FACULT FACULTAD AD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
Asignación N°1
Sistemas de Aprovechamiento de Residos
Ceramización Diana A. Amaya-Ramírez a, Daniela Tabares Tabares Cardona Cardona a
Estdiantes In!enier"a Q"mica# Departamento de In!enier"a Q"mica# Fac$tad de In!enier"a % Ar&itectra# Universidad Naciona$ de Co$om'ia ( Sede )ani*a$es# +m , v"a a$ Aeroperto Aeroperto La N'ia# )ani*a$es# Ca$das# Co$om'ia a
Fecha: 22 Mayo 2016
1. DEFI DEFINI NICI CIÓN ÓN Es na !"cnica #e se basa en la ne!ralización e iner!ización de los residos #e con!ienen desec$os %eli&rosos a !ra'"s de na barrera de cer(mica en!re el resido y el )!ro com%or!amien!o #e "s!e %eda !ener (Elias, 2012).
2. CLASIFICA CLASIFICACIÓN/ CIÓN/TIPOS TIPOS DE ESE ESE PROCESO PROCESO E*is!en dos )ormas de ne!ralizar los residos con cer(micas, la di)erencia radica en #e si el resido reacciona #ímicamen!e con la ma!riz #e lo con!iene s com%or!amien!o en n )!ro ser( me+or y a es!e %roceso se le conoce como ceramización, %ero si el ma!erial sim%lemen!e #eda en)rascado sin cambio )ísico o #ímico y s descom%osición solo de%ender( del medio donde se encen!re a es!o se le llama enca%slación (Elias, 2012).
Los materiales cerámicos pueden dividirse en: -
Cerámic Cerámicas as resist resistent entes es a altas altas temperat temperatura uras: s: bolas bolas para roda rodamien mientos tos,, ejes, válvulas, juntas. Cerámic Cerámicas as rera reracta ctaria rias: s: álabes álabes de turbina turbinas, s, tobera toberas s para !uema !uemador dores, es, pi!ueras para salida de metales undidos. Cerámic Cerámicas as aisla aislante ntes: s: soport soportan an tempe temperat ratura uras s ma"or ma"ores es a 1#00$ 1#00$C. C. %itro %itrocer cerámi ámicos cos:: abrica abricaci& ci&n n de muros muros cortin cortina, a, mater materiale iales s para el el con'namiento de residuos de alta radioactividad. Cerá Cerámic micas as bioc biocom ompat patib ibles les:: pr&te pr&tesis sis uma umana nas. s. Cerámic Cerámicas as de aplica aplicaci& ci&n n electr& electr&nic nica: a: semico semiconduc nductor tores, es, 'bra 'bra &ptica &ptica.. Cerámic Cerámicas as super supercon conduc ductor toras: as: trans transmit mitir ir la electric electricidad idad sin sin tener tener el eecto eecto de oule.
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3. VENTAJAS VENTAJAS Y DESVENT DESVENTAJAS AJAS (Castillo, 200#. Castells . E, 2000) -
%E*+ Es una buena t/cnica !ue a"uda a neutraliar e inertiar los los resid esiduo uos s t&i t&ico cos s de los los materiales.
E%E*+ l impl implic icar ar una una pir piro olisi lisis s se pued puede e correr el rieso de crear un problema ambiental para eliminar otro.
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Los metales de los residuos son capturados por una matri v3trea, mientras !ue los materiales oránicos son destruidos t/rmicamente. Es un proceso de valoriaci&n. e eneran productos aislantes t/rmicos brindados por los poros cerrados !ue se orman. Los lodos, en el proceso, mejoran el transporte de calor en el interior de la piea, por lo tanto se produce un aorro ener/tico durante la cocci&n. e deben acer test de liiviaci&n para eaminar el impacto ambiental por la interaci&n de los metales pesados en la ase amora de la matri cerámica, donde no puede liiviar.
e necesita una depuraci&n de ases mediante un scrubber " 'ltraci&n de olores. 4uede cambiar las propiedades de los productos 'nales !ue se desean obtener.
4. EQUIPOS Y SUS CARACTERÍSTICAS Este proceso comiena con una operaci&n de molienda de la arcilla, " el e!uipo depende del tiempo de la naturalea de la materia prima empleada. Lueo se pasa a la ase de amasado la cual consiste en arear aua a la arcilla triturada, para conseuir la coesi&n en 5medo racias a la plasticidad !ue esta mecla posee. La etrusi&n o prensado es la siuiente etapa, se da la orma eom/trica deseada. Estas pieas entran al secador para una etracci&n de aua " !ueda preparado para la cocci&n (proceso principal de la ceramiaci&n), se desarrolla en ornos continuos o intermitentes !ue alcanan los 1000$C (1). En la siuiente 'ura se muestra el proceso de ceramiaci&n
Figur 1. Pr!"#$! %# "#r&i'"i() (1) *. CONDICIONES DE OPERACIÓN (Castells . E., 2000). •
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+emperaturas entre 600 " 700$C: En arcilla " en los anos se elimina el aua absorbida " los compuestos volátiles son emitidos al interior del orno. espu/s de la pirolisis es necesario conocer la racci&n carbonosa del material "a !ue /sta aecta directamente la calidad del producto 'nal. +emperaturas entre #00 " 800$C: e descompone la estructura cristalina de los minerales de la arcilla " elimina el aua de constituci&n. demás se apresan los metales pesados !ue est/n presentes. +ambi/n los carbonatos, el Ca9 " el 9 provenientes de las descarboniaciones, son descompuestos " su contribuci&n a la ceramiaci&n es casi nula. estas temperaturas los materiales presentan ma"or ;uide " entre más alta sea /sta mejor será la interaci&n de los materiales. +emperaturas cercanas a 1000$C: la s3lice (procedente de la descomposici&n de los minerales de la arcilla) ataca a los &idos de alcalinot/rreos presentes " se orman nuevas ases minerales. +emperaturas ma"ores a 1000$C: e unden los eldespatos (aluminosilicatos) presentes " la ase l3!uida ataca " unde los minerales recristaiados.
+. VARIA,LES QUE AFECTAN DIC-A OPERACIÓN -
medad El resido debe es!ar seco %ara %oder incor%orarse )(cilmen!e a la arcilla El !amao de %ar!ícla del resido (2)
Fi!ra - .roceso de cerami*aci/n vs0 encaps$aci/n
/i el resido en!ra a )ormar %ar!e #ímicamen!e del ne'o com%es!o s )!ro com%or!amien!o ser( beno %ero si el resido es sólo re!enido )ísicamen!e, sin cambio al&no en s es!rc!ra mor)oló&ica yo #ímica, #edar( enca%slado y s )!ra e'olción de%ender( m(s del medio donde se $alle #e de s %ro%ia es!abilidad y resis!encia. En el %rimer caso se !ra!a na ceramización, #e 'iene a ser la 'erdadera iner!ización, mien!ras #e en el se&ndo escenario se deber( $ablar de enca%slación. Debido a #e la las reacciones en es!ado sólido son len!as, como las cer(micas, el )ac!or #e acelera el %roceso es el !amao del &rano can!o m(s )ino sea, m(s (rea de reacción !endr(. /i se desea iner!izar n resido !ó*ico se debe !ri!ra )inamen!e. A %esar de #e la )ron!era donde el resido se incor%ora de%ende de la dis!ribción &ranlom"!rica y de o!ros )ac!ores como la reaccionabilidad de la arcilla, en la )i&ra 1 se mes!ra los lími!es %rden!es es!ablecidos.
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ecesidad de n dis%osi!i'o de con!rol de &ases (<) En el caso del !ra!amien!o e iner!ización de )an&os de na es!ación de%radora de a&as residales, na limi!ación es la e misión de com%es!os clorados. 3os clorros %resen!es abndan!es en los )an&os, se descom%onen alrededor de los 4005C y liberan el ión clorro #e se incor%ora a la corrien!e de &ases. Dran!e el %roceso de ceramización, el calor 'a %ene!rando al in!erior de la masa cer(mica y 'a %irolizando la ma!eria or&(nica con!enida en el )an&o. Des%"s, sobre los 405C, la dila!ación del ma!erial y las &rie!as %ro'ocadas %or la salida de &ases condce a #e sea %ar!e del o*í&eno de la a!mos)era del $orno el #e %ene!re en el in!erior de la masa &asi)icando el res!o de la ma!eria or&(nica, #edando %ar!e de ella en )orma de co#e. Debido a #e conce%!almen!e la ceramización %rimero %iroliza y le&o &asi)ica, o sea, !rans)orma la ma!eria or&(nica en &ases combs!ibles #e se o*ida %os!eriormen!e en el in!erior del $orno. Todo %roceso de &asi)icación y liberación de &ases %irolí!icos acon!ece a ba+a !em%era!ra, %or !an!o e*is!e la %osibilidad de #e %ar!e de los C789s :Com%es!os or&(nicos 'ol(!iles; sal&an %or la c$imenea sin o*idar. Es!o, +n!o con la necesidad de con!rolar los &ases (cidos, es lo #e obli&a a n !ra!amien!o de los &ases del %roceso. (6
pá. =21). En la )i&ra 1 se mes!ra los ni'eles de con!aminan!es emi!idos dran!e la ceramización.
Fi!ra 1 Nive$es de contaminantes or!2nicos emitidos drante e$ proceso de cerami*aci/n (2)
. TIPO DE RESIDUOS QUE SE E0PLEAN EN ESTOS PROCESOS Ta'$a - Aprovechamiento potencia$ de residos (2) Residuos con contaminantes básicamente orgánicos Tipo de residuo Tecnología aplicable - Rec%eración ener&"!ica
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me!ales
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=rocesos me!al>r&icos 8i!ri)iación Ceramización 3i*i'iación =rocesos me!al>r&icos Ceramización 8i!ri)icación =rocesos me!al>r&icos Reciclado y re!ilización Ceramización Reciclado y re!ilización 8i!ri)icación Ceramización 3i*i'ación #ímica =rocesos me!al>r&icos Reciclado y re!ilización Ceramización Ceramización
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Ceramización
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Ceramización
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Ceramización Ceramización
Escorias, ó*idos y silica!os con ?n, Cd y =b
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Cenizas y %ol'o con me!ales
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Arena de )ndición
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Escorias de %rocesos !"rmicos :incineración de residos sólidos rbanos;
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3odos %roceden!es de las inds!rias de acabados de s%er)icies i#elados, cromados, zincados, e!c. Cromo haxavalente Cr+ (considerado cancerígeno soluble en agua! Residos de la inds!ria cer(mica :residos crdos, cocidos, del %roceso de corrección de emisiones. Residos de asbes!o,como silica!o Acei!es lbrican!es sados
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El acei!e con!aminado y #emado de e#i%os en Mic$ellin &enerado %or labores de man!enimien!o, %ro'enien!e de sis!emas $idr(licos y de m(#inas some!idas a al!as condiciones !"rmicas. Consis!e en la iner!ización del acei!e en na ma!riz cer(mica %ara la )abricación de ma!eriales aislan!es %ara la cons!rcción :;. 3odos secos %ro'enien!es de na %lan!a de !ra!amien!o de a&as residales inds!riales :=TAR@;. El lodo %ro'iene de n !ra!amien!o )isico#ímico. e consis!e en n %re!ra!amien!o :desarenadores e inyección de cloro &aseoso solo al a&a !ra!ada, %ara o*idar ma!eria or&(nica; aireación :!orre de aireación con carbón co#e %ara re!irar el $ierro;, clari)icación :clari)icador con %ale!as mezcladoras y adición de %olímero y )loclan!e %ara disminción de !rbiedad, %ar!íclas ss%endidas y color; y )il!ración :!res )il!ros 'er!icales con n medio )il!ran!e de arena de carzo y an!raci!a;. =or lo &eneral s dis%osición es la incineración :B;.
. CARACTERISTICAS DE LOS PRODUCTOS -
=ro%orciona aislamien!o !"rmico y al!a drabilidad del ma!erial cer(mico (#) 3a )racción inor&(nica :me!ales %esados; se in!e&ra la )ase amor)a de la ma!riz de cer(mica, e'i!ando s li*i'iación. =orosidad cerrada #e casa na bena ca%acidad de aislamien!o !"rmico de los ma!eriales
(>? 6)
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Condc!i'idad !"rmica :; Es la nidad de calor %or nidad de (rea y !iem%o, es!a es )nción de la %orosidad, la cal es!( direc!amen!e relacionada con la densidad, ya #e la asencia de s%one n incremen!o de densidad y, casi siem%re de condc!i'idad !"rmica. Resis!encia a los a&en!es #ímicos 3os ma!eriales cer(micos son al!amen!e resis!en!es a la a&resión de los a&en!es a!mos)"ricos como la ll'ia (cida y la con!aminación a!mos)"rica. 3a resis!encia a los a&en!es #ímicos se debe esencialmen!e a #e la di)sión de los (!omos :a&resores; a !em%era!ra ambien!e es e*!remadamen!e len!a. 3a drabilidad de los ma!eriales cer(micos es my ele'ada, del orden de si&los como lo demes!ra los re&is!ros ar!ís!icos-$is!óricos. Re!ención de me!ales %esados 3a ca%acidad de re!ención, %or incor%oración a la ma!riz cer(mica, de los me!ales %esados es na )nción de 3a na!raleza de la )ase 'í!rea )ormada en la cocción cer(mica. o 3a !em%era!ra de 'ola!ilización de los me!ales y ss ó*idos. o 3os %rodc!os cer(micos %or lo &eneral no so%or!an es)erzos de !racción, %or lo cal solo se em%lean >nicamen!e como elemen!os resis!en!es a la com%resión. En la
Fi!ra 3 Re$aci/n densidad4 resistencia a $a compresi/n 567
=ara la mayor %ar!e de ma!eriales, cer(micos, aceros, yesos, e!c., la )órmla e*%erimen!al #e ri&e la relación en!re la resis!encia mec(nica a la com%rensión : ; y la %orosidad : ;, en !an!o %or no, es σ
σ 0
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= σ 0 ×e
: n −ψ ;
n
/iendo la resis!encia !eórica #e !endría el ma!erial sin %orosidad y n coe)icien!e de 'alor com%rendido en!re B y 4. :B; El ma!erial !ambi"n ad#iere cier!as %ro%iedades de absorción ac>s!ica. Fresi)icación Cando na cer(mica %resen!a na ca%acidad de absorción de a&a in)erior al GH, al cal se le denomina &res, !ales ma!eriales se carac!erizan %or !ener na )ase 'í!rea mayori!aria. A medida #e la !em%era!ra de cocción es mayor, la absorción de a&a es menor.
Fi!ra 6 8a$ores medio de densidad % condctividad
El so%or!e a&rícola de cer(mica :%ara acmlar lí#ido; )abricado con residos, a %ar!ir del la'ado de aridos y &ra'as y de )an&o de de%ración de a&as residales rbanas, se %rodce cer(micos %ara )ines a&rícolas y la re'e&e!ación de zonas de&radas %or ac!i'idades e*!rac!i'as, dada s ca%acidad de re!ención-liberación de a&a y de elemen!os n!rien!es. :B; El %rodc!o %resen!a las si&ien!es carac!erís!icas
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Ia+a Densidad del orden de 00J&m G, o sea na densidad, my in)erior a las cer(micas con'encionales y %er)ec!amen!e com%arables, en can!o a densidad, a los ma!eriales %oroso na!rales. Al!a %orosidad abier!a del orden del 100H de re!ención de a&a en %eso. Es!a )ormlación de %ede al!erar se&>n se desee, %ara %ro'ocar n red microca%ilar di)eren!e. 3iberación de n!rien!es Kna 'ez con)eccionado el ss!ra!o se smer&e en n lí#ido #e con!iene na &ran can!idad de n!rien!es :%or e+em%lo a&as residales;. Fran ca%acidad de re!enciónliberación $ídrica, lo #e %ermi!e, na 'ez en ser'icio, liberar de manera )(cil n!rien!es :, =, L; #e, na 'ez )abricado el ss!ra!o se le $ayan incor%orados, $acia los 'e&e!ales.
. USO DE PRODUCTO O,TENIDOS -
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A %ar!ir de los lodos de %lan!as de )abricación de (ridos como )an&os %roceden!es de las de%radoras !ienen escasas salidas. Ambos residos debidamen!e in!e&rados en na ma!riz cer(mica )orman n ss!ra!o #e !ienen dos carac!erís!icas %rinci%ales Trans)orma los residos en n ma!eria >!il y con!ribye a la me+ora del medio ambien!e, !an!o %or ac!i'a :eliminación direc!a de residos;, como %or %asi'a :so de es!os residos !rans)ormados en la res!aración de zonas de&radadas;, o bien s e m%leo direc!o en el cam%o. :2; Ma!eriales de cons!rcción, como aislan!e !"rmico y ac>s!ico. El so%or!e a&rícola de cer(mica, es >!il %ara recbrimien!o y res!aración de an!i&as can!eras %roceden!es de la e*%lo!ación de di'ersos minerales. :B;
Fi!ra 9 Soporte a!r"co$a de cer2mica :a'ricado con residos
Cam%os de a%licación Es!e ma!erial mezclado con !ierra se sa masi'amen!e en cl!i'os ya #e s ca%acidad de re!ención y acmlación de a&a se sma a s %oder de dosi)icación de n!rien!es o o o o o
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Cl!i'os $idro%ónicos, in'ernaderos, cl!i'os de )lores ?onas (ridas donde el a&a escasea. Res!aración de %aisa+es y (reas de&radadas. Re'e&e!ación de !aldes y zonas de &randes %endien!es. Con!rolador %ara la dosi)icación de insec!icidas, $erbicidas.
1. E0PRESAS EN COLO0,IA Y EN EL 0UNDO QUE UTILIAN ESTE PROCESO Colombia
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"ngerecuperar #$%$# nace en el 200 como em%resa de !ra!amien!o de escorias de Alminio, $oy es la >nica em%resa en el %aís con licencia ambien!al %ara realizar !ra!amien!o y !rans)ormación de residos %eli&rosos del sec!or me!al>r&ico y cenizas de incineración, &enera %rodc!os re)rac!arios y ma!eriales %ara cons!rcción. @n&erec%erar no solamen!e !ra!a los residos resol'iendo el %roblema de dis%osición en n relleno de se&ridad, &enerando n &ran im%ac!o ambien!al %osi!i'o en el ben so de dic$os recrsos na!rales y ener&ías lim%ias sino #e !ambi"n 'aloriza es!os residos #e se 'e re)le+ado en el menor cos!o de dis%osición al &enerador. (8) Corona: En Corona se $acen es)erzos %ermanen!es %or &aran!izar el so de ma!eriales reciclados :%reconsmo y %os!-consmo; dran!e el %roceso %rodc!i'o yo al )inal del mismo. 3os ma!eriales y %rodc!os semielaborados son reincor%orados ne'amen!e disminyendo la %resión de consmo de ma!erias %rimas 'ír&enes. En el 2010, los ma!eriales %ro'enien!es del recicla+e amen!aron n 11H )ren!e al 200N. :N;
A ni'el Mndial
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&i'e Clalass Em%resa Es%aola, #e !iliza nmerosos !i%os de 'idrio %eden ser reciclados y re!ilizados %ara el %roceso de )abricación de ladrillos de &res, 'idrios #e a día de $oy son eliminados en 'er!edero, %ersi&e la ada%!ación de la inds!ria cer(mica es!rc!ral al cambio clim(!ico median!e el so de 'idrio reciclado como )nden!e.
Disminye los cos!es de %rodcción de ladrillos de &res :%or a$orro en la ma!eria %rima de ori&en y %or disminción de los re#erimien!os ener&"!icos; y disminye las emisiones de C72 en las inds!rias cer(micas :10; . A$orra n 1H de ener&ía y disminye el C7 2 en !orno a 2000 !oneladasao %ara n )(brica de !amao medio :ca%acidad de %rodcción de G00 !oneladasdia; Em%resas es!adonidense )abrican!es de re'es!imien!o cer(mico y ma!eriales de ins!alación cone*os, incor%oran &ran can!idad de ma!eriales reciclados en ss %rocesos de %rodcción. Mc$os )abrican!es de re'es!imien!o cer(mico reciclan can!idades im%or!an!es de ma!erial de des%erdicio &enerado %re'ia y %os!eriormen!e a s consmo, en!re o!ros el 'idrio y di'ersos a&re&ados reciclados. 3os )abrican!es de ma!eriales %ara la ins!alación de re'es!imien!o cer(mico em%lean &ran di'ersidad de ma!eriales reciclados, en!re o!ros, $le, %l(s!ico, 'idrio, sl)a!o de calcio %roceden!e de los rascadores de carbón de las %lan!as $idroel"c!ricas, y mc$os m(s :11;. A con!inación se enlis!an al&nas de ellas
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American Marazzi Tile Cer!i)icación 3EEDO
,i56i!gr78 1. C$9#66$: J;i#r E6i$. RECICLAJE DE RESIDUOS INDUSTRIALES: APLICACION A LA FABRICACION D E MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION. s.l. : @A E *+9, 2000. 2. E6i$: <;i#r. Beciclaje de residuos indutriales, Besiduos solidos urbanos " anos de depuradora. 2$. adrid : ia de los antos, 2012, pá. <20. <. C$9#66$: <;i#r E6i$. Limitaciones de la ceramiaci&n. Ví !e "r"#$e%"& ' &r$*c$+% !e ,%-&s !e !eur!&r. adrid : ia de antos, 2012, pás. =20-=21. 6. C9#66$: <;i#r E6i$. Vís !e "r"#$e%"& ' &r$*c$+% !e ,%-&s !e !eur!&r. adrid : ia de antos, 2012. 7. C$9i66!: J#))= A)g#6i" Nr)>!. Seecc$+% !e "er%"$s !e
r&ec/#$e%"& ' &r$*c$+% !e res$!u&s e$-r&s&s -e%er!&s e% $%!us"r$ C&b$% !e L%"s S.A0 M$c/eí%. ootá : s.n., 200#. #. SELECCI1N DE ALTERNATIVAS DE APROVECAMIENTO 3 VALORI4ACI1N DE
RESIDUOS PELI5ROSOS 5ENERADOS EN LA INDUSTRIA COLOMBIANA DE LLANTAS S.A. 6 MICEL7N8 PLANTA CUSAC9. C$9i66!: J#))= A)g?6i" Nr)>!. ootá : s.n., 200#, Dniversidad de la alle. >. E6i$: <;i#r. I%-e%$er& A#b$e%". En l3neaF 21 de 08 de 2012. ttp:GGHHH.inenieroambiental.comG6016Gponencias-id#7.pd.
8. I)g#r#"u@#rr. @nerecuperar. En l3neaF 21 de 08 de 201#. ttp:GGHHH.inerecuperar.com.coG. =. C!r!). Corona comunicados de proreso 2010. En l3neaF 2010. Citado el: 27 de 08 de 201#.F ttps:GGHHH.unlobalcompact.orGs"stemGattacmentsG117>>GoriinalGC9B9* IComunicadosIdeI4roresoI2010.pdJ1<12=0#7#>. 10. A&5i#)9u&. E) 68)#B 12 %# 2 %# 214. Ci9%! #6 2* %# %#
21+.B 99@//.&5i#)9u&."!&/5!6#9i)!/)!9i"i$/<12L@rir "#r&i"#"!6!gi"%#6r"%!.$@. 11. Ti6#. L!$ r#;#$9i&i#)9!$ "#r&i"!$ 6 !@"i() &$ #"!6(gi". E) 68)#B 2. Ci9%! #6 2* %# %# 21+.B 99@//.9i6#9#)9ur6"!i"#."!&/$@)i$G9i6#.9&6. 12. C$9i66!: J#))= A)g?6i" Nr)>!. SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE APROVECHAMIENTO Y VALORIZACIÓN DE RESIDUOS PELIGROSOS GENERADOS EN LA INDUSTRIA COLOMBIANA DE LLANTAS S.A. MICHELÍN, PLANTA CHUSACÁ. ,!g!9 U)i;#r$i%% %# 6 S66#: 2+. 13. C$9#66$: <;i#r E6i$. Tipolog! "# lo$ %#$&"&o$ #' o%"#' ! $& %#(i(l!)#* R#(i(l!)# "# %#$i"&o$. $.6. D8' %# S)9!$: 212.