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Conferencia de las Partes en el Convenio de Basilea
sobre el control de los movimientos transfronterizos
Cartagena (Colombia), 17 a 21 de octubre de 2011
Tema 3 b) i) del programa provisional*
Directrices técnicas sobre el coprocesamiento ambientalmente racional de los desechos peligrosos en hornos de cemento
En su décima reunión, la Conferencia de las Partes aprobó, en su forma enmendada, las directrices técnicas sobre el coprocesamiento de los desechos peligrosos en hornos de cemento sobre la base del proyecto que figuraba en el documento UNEP/CHW.10/6/Add.3, que fue preparado por el Gobierno de Chile. El texto de la versión definitiva de las directrices técnicas se reproduce en el anexo del presente documento.
Directrices técnicas sobre el coprocesamiento ambientalmente racional de los desechos peligrosos en hornos de cemento 2
Versión definitiva revisada (31 de octubre de 2011) 2
I. Introducción 10
A. Ámbito 10
B. Aspectos generales de la fabricación de cemento 10
C. Coprocesamiento de los desechos peligrosos en hornos de cemento 11
II. Disposiciones pertinentes del Convenio de Basilea y vínculos internacionales 14
A. Disposiciones generales del Convenio de Basilea 14
B. Consideraciones generales sobre la gestión ambientalmente racional 14
1. Convenio de Basilea 14
2. Convenio de Estocolmo 15
3. Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos 16
III. Directrices generales sobre el coprocesamiento ambientalmente racional en hornos de cemento 16
A. Principios del coprocesamiento en la fabricación de cemento 16
B. Consideraciones a tener en cuenta en la selección de desechos para su coprocesamiento 18
1. Desechos peligrosos adecuados para su coprocesamiento en hornos de cemento 18
2. Recuperación o eliminación de desechos distinta de la recuperación en hornos de cemento 21
3. Eficiencia de la destrucción de sustancias orgánicas peligrosas 24
C. Garantía de calidad/control de calidad 25
D. Aspectos de salud y seguridad 26
1. Análisis de riesgos 26
2. Control de acceso y control de riesgo 26
3. Equipo de protección personal 27
4. Formación 27
5. Vigilancia médica 27
6. Respuesta de emergencia 27
E. Comunicaciones e implicación de los interesados 28
IV. Aceptación y preprocesamiento ambientalmente racional de los desechos 29
A. Introducción 29
B. Aceptación de los desechos 29
1. Preaceptación 29
2. Aceptación in situ 30
3. Desechos no conformes 32
4. Sistema de seguimiento en planta 33
C. Almacenamiento y manejo de los desechos 34
1. Consideraciones sobre el diseño 34
2. Consideraciones sobre el funcionamiento 35
D. Preprocesamiento de los desechos 36
1. Consideraciones sobre el diseño 36
2. Consideraciones sobre el funcionamiento 36
E. Cierre o desmantelamiento de la planta de preprocesamiento 37
F. Otros aspectos ambientales 37
1. Compuestos orgánicos volátiles, olores y polvo 37
2. Bidones y metales ferrosos 38
3. Aguas residuales 38
G. Supervisión y notificación de emisiones 38
V. Coprocesamiento ambientalmente racional de desechos peligrosos en hornos de cemento 39
B. Requisitos operativos 39
1. Selección del punto de alimentación 39
2. Control del funcionamiento del horno 41
C. Aspectos ambientales 42
1. Emisiones a la atmósfera 42
2. Polvo de horno de cemento y polvo desviado 43
3. Emisiones al agua 44
210. En general, las descargas de aguas residuales suelen limitarse solamente a la escorrentía superficial y al agua de enfriamiento y no aportan ninguna contribución sustancial a la contaminación del agua (EIPPCB, 2010). Sin embargo, en la Unión Europea el uso de depuradores húmedos es la mejor técnica disponible para reducir las emisiones de SOx procedentes de los gases de combustión del encendido de los hornos o de procesos de precalentamiento o precalcinación (EIPPCB, 2010). En este contexto, se aplican a los hornos de cemento que coincineran residuos y desechos peligrosos en la Unión Europea los requisitos de la Directiva 2000/76/CE en lo relativo a la descarga de aguas de desecho procedentes de la limpieza de gases de exhaustación, a fin de limitar la transferencia de contaminantes del aire al agua. 44
4. Control del producto final 44
D. Supervisión 45
1. Supervisión del proceso 46
2. Supervisión de las emisiones 46
3. Supervisión ambiental 47
4. Requisitos para la presentación de informes 47
VI. Referencias 48
Anexo I 53
A. Resultados de los ensayos de incineración realizados en la década de 1970 53
B. Resultados de los ensayos de incineración realizados en la década de 1980 53
C. Resultados de los ensayos de incineración realizados en la década de 1990 54
D. Resultados de ensayos de incineración recientes 54
E. Resumen 54
F. Primeras aplicaciones de las reglas de los ensayos de incineración a la evaluación de los hornos de cemento 55
Fuentes de emisiones a la atmósfera 58
A. Material particulado 58
B. Óxidos de azufre 58
C. Óxidos de nitrógeno 58
D. Óxidos de carbono 59
E. Emisiones orgánicas 60
F. Gases ácidos 60
G. Amoníaco 60
H. Benceno 61
I. Metales pesados 61
J. Dibenzo-p-dioxinas policloradas y dibenzofuranos policlorados 61
K. Hexaclorobenceno y bifenilos policlorados 62
Agregados: Partículas utilizadas en construcción como arena, grava, cantos triturados y abrasivo de escoria.
Análisis de emisiones: Recogida manual de muestras gaseosas de la chimenea, seguida del análisis químico para determinar concentraciones de sustancias contaminantes.
Auditoría: Evaluación sistemática e independiente de resultados comparándolos con los objetivos.
Calcinación: Eliminación o pérdida, inducida por calor, de compuestos volátiles diferentes del agua, unidos químicamente. En la fabricación de cemento se trata de la descomposición térmica de la calcita (carbonato de calcio) y otros minerales carbonatados, que genera un óxido metálico (principalmente CaO) y dióxido de carbono.
Cemento: Material inorgánico finamente triturado que, al mezclarse con agua, forma una pasta que fragua y se endurece mediante procesos y reacciones de hidratación y que, después de endurecerse, retiene su dureza y su estabilidad bajo el agua.
Cemento hidráulico: Tipo de cemento que fragua y se endurece por interacción química con el agua y que tiene la capacidad de hacerlo bajo el agua.
Cemento Portland: Cemento hidráulico producido por pulverización de clínker de cemento Portland y que normalmente contiene sulfato de calcio.
Clínker de cemento Portland: Material hidráulico cuya masa está formada, como mínimo, por dos terceras partes de silicatos de calcio ((CaO)3SiO2 y (CaO)2SiO2) y el resto contiene óxido de aluminio (Al2O3), óxido de hierro (Fe2O3) y otros óxidos.
Clinkerización: Formación termoquímica de minerales de clínker, especialmente aquellas reacciones que se producen por encima de 1.300°C; también, zona del horno donde ocurre este proceso. Se conoce también como sinterización o calcinación.
Combustibles y materias primas alternativos: Material para la producción de clínker derivado de corrientes de desechos que aportan energía o materias primas.
Combustibles alternativos: Desechos con valor en energía renovable que se utilizan en un horno de cemento y sustituyen una parte de los combustibles fósiles convencionales como el carbón. Otros términos utilizados son combustibles secundarios, de sustitución o derivados de desechos.
Combustibles convencionales (fósiles): Combustibles carbonados no renovables, incluyendo el carbón y el fuelóleo, utilizados tradicionalmente en la fabricación del cemento.
Comparabilidad: Término cualitativo que expresa el grado de confianza con que dos grupos de datos pueden compararse y combinarse entre sí para adoptar una o varias decisiones.
Conducto de derivación de álcalis: Conducto situado entre la tolva de alimentación del horno y la torre de precalentamiento. Una parte de los gases de escape del horno se hace circular por él y es enfriado rápidamente con aire o agua para evitar que se acumule un exceso de álcali, cloruro o azufre en la entrada de materias primas. También se denomina conducto de derivación de gases de escape.
Control de calidad: Sistema global de técnicas operativas y actividades que cumplen los requisitos de calidad.
Desechos: Sustancias u objetos eliminados, que se pretende eliminar o que se debe eliminar en virtud de lo estipulado en la legislación nacional.
Desechos peligrosos: Desechos que pertenecen a cualquier categoría contenida en el anexo I del Convenio de Basilea (“Categorías de desechos que hay que controlar”), a menos que no posean ninguna de las características recogidas en el anexo III del Convenio (“Listado de características peligrosas”): explosivos; líquidos inflamables; sólidos inflamables; sustancias o desechos susceptibles de combustión espontánea; sustancias o desechos que, en contacto con el agua, emiten gases inflamables; oxidantes; peróxidos orgánicos; venenos (agudos); sustancias infecciosas; corrosivos; liberación de gases tóxicos en contacto con el aire o el agua; sustancias tóxicas (con efectos retardados o crónicos); ecotóxicos; sustancias que pueden, por algún medio, después de su eliminación, dar origen a otra sustancia, por ejemplo, lixiviados, que posean alguna de las características anteriormente expuestas.
Eficiencia de destrucción (ED): Medida del porcentaje de un compuesto orgánico determinado que es destruido en el proceso de combustión. Matemáticamente, la eficiencia de destrucción se calcula como sigue:
ED = [(Win – Wout combustion chamber)/Win]  100
donde Win es la tasa de alimentación de masa de un constituyente orgánico peligroso principal en el flujo de deshechos que alimenta el horno, y Wout combustión chamber es la tasa de emisión de masa del mismo constituyente orgánico peligroso principal que sale del horno (antes de pasar por todo el equipo de control de contaminación del aire). La eficiencia de destrucción representa la fracción de compuestos orgánicos que entran en el horno que se destruye realmente; la EDE representa la fracción de compuestos orgánicos que entran en el horno y se liberan a la atmósfera desde la chimenea.
Eficiencia de destrucción y eliminación (EDE): Eficiencia en la destrucción y la eliminación de un compuesto orgánico determinado. Matemáticamente, la EDE se calcula como sigue:
EDE = [(Win – Wout stack)/Win]  100
donde Win es la tasa de alimentación de masa de un constituyente orgánico peligroso principal en el flujo de desechos que alimenta el horno, y Wout chimenea es la tasa de emisión de masa del mismo constituyente orgánico peligroso principal en las emisiones de escape antes de su liberación a la atmósfera.
Eliminación: Cualquier operación especificada en el anexo IV del Convenio de Basilea (“operaciones de eliminación”).
Ensayo de combustión: Análisis de emisiones realizado para demostrar el cumplimiento de las normas de valoración de la eficiencia de destrucción y eliminación y la eficiencia de destrucción, así como las normas sobre los límites de emisión; se utiliza como base para establecer límites de funcionamiento permitidos.
Evaluación del ciclo de vida: Proceso de evaluación objetiva de las cargas ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad mediante la identificación y la cuantificación de la energía y los materiales utilizados y los desechos liberados al ambiente. El impacto de dichos usos y liberaciones de energía y materiales al ambiente se evalúa para contrastar y aplicar las oportunidades de realizar mejoras ambientales. La evaluación abarca todo el ciclo de vida del producto, el proceso o la actividad, que incluye la extracción y el procesamiento de la materia prima; la fabricación, el transporte y la distribución; el uso, la reutilización y el mantenimiento; el reciclado y la eliminación final.
Evaluación del impacto ambiental (EIA): Examen, análisis y evaluación de actividades proyectadas con el objetivo de garantizar un desarrollo ambientalmente racional y sostenible. Los criterios para determinar la necesidad de una EIA deben estar definidos claramente en documentos legales o programáticos.
Exactitud: Concordancia general de una medición con un valor conocido, teniendo en cuenta el error aleatorio y el error sistemático (precisión y sesgo) de las operaciones de muestreo y análisis.
Fabricación por vía seca: Tecnología del proceso de fabricación de cemento. En la fabricación por vía seca, las materias primas entran al horno de cemento en estado seco después de haber sido molidas hasta obtener un polvo fino denominado harina cruda. La fabricación por vía seca consume menos energía que la fabricación por vía húmeda, en la que se añade agua a las materias primas durante la molienda para obtener la lechada.
Garantía de calidad: Sistema de actividades de gestión que incluyen el diseño, la aplicación, la evaluación y la elaboración de informes, para asegurar que el producto final, por ejemplo los datos ambientales, sea del tipo y la calidad que requiere el usuario.
Gestión ambientalmente racional: Adopción de todas las medidas posibles para asegurar que los desechos peligrosos y otros desechos sean gestionados de manera que se proteja la salud humana y ambiental de cualquier efecto adverso que pueda derivarse de tales desechos.
Hormigón: Material estructural producido mezclando material de cementación (como el cemento Portland) con agregados (como arena y grava) con suficiente agua y aditivos para que el cemento fragüe y una toda la masa.
Horno: Aparato calentador de una planta cementera para la fabricación de clínker. A menos que se especifique lo contrario, cabe suponer que se trata de un horno rotatorio.
Horno de eje vertical: Horno vertical, cilíndrico o en forma de chimenea, calentado desde la base y alimentado mediante dosificador o por carga continua formada por una mezcla específica de combustibles y materias primas. Está basado en un proceso de crudo negro que evita el uso de combustibles alternativos; generalmente se considera obsoleto para la fabricación de cemento.
Horno rotatorio: Horno que consiste en un tubo rotatorio de acero ligeramente inclinado y cubierto con ladrillos refractantes. El horno se alimenta con materias primas por el extremo superior y se calienta al fuego, principalmente por la parte inferior, que es también por donde sale el producto (clínker).
Integridad: Cantidad de datos válidos que se exigen de un sistema de medición.
Jerarquía de (gestión de) desechos: Listado de estrategias de gestión de desechos ordenadas por preferencia, y en la que la opción más deseable es la prevención de producción de desechos, y la menos deseable la eliminación. En algunas corrientes de desechos específicas puede ser necesario prescindir de la jerarquía por razones de viabilidad técnica o económica o de protección ambiental.
Línea de horno: Parte de la planta de cemento que fabrica clínker; incluye el horno propiamente dicho, los precalentadores y los precalcinadores y el enfriador de clínker.
Manifiesto: Documento que viaja con los desechos peligrosos cuando son transportados, desde el punto de origen hasta las instalaciones de eliminación definitiva; refleja la trayectoria seguida por los desechos peligrosos a lo largo de toda su vida.
Materias primas alternativas: Material de desecho que contiene minerales utilizables como calcio, sílice, aluminio y hierro, utilizable en el horno par sustituir materias primas como la arcilla, la pizarra y la piedra caliza. También se denominan materias primas secundarias o de sustitución.
Mejores técnicas disponibles: Los métodos más eficaces para reducir las emisiones y el impacto en el ambiente como un todo.
Mezcla cruda / crudo / alimentación: Materia prima de alimentación de la línea de horno, convenientemente triturada, molida, distribuida y homogeneizada cuidadosamente.
Muestra representativa: Muestra de un universo o un todo (por ejemplo, un vertedero) de la que se espera que muestre las propiedades medias del universo o el todo.
Operador: Cualquier persona natural o jurídica que opera o controla la instalación.
Planta coincineradora: Según la directiva 2000/76/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, toda planta estacionaria o móvil cuyo objetivo principal sea la generación de energía o la producción de productos materiales, y que utilice desechos como combustible habitual o adicional; o en la cual se trate térmicamente los desechos con el fin de eliminarlos. Si la coincineración tiene lugar de manera que el objetivo principal de la planta no sea la generación de energía ni la producción de productos materiales, sino el tratamiento térmico de los desechos, se la considerará una planta incineradora.
Poder calorífico: Calor producido por unidad de masa en la combustión completa de una sustancia determinada. El poder calorífico se utiliza para expresar el poder energético de los combustibles, y normalmente se expresa en megajulios por kilogramo (MJ/kg).
Poder calorífico inferior (PCI): El poder calorífico superior menos el calor latente de vaporización del vapor de agua formado por la combustión del hidrógeno en el combustible. También recibe el nombre de poder calorífico neto.
Poder calorífico superior (PCS): Cantidad máxima de energía que se puede obtener por combustión de un combustible, incluida la energía liberada cuando se condensa el vapor producido durante la combustión.
Polvo de horno de cemento: Material fino y altamente alcalino que se elimina de los gases de escape de un horno de cemento mediante dispositivos de control de la contaminación del aire. La mayor parte del polvo de horno de cemento es materia prima que no ha reaccionado, incluyendo mezcla de materias primas en diversos estadios de combustión y partículas de clínker. El término puede utilizarse para denotar cualquier polvo de un horno de cemento, como el procedente de los sistemas de derivación.
Polvo desviado: Polvo desechado de los sistemas de derivación de los hornos de precalentamiento de la suspensión, de precalcinación y de precalentamiento de parrilla; está formado por material de alimentación del horno completamente calcinado.
Precalcinador: Equipo de la línea de horno, normalmente combinado con un precalentador, en el que se consigue una calcinación de parcial a casi total de minerales carbonatados antes del propio horno, y que utiliza una fuente independiente de calor. El precalcinador reduce el consumo de combustible del horno y permite que éste sea más corto, ya que no tiene que realizar la función de calcinación completa.
Precalentador: Equipo para calentar la mezcla cruda antes de que alcance el horno seco. En los hornos secos modernos el precalentador suele estar combinado con un precalcinador. Los precalentadores utilizan los gases de escape calientes del horno como fuente de calor.
Precisión: Medida de la concordancia entre los valores obtenidos en las repeticiones de la medición de la misma propiedad en condiciones idénticas o sustancialmente similares; se calcula como un rango o como una desviación estándar. También se puede expresar como el porcentaje de la media de los valores, como el rango relativo o la desviación relativa estándar (coeficiente de variación).
Preprocesamiento: Los combustibles o las materias primas alternativos que no tengan características uniformes procedentes de diferentes corrientes de residuos deben prepararse antes de ser utilizados en una planta de cemento. El proceso de preparación, o preprocesamiento, es necesario para producir una corriente de desechos que satisfaga las especificaciones técnicas y administrativas de la producción de cemento y así garantizar que se cumplan las normas ambientales.
Coprocesamiento: Uso de materiales de desecho adecuados en los procesos de fabricación con el propósito de recuperar energía y recursos y reducir en consecuencia el uso de combustibles y materias primas convencionales mediante su sustitución.
Recuperación: Toda operación en la que los desechos resultan útiles para sustituir otros materiales que, de otro modo, serían necesarios para desempeñar una función determinada, o desechos que se preparan para desempeñar dicha función, en la planta o en la economía a mayor escala.
Representatividad: Término cualitativo que expresa el grado en que los datos representan de manera exacta y precisa una característica de la población, las variaciones de un parámetro en un punto de muestreo, una característica de un proceso o una condición ambiental.
Sistema de piroprocesado: Incluye el horno, el refrigerador y el equipo de combustión de combustibles.
ACGIH American Conference of Governmental Industrial Hygienists (http://www.acgih.org)
ASTM American Society for Testing and Materials (http://www.astm.org/)
BREF documento de referencia para las mejores técnicas disponibles (publicado por EIPPCB, http://eippcb.jrc.es/)
CCME Canadian Council of Ministers of the Environment (http://www.ccme.ca/)
CEN Comité Europeo de Normalización (http://www.cen.eu/)
CLM BREF documento de referencia sobre las mejores técnicas disponibles para la fabricación de cemento, cal y óxido de magnesio (publicado por EIPPCB, http://eippcb.jrc.es/)
COP contaminante orgánico persistente
EA Environment Agency of England and Wales (http://www.environment agency.gov.uk/)
ED eficiencia de destrucción
EDE eficiencia de destrucción y eliminación
EIPPCB Oficina Europea de Prevención y Control Integrados de la Contaminación (http://eippcb.jrc.es/)
eqt-i equivalente tóxico internacional
GTZ Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit GmbH, renombrada como Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH (http://www.giz.de/)
NEA MTD Nivel de emisiones asociado a las mejores técnicas disponibles
NIOSH National Institute for Occupational Health and Safety of the United States (http://www.cdc.gov/niosh/)
OCDE Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (http://www.oecd.org/)
OSHA Occupational Safety and Health Administration of the United States (http://www.osha.gov/)
PCDD dibenzo p dioxina policlorada
PCDF dibenzofurano policlorado
PNUMA Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (http://www.unep.org/)
SCB Secretaría del Convenio de Basilea (http://www.basel.int/)
U.S. EPA Organismo de Protección Ambiental de los Estados Unidos (http://www.epa.gov/)
WBCSD Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible (http://www.wbcsd.org/)
Las actuales directrices técnicas para el coprocesamiento ambientalmente racional de los desechos peligrosos como combustibles y materias primas alternativos para su uso en los hornos de cemento se ajustan a las decisiones VIII/17, IX/17 y BC-10/8 de la Conferencia de las Partes en el Convenio de Basilea sobre el control de los movimientos transfronterizos de los desechos peligrosos y su eliminación y a la decisión OEWG VII/9 del Grupo de Trabajo de composición abierta del Convenio de Basilea.
El coprocesamiento de desechos en hornos de cemento adecuadamente regulados proporciona energía y permite la recuperación de materiales mientras se produce el cemento, de manera que supone una opción de recuperación ambientalmente racional de muchos desechos peligrosos. Los países se esfuerzan por conseguir una mayor autosuficiencia en la gestión de los desechos peligrosos, especialmente los países en desarrollo, que posiblemente cuenten con poca o ninguna infraestructura de gestión de desechos, de modo que el coprocesamiento adecuadamente regulado puede suponer una opción práctica, rentable y ambientalmente preferible a los vertederos y la incineración. En general, el coprocesamiento de los desechos en procesos intensivos en recursos naturales puede ser un elemento importante dentro de un sistema más sostenible de gestión de las materias primas y la energía.
El coprocesamiento es el uso de combustibles y materias primas alternativos con el objetivo de recuperar energía y recursos; es diferente de la coincineración, la producción de materiales mediante el uso de desechos como combustibles o las plantas en las que los desechos son tratados térmicamente para su eliminación.
Aunque estas directrices técnicas se refieren a los desechos peligrosos según la definición dada por el Convenio de Basilea, algunas directrices son aplicables también a desechos no peligrosos, puesto que la selección de desechos aptos para su coprocesamiento en los hornos de cemento está determinada por muchos otros factores además de las características peligrosas de dichos desechos. Estas directrices no cubren el uso de desechos como sustitutos del clínker en la producción de cemento.
B. Aspectos generales de la fabricación de cemento
El cemento es un polvo fino, no metálico e inorgánico que fragua y se endurece al mezclarse con el agua; es el componente principal del hormigón. La producción de cemento consiste en el calentamiento, la calcinación y la sinterización de una mezcla cuidada de materiales calcáreos y arcillosos, normalmente piedra caliza y arcilla. Esto genera el clínker de cemento, el cual es, posteriormente, enfriado y molido con aditivos como el yeso (un retardante del fraguado) para obtener el cemento.
Lo normal es que el clínker contenga cerca de 67% de CaO, 22% de SiO2, 5% de Al2O3, 3% de Fe2O3 y 3% de otros componentes (Taylor, 1997). Los yacimientos calcáreos que se encuentran en la naturaleza, como caliza, marga o creta, consisten en lo esencial en carbonato de calcio (CaCO3), y son necesarios para obtener óxido de calcio (CaO). Normalmente, la arcilla o el esquisto proporcionan los componentes restantes. Las materias primas utilizadas en el proceso de producción de cemento contienen metales y halógenos en forma natural en cantidades que dependen de las formaciones geológicas de las que se extraen; algunas materias primas pueden contener también carbono orgánico, como querógenos. Por lo mismo, el carbón puede contener cantidades importantes de azufre, oligometales y halógenos cuyas concentraciones dependen de la zona de la que se ha extraído el carbón. Los valores medios y los rangos de las concentraciones de los oligoelementos en los combustibles primarios y las materias primas convencionales se pueden consultar en Mantus (1992), Achternbosch y otros (2003) y WBCSD (2005).
Con la excepción de los hornos de eje vertical que se siguen usando en determinadas zonas geográficas (principalmente en China y la India) (CPCB, 2007; Höhne y Ellermann, 2008), el clínker de cemento se quema predominantemente en hornos rotatorios, donde el calentamiento del crudo se puede llevar a cabo mediante cuatro tipos de procesos distintos: ‘por vía seca’, ‘por vía semiseca’, ‘por vía semihúmeda’ y ‘por vía húmeda’. En Europa y los Estados Unidos, cerca del 90% y el 80% respectivamente de la producción de cemento se obtiene de hornos que fabrican por vía seca (EIPPCB, 2010; U.S. EPA, 2007). Por otra parte, la fabricación por vía húmeda sigue predominando en la Antigua Unión Soviética y Australia, Nueva Zelandia y no ha dejado de tener importancia en el Canadá, la India, América Latina y África (Watson y otros, 2005).
La fabricación del cemento es un proceso que consume muchos recursos naturales —normalmente es necesario extraer entre 1,5 y 1,7 toneladas de materia prima para producir una tonelada de clínker (Szabó et al, 2003). Además, la fabricación requiere una cantidad considerable de energía, con temperaturas cercanas a 2.000°C en los hornos de cemento. Cada tonelada de cemento producida requiere normalmente entre 60 y 130 kilogramos de combustible, o su equivalente, y cerca de 105 KWh de electricidad (Loréa, 2007). De media, los costes energéticos de combustible y electricidad representan el 40% de los costes de la fabricación del cemento (EIPPCB, 2010).
En U.S. EPA (1993), CEMBUREAU (1999a), (van Oss, 2005) y EIPPCB (2010), entre otros, se puede obtener información más pormenorizada acerca del proceso de fabricación del cemento.
En 2008, la producción mundial de cemento se estimó en 2,9 millones de toneladas, de las que China produjo la mitad (Da Hai y otros, 2010; Departamento de Geología de los Estados Unidos, 2009). Según las estimaciones, el consumo de cemento en el mundo alcanzará los 3,4 millones de toneladas en 2020, con los incrementos correspondientes en energía, materias primas necesarias y emisiones de contaminantes (Degré, 2009).
La combustión de clínker es la fase más importante del proceso de fabricación en términos de impacto ambiental asociado con la fabricación del cemento. Según los procesos de producción específicos, las cementeras generan emisiones al aire y emisiones de desechos a la tierra. Esto incluye el polvo de horno de cemento, en aquellos lugares en los que su reintroducción en el proceso de producción pueda estar restringida. También pueden producirse emisiones al agua en algunos casos poco habituales. El ruido y los olores también pueden tener efectos nocivos.
Los principales contaminantes que se liberan al aire son material particulado de óxidos de nitrógeno (NOX) y dióxido de azufre (SO2) (EIPPCB, 2010). Otras emisiones incluyen: óxidos de carbono (CO, CO2), dibenzo p dioxinas policloradas y dibenzofuranos (PCCD/PCDF), compuestos orgánicos volátiles, metales y sus compuestos, cloruro de hidrógeno (HCl) y fluoruro de hidrógeno (HF). Se piensa que, a nivel mundial, la fabricación de cemento supone cerca del 6% del total de la fuente de emisiones estacionarias de dióxido de carbono (CO2) (IPCC, 2005). El tipo y la cantidad de emisiones a la atmósfera dependen de parámetros variables, como las materias primas y los combustibles utilizados y el tipo de proceso empleado.
La fabricación de cemento también está asociada al impacto de la extracción de recursos (combustibles fósiles, piedra caliza y otros minerales) sobre la calidad del medio ambiente, la biodiversidad, la morfología del paisaje y el agotamiento de los recursos no renovables o lentamente renovables, como los combustibles fósiles o las aguas subterráneas (Battelle, 2002).
C. Coprocesamiento de los desechos peligrosos en hornos de cemento
En las industrias que requieren gran cantidad de recursos, el coprocesamiento implica el uso de los desechos en los procesos de fabricación con el objetivo de recuperar energía y recursos al reducir el uso de combustibles convencionales y materias primas mediante su sustitución. En concreto, el coprocesamiento de los desechos peligrosos en los hornos de cemento permite la recuperación del valor energético y mineral de los desechos a la vez que se fabrica el cemento.
El coprocesamiento es un concepto de desarrollo sostenible basado en los principios de la ecología industrial que se centra en el papel potencial de la industria para reducir las cargas ambientales a lo largo de todo el ciclo vital del producto (Mutz y otros, 2007; Karstensen, 2009a). Uno de los objetivos principales de la ecología industrial es convertir los desechos de una industria en la materia prima de otra (OCDE, 2000). En el sector del cemento, el uso de desechos como combustibles y materias primas es un ejemplo positivo de visión de futuro.
El coprocesamiento de los desechos tiene el propósito útil de sustituir materiales que, de otro modo, tendrían que utilizarse en la fabricación del cemento, y ayuda, así, a la conservación de los recursos naturales. Según el Convenio de Basilea, esto constituye una operación “que puede llevar a la recuperación de recursos1, el reciclado, la regeneración, la reutilización directa u otros usos” en las categorías R1 (“utilización como combustible u otros medios de generar energía”) y R5 (“reciclado o recuperación de otras materias inorgánicas”) de la parte B del anexo IV del Convenio.
El Convenio de Basilea establece las obligaciones de los países que son Partes para asegurar la gestión ambientalmente racional de los desechos y los desechos peligrosos. En este aspecto, la norma principal a seguir para asegurar un sistema de gestión de desechos más sostenible es la jerarquía de prácticas de gestión de desechos, incluyendo la debida consideración a la protección del ambiente y la salud humana. En ella, la prevención o la evitación de la generación de desechos ocupa un lugar preferente. Cuando no es posible evitar la generación de desechos, la reutilización, el reciclado y la recuperación de desechos son alternativas preferibles a las operaciones en las que no hay recuperación. Por ejemplo, el coprocesamiento en los hornos de cemento proporciona una opción de recuperación de recursos ambientalmente racional, preferible a la acumulación en vertederos y la incineración.
Los combustibles fósiles y las materias primas han sido sustituidos satisfactoriamente por desechos de varias clases en los hornos de cemento de Australia, Canadá, Europa, el Japón y los Estados Unidos de América desde el principio de la década de 1970 (GTZ/Holcim, 2006). Se puede consultar la experiencia de diversas jurisdicciones con el uso de desechos peligrosos y no peligrosos como combustibles y materias primas en hornos de cemento en CCME (1996), EA (1999a), Twigger y otros (2001) y Karstensen (2007a), entre otros.
Aunque la práctica varía de unas fábricas a otras, la fabricación de cemento puede consumir cantidades significativas de desechos como combustibles y materias primas no combustibles. Este consumo refleja las características del proceso en los hornos de clínker, que aseguran la ruptura completa de las materias primas en los óxidos que las componen y la recombinación de dichos óxidos en los minerales del clínker. Las características esenciales del proceso para el uso de desechos y desechos peligrosos como alimentación del horno, a través de los puntos de alimentación adecuados, se pueden resumir en las siguientes (EIPPCB, 2010):
Temperaturas máximas de aproximadamente 2.000°C (quemador principal, temperatura de llama) en hornos rotatorios;
Tiempos de retención del gas de aproximadamente ocho segundos a temperaturas superiores a los 1.200°C en hornos rotatorios;
Temperatura de los materiales de aproximadamente 1.450°C en la zona de sinterización de los hornos rotatorios;
Atmósfera de gas oxidante en hornos rotatorios;
Tiempo de retención del gas en los quemadores secundarios de más de dos segundos a temperaturas superiores a 850°C; en el precalcinador los tiempos de retención son convenientemente más largos y las temperaturas más elevadas;
La temperatura de los sólidos es de 850°C en el quemador secundario y en el calcinador;
Condiciones uniformes de combustión para fluctuaciones de carga debidas a las altas temperaturas a tiempos de retención suficientemente largos;
Destrucción de contaminantes orgánicos a causa de las altas temperaturas a tiempos de retención suficientemente largos;
Sorción de componentes gaseosos como el HF, el HCl y el SO2 en reactivos alcalinos;
Alta capacidad de retención para metales pesados unidos a partículas;
Tiempos de retención cortos de gases de escape en el rango de temperatura en el que se da la formación de PCDD/PCDF;
Reciclado de material y recuperación de energía simultáneamente mediante el uso completo de cenizas de combustible como componentes del clínker;
Los desechos específicos de producto no se generan debido al uso completo del material en la matriz del clínker (si bien algunas plantas de cemento desechan polvo del horno o polvo desviado);
Incorporación químico mineralógica de metales pesados no volátiles a la matriz del clínker.
Los numerosos beneficios potenciales que ofrece el uso de desechos y desechos peligrosos en los procesos de fabricación de cemento mediante la recuperación de su contenido en energía y materia incluyen: la recuperación del contenido energético de los desechos, la conservación de combustibles fósiles no renovables y recursos naturales, la reducción de las emisiones de CO2, la reducción de los costes de producción, y el uso de una tecnología existente para tratar desechos peligrosos (véanse, por ejemplo, Mantus, 1992; Battelle, 2002; WBCSD, 2005; Karstensen, 2007b).
El beneficio más directo es la energía contenida en los combustibles alternativos que se aprovecha en las plantas de cemento y sustituye la demanda de combustibles fósiles (Murray and Price, 2008). Se reduce así la dependencia de combustibles fósiles y se genera ahorro mediante la conservación de los recursos. La cantidad de demanda de combustibles fósiles que se elimina depende, entre otros factores, del poder calorífico y el contenido en agua del combustible alternativo.
Además, los combustibles de sustitución pueden tener menor contenido en carbono (en masa) que los combustibles fósiles, y las materias primas alternativas que no necesitan una cantidad significativamente mayor de calor (y combustible), pueden aportar parte del CaO necesario para producir clínker de una fuente diferente del CaCO3 (Van Oss, 2005). Así pues, otro beneficio directo del coprocesamiento de los desechos en la fabricación del cemento es la reducción potencial de las emisiones de CO2. La integración del coprocesamiento en los hornos de cemento en una estrategia global de gestión de desechos ofrece una reducción potencial de las emisiones netas globales de CO2 relativas a un escenario en que los desechos se queman en un incinerador sin recuperación de energía (EA, 1999b; CEMBUREAU, 2009).
El uso de materiales alternativos para sustituir las materias primas tradicionales reduce la explotación de los recursos naturales y la huella ambiental de dichas actividades (WBCSD, 2005; CEMBUREAU, 2009).
El ahorro en los costes que se deriva del uso de una infraestructura de hornos preexistente para llevar a cabo el coprocesamiento de los desechos que no se pueden reducir ni reciclar de otro modo, evita la necesidad de invertir en incineradoras especializadas o en vertederos (GTZ/Holcim, 2006; Murray and Price, 2008). A diferencia de lo que ocurre en las incineradoras de desechos especializadas, las cenizas de los desechos peligrosos que se procesan conjuntamente en los hornos de cemento son incorporadas al clínker, de manera que no se generan productos finales que requieran una gestión posterior.
Es de vital importancia que el coprocesamiento de los desechos peligrosos en los hornos de cemento se lleve a cabo siempre cumpliendo con las mejores técnicas disponibles2 y se cumplan los requisitos establecidos de control de la alimentación, el proceso y la emisión. En este contexto, la prevención o reducción de la formación y consiguiente liberación de contaminantes orgánicos persistentes (COP) involuntarios es el objeto del artículo 5 del Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes. La Secretaría del Convenio ha publicado una guía de mejores técnicas disponibles y unas directrices provisionales sobre las mejores prácticas ambientales y éstas han sido adoptadas por la Conferencia de las Partes en el Convenio en su decisión SC 3/5. Otras fuentes de especial relevancia son los documentos de referencia sobre mejores técnicas disponibles de la Comisión Europea (BREF) que se han publicado sobre la fabricación de cemento, cal y óxido de magnesio (EIPPCB, 2010), sobre el sector del tratamiento de desechos (EIPPCB, 2006) y sobre los principios generales de supervisión (EIPPCB, 2003).
En los BREF se presentan los resultados del intercambio de información coordinado por la Comisión Europea y llevado a cabo bajo la Directiva del Consejo 2008/1/CE (directiva sobre prevención y control integrado de la contaminación), entre los Estados Miembros de la Unión Europea, las industrias implicadas y las organizaciones no gubernamentales para la preservación del medio ambiente. En ellos se ofrece a los Estados Miembros de la Unión Europea una guía sobre mejores técnicas disponibles y niveles de emisiones asociadas, además de otras informaciones útiles específicas del sector.
Un marco nacional legal y normativo adecuado en el que se puedan programar y llevar a cabo de manera segura las actividades de gestión de los desechos peligrosos debe asegurar que los desechos se manejan correctamente en todas las partes del proceso, desde el punto de generación hasta su eliminación. Las Partes de los Convenios de Basilea y Estocolmo también deben analizar los controles, las normas y los procedimientos nacionales para asegurarse de que cumplen con los convenios y con las obligaciones que de ellos se desprenden, incluyendo los relativos a la gestión ambientalmente racional de los desechos peligrosos.
El coprocesamiento de desechos peligrosos debe llevarse a cabo únicamente en hornos de cemento que cumplan completamente con todos los requisitos para su autorización y sigan las normativas locales aplicables. Por ejemplo, para las instalaciones que realicen coprocesamiento de desechos y desechos peligrosos ubicadas en la Unión Europea, deben cumplirse los requisitos de la Directiva 2000/76/CE (Directiva sobre Incineración de Residuos; que será sustituida en enero de 2014 por la Directiva 2010/75/UE sobre emisiones industriales) y de la Directiva 2008/98/CE (Directiva Marco sobre Residuos).
El Convenio de Basilea, que entró en vigor el 5 de mayo de 1992, establece que toda exportación, importación o tránsito transfronterizo serán permitidos únicamente si tanto el movimiento como la eliminación de los desechos peligrosos son ambientalmente racionales.
En el párrafo 1 del artículo 2 (“Definiciones”) del Convenio de Basilea se define los desechos como “sustancias u objetos a cuya eliminación se procede, se propone proceder o se está obligado a proceder en virtud de lo dispuesto en la legislación nacional”. El párrafo 4 del artículo 2 define eliminación como “cualquiera de las operaciones especificadas en el anexo IV” del Convenio. En el párrafo 8 se define la gestión ambientalmente racional de los desechos peligrosos o de otros desechos “la adopción de todas las medidas posibles para garantizar que los desechos peligrosos y otros desechos se manejen de manera que queden protegidos el medio ambiente y la salud humana contra los efectos nocivos que pueden derivarse de tales desechos”.
El párrafo 1 del artículo 4 (“Obligaciones generales”) establece el procedimiento por el que las Partes que ejerzan su derecho a prohibir la importación de desechos peligrosos u otros desechos para su eliminación deberán informar a las otras Partes de su decisión. El párrafo 1 a) establece: Las Partes que ejerzan su derecho a prohibir la importación de desechos peligrosos y otros desechos para su eliminación, comunicarán a las demás Partes su decisión de conformidad con el artículo 13”. El párrafo 1 b) establece: Las Partes prohibirán o no permitirán la exportación de desechos peligrosos u otros desechos a las Partes que hayan prohibido la importación de estos desechos, cuando dicha prohibición se les haya comunicado de conformidad con el apartado a) del presente artículo”.
Los apartados a) a d) del párrafo 2 del artículo 4 contienen las disposiciones generales del Convenio relativas a la gestión ambientalmente racional, la reducción de desechos y las prácticas de eliminación para reducir los efectos adversos en la salud humana y en el medio ambiente:
a) Asegurar que se reduce al mínimo la generación de desechos peligrosos y otros desechos en ella, teniendo en cuenta los aspectos sociales, tecnológicos y económicos;
b) Asegurar la disponibilidad de instalaciones adecuadas de eliminación para el manejo ambientalmente racional de los desechos peligrosos y otros desechos, cualquiera que sea el lugar donde se efectúa su eliminación que, en la medida de lo posible, estará situado dentro de ella;
c) Velar por que las personas que participan en el manejo de los desechos peligrosos y otros desechos dentro de ella adopten las medidas necesarias para impedir que ese manejo dé lugar a una contaminación y, en caso de que ésta se produzca, para reducir al mínimo sus consecuencias sobre la salud humana y el medio ambiente;
d) Velar por que el movimiento transfronterizo de los desechos peligrosos y otros desechos se reduzca al mínimo compatible con un manejo ambientalmente racional y eficiente de esos desechos, y que se lleve a cabo de forma que se protejan la salud humana y el medio ambiente de los efectos nocivos que puedan derivarse de ese movimiento.”
B. Consideraciones generales sobre la gestión ambientalmente racional
33. Actualmente, la gestión ambientalmente racional es sólo un concepto político amplio sin una definición universal clara. No obstante, las disposiciones referentes a la gestión ambientalmente racional, en lo que se refiere a desechos peligrosos en los Convenios de Basilea y Estocolmo, y los elementos principales de actuación de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) (que se discuten en las tres subsecciones siguientes) definen una dirección internacional que respalda las iniciativas sobre gestión ambientalmente racional que se están implementando en diversos países y sectores industriales.
34. En el párrafo 8 del artículo 2 del Convenio de Basilea se define la gestión ambientalmente racional de desechos y desechos peligrosos como “la adopción de todas las medidas posibles para garantizar que los desechos y los desechos peligrosos se gestionan de manera que queden protegidos el medio ambiente y la salud humana frente a los efectos nocivos que puedan derivarse de tales desechos”.
35. En el párrafo 2 b) del artículo 4 se exige que cada Parte tome las medidas apropiadas para “asegurar la disponibilidad de instalaciones adecuadas de eliminación para la gestión ambientalmente racional de los desechos y los desechos peligrosos, cualquiera que sea el lugar donde se efectúa su eliminación que, en la medida de lo posible, estará situado dentro de ella”, mientras que el párrafo 2 c) exige a las Partes que “velen por que las personas que participan en el manejo de los desechos y los desechos peligrosos dentro de ella adopten las medidas necesarias para impedir que ese manejo dé lugar a una contaminación y, en caso de que se produzca ésta, para reducir al mínimo sus consecuencias sobre la salud humana y el medio ambiente”.
El párrafo 8 del artículo 4 del Convenio exige que “los desechos y los desechos peligrosos que se vayan a exportar sean gestionados de manera ambientalmente racional en el Estado de importación y en cualquier otro lugar. En su primera Reunión, las Partes adoptarán directrices técnicas para la gestión ambientalmente racional de los desechos sometidos a este Convenio”. Las presentes directrices pretenden dar una definición más precisa del concepto de gestión ambientalmente racional en el contexto del coprocesamiento de los desechos peligrosos en hornos de cemento, incluyendo el tratamiento y los métodos de eliminación apropiados de estas corrientes de desechos.
Algunos de los principios fundamentales fueron articulados ya en el documento marco de 1994 sobre la preparación de las directrices técnicas para la gestión ambientalmente racional de desechos sometidos al Convenio de Basilea. El documento marco recomienda que se cumpla una serie de condiciones legales, institucionales y técnicas (criterios de gestión ambientalmente racional) para logar una gestión ambientalmente racional de los desechos:
a) Una infraestructura normativa y coercitiva debe asegurar el cumplimiento de las normativas aplicables;
b) Los emplazamientos o instalaciones contarán con una autorización y un grado adecuado de tecnología y control de la contaminación para manipular los desechos peligrosos en la forma prevista, en particular teniendo en cuenta el nivel tecnológico y de control de la contaminación en el país de exportación;
c) Los operadores de los emplazamientos o las instalaciones donde se gestiones desechos peligrosos supervisarán adecuadamente los efectos de esas actividades;
d) Se adoptarán medidas adecuadas en los casos en que la labor de supervisión indique que la gestión de desechos peligrosos ha provocado emisiones inaceptables;
e) Las personas encargadas de la gestión de desechos peligrosos deben ser capaces y contar con la formación adecuada para desempeñar sus funciones.
La Declaración de Basilea sobre la gestión ambientalmente racional de 1999, adoptada en la quinta reunión de la Conferencia de las Partes en el Convenio de Basilea, llama a las Partes a mejorar y vigorizar sus esfuerzos y su colaboración para lograr una gestión ambientalmente racional mediante la prevención, la reducción al mínimo, el reciclado, la recuperación y la eliminación de los desechos peligrosos y otros desechos, teniendo en cuenta los aspectos sociales, tecnológicos y económicos; y mediante la disminución aún en mayor medida de los movimientos transfronterizos de desechos peligrosos y otros desechos sujetos al Convenio.
En la Declaración se enumeran algunas de las actividades que deben llevarse a cabo en este contexto, entre ellas:
a) La identificación y la cuantificación de los tipos de desechos que se producen a escala nacional;
b) El uso de las mejores prácticas, como utilizar métodos o enfoques de producción menos contaminantes, para evitar o reducir la generación de desechos peligrosos y disminuir su toxicidad,
c) La asignación de emplazamientos o instalaciones autorizados como ambientalmente racionales para el manejo de desechos y, en particular, desechos peligrosos.
2. Convenio de Estocolmo
Aunque el término “gestión ambientalmente racional” no está definido en el Convenio de Estocolmo, los métodos ambientalmente racionales para la eliminación de desechos consistentes en contaminantes orgánicos persistentes (COP), que los contengan o estén contaminados con ellos deben ser determinados por la Conferencia de las Partes en cooperación con los órganos pertinentes del Convenio de Basilea.
3. Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos
La OCDE ha adoptado una recomendación sobre gestión ambientalmente racional de desechos que incluye varias cuestiones, como los elementos principales de actuación de las directrices de la gestión ambientalmente racional aplicables a las instalaciones de recuperación de desechos, incluyendo elementos de actuación previos a la recogida, el transporte, el tratamiento y el almacenamiento, así como también elementos posteriores al almacenamiento, el transporte, el tratamiento y la eliminación de los residuos pertinentes. Los elementos principales de actuación establecen que las instalaciones deberán contar con lo siguiente:
Un sistema de gestión ambiental aplicable in situ;
Medidas in situ suficientes para salvaguardar la salud y la seguridad laborales y ambientales;
Un programa adecuado de supervisión, registro y presentación de informes;
Un programa apropiado y adecuado de formación para el personal;
Un plan de emergencia adecuado;
Un plan adecuado para el cierre y el mantenimiento posterior.
III. Directrices generales sobre el coprocesamiento ambientalmente racional en hornos de cemento
A. Principios del coprocesamiento en la fabricación de cemento
Se reconoce que el coprocesamiento de desechos y desechos peligrosos en la fabricación de cemento, si se lleva a cabo de manera segura y ambientalmente racional, tiene beneficios ambientales de gran alcance (CEMBUREAU, 1999a; 2009). Para evitar situaciones en las que una mala planificación pueda provocar un aumento de las emisiones contaminantes o la imposibilidad de acordar la prioridad de adoptar unas prácticas de gestión de desechos ambientalmente preferibles, las empresas Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH y Holcim Group Support Ltd. desarrollaron un conjunto de principios generales (GTZ/Holcim, 2006). Estos principios (tabla 1) ofrecen un resumen exhaustivo y conciso de las consideraciones fundamentales para los planificadores y los interesados en los proyectos de coprocesamiento.
El Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible (WBCSD, 2005) también ha elaborado unos principios similares. Karstensen (2008a, 2009a) establecieron los requisitos generales específicos para el procesamiento rutinario de desechos peligrosos en los hornos de cemento que fueron adoptados por el Departamento de Medio Ambiente y Turismo del Gobierno de Sudáfrica (2009) en el marco de la aplicación del coprocesamiento en la producción de cemento (tabla 2).

References: artículo 5
 artículo 2
 artículo 2
 artículo 4
 artículo 13
 artículo 4
 artículo 2
 artículo 4
 artículo 4