............................................................ 57 10.2.1. Impacto por existencia del proyecto ................................................................... 57 10.2.2. Impacto por emisiones ........................................................................................ 57 10.3. Buenas prácticas de laboratorio .............................................................................. 58 11. Conclusiones.................................................................................................................... 59 Bibliografía .................................................................................................................................. 60 5 1. Glosario RSU Residuo sólido urbano IRSU Incineración de residuo sólido urbano REE Tierras raras FA Cenizas volantes BA Cenizas de fondo de horno ICP-MS Espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente ICP-OES Espectrometría de emisión óptica SEM-EDX Scanning electron microscope with energy dispersive x-ray analysis AAS Absorción atómica XRD Difracción de rayos X %Wt Porcentaje en peso Nomenclatura química HCl Ácido clorhídrico H2SO4 Ácido sulfúrico HNO3 Ácido nítrico Na₂S₂O₃ Tiosulfato de sodio NaOH Hidróxido sódico SiO2 Óxido de silicio CaO Cal 6 2. Prefacio 2.1. Origen del proyecto Este proyecto final de grado es una aportación al estudio en desarrollo en el Departamento de Ingeniería Química de la Escuela Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona. Este estudio forma parte de un grupo de proyectos dentro del ámbito del estudio en la recuperación de metales estratégicos. En este proyecto final de grado se estudia en particular el caso de cenizas de incineración de residuos sólidos urbanos de la empresa TERSA. 7 3. Introducción 3.1. Objetivos del proyecto El objetivo principal de este proyecto es el de estudiar el proceso de lixiviación e intercambio iónico para la recuperación de metales contenidos en cenizas, reduciendo así el impacto ambiental que pueden generar la disposición de estas cenizas. Junto al objetivo principal, se estudian las condiciones óptimas para la elección del lixiviante o de la resina, así como su porcentaje de extracción o su coeficiente de distribución respectivamente. 3.2. Alcance del proyecto El alcance de este proyecto incluye la realización de experimentos de lixiviación y experimentos de extracción con resinas de intercambio iónico a escala de laboratorio y la caracterización de los productos generados mediante técnicas de análisis como absorción atómica. Asimismo se estudia la viabilidad de las diferentes condiciones analizadas. Por otro lado no están dentro del alcance del proyecto la variación de otras condiciones posibles como puede ser el estudio de la influencia de la temperatura o de la presión en los procesos de lixiviación, o la utilización de algunos ácidos más fuertes como podría ser el HF. 8 4. Estado del arte 4.1. Introducción El aumento de la cantidad de residuo urbano generado por el aumento del consumo de bienes ha llevado al desarrollo de técnicas para la recuperación energética y de material. Las rutas de gestión de los residuos sólidos urbanos incluyen su valorización material a través del compostaje, o su valorización energética a través de la incineración [18]. La incineración o valorización energética es un proceso que minimiza el volumen de los residuos mediante su combustión y aprovechando la energía que genera este proceso, para producir vapor y electricidad. Los materiales resultantes de este proceso son las escorias y las cenizas, que reciben un tratamiento diferenciado en función de su naturaleza. Por un lado las escorias se aprovechan para el relleno de carreteras, construcciones, restauración de canteras o como subproducto de cementeras. Por otro lado las cenizas son llevadas a un depósito controlado donde se inertizan [19]. Desde los años 80 se han hecho estudios para determinar la composición de la combustión de estos residuos [1], [2]. Estos estudios estaban centrados principalmente en los elementos, metales y metaloides como Al, Fe, Na y metales de traza como As, Pb, etc. Se ha visto que hay una cantidad importante de metales valiosos en estas escorias, por lo tanto, se han de recuperar. Se utilizan una serie de tecnologías de procesamiento de minerales para este fin, como son trituración, molienda, separación magnética, separación por corriente de Foucault, flotación o lixiviación. Los procesos de lixiviación, seguidos de tratamientos térmicos son los métodos más comunes en uso actualmente [20]. La mayoría de los tratamientos buscan el uso de la ceniza estabilizada como material de construcción. La lixiviación de metales de cenizas está bastante influenciado por el tipo de lixiviado, pH y ratio sólido liquido usado, así como la composición química de la matriz de la ceniza. 9 4.2. Residuos sólidos urbanos En España, la cantidad de residuos generados anualmente se ha incrementado un 95,9% entre el año 1990 y el 2007, siendo la cantidad total de residuos generados de unas 25.500 toneladas en este último año. Esto quiere decir que la producción de residuos está sufriendo un crecimiento bastante grande. Esto, en parte, es debido a que no se están cumpliendo los parámetros que se establecieron en el Plan Nacional de Residuos Urbanos (PNRU) en el año 2006. La producción española de residuos per cápita es de 484,4 kg por habitante y año en 2012, ligeramente inferior a la media europea que es de 517kg por habitante y año. El residuo sólido urbano (RSU), es heterogéneo en su composición tanto química como física. Es bastante difícil separar en categorías la composición del RSU de manera exacta ya que hay materiales que no se sabría exactamente en qué categoría incluirlos ya que pueden pertenecer a más de una. Una lista general de las diferentes categorías en la composición del RSU se muestra en la Tabla 1. Tabla 1. Categorías de la composición de los residuos [21] 4.2.1. Tratamiento RSU Debido a las grandes cantidades de residuos, la mayoría de países optan por la incineración en vez del depósito en vertederos, ya que el depósito crea un problema de espacio bastante importante. Países como Suiza, Japón o Alemania, incineran más del 50% de sus residuos no reciclados [3]. La incineración tiene varias ventajas, entre ellas que reduce aproximadamente un 90% el volumen de residuos y que permite una mayor recuperación de energía. El problema es que el proceso de incineración no es un tratamiento final, y estas cenizas hay que verterlas o reutilizarlas. En Europa se ha optado por la opción de reutilizar cantidades importantes (40- 16 Figura 4. Proceso de captación de un metal usando Lewatit TP 207 5.1.2.2. Lewatit OC 1026 Es una resina macro porosa basada en poli estireno reticulado que contiene Di-(2-etilhexil) fosfato (D2EHPA). Este extractante se incorpora directamente durante la formación del copolimero y se fija por adsorción. Esta resina puede ser utilizada para eliminar ciertos iones metálicos de soluciones acidas y neutras. Se puede asumir que cualquier ion que pueda ser eliminado por D2EHPA será absorbido por la resina. Las ventajas que tiene esta resina comparada con la extracción con solventes son que no se requiere un solvente orgánico, no hay problemas de separación de fase, y se requiere un equipamiento simple para llevarse a cabo. Es una resina muy eficaz para la eliminación de iones Zn(II) de soluciones de residuos que contienen iones de este metal además de iones de otros elementos [9]. El ingrediente activo de la Lewatit 1026 está en fase de ácido éster, lo que quiere decir que puede ser utilizada directamente. Ha de evitarse la exposición a hidróxido de sodio o carbonato sódico ya que el ingrediente activo se desplazaría de la resina. Además, la solución debe tener siempre un pH inferior a 4. Figura 5. Estructura de la matriz de Lewatit OC 1026 17 5.1.2.3. Lewatit TP 214 Es una resina mono esférica macro porosa quelante, es decir que puede combinarse con iones positivos bivalentes y trivalentes, con grupos tiourea los cuales tienen gran afinidad por el mercurio y metales preciosos como el oro, plata o platino. Gracias a su afinidad por estos compuestos, es una resina que funciona bastante bien en casos como:  Eliminación del mercurio en procesos de lavado de gases de combustión  Eliminación de mercurio de aguas subterráneas  Separación y recuperación de metales en hidrometalurgia La resina tiene una matriz de poli estireno reticulado, la cual se puede observar en la Figura 6 [10]. Figura 6. Estructura Lewatit TP 214 5.1.2.4. Lewatit TP 272 La Lewatit TP 272 es una resina macro porosa basada en un poli estireno reticulado, que contiene ácido Bis-(2,4,4trimetilpentil) fosfórico. Este ingrediente activo es incorporado directamente durante la formación del copolimero, fijado por adsorción y distribuido homogéneamente a altas concentraciones. Se asume que los iones que puedan ser eliminados con Bis-(2,4,4trimetilpentil) fosfórico, también serán absorbidos por la resina TP 272. Es bastante eficaz en la recuperación de metales pesados de soluciones de sulfatos y cloruros. Tiene una gran afinidad para captar iones de cobalto. La química de extracción se basa en el mecanismo de la Figura 7. Las ventajas que tiene frente a la extracción con solventes son que no hay problemas de separación de fase, no se requiere un solvente orgánico para la dilución del líquido extractante. El ingrediente activo de la resina esta en forma de ácido libre, lo que quiere decir que puede ser utilizado sin un tratamiento previo. Debe evitarse la exposición a hidróxido de sodio o potasio así como al carbonato sódico o potásico ya que si no podría estropearse el ingrediente activo. La densidad de esta resina es menor que la del agua, por lo tanto tiende a flotar en ella. 18 Figura 7. Mecanismo extracción iones metálicos con Lewatit TP 272 5.1.2.5. Lewatit OC 1069 Es una resina macro porosa adsorbente basada en un poli estireno reticulado con una gran superficie sin ningún grupo funcional. Tiene buena estabilidad química y mecánica. Puede ser utilizada en la extracción o purificación de productos naturales o sintéticos en la industria química o farmacéutica. Adsorbe y elimina surfactantes aniónicos, catiónicos y no iónicos, colorantes y materiales orgánicos inertes, materiales orgánicos no polares de baja masa molecular. 5.1.2.6. Purolite S 910 Es una resina quelante, diseñada para la eliminación de cationes de metales como el cobre y el hierro de agua u otros disolventes incluso a bajos pH. Además puede ser utilizada para la recuperación de trazas de metales preciosos en soluciones diluidas. No puede ser utilizada para la eliminación de metales alcalinos. Sus principales aplicaciones son la eliminación de metales pesados en procesos hidrometalúrgicos [11]. Tiene una estructura poli acrílica reticulada con divinil benceno y su grupo funcional es una aminoxima. 5.1.2.7. Purolite S 940 Es una resina quelante macro porosa basada en una matriz de poli estireno reticulado con divinil benceno (DVB) substituido con grupos activos aminofosfonicos débilmente ácidos. Su estructura química facilita la formación de complejos con iones metálicos. Las resinas aminofosfonicas forman complejos más estables con cationes de baja masa atómica. Su principal aplicación es la descalcificación de la salmuera [11]. 19 5.1.2.8. Purolite S 957 Es una resina macro porosa quelante la cual incorpora grupos funcionales fosfonicos y sulfonicos en una matriz resistente mecánica y osmótica. Estas propiedades combinadas le dan una alta selectividad por el hierro y otros metales de transición, incluso en soluciones ácidas. Tiene una matriz de poli estireno reticulado con DVB. Esta resina ha sido especialmente diseñada para la eliminación selectiva de hierro férrico de soluciones ácidas, así como electrolito de cobre o de soluciones de proceso de niquel, cobalto o zinc. También puede ser utilizada en la eliminación selectiva de algunos metales a niveles de traza de aguas de pH neutras, para potabilizarlas. También tiene una buena selectividad al uranio y otros elementos lantánidos, lo que la hace útil en otras áreas de uso. 20 6. Métodos experimentales 6.1. Caracterización de las cenizas de fondo de horno de incineración La muestra de cenizas corresponde a una muestra de residuo solido urbano (RSU) provenientes de la empresa TERSA. Inicialmente la muestra era muy heterogénea, ya que contenía trozos grandes de metal y diferentes residuos, y además estaba húmeda, por lo que el primer paso fue extraer una submuestra y secarla en el horno a 60º durante una noche. Una vez con la muestra seca, para homogeneizarla, se pasó por un molino para que más o menos toda la muestra tuviera un tamaño relativamente parecido y adecuado para los posteriores experimentos, ya que como se ha dicho, inicialmente era muy heterogénea y tenía tamaños de partícula bastante grandes. Ya con la muestra pasada por el molino, con tal de obtener algo parecido a cenizas volantes, se pasó la muestra por tres tamices de diferentes tamaños de poro: 0,89 mm, 0,3 mm, 0,2 mm. De los tres tamaños se escogió el más pequeño porque era el tamaño mayoritario y ya que cuando más pequeño, más se asemeja a cenizas volantes. La concentración de los elementos contenidos se determina con el método de ICP-OES para los elementos mayoritarios y con el ICP-MS para los elementos minoritarios o traza. Estos análisis han sido llevados a cabo por un laboratorio externo. Para conocer los compuestos cristalinos de las cenizas se ha utilizado el método de difracción con rayos X (XRD). Este método nos da información cualitativa sobre los elementos presentes con concentraciones superiores al 1-2% en masa de la muestra. Los materiales amorfos o compuestos que son cristales muy pequeños no se detectan con este método. Con el método scanning electron microscope with energy dispersive x-ray analysis (SEM-EDX) se obtiene una imagen por encima de los 100.000 aumentos a partir de un barrido de la muestra con un haz de electrones. A parte también se obtiene el análisis elemental de la superficie. 21 6.2. Experimentos de lixiviación En esta serie de experimentos el objetivo es extraer metales contenidos en las cenizas mediante la lixiviación de una manera óptima. Existen factores que afectan al comportamiento de todo tipo de materiales frente a la lixiviación. Estos factores están relacionados con parámetros intrínsecos al material, ya pueden ser físicos o químicos, y con parámetros ligados a al ambiente que lo rodea. Por eso es necesario saber qué factores son influyentes en la lixiviación para poder decir que la lixiviación será óptima. En este trabajo nos hemos centrado en los siguientes parámetros: valor del pH, naturaleza del ácido fuerte, concentración y relación entre volumen del lixiviante y la masa del material (L/S). Habría más factores posibles a estudiar como la temperatura de la disolución, el tiempo de contacto, etc. Cada experimento se ha hecho por duplicado y al acabar se hace la media del valor del pH de equilibrio. Previamente a estos experimentos de lixiviación se ha buscado la relación L/S óptima tanto por bibliografía [12] como por otro experimento explicado más adelante. Esta relación es L/S=20. A partir de este dato, cada experimento se ha realizado mezclando 1,25 gramos de ceniza en 25 ml de disolución para obtener la relación L/S de 20. 6.2.1. Influencia del ratio liquido solido La influencia del ratio (L/S) en la liberación de metales de las cenizas volantes ha sido estudiado a pH 2 usando ácido clorhídrico a diferentes ratios: 5, 10, 20, 30, 50. Estos ratios han sido obtenidos añadiendo diferentes cantidades de ceniza a 100 ml de solución. 6.2.2. Influencia de la naturaleza y concentración de ácido fuerte Estos experimentos han sido llevados a cabo con tres ácidos diferentes: HCl, HNO3 y H2SO4. Posteriormente se ha estudiado el uso de un reactivo con poder complejante como el tiosulfato de sodio Na₂S₂O₃·5H₂O. Las concentraciones utilizadas han sido diferentes en cada ácido, pero dentro de un mismo rango, que va de 3M a 0,01M. Una vez mezcladas las cenizas con las disoluciones, se medía el pH, obteniendo así un pH inicial, y tras una agitación de 24 horas, se volvía a medir el pH obteniendo un pH final. 22 6.3. Experimentos de intercambio iónico con resinas En estos experimentos se ha buscado la influencia del pH en diferentes resinas a la hora de extraer metales de las cenizas volantes. Se han utilizado 8 resinas a pH 2, 2,5, 3, 4 y 6, conseguido a partir de pequeñas adiciones de HCl y NaOH 3M. Se preparó una muestra inicial a partir de 500ml de agua destilada y 25 g de cenizas, obteniendo así L/S=20. A partir de pequeñas adiciones de HCl 3M se obtiene pH=2 en la disolución. Como el volumen añadido de HCl era considerable, se recalcula el nuevo L/S a partir del nuevo volumen total y se hace una adición de cenizas para que de nuevo el L/S vuelva a ser 20. Para finalizar se vuelven a hacer adiciones de HCl 3M obteniendo nuevamente pH=2 y en este caso el volumen añadido era prácticamente insignificante. Se ha utilizado agitación a 500 rpm durante todo el procedimiento para que la medida del pH fuera lo más homogénea posible. Una vez obtenido el pH deseado, se dejó la muestra en agitación 72h y se volvió a medir el pH. Se mezclaron 2 g de resina con 20 ml de esta muestra inicial y después de una pequeña agitación se ha analizado el pH inicial. Tras agitación de 24 horas se determina el pH final. Posteriormente se analizan las muestras para poder ver la capacidad de retención de cada resina. 23 7. Métodos analíticos En este apartado se describen las diferentes técnicas analíticas utilizadas tanto para conocer la concentración de metales de las muestras de cenizas lixiviadas como las técnicas para conocer la composición elemental de las cenizas. 7.1. Análisis de muestras Estos análisis nos permiten saber la concentración de los metales contenidos en la disolución tras la agitación junto a las cenizas. En concreto se han utilizado dos técnicas que son la espectroscopia de absorción atómica (AAS) y el plasma de acoplamiento inductivo (ICP). La primera de estas técnicas se ha utilizado para conocer únicamente la concentración de Zn y Cu de las muestras y el ICP para todos los elementos. 7.1.1. Espectroscopia de absorción atómica (AAS) La espectroscopia de absorción atómica es un método de análisis cuantitativo aplicable a para muchos metales y unos pocos no metales. La base de esta técnica es la absorción de radiación de una longitud de onda determinada por parte de átomos que tengan niveles energéticos cuya diferencia en energía corresponda en valor a la energía de los fotones incidentes. La cantidad de energía absorbida está determinada por la ley de Beer, que relaciona esta pérdida de poder radiante con la concentración de la especie absorbente y con el espesor de la celda que contiene los átomos que absorben. Tiene diferentes componentes de los cuales cabe destacar la fuente emisora, que es una lámpara de cátodo hueco, cuyo cátodo está constituido por el mismo elemento químico que queremos analizar en la muestra, recibiendo de esta forma una radiación monocromática. El inconveniente es que se necesita una lámpara para cada elemento que queremos analizar. Otro elemento a destacar es el atomizador, que en este caso está compuesto por una llama de aireacetileno la cual atomiza las muestras liquidas o en disolución generando vapor de átomos libres en estado fundamental capaz de absorber la energía proveniente de la fuente emisora. También es necesario un sistema de lectura el cual transforme la señal de corriente a una señal que podamos interpretar como absorbancia. Hay más componentes como el amplificador o el quemador. En la Figura 8 se puede ver una representación típica de los componentes instrumentales de un equipo de espectroscopia de absorción atómica. 24 Figura 8. Componentes principales de un espectrómetro de absorción. Previamente al análisis de las muestras hay que hacer patrones de las especies que vamos a analizar y filtrarlas para evitar impurezas que puedan dañar el equipo. La muestra en forma líquida es aspirada a través de un tubo capilar y conducida a un nebulizador donde se desintegra y forma unas gotas muy pequeñas. Estas gotas son conducidas a una llama donde se forman los átomos, los cuales absorben la radiación emitida por la lámpara. La señal de la lámpara llega a un monocromador que básicamente discrimina todas las señales que no sean la importante. Esta señal llega a un detector y a un sistema de lectura. Podemos ver la instalación de esta técnica utilizada en el laboratorio en la figura 9. Figura 9. Equipo AAS del laboratorio 25 7.1.2. Plasma de acoplamiento inductivo (ICP) Es un método de análisis que permite determinar de forma cuantitativa la mayoría de los elementos de la tabla periódica a niveles de traza a partir de muestras en disolución acuosa. Un equipo de ICP se compone de diferentes partes, las principales son: El gas plasmógeno o generador de plasma. El más utilizado es el argón. La antorcha, la cual está constituida por tres tubos concéntricos. Por los tubos más externos llega el argón, el cual generara el plasma y por el interno llega la muestra en forma de aerosol hasta el interior de la llama. El generador de radiofrecuencia, se encarga de aportar energía externa al plasma mediante un sistema de acoplamiento. El sistema óptico, que tiene como finalidad separar cada una de las radiaciones monocromáticas que distinguen cada elemento entre el haz policromático que forma la muestra debido a la mezcla de elementos. En esta técnica, la muestra líquida es transportada por una bomba peristáltica hasta el sistema nebulizador donde es transformada en aerosol gracias a la acción del gas argón. Este aerosol es llevado a la zona de ionización. La zona de ionización es un plasma generado a partir de someter un flujo de argón a la acción de un campo magnético oscilante inducido por corriente de alta frecuencia. Dado que en el plasma se pueden llegar a temperaturas muy altas, de hasta 8000 K, los átomos presentes en la muestra son ionizados o excitados. En su estado elemental, estos átomos emiten radiaciones de una longitud de onda característica de cada elemento. Esta radiación pasa a través de un sistema óptico que separa la radiación según longitudes de onda. Finalmente, un detector mide la intensidad de cada una de las radiaciones relacionándola con la concentración de cada elemento en la muestra. En el esquema de la Figura 10 se ven los componentes principales de un ICP. Figura 10. Componentes y esquema típico de un ICP 32 Del difractograma XRD que se muestra en la Figura 14, podemos ver que la muestra de cenizas tiene una cantidad bastante grande de fases cristalinas y que en estas fases los minerales más comunes son calcita, cuarzo y anhidrita, ya que sus picos característicos están muy bien definidos. El cuarzo es uno de los compuestos cristalinos más habituales en las cenizas. Figura 14. Difractograma XRD Las concentraciones de los elementos en las cenizas han sido determinadas con el análisis ICP-OES para los elementos mayoritarios con ICP-MS para los elementos de traza tras una disolución total en una mezcla de ácidos, en los cuales se incluye HF. Ésto ha sido llevado a cabo por un laboratorio externo. Las concentraciones obtenidas han sido comparadas con la bibliografía en la tabla 5. 33 Elemento g/ton BA Taiwan Suecia Italia Suiza Barcelona Al 104000 38000 - 17000 31402 As 88 68 11,9 - 10,4 Ba 4190 1300 1404 749 1314 Bi - - 2,28 2,8 3,8 Ca 89700 93000 - - 186230 Cd 400 4 5,62 8,9 7,1 Cl - 3000 - - - Cr 838 490 367 180 355,4 Cs - - 1,51 - 1,3 Cu 1260 2700 3490 2230 1450 Dy - - 1,87 - 1,5 Er - - - - 1,4 Eu - - 0,92 - 0,9 Fe 21500 70000 - 32000 25971 Hf - - 2,7 2,6 2,1 Hg - - - - - Ho - - 0,39 - 0,3 K 37800 11000 - - 8328 La - - 18,8 - 16,7 Li - - 26,6 9 26,64 Lu - - 0,17 - - Mg 20700 12000 - - 16797 Mn 1510 1000 - - 450 Mo - - 16,5 8,6 6,10 Na 41700 38000 - - 28555 Ni 114 240 224 120 70,5 P - 3000 - - 12994 Pb 10600 1400 1517 540 1519 Rb - - - 8,31 27,1 S 41900 8000 - - 14130 Sb 346 86 119 - 75,5 Sc - - 10,2 0,96 2,1 Se 35 - - 0,45 0,6 Si - 183000 - - - Sn - 310 201 74 137,7 Sm - - 2,26 - 2,1 Sr 390 - 440 130 625 Tb - - 0,41 - 0,5 Te - - - 0,085 - Ti - 12000 - - 4816 Tl - - - 0,079 - Tm - - 0,16 - - U - - 1,45 - 1,6 V 36 60 - 11 29,7 Yb - - 1,1 - 0,6 Zn 25100 3800 3562 1600 6320 Zr - - 108 116 80,4 Be - - 0,56 0,28 1,03 Co - 33 35,4 11 25,3 34 Ga - - 14,5 2,2 6,2 Ge - - - 0,21 0,7 In - - - 0,29 - Nb - - 14,8 2,5 6 Ta - - 1,12 1,2 2,6 W - - 20,8 56 9,5 Gd - - 2,43 0,75 2,9 Nd - - 12,1 7,26 18,2 Pr - - 3,35 1,9 5,1 Y - - 14,3 7,85 13 Ag - - 5,51 5,3 - Au - - 0,44 0,4 - Pt - - - 0,059 - Rh - - - 0,000092 - Ru - - - 0,0005 - Tabla 5. Concentraciones de elementos mayoritarios y de traza en la muestra de cenizas [23][12][24][25] 35 8.2. Experimentos de lixiviación 8.2.1. Influencia del ratio liquido solido (L/S) Para determinar la influencia que tiene la variación del ratio líquido sólido en la lixiviación se ha representado la concentración final del metal respecto al ratio. Siguiendo la literatura [12], se espera que la concentración del metal aumente a medida que aumenta el ratio, puesto que al aumentar el sólido, hay más metal para ser liberado. En la figura 15 se observa que el perfil es contrario a la literatura, ya que va disminuyendo la concentración de manera inversamente proporcional al ratio. Esto puede ser debido a algún error a la hora de preparar las muestras. Figura 15. Representación de concentración frente al ratio: A tierras raras y B metales de transición 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 020 40 60 Concentración (mg/L) Ratio L/S Concentración REE vs Ratio L/S La Ce Nd 0 100 200 300 400 500 600 700 020 40 60 Concentration (mg/L) Ratio L/S Concentración metales de transición vs Ratio L/S Mn Cd Zn Fe Cu B A 36 8.2.2. Investigación de los ácidos y la concentración Se ha de determinar un ácido y una concentración adecuados para que el proceso de recuperación de metales sea óptimo. Un aspecto a tener en cuenta de la recuperación de metales mediante lixiviación, es que puede ser que se necesiten grandes cantidades de ácido debido a que las cenizas contienen fracciones grandes de compuestos alcalinos como CaO, Ca(OH)2 y CaCO3. Los resultados de los experimentos de lixiviación con concentraciones constantes se muestran en la tabla 6 (concentraciones en mg/L). En el caso del tiosulfato las concentraciones de elementos lixiviados eran demasiado bajas y solo se han tenido en cuenta el zinc y el cobre. Se aprecia que la concentración del ácido afecta de una manera significativa a la lixiviación. El calcio es liberado en grandes cantidades ya que está presente en muchos compuestos solubles en ácido. Sin embargo, disolver la ceniza en ácido sulfúrico ha supuesto una formación de yeso significante, ya que se observa que baja mucho la cantidad de calcio liberado. Los resultados también indican que la extracción de Zn y Cu tiene un buen rendimiento con los ácidos a concentraciones más elevadas, lo que es bueno ya que son metales potencialmente tóxicos. No es tan buena la extracción cuando se baja la concentración o cuando se utiliza tiosulfato. En general se obtienen unos resultados parecidos con los tres ácidos, a excepción del calcio con el sulfúrico. Para poder obtener el máximo rendimiento de lixiviación del Zn y Cu, y metales en general, se ha de llevar a cabo a una concentración elevada, ya que si se compara la concentración más alta con la más baja se observa una diferencia de prácticamente el 100% de metal liberado. También se puede observar que el hierro es el único metal el cual va disminuyendo gradualmente a medida que baja la concentración del ácido, a diferencia de los demás, que pasa de una cantidad a cero casi directamente. Se puede observar en la Figura 16. HCl Muestra Conc (M) Mg Ca Fe Zn Cu Cd Mn Co Al 1 3 530,83 8241,55 539,42 292,89 65,13 0,50 15,75 0,50 885,93 2 1 489,15 8048,30 249,45 281,42 64,41 0,50 12,63 0,50 778,77 3 0,2 5,00 181,57 0,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,50 5,00 4 0,14 239,25 4600,76 1,99 3,09 1,00 0,50 1,59 0,50 5,00 5 0,01 5,00 541,18 0,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,50 5,00 Tabla 6.1. Concentraciones de metales de lixiviación con ácido clorhídrico HNO3 Muestra Conc (M) Mg Ca Fe Zn Cu Cd Mn Co Al 1 1 546,69 8700,90 336,80 308,96 72,13 0,50 14,70 0,50 870,91 2 0,5 515,84 8299,04 187,64 304,66 43,53 0,50 12,71 0,50 752,77 3 0,25 274,35 5688,03 0,50 19,65 1,00 0,50 4,00 0,50 5,00 4 0,2 273,05 5067,86 1,21 4,42 1,00 0,50 1,81 0,50 5,00 5 0,14 185,60 3633,40 0,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,50 5,00 Tabla 6.2. Concentraciones de metales de lixiviación con ácido nítrico 37 H2SO4 Muestra Conc (M) Mg Ca Fe Zn Cu Cd Mn Co Al 1 1 578,18 499,61 511,77 314,87 74,69 0,50 15,80 1,43 966,33 2 0,6 579,19 658,70 433,48 313,64 74,41 0,50 16,07 0,50 979,95 3 0,3 641,89 802,31 211,18 369,66 65,91 0,50 15,09 0,50 867,03 4 0,15 290,54 637,82 0,50 2,93 1,00 0,50 2,15 0,50 5,00 5 0,08 117,19 622,49 0,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,50 5,00 Tabla 6.3. Concentraciones de metales de lixiviación con ácido sulfúrico Na2S2O3 Muestra Concentracion (M) Zn (mg/L) Cu (mg/L) 1 3 1,131 7,04 2 1 1,962 27,70 3 0,5 1,021 26,26 4 0,2 1,005 13,38 5 0,17 0,78 10,78 6 0,14 0,988 7,42 7 0,1 0,3481 4,83 8 0,05 0,685 5,17 9 0,02 0,73 4,51 10 0,01 0,69 3,34 Tabla 6.4. Concentraciones de metales de lixiviación con tiosulfato 0 100 200 300 400 500 600 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Concentración mg/L Concentración HCl (M) Zn Cu Fe A 38 Figura 16. Representación concentración de metales respecto diferentes ácidos: A HCl, B HNO3 y C H2SO4 Se puede comparar el rendimiento de los ácidos mediante el porcentaje de extracción Tabla 7.1. Se observa una disminución del porcentaje a medida que baja la concentración del ácido. Como se ha dicho antes el calcio está presente en muchos compuestos solubles en ácido, por lo tanto es de esperar que tenga un porcentaje bastante elevado de extracción a excepción de la extracción con sulfúrico, por la formación de yeso. Los tres ácidos tienen un porcentaje muy elevado de extracción para Zn y Cu, superior al 90% prácticamente, para concentraciones superiores a los 0,5 M. A partir de los 0,2 M y concentraciones inferiores dejan de tener un buen rendimiento, de hecho en muchos casos pasa a ser 0. En el caso del tiosulfato (Tabla 7.2), los porcentajes de extracción son prácticamente nulos para el Zn y el Cu y completamente nulos para las tierras raras el Mg y el Fe. El único elemento que tiene un 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Concentración mg/L Concentración HNO3(M) Zn Cu Fe B 0 100 200 300 400 500 600 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Concentración mg/L Concentración H2SO4(M) Zn Cu Fe C 39 porcentaje algo superior es el Cu, siendo bastante bajo igualmente. Estos datos se ven representados en las gráficas de la Figura 17. Para poder comparar los ácidos es adecuado ver a que concentración llegan a su máxima extracción puesto que cuanto menos ácido se requiera usar, más económico será. El clorhídrico es el que más concentración necesita para obtener el máximo porcentaje de extracción, siendo ésta 1M. El que a menor concentración obtiene el máximo de extracción es el sulfúrico, a 0,25M, debido a que es un ácido más fuerte ya que tiene dos protones. El nítrico lo hace a concentración 0,5M. Es difícil decir a que concentración adquiere el máximo el tiosulfato puesto que son porcentajes muy bajos. HCl Conc (M) Mg Ca Fe Zn Cu Cd Mn Co Al 3 63,20 88,51 41,54 92,69 89,84 0,14 70,02 0,04 56,43 1 58,24 86,43 19,21 89,06 88,84 0,14 56,11 0,04 49,60 0,2 0,60 1,95 0,04 0,32 1,38 0,14 2,22 0,04 0,32 0,14 28,49 49,41 0,15 0,98 1,38 0,14 7,06 0,04 0,32 0,01 0,60 5,81 0,04 0,32 1,38 0,14 2,22 0,04 0,32 HNO3 1 65,09 93,44 25,94 97,77 99,49 0,14 65,34 0,04 55,47 0,5 61,42 89,13 14,45 96,41 60,04 0,14 56,49 0,04 47,94 0,25 32,67 61,09 0,04 6,22 1,38 0,14 17,76 0,04 0,32 0,2 32,51 54,43 0,09 1,40 1,38 0,14 8,02 0,04 0,32 0,14 22,10 39,02 0,04 0,32 1,38 0,14 2,22 0,04 0,32 H2SO4 1 68,84 5,37 39,41 99,64 100,00 0,14 70,22 0,11 61,55 0,6 68,96 7,07 33,38 99,25 100,00 0,14 71,42 0,04 62,41 0,3 76,43 8,62 16,26 100,00 90,91 0,14 67,07 0,04 55,22 0,15 34,59 6,85 0,04 0,93 1,38 0,14 9,55 0,04 0,32 0,08 13,95 6,69 0,04 0,32 1,38 0,14 2,22 0,04 0,32 Tabla 7.1. Porcentaje de extracción de metales para cada ácido Na2S2O3 Conc (M) La Ce Nd Al Mn Zn Cu Cd Pb Ca Mg Fe 3 2,99 1,41 2,75 0,66 4,52 0,16 28,35 7,02 0,07 7,75 0,30 0,08 1 2,99 1,41 2,75 0,20 4,52 0,21 38,89 7,02 1,29 8,20 0,30 0,08 0,5 2,99 1,41 2,75 0,13 4,52 0,16 34,26 7,02 0,84 8,09 0,30 0,08 0,2 2,99 1,41 2,75 0,17 4,52 0,16 14,08 7,02 0,78 7,48 0,30 0,08 0,17 2,99 1,41 2,75 0,06 4,52 0,16 10,43 7,02 0,85 7,72 0,30 0,08 0,14 2,99 1,41 2,75 0,06 4,52 0,16 6,62 7,02 0,71 7,73 0,30 0,08 0,1 2,99 1,41 2,75 0,06 4,52 0,16 4,48 7,02 0,20 6,88 0,30 0,08 0,05 2,99 1,41 2,75 0,16 4,52 0,18 3,80 7,02 1,32 6,36 0,30 0,08 0,02 2,99 1,41 2,75 0,06 4,52 0,16 0,69 7,02 1,07 5,42 0,30 0,08 0,01 2,99 1,41 2,75 0,06 4,52 0,16 0,69 7,02 1,48 5,77 0,30 0,08 Tabla 7.2. Porcentaje de extracción de metales para tiosulfato 40 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 % extracción Concentración HCl (M) % Extracción vs concentración HCl Mg Ca Fe Zn Cu Mn Al A 0 20 40 60 80 100 0 0,5 1 % Extracción Concentracion HNO3 %Extracción vs concentración HNO3 Mg Ca Fe Zn Cu Mn Al B 0 20 40 60 80 100 0 0,5 1 % Etracción Concentración H2SO4 %Extracción vs concentración H2SO4 Mg Ca Fe Zn Cu Mn Al C 41 Figura 17. Representación del porcentaje de extracción respecto a la concentración de ácido: A HCl, B HNO3, C H2SO4 y D tiosulfato de sodio 0 10 20 30 40 50 0 1 2 3 4 % Extracción Concentración tiosulfato (M) %Extracción vs concentración tiosulfato Al Zn Cu Pb Ca D 48 En la figura 21.1, se grafica la relación entre la extracción y la acidez para las tierras raras. Vemos que tanto para el La como el Ce, hay una resina la cual tiene un porcentaje de retención del 100% sin importar la acidez, que es la S957. Solo hay otra resina con la retención constante, que es la S940 en el caso del Ce. La resina TP207 es comparable a la S957 puesto que son las dos únicas resinas que tienen un 100% de retención en un rango más amplio de pH, solo que la TP207 necesita un pH algo superior, en torno a 2,5. La otra resina que en algún momento tiene un 100% de retención es la Lewatit 1026, la cual llega a ese valor de retención a pH 6 para el La y a pH 4 para el Ce. El resto de resinas, a pH 6, tienen todas un porcentaje de retención bastante similar, en torno al 80%, pero entre ellas destacaría la S910, la cual llega a esa retención a pH 2,5 aproximadamente. Las demás resinas tienen una retención bastante deficiente para pH inferiores a 4. Los perfiles de algunas resinas como la TP214 o la Lewatit 1069 son parecidos a los obtenidos en la literatura con extracción con ácidos organofosfóricos [15], en los cuales empieza a aumentar la retención a partir de pH 2,5 sin llegar a ser muy alto. Figura 21.1. Efecto del pH en la retención de las tierras raras: A La (III) y B Ce (III) 0 20 40 60 80 100 0246 % Retención pH Ce Lewatit 1069 TP272 S940 S910 TP214 Lewatit 1026 S957 TP207 B 0 20 40 60 80 100 0246 % Retención pH La Lewatit 1069 TP272 S940 S910 TP214 Lewatit 1026 S957 TP207 A 49 En la figura 21.2 se muestran los resultados para los metales de transición (Mn, Zn, Cu, Cd y Fe). En el caso del Mn, figura A, destacan dos resinas: la S910 y la S940. Ambas llegan a un 100% de retención en pH 6. En este caso la mejor opción para recuperar Mn seria la S940 ya que prácticamente no influye la acidez y desde pH 3 ya tiene su máxima retención. Otras dos resinas que obtienen un porcentaje bastante elevado, de un 80%, son la TP207 y la S957, pero a pesar de parecer bastante elevado no son muy buena opción puesto que para llegar a su máximo necesitan pH 6, y a pH inferiores tienen porcentajes bastante deficientes. No es hasta pH 2,5 que empiezan a ganar retención. Tras estas, dos resinas obtienen un 60% de retención aproximadamente en pH 6, que son la Lewatit 1026 y la TP272 aunque mientras que la Lewatit llega a su máximo a pH 4, la TP272 no lo hace hasta pH 6, teniendo una retención muy pobre hasta poco antes de pH 6. Por último están la Lewatit 1069 y TP214 que son una mala opción para este metal, pues su retención es prácticamente nula, entre un 10 y un 20%, y apenas mejora al aumentar el pH. El orden de prioridad a seguir para elegir una resina en este caso sería: S940> S910> S957> TP207> Lewatit 1026> TP272> Lewatit 1069> TP214 Para el Zn, figura B, lo primero que se observa, es que a pH 6 todas las resinas tienen muy buena retención, superior al 80%, la mayoría de ellas incluso un 100%. Destacarían la S910, S940 y la TP214, cuya retención máxima es un 100% y no depende del pH, con lo cual serían una buena opción puesto que no haría falta fijarse en el medio ácido o básico de trabajo. La TP207 también sería una buena opción, puesto que adquiere su máxima retención a bastante rápido, a pH 3, que también es un 100%. Las demás no serían muy buena opción a pesar de acabar con un buen porcentaje, puesto que en el caso de la Lewatit 1026 y S957 requieren pH 4 para llegar casi a retención máxima, y en el caso de la Lewatit 1069 no es hasta pH 6 que obtiene su máximo, teniendo un porcentaje muy bajo a pH inferior a 6. En este caso el orden de prioridad sería el siguiente, aunque cabe decir que en este caso hay opciones que son casi iguales: TP214> S940> S910> TP214> TP207> TP272> Lewatit 1026> S957> Lewatit 1069 Con el Cu, figura C, ocurre algo similar al Zn en el cual tenemos varias resinas las cuales tienen máxima retención a todo pH y esa retención es de un 100%. Este es el caso de las resinas S910, S940 y TP214, las cuales también actuaban bastante bien para el Zn. Prácticamente igual que las nombradas anteriormente, tendríamos la TP207, la cual a pH 2,5 ya obtiene su retención máxima que es también de un 100%. Las tres resinas restantes llegan a su máximo a pH 6, el cual es similar, aproximadamente 75%. De las tres podríamos diferenciar la TP 272 que no parece una buena opción puesto que su retención es muy baja hasta pH 4. La prioridad de resinas a utilizar es parecida al caso del Zn: TP214> S940> S910> Lewatit 1069> TP207> S957> Lewatit 1026> TP207 En el caso del Cd, figura D, prácticamente todas las resinas obtienen su máxima retención en pH 2,5, excepto TP207 y S957 que lo hacen a pH 3 y 4 respectivamente. Hay 3 resinas que tienen máxima retención independiente del pH la cual es el 100%, que son la S910, S940 y TP214, las cuales serían las más adecuadas para este metal. La TP207 obtiene una buena retención, más o menos 80%, a pH 6, siendo bastante bajo para pH inferiores. El resto de resinas no irían bien para el Cd ya que apenas superan el 20% de retención. El orden en este caso sería: S940> S910> TP214> TP207> S957> Lewatit 1069> TP272> Lewatit 1026 Por último queda el Fe, figura E, donde se ve que todas las resinas tienen 100% de retención a pH 6 y que excepto la TP214, el resto prácticamente tienen la máxima retención desde pH 2. Por 50 lo tanto en este caso se podría decir que la mejor es la S957 ya que es la primera en obtener la máxima retención, y la peor la TP214, y que el resto no afectaría mucho cual elegir. Se observa que la S940 y la S910 funcionan muy bien para retener cualquier metal. Las diferencias que se observan entre las diferentes resinas provienen principalmente de la diferencia de sus grupos funcionales [17]. Cada grupo funcional tiene una reacción diferente con cada elemento. La resina S957 tiene dos grupos funcionales que participan en la extracción del metal siendo sus reacciones: nR - SO3Hres + Mn+ ↔ (RSO3)n – Mres + nH+ nR – NH – POOHres + Mn+ ↔ (R – NH – POO)nM + nH+ La resina TP207 tiene un grupo iminodiacetico, el cual tiene la siguiente reacción: nR – NH – (COOH)2res + Mn+ ↔ (R – NH – (COOM))n + nH+ 51 0 20 40 60 80 100 0246 % Retención pH Mn Lewatit 1069 TP272 S940 S910 TP214 Lewatit 1026 S957 TP207 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 % Retención pH Zn Lewatit 1069 TP272 S940 S910 TP214 Lewatit 1026 S957 TP207 B 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 % Retención pH Cu Lewatit 1069 TP272 S940 S910 TP214 Lewatit 1026 S957 TP207 C A 52 Figura 21.2. Efecto del pH en la retención de los metales de transición: A Mn, B Zn, C Cu, D Cd y E Fe Para poder comparar la separación de cada una de las resinas respecto a cada elemento, se representa el porcentaje de extracción frente al pH de todos los elementos para cada resina (Figura 22). Resinas como la S940 y la S910 no serían adecuadas para separar elementos ya que presentan una buena extracción para cada uno de ellos. La resina Lewatit 1069 separaría bien el Zn del Cu puesto que tienen un perfil muy diferente, teniendo un porcentaje muy bueno de retención para el Cu. 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 % Retención pH Cd Lewatit 1069 TP272 S940 S910 TP214 Lewatit 1026 S957 TP207 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 % Retención pH Fe Lewatit 1069 TP272 S940 S910 TP214 Lewatit 1026 S957 TP207 E D 53 Figura 22. Extracción de elementos en función del pH para cada resina 54 9. Costes del proyecto En este apartado se explican los costes relacionados con la realización del proyecto, divididos en gastos de material utilizado durante el proyecto y los experimentos, y costes de personal. 9.1. Costes materiales Se tiene en cuenta el coste de los reactivos utilizados en los experimentos a partir del precio unitario de cada uno de ellos y la cantidad utilizada. Además se considera el material de laboratorio utilizado, tanto el que es de un solo uso como los guantes, o los que pueden tener más usos como puede ser un matraz. También se tiene en cuenta el gasto en consumo energético tanto de los equipos como del laboratorio en sí y el consumo de agua. A parte se considera el coste de analizar muestras. Reactivos Concepto Cantidad Precio unidad (€/un) Precio total (€) HCl 37% 0,25L 2,72 0,68 H2SO4 99% 0,04L 2,796 0,11 HNO3 70% 0,05L 2,785 0,14 Na2S2O3·5H2O 30g 0,013 0,39 NaOH 1M 0,05L 3,56 0,18 Patrón Zn 0,02L 75,7 1,51 Patrón Cu 0,02L 75,8 1,52 Acetona 1L 3,28 3,28 Agua miliQ 150L 1 150 Subtotal 157,81 Tabla 9.1. Costes de reactivos utilizados Material de un solo uso Concepto Cantidad Precio unidad (€/un) Precio total (€) Guantes 24 0,07 1,68 Jeringuillas 10 0,14 1,4 Filtros 20 μm 50 0,68 34 Pipeta pasteur 5 0,02 0,1 Bolsas PE 8 0,2 1,6 Subtotal 38,78 Tabla 9.2. Costes de material de un solo uso utilizado 55 Material de más de un uso Concepto Cantidad Precio unidad (€/un) Precio total (€) matraz aforado 25 mL 3 4,07 12,21 matraz aforado 100 mL 3 5,07 15,21 matraz aforado 1L 1 21,56 21,56 vaso precipitados 50 mL 1 2,47 2,47 vaso precipitados 250 mL 3 2,77 8,31 vaso precipitados 1L 1 7,16 7,16 botes 50 mL 25 0,68 17 matraz 55rlenmeyer 250 mL 5 8,18 40,9 matraz kitasato 250 mL 1 27,9 27,9 embudo vidrio 5 8,71 43,55 embudo Buchner 1 29,29 29,29 tubos de ensayo 10 mL 25 0,07 1,75 viales 20 mL 16 0,12 1,92 pipeta 10 mL 1 1,89 1,89 pipeta 25 mL 1 2,49 2,49 punta micropipeta 20 0,05 1 micropipeta 5 mL 1 39,68 39,68 imán agitación 2 2,64 5,28 tamiz 0,2 mm 1 28,96 28,96 Subtotal 308,53 Tabla 9.3. Costes de materiales reutilizables Análisis de muestras Concepto Cantidad Precio unidad (€/un) Precio total (€) ICP-MS/ICP-OES 71 21,13 1500,23 Absorcion atómica 55 20 1100 Subtotal 2600,23 Tabla 9.4. Costes de analizar muestras 56 Consumo de energía Concepto Consumo (kWh) Precio unidad (€/kW) Precio total (€) Agitador 15 0,15 2,25 Horno 130 0,15 19,5 Maquina vacío 5 0,15 0,75 Refrigerador 7,9 0,15 1,19 Subtotal 23,69 Tabla 9.5. Costes de energía 9.2. Costes de personal Se ha de considerar los costes del personal encargado de la realización del proyecto. Se hace un cómputo global de horas teniendo en cuenta actividades como experimentación, escritura de la memoria, etc. Costes de personal Concepto Cantidad Tiempo (h) Coste unitario (€/h) Precio total (€) Ingeniero 1 500 12,5 6250 Supervisor 2 40 50 4000 Subtotal 10250,00 Tabla 10. Costes de personal 9.3. Coste total La suma de los costes de material y los costes de personal da el total de gastos de realización del proyecto. Esto es una estimación, los costes reales podrían ser mayores. Costes totales Concepto Precio total (€) Costes por material 3105,45 Costes de personal 10250 TOTAL 13348,44 Tabla 11. Costes totales 57 10. Impacto ambiental y buenas prácticas de laboratorio En este apartado se analiza qué impacto ambiental ha tenido el proyecto, tanto la gestión de los residuos generados en los experimentos como el consumo eléctrico y su influencia en el medio. 10.1. Descripción del medio de trabajo El proyecto ha sido realizado en su totalidad en los laboratorios del Departamento de Ingeniería Química de la ETSEIB, a excepción de algunos análisis de muestras llevados a cabo tanto en la Universidad de Barcelona como en el CSIC. En general los equipos empleados tienen dimensiones reducidas y emisiones nulas para que afecte al medioambiente de manera importante. No obstante, las disoluciones de rechazo han de gestionarse adecuadamente. 10.2. Valoración de los impactos sobre el medio Existen tres tipos de impacto que el proyecto podría tener sobre el medioambiente:  Existencia del proyecto  Uso de los recursos y tratamiento de residuos generados  Emisión de contaminantes 10.2.1. Impacto por existencia del proyecto El proyecto estudia la recuperación de metales en residuos sólidos urbanos. La recuperación de estos metales supone un impacto muy grande sobre el medioambiente, ya que la mayoría son contaminantes o se invierten muchos recursos en su extracción para posterior uso. Por lo tanto se espera que el impacto de este proyecto sobre la sociedad sea positivo, debido a la reducción del impacto en el medioambiente derivado en el tratamiento de estos residuos urbanos y en la extracción de estos metales. 10.2.2. Impacto por emisiones Puesto que los equipos de laboratorio e incluso la propia iluminación del laboratorio requieren de energía eléctrica, se considera la emisión de gases de combustión de las centrales eléctricas suministradoras. El contaminante emitido es el gas CO2. Realmente el impacto es mínimo puesto que el consumo de estos equipos no es muy grande y el tiempo que han sido utilizados también es corto, por lo tanto se considera menospreciable el impacto respecto a las emisiones.