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Las Pilas o Baterías agotadas no son un residuo Cualquiera

Enviado por paolabuscas



  1. Generalidades
  2. Clasificación de las pilas
  3. Los metales pesados y su efecto sobre el medio ambiente y la salud humana
  4. Síntesis del análisis
  5. Encapsulamiento como alternativa de manejo
  6. Bibliografía

Introducción

Las pilas representan uno de los mayores problemas en los residuos sólidos peligrosos domésticos, ya que contienen metales pesados y si van al vertedero, esos metales pesados acaban ingresando al medio ambiente. De acuerdo a información recabada, en Bolivia no se cuenta aún con un programa de recolección de pilas o baterías.

Sin embargo, al consultar al Instituto Nacional de Estadística de Bolivia, se tiene que al año ingresan 19 kg de pilas a un precio de $110.

En países europeos, como España, Alemania, Bélgica, Suecia o Francia se han tomado algunas medidas para paliar esta situación, que pasan todas ellas por la puesta en marcha de programas de recolección selectiva de pilas, para su posterior tratamiento. Sin embargo, no parece ser una solución definitiva.

Argentina, es otro ejemplo de país con políticas ambientales bien definidas en cuanto al reciclaje de las pilas, ya que cuenta con empresas e instituciones (como el club de leones de Argentina) dedicados a la recolección de baterías o pilas agotadas.

Generalidades:

Para una mejor comprensión de lo que es una pila comencemos con realizar las definiciones necesarias.

Definición de pilas. Se denomina pila a aquel sistema que transforma la energía producida en una reacción química, en energía eléctrica.

Dentro de esta definición cabría matizar:

Pila primaria: Es lo que comúnmente llamamos pila. En ésta, una vez agotados los elementos activos, estos no pueden ser regenerados. Es decir la pila es de "usar y tirar".

Pila secundaria: También llamada batería o acumulador. Una vez agotada podemos regenerar los elementos activos. Por tanto su vida puede contemplar varios ciclos de carga y descarga.

Un ejemplo del funcionamiento de una pila esta descrito por la denominada pila de Daniell que se construye con una lámina de cobre y otra de zinc introducidas en una disolución acuosa de sulfato de cobre. Ambas láminas, llamadas electrodos, se unen mediante un conductor electrónico (por ejemplo un hilo de cobre). En esta situación, los átomos de zinc se oxidan, pierden electrones y pasan a la disolución como iones positivos. Simultáneamente, los iones positivos de cobre que están en la disolución se reducen, ganan electrones y se depositan como átomos de cobre metálico sobre el electrodo de cobre. Las reacciones descritas anteriormente se las representa gráficamente a continuación:

Fig. 1 Funcionamiento de la pila de Daniell

Entre las reacciones que se presentan en el cátodo (electrodo con carga positiva), se encuentra la reacción de reducción ya que el cobre gana electrones y la reacción será:

lo que indica que la barra de cobre gana peso.

En cuanto al la reacción del ánodo (electrodo con carga negativa), se tiene una reacción de oxidación, puesto que el zinc pierde electrones, la reacción que representa este esquema esta descrita por:

cuál significa que la barra de zinc pierde peso.

Por lo tanto en una pila se está produciendo:

- Una reacción química de oxidación y otra de reducción

- Una corriente eléctrica de 1ª especie o electrónica a través del hilo que une los dos electrodos

- Una corriente eléctrica de 2ª especie o iónica a través de la disolución en la que están sumergidos los electrodos.

Si alguno de estos fenómenos deja de producirse, la pila deja de funcionar. Por ejemplo:

- Si se acaba el Zn o el Cu2+, no puede producirse la oxidación o la reducción. Esto es lo que ocurre cuando se "gasta" una pila.

- Si se abre el circuito electrónico, no puede producirse la corriente electrónica. Es lo que ocurre cuando apagamos el aparato eléctrico que "funciona a pilas".

Clasificación de las pilas.

Pilas normales:

Salinas de carbón-zinc, también llamadas pilas secas o pila Leclanché. Tienen un contenido de mercurio inferior al 0,025% de su peso total. Es la pila más corriente, utilizada ampliamente en aparatos de bajo consumo como: radios portátiles, linternas, juguetes y aparatos mecánicos. Suministra una fuerza electromotriz de 1,5V. Su capacidad de almacenamiento de energía es bastante reducida y, además, tienen tendencia a descargarse cuando no se utilizan.

Están constituidas por una barra de grafito, que hace de polo positivo, rodeada de óxido de manganeso (IV), y un recipiente de zinc que es el polo negativo. Como conductor iónico se usa una disolución acuosa de cloruro amónico embebida en un sólido absorbente como serrín o carbón en polvo. Con el fin de regularizar su descarga se le suele incorporar pequeñas cantidades de mercurio.

Actualmente, se suelen comercializar en forma blindada, cilíndrica. En el mercado encontramos dos calidades: la serie azul, básica, y la serie roja con mayor capacidad de almacenamiento de energía y menores descargas accidentales. Recientemente se han lanzado al mercado las pilas verdes, cuyo contenido en mercurio es nulo o casi nulo.

Alcalinas de manganeso

Con un contenido de mercurio que ronda el 0,1% de su peso total. Es una versión mejorada de la pila anterior en la que se ha sustituido el conductor iónico cloruro de amonio por hidróxido potásico (de ahí su nombre de alcalina). El recipiente de la pila es de acero y la disposición del zinc y del óxido de manganeso (IV) es la contraria, situándose el zinc, ahora en polvo, en el centro. La cantidad de mercurio empleada para regularizar la descarga es mayor. Esto le confiere mayor duración, más constancia en el tiempo y mejor rendimiento. Por contra su precio es más elevado. También suministra una fuerza electromotriz de 1,5 V. Se utiliza en aparatos de mayor consumo como: grabadoras portátiles, juguetes con motor, flashes electrónicos.

El ánodo es de zinc amalgamado y el cátodo es un material despolarizador que es en base a dióxido de manganeso, óxido mercúrico mezclado íntimamente con grafito, y en casos extraños oxido de plata Ag2O (estos dos últimos son de uso muy costoso, peligrosos y tóxicos) a fin de reducir su resistividad eléctrica. El electrolito es una solución de hidróxido potásico (KOH), el cual presenta una resistencia interna bajísima, lo que permite que no se tengan descargas internas y la energía pueda ser acumulada durante mucho tiempo. Este electrolito en las pilas comerciales es endurecido con gelatinas o derivados de la celulosa. Dentro de las reacciones que se presentan en la pila alcalina se tiene:

La reacción en el ánodo es:

La reacción del cátodo es:

Existe cierta innovación que dentro de unos años estará en el mercado que es la pila de aire, que la reacción en el cátodo es:

Este tipo de pila se fabrica en dos formas. En una, el ánodo consta de una tira de zinc corrugada devanada en espiral de 0.051 a 0.13 mm de espesor que se amalgama después de armarla. Hay dos tiras de papel absorbente resistente a los álcalis interdevanadas con la tira de papel de zinc, de modo que el zinc sobresalga por la parte superior y el papel por la parte inferior. El ánodo está aislado de la caja metálica con un manguito de poliestireno. La parte superior de la pila es de cobre y hace contacto con la tira de zinc para formar la terminal negativa de la pila. La pila está sellada con un ojillo o anillo aislante hecho de neopreno. La envoltura de la pila es químicamente inerte a los ingredientes y forma el electrodo positivo

Pilas «botón»:

Pilas botón También llamada pila de mercurio, con un contenido de este elemento de alrededor del 30% de su peso. La fuerza electromotriz producida es de 1,35 V.

El polo negativo es un amalgama de zinc y el polo positivo es de acero en contacto con una pasta de óxido de mercurio (II), hidróxido potásico e hidróxido de zinc. Proporcionalmente contiene mayor cantidad de mercurio que las anteriores lo que las hace más contaminantes. La ventaja de esta pila es que puede construirse con un tamaño muy reducido (de ahí su nombre) lo que permite utilizarla en aparatos de pequeño tamaño que requieran una importante capacidad de energía como: relojes, calculadoras extraplanas, audífonos. Sin embargo este tipo de pilas es bastante más cara que las anteriores.

fig.4 Esquema de Pila botón (mercurio)

ánodo de litio, no llevan mercurio en su composición y tienen un tamaño ligeramente mayor que las de óxido de mercurio. Se utilizan para relojes y calculadoras.

zinc-aire, con un contenido de mercurio próximo al 1% de su peso.

de óxido de plata, tienen un contenido de mercurio de cerca de 1% de su peso.

Acumulador de níquel-cadmio

Es más conocido como pila recargable. El polo negativo es una lámina de cadmio y el polo positivo una lámina de hidróxido de níquel (III). Ambas están enrolladas y separadas por láminas empapadas en una papilla de hidróxido potásico.

Suministra una fuerza electromotriz de 1,2 V. Su vida útil comporta múltiples ciclos de carga y descarga, pudiendo alcanzar hasta los quince años de duración si ambas opereciones se realizan de forma correcta. Por ello, aunque el precio es muy superior a cualquiera de las anteriores, a la larga resulta más barata, habiendo comenzado a ser un serio competidor de ellas.

Es conveniente utilizarla en aplicaciones que requieran un consumo elevado como: grabadoras, juguetes electrónicos... Incluso presenta la ventaja de que mantiene la tensión constante durante todo el periodo de uso, y al acabarse la energía el aparato se detiene de golpe, cosa que no ocurre con las anteriores

Los metales pesados y sus efectos sobre el medio ambiente y la salud humana

MERCURIO.

En exposición a altas dosis el provoca:
a) Agudas: dermatitis, ulceraciones de conjuntivas y cornea (ceguera), en forma oral colapso del aparato digestivo mortal en horas, insuficiencia renal.
b) Subagudas: alucinaciones, colitis, hemorragias, excitabilidad, alteraciones por contacto vía oral, mientras que por contacto dérmico: trastornos mentales, insomnio, fenómenos vinculares periféricos, trastornos sensoriales en las extremidades, acrodia infantil (enfermedad rosa).

c) Crónicas: todas las anteriores mas delirio y psicosis maniaco depresiva. En exposiciones continuas pero en bajas dosis, en forma crónica: debilidad, anorexia, perdida de peso, insomnio, diarrea, perdida de dientes, gengivitis (inflamación de encías), irritabilidad, temblores musculares suaves y sacudidas repentinas, sialorrea (salivación profunda).

CADMIO.
La tasa de mortalidad por exposición cadmio es de 15 %. Provoca sistemáticos renales, con anemia y presencia anormal de proteínas en la orina. Produce lesiones en el hígado, testículos, malformaciones congénitas (anancefalia, nacer sin cerebro, anoftalmia, sin ojos, microftalmia, globos oculares pequeños).
Puede producir abortos en etapas tempranas del embarazo, algo mas tarde las malformaciones ya mencionadas. Provoca una enfermedad denominada ITAI-ITAI, caracterizada por intensos dolores óseos, a veces con fracturas espontáneas debido al ablandamiento de los huesos.

PLOMO.

Los niños y en especial las embarazadas son especialmente sensibles al plomo, mas que otros grupos. Entre algunos de sus efectos, altera la hemoglobina sanguínea, pero cabe aclarar que sus síntomas son tan inespecíficos que se ha llamado en alguna oportunidad al plomo, "el gran simulador". Como síntomas precoses encontramos: fatiga, dolores de cabeza, dolores óseos, dolores abdominales, irritabilidad, trastornos del sueño, dolores musculares, síntomas abdominales vagos. Mientras que entre los síntomas avanzados están: anemia, cólicos intensos, nauseas, vómitos, enfermedad renal, impotencia sexual, intensas cefaleas, delirio, incoordinación, esterilidad, daños al feto, hipertensión arterial, líneas de plomo en las encías, estreñimiento agudo, afectación de los nervios, enfermedad ósea, temblores, convulsiones, cuadros psiquiátricos graves, parálisis nerviosa, trastornos menstruales, probablemente cáncer y muerte.

NIQUEL.
Con relación a este metal hay numerosas referencias de dermatitis y otros efectos dermatológicos por exposición al mismo. Contribuye también con enfermedades respiratorias tales como asma bronquial, bronquitis y neumoconiosis, pudiendo también desarrollar una renitis hipertrófica, polifosis nasal, anemia, todo esto en el caso de inhalar polvos y aerosoles irritantes de níquel. Han sido notados los incrementos en el riesgo de desarrollar tumores malignos, incluyendo carcinomas de laringe, riñón, próstata y estomago y surcamos de tejidos blandos. Hay mas de un compuesto de níquel que puede dar lugar a cáncer de pulmón y nasal. Cabe aclarar que el níquel es un oligoelemento esencial en pequeñas dosis, en altas dosis es tóxico e incluso fatal, su requerimiento de ingesta no se ha establecido aun.
CROMO.

En su estado de oxidación +3, es esencial en pequeñas dosis, mientras que como cromo +6, es sumamente tóxico aun en bajas dosis. Su acción sobre la piel y las mucosas oculares y nasofaringeas, provoca efectos irritativos crónicos intensos ante su contacto prolongado. Es posible que cause conjuntivitis con lagrimeo y dolor, dermatitis del tipo eczemotoso con úlceras, características poco dolorosas o asíntomaticas y de localización preferentemente en dedos, manos y antebrazos. Provoca alteración en el olfato, renitis, faringitis y perforaciones del tabique nasal.
ZINC, MANGANESO Y COBRE.

Son todos esenciales en cantidades mínimas, pero tóxicos en altas dosis, el requerimiento estimado es para el zinc 15-40 mg., manganeso 2,5-5 mg. y para el cobre 2-3 mg.

Síntesis del Análisis

Separación selectiva

La separación selectiva de estos materiales constituye un apreciable beneficio en la disminución de metales pesados en los liquidos percolados (lixiviados) de la basura.

Nunca se deben tirar al cubo de la basura con el resto de los desechos lo siguiente:

Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

Pilas que se utilizan en relojes, calculadoras. A pesar de su reducido tamaño son las más contaminantes. 

Pilas de petaca o cilíndricas. Contienen menos metales pesados, pero se producen muchas más. 

Las pilas son las causantes del 93 % del mercurio de las basuras, del 47 % del zinc, del 48 % del cadmio, del 22 % del níquel, etc.

Las pilas, al dejar de proporcionar energía eléctrica, continúan produciendo reacciones químicas de las que resultan metales, todos ellos tóxicos para los seres vivos, en forma oxidada.

Estos iones metálicos tienen como vehículo de salida al exterior al agua que contienen todas las pilas en un importante porcentaje de su peso. A ese liquido viscoso con una alta concentración metálica se denomina lixiviado.

Cuando, incorrectamente, se tiran las pilas con el resto de los desechos, estas van a parar al vertedero municipal (que en nuestro medio es un vertedero incontrolado, puesto que no existe un control de los lixiviados generados "in situ").

Entonces, el mercurio y otros metales pesados tóxicos pueden llegar al medio y perjudicar a los seres vivos.

Las pilas de la basura que van a parar a vertedero acaban oxidándose produciendo la corrosión de sus carcazas afectadas internamente por sus componentes y externamente por la acción climática y por el proceso de fermentación de la basura, cuando se produce el derrame de electrolitos internos de las pilas arrastra los metales pesados en forma de ánodo de la pila. Estos metales fluyen por los suelos contaminando toda forma de vida (asimilación vegetal y animal).

El mecanismo de movilidad a través del suelo, se ve favorecida al estar los metales en su forma oxidada, esto los hace mucho mas rápidos en terrenos salinos o con pH muy ácido.

Los metales emitidos se hallan como cationes (iones con carga positiva) lo que hace que los suelos los absorban con mayor rapidez, no se degradan en forma espontanea, y casi todos no son biodisponibles.

En el caso de que ocurra liberación del mercurio al ambiente se produce una mezcla a partir de los lixiviados con las aguas (residuales o subterráneas) y se descompondrá en metilmercurio que es un compuesto bioacumulable (que se concentra en toda la cadena trófica desde los pequeños seres vivos al hombre).
Una sola pila de mercurio puede contaminar 600.000 litros de agua y una alcalina 167.000 litros (un hombre toma durante toda su vida unos 135.000 litros de líquido, 5 litros al día durante 75 años), y una pila normal puede contaminar hasta 3000 lts. de agua.

Debemos usar pilas recargables que aunque son mucho más caras en principio a la larga salen más económicas (al poderse recargar miles de veces) y son más ecológicas ya que producen muchos menos residuos. Si seguimos con nuestra idea de usar pilas desechables debemos optar por las "de toda la vida" compuestas por carbón y cinc, que además de ser las más económicas contienen una parte insignificante de mercurio y si llegasen a la basura contamiarían como cualquier otro objeto metálico. Si necesitamos pilas botón de mercurio podemos sustituirlas por las de "cinc-aire" que tienen un bajo contenido en mercurio.

En definitiva, debemos tener en cuenta que todas hay que devolverlas por su alto nivel contaminante (especialmente del agua) para que las autoridades competentes se hagan cargo de su posterior reciclaje.

Encapsulamiento como alternativa de manejo

Consideramos como una propuesta adecuada, encapsular a las pilas con un material que neutralice, secuestre e inhiba, mediante reacciones químicas, y retenga posteriormente por solidificación, a los productos metálicos originados y transportados por el lixiviado.

A parte de ello será necesario recubrir a las pilas conjuntamente con el material de secuestro, con un polímero de tal calidad que sea resistente, y por lo tanto impida el pasaje de los gases (amoníaco). Para una mayor seguridad, previo al cierre de la bolsa plástica se practicará un vació parcial. Esto evitara sorpresas posibles como en el caso del encapsulamiento sin elementos que proporcionen seguridad y control.
Estos dos pasos se harán cada uno por duplicado, es decir, las pilas con el neutralizante serán colocadas en el material plástico, que junto con otras bolsas, se le agregara exteriormente, el referido material y todo el conjunto, se introducirá una última bolsa. De ese modo existen cuatro barreras de seguridad: dos químicamente activas, y dos físicamente pasivas.

Al llegar a esta instancia del tratamiento es posible colocar al conjunto previamente mencionado en pequeños bloques, de aproximadamente del tamaño de seis ladrillos cada uno, armados con cemento, granza y arena (hormigón), Lo que constituye una ultima barrera de seguridad, en este caso, de tipo mecánico.

Ya que, como se ha dicho, este material no actúa como barrera química ante la posible salida del lixiviado proveniente de las pilas al exterior, sino más bien es atacado por el líquido.

Como se sugiere el uso de secuestrantes se mencionan los siguientes:

COMPLEJANTE CEBIO. Esta es una sustancia que presenta las siguientes características:
Alto poder de solidificación: retiene físicamente las fugas del electrolito, transformándolo en sólido. De esta forma no puede difundir y queda secuestrado en el lugar.

Neutraliza: normaliza el pH de las posibles fugas, tanto en pilas ácidas como en alcalinas.

Inhibe: detiene los procesos de dispersión de los contaminantes (formación de gases, corrosión del claustro, etc.).

Con el uso del COMPLEJANTE CEBIO, se evita la formación del lixiviado de las pilas, ya que forma una sustancia sólida. El complejante que es NO tóxico.

Agentes químicos de estabilización.

De acuerdo a estudios realizados por el Centro de Investigación de Ingeniería Ambiental de Argentina, se encontraron tres agentes estabilizantes para neutralizar el plomo, mercurio, ácido sulfúrico y el cadmio, los cuales son:

Sulfuro de sodio que actúa como neutralizador para los elementos plomo y mercurio. La manera en que se produce la neutralización de estos compuestos esta dada por las siguientes ecuaciones:

Para el plomo:

Para el elemento mercurio

El Hidróxido de sodio, se emplea como neutralizador del ácido sulfúrico.

La ecuación estequiométrica que gobierna al sistema esta dada por:

Para el cadmio, el agente estabilizador es el carbonato de sodio.

La ecuación correspondiente será

.

Procedimiento para el encapsulamiento.

Consideramos prudente el uso de los tres agentes químicos estabilizantes (cuya función es neutralizar los compuestos peligrosos que se formen)en partes iguales cada componente. El uso de los tres agentes químicos nos evitará la realización de la clasificación previa del tipo de pila, lo que en ocasiones resulta difícil por el deterioro de su cubierta y por los riesgos de su manipuleo.

La bolsa de plástica a utilizar debe tener un espesor de 100 micrones, con unas dimensiones máximas de 5 x 5 x 20 cm.

Una vez colocado el estabilizador y las pilas, las bolsas son termoselladas en ausencia de aire.

Se puede hacer doble sellado, es decir que la bolsa que teníamos anteriormente la introducimos en otra de un mayor tamaño la cuál también contendrá el agente químico estabilizador.

Se arman pequeños bloques del tamaño de seis ladrillos cada uno, se les coloca cemento. Se puede aprovechar estos bloques para un camino en un parque. De esta manera se evita la posible filtración y contaminación del medio ambiente, además se prestaría al mismo tiempo un servicio a la sociedad.

Bibliografía

www.irabia.org/web/ciencias/elementos/elementos/pilas/newpage3.htm

www.irabia.org/web/ciencias/elementos/elementos/pilas/econocmia.htm

www.irabia.org/web/ciencias/elementos/elementos/pilas/pilasy.htm

www.irabia.org/web/ciencias/elementos/elementos/pilas/newpage2.htm

www.educared.net/concurso/586/otraspilas.htm

www.lions.org.br/circle/articulos/pilapilas.htm

www.ideal.es/waste

www.nezit.com.arg/

Mª Àngels Alió - Departamento de Geografía Humana -Universidad de Barcelona

 

 

 

 

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