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Introducción

La industria de la fundición usa grandes volúmenes dearenas sílicas en el proceso de moldeo y de fundición;estas arenas son usadas y reusadas varias veces hasta quesus propiedades se agotan y, por lo tanto, han de tirarseo disponerse en algún lugar en donde no ocasionendaños ambientales. Desafortunadamente, en el Estadode México no existen confinamientos para residuosindustriales peligrosos y no peligrosos, que permitan demanera económica deshacerse de tales desechos.

El presente artículo tiene por objeto definir, describiry presentar de manera panorámica algunos estudiosrealizados por algunas empresas para el posiblereciclamiento de las arenas residuales de la fundición;

los estudios son tendientes a dar solución a los proble-mas e intereses ambientales que las empresas generan.

I. Descripción de las arenas sílicasLa arena sílica, es un material pétreo de apariencia

granular extraída de bancos de arena o de minas; lasarenas sílicas han sido lavadas y procesadas para darlesun revestimiento con resinas fenólicas como agentes decurado, lubricado y adhesivo, para manufacturar losmoldes y corazones usados en la producción de piezasen la fundición del metal. Son solicitadas bajo diversasespecificaciones de densidad, compactabilidad, peso ycontenido.

La inhalación prolongada de las arenas sílicas enforma de polvo causa la enfermedad pulmonar llamadasilicosis; el polvo puede generarse durante el transporte,el manejo, o después del vaciado; puede causar irrita-ción en piel sensible, desprende humos en el procesotérmico debido a las resinas fenólicas en forma deamoníaco, fenol y formaldehído y bióxido de carbono

junto con vapor de agua. En su manejo no existe riesgode incendio o explosiones; finalmente, su control essencillo tomando las precauciones de manejo, comousar mascarillas, guantes y ropa adecuada, procurar quehaya buena ventilación en los almacenes, evitar suingestión y, en caso dado, contar con buena atenciónmédica para cada caso.

II. Las arenas residuales

En la mayor parte de los procesos de fundición, sepractica el reciclaje de las arenas hasta que estas pierdensus propiedades granulométricas; estas propiedadesafectan la calidad de los productos de la fundición. Enalgunas industrias el volumen de desecho significa unverdadero problema: almacenaje, costos por extraccióny transporte, permisos y análisis químicos para la clasi-ficación y disposición final requeridos para el debidoconfinamiento.

Una tonelada de arenas residuales que cumpla con lasespecificaciones requeridas por las NTE para serdeshechadas, puede llegar a costar 135.60 nuevos pesos(N$) o 43.20 dólares –en números redondos–, sinconsiderar los costos de separación de metales que sehan mezclado en las arenas residuales (proceso que sedebe realizar en la planta). Dicho valor por tonelada esmuy significativo cuando se manejan grandes volú-menes; algunas empresas gastan por este preceptoN$ 9,167.00 diarios o más de un millón de dólares al año,valor que varía para más o para menos, según la distan-cia de la planta a la zona de confinamiento autorizado.

Alternativas para el reciclajede las arenas residuales

de la fundición

Arturo Plasencia Izquierdo*

c i e n c i a s e x a c t a s y a p l i c a d a s

* Investigador del Centro de Investigación en Arquitectura,

Ingeniería y Tecnología de la UAEM.

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III. Problemática

Hoy existe un conjunto de conceptos erróneos sobre elmanejo y la disposición final de la gran mayoría deresiduos de tipo y origen industrial, por lo que lasociedad rechaza la mayoría de los confinamientos ycrea problemas políticos entre las autoridades y losproductores, conflictos respaldados en la disparidadde criterios ambientales; unos, por la necesidad dedeshacerse de los residuos y otros, por la exigencia deproteger el ambiente. Las crisis no son otra cosa quedesconocimiento del avance científico, tecnológico ycultural de la sociedad y del significado de contaminar-como lo es en nuestro caso- con arenas residuales delos procesos de fundición.

Veamos los resultados de una investigación condu-cida por la Universidad de Wisconsin, que sirvió paraevaluar el impacto ambiental por el uso de arenassílicas producidas por tres grandes plantas fundidorasde Estados Unidos en la construcción de caminos,durante el periodo 1985-1989.

IV. Metodología

El trabajo fue conducido en tres etapas:1. Extensas pruebas de laboratorio fueron conduci-

das en las arenas de fundición de tres fundidoras dehierro durante un año. Las tres fundidoras participan-

tes fueron la de Waupaca, la Corporación Falk y latrabajadora de Hierro Brillion. Las pruebas de filtraciónincluyeron pruebas de toxicidad de EP (ProtecciónAmbiental, por sus siglas en inglés) y pruebas defiltración de agua de la AFS (Sociedad Americana de laFundición). Las pruebas de filtración fueron conduci-das también en muestras de suelo de varias partes delestado de Wisconsin y en las arenas que serían usadasen la construcción de caminos (Raeger, 1987; Wellender,1988).

2. El monitoreo de la calidad de filtrado y de aguasubterránea fue conducido alrededor de «pilas deprueba», de arena de fundición y de arena nativaplaneada para el uso en la construcción de un caminode Waupaca, Wisconsin.

Los materiales fueron colocados en hileras de pilas,con alturas de 5,10 y 15 pies. Las pilas fueron sosteni-das por sistemas de recolección de filtrado, de talmanera que se pudiera monitorear el volumen y lacalidad de agua del filtrado que pasara a través de lasarenas (Levejoy, 1989).

3. El monitoreo del agua subterránea fue conducidoen el sitio de un camino existente, donde la arena defundición fue usada en la construcción de un viaductoque pasa sobre un dique.

Aproximadamente 10,000 yardas cúbicas de arenade fundición fueron usadas en la construcción. Elgrosor máximo de la arena fue de 15 pies, con ungrosor promedio de alrededor de 5 pies y una tapa dearcilla de 2 pies de suelo nativo. La cantidad de suelonativo usada en el dique fue mayor que la cantidad dearena de fundición. El monitoreo fue conducido antesy después de que la arena fuese usada en la construc-ción del camino. Dos lisímetros fueron colocados bajola arena, y pozos de monitoreo fueron instalados congradientes ascendentes y descendentes del sitio.

V. Resultados de la prueba de filtración

Todas las arenas de fundición probaron ser no-peligro-sas, en concordancia con los criterios de la USEPA(Agencia de Protección al Ambiente de Estados Unidos).

Los resultados promedio de la prueba de filtración deagua de las tres fundidoras se presentan en la tabla 1,junto con los resultados promedio del suelo nativo. Losparámetros de mayor interés de las tres fundidoras dehierro gris participantes son fluoruro, hierro, pH y Sóli-dos Disueltos Totales (TDS, por sus siglas en inglés).Hierro, TDS y pH son parámetros secundarios más queprimarios del agua para beber. Generalmente, el criteriopara parámetros primarios del agua para beber estábasado en los efectos sobre la salud, mientras que elcriterio para parámetros secundarios del agua para be-ber está basado en los efectos tanto de sabor como

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estéticos. Los parámetros listados fueron filtrados a con-centraciones más altas que los suelos nativos.

En varios parámetros, los suelos nativos dieron con-centraciones promedio más altas en las pruebas defiltración que las arenas de fundición, incluyendo ba-rio, cromo, plomo, cobre, manganeso, zinc y cianuros.Las concentraciones de cromo y plomo en los filtradosde aguas de los suelos nativos estuvieron por encimade las normas primarias del agua para beber (MCL). Lasconcentraciones de plomo, en particular, estuvieronpor encima de la norma. La concentración promediode plomo del suelo nativo en la prueba de filtración delagua fue de 0.248 mg/1, y la concentración máxima fuede 1.2 mg/1. La MCL es de 0.05 mg/1.

El análisis estadístico de la información de la pruebade la filtración indica que el flujo de las muestrasexaminadas varía poco en el tiempo con respecto a suscaracterísticas de filtración. Las muestras fueron reco-lectadas y analizadas mensualmente durante un año.

VI. Filtrado del lisímetro

Los resultados de los lisímetros del suelo nativo y de laarena de fundición son presentados en la tabla 2. Ambas»pilas», tanto la de suelo natural como la de arena defundición, filtraron constituyentes por encima de lasnormas del agua para beber. Los constituyentes filtrados

incluyen arsénico, cromo, manganeso y TDS. El cloruroexcedió la norma del agua para beber en una muestra delfiltrado de la arena de fundición. Los filtrados de lossuelos nativos y de la arena de fundición tuvierongeneralmente características químicas similares.

Con base en los resultados de la prueba de filtración,el suelo del sitio en Waupaca tiene un potencial defiltración bajo, comparado con otros suelos deWisconsin. El suelo del sitio en Waupaca tambiénresultó más permeable que la arena de fundición, ypermitió pasar un mayor volumen de agua a través delsuelo. El suelo soltó una cantidad de substituyentesmayor que la arena de fundición para todos losparámetros, con concentraciones consistentemente porencima del límite de detección. En consecuencia, aúnlos suelos relativamente limpios en Waupaca tienenun mayor potencial del impacto en el agua subter rá-nea que la arena de fundición.

En general, la mayor porción de constituyentesfiltrables fueron soltados en los primeros meses demuestreo, sugiriendo que cualquier impacto en el aguasubterránea sería temporal.

VII. Variabilidad de resultados de muestras ambientales

Se encontró arsénico en concentraciones por encima de1 mg/1 en muestras de filtrado de arena de fundición y de

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suelo en los sitios de Waupaca y Appleton; tal concen-tración se encuentra por encima de la MCL, pero elarsénico no proviene de las arenas de fundición, sinoque es de origen natural o bien es resultado de algúnerror de laboratorio. En cualquier caso, los resultadosindican que parámetros inesperados puedan ser encon-trados en muestras ambientales.

VIII. Análisis del agua subterránea en el área de reusoconstructivo del camino.

Un análisis del agua subterránea de los pozos degradientes ascendentes y descendentes previo a la colo-cación de arena de fundición en la construcción delcamino, indica que el camino mismo tiene un impactoen la calidad del agua subterránea de poca profundidad(tabla 3). Alcalinidad, cloruro, dureza, sodio, sulfato,cobre y TDS aparecieron elevados en los pozos degradiente ascendente. El monitoreo del agua subterrá-nea del sitio y la elevación de los resultados continúan.

Conclusiones

Los resultados del proyecto demuestran que los materia-les de fundición pueden ser usados en la construcciónde caminos con mínimo efecto perjudicial al ambiente.

Las arenas examinadas soltaron cantidades totalesmás bajas que las del suelo relativamente limpio usadoen la comparación. Ambas pilas, la de suelo y la de arenade fundición, filtraron algunos parámetros en el sitio deprueba ligeramente más altos que las normas del aguapara beber. Los sitios de prueba son modelo del peorcaso de filtración, ya que la arena de fundición fuecolocada en grandes pilas descubiertas sin ningunarestricción en la precipitación de la infiltración. Lasarenas de fundición usadas en la construcción de cami-nos se encontrarían ya sea bajo la base del camino o endiaques inclinados, en los cuales la vasta mayoría de la

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precipitación escurriría por la inclinación, en vez deinfiltrarse a través de la arena de fundición. Las activi-dades del camino resultaron en elevados valores dealcalinidad, cloruro, dureza, sodio, sulfato y TDS en elagua subterránea de poca profundidad con gradientedescendiente del camino, previo a la colocación dearena de funciones.

La prueba de filtración de agua en suelos de diferentesáreas en el estado muestran que los suelos nativospueden filtrar concentraciones de varios parámetrosplomo -notablemente-, por encima de las normas delagua para beber. La cantidad promedio del filtrado delsuelo fue mucho peor que la calidad del filtrado de lastres arenas de fundición examinadas.

El reuso de arenas de fundición como material deconstrucción de caminos no sólo provee un reuso cons-tructivo para un gran volumen de producto secundario,también preserva un recurso natural y provee un mate-rial que probablemente tenga menor potencial de filtra-ción que el suelo nativo.

Con base en la información provista, no hay razónpara sugerir la construcción de un forro de arcilla o deuna cubierta de arcilla cuando productos secundarios defundición similares a aquellos utilizados en esta investi-gación sean usados. Además, creemos que es factibledesarrollar guías numéricas para la evaluación de opcio-nes de reuso apropiado y provechoso de las arenas defundición de hierro. •

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

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