Aprovachamiento de residuos mineros e industriales para la obtención de áridos ligeros artificiales

Laburpena

RESUMEN El objetivo general del presente trabajo de investigación consiste en reciclar diferentes tipos de residuos mineros e industriales para obtener un material aprovechable y altamente valorado, como son los áridos ligeros artificiales (ALAs), intentando conseguir que, además, éstos sean de buena calidad para su aplicación en diferentes sectores, especialmente en el de la construcción. Para ello se ha llevado a cabo una caracterización física, química y mineralógica de los siguientes materiales y/o residuos a partir de los cuales se fabricarían los áridos: i) lodos resultantes del lavado de áridos naturales en diferentes graveras de la cuenca media de río Tajo; ii) productos de la combustión de carbón (ó CCPs: mezcla de cenizas volantes, cenizas de fondo y escorias) de la antigua central termoeléctrica de Aliaga (Teruel); iii) fangos de la estación depuradora de aguas residuales del campus tecnológico Antigua Fábrica de Armas, de Toledo (Universidad de Castilla-La Mancha); iv) material natural arcilloso recogido en la zona de la Sagra (Toledo), en las proximidades del municipio de Pantoja; v) aceite usado de automóviles; vi) suelo minero altamente contaminado tomado en el complejo minero de San Quintín (Ciudad Real). Se realizaron varios tipos de mezclas entre ellos y en diferentes proporciones. Dichas mezcla fueron caracterizadas, molidas, humedecidas, amasadas y extruidas para fabricar con ellas los gránulos o pellets. Éstos se secaron, se precalentaron durante 5 min y se sinterizaron en un horno rotatorio a 1150ºC, 1175ºC, 1200ºC y 1225ºC, durante 4 min, 10 min y 15 min (dependiendo de la mezcla), a cada una de las temperaturas de cocción. Se ha determinado el efecto de las características de las materias primas, las temperaturas de cocción y los tiempos de permanencia sobre las siguientes propiedades de los áridos artificiales obtenidos: i) pérdida de masa por ignición; ii) índice de expansión; iii) densidad aparente suelta; iv) densidad de partícula seca o presecada; v) densidad de partícula aparente; vi) absorción de agua tras 24 h; vii) resistencia a la compresión. De entre todos los áridos artificiales obtenidos, se llevó a cabo una selección de ellos para realizarles un estudio microestructural, mineralógico y composicional detallado. También se seleccionaron algunos de los ALAs obtenidos para someterles al procedimiento de extracción química secuencial BCR y al ensayo de extracción simple establecido mediante la norma UNE-EN 1744-3 (2003). A las materias primas/residuos y a las mezclas a partir de las cuales se habían fabricado los áridos también se las sometió a la extracción secuencial. De esta forma fue posible evaluar el efecto del tratamiento térmico en la retención de diferentes elementos químicos en la estructura de los áridos. Tras realizar el ensayo de reactividad álcali-sílice a tres de los ALAs obtenidos y siendo negativos los resultados, se seleccionó uno de estos tres tipos para su utilización en la fabricación de hormigón ligero estructural. Todas las mezclas de residuos preparadas presentaban potencial de expansión desde el punto de vista de la liberación de gases a las temperaturas de cocción, localizándose seis de ellas dentro o muy próximas al área de expansión de Riley (1951). Todos los productos obtenidos eran áridos ligeros de acuerdo con la norma UNE-EN 13055-1 (2003), es decir, presentaban una densidad aparente suelta ¿ 1.20 g/cm3 y/o una densidad de partícula seca ¿ 2.00 g/cm3. Los áridos ligeros fabricados con las proporciones 75%:25% y 50%:50% de lodo de gravera:residuos de la combustión de carbón, con la proporción 50%:50% de lodo de gravera:material arcilloso y con la proporción 75%:25% de suelo minero: residuos de la combustión de carbón, cocidos a diferentes temperaturas y durante diferentes tiempos de permanencia, eran áridos ligeros expandidos (índice de expansión > 0). Fue posible el establecimiento de tres grupos de áridos ligeros dependiendo de sus propiedades y en comparación con las de Arlita®, un árido ligero que se ha comercializado en España. Nuestros áridos ligeros artificiales podrían tener las mismas o similares aplicaciones que las de las variedades Arlita G3®, Arlita F3® y Arlita F5® tales como: i) aislamiento, aplicaciones geotécnicas, jardinería y horticultura; ii) prefabricados, recrecidos y hormigones aislantes y; iii) capas de compresión y estructuras en edificación. A partir del estudio de la microestructura y mineralogía de los áridos ligeros artificiales seleccionados fue posible el establecimiento de, entre otras, las siguientes relaciones: i) la presencia de una mayor cantidad de poros de tamaño más grande se encuentra relacionada con una disminución de la densidad de partícula seca de los áridos; ii) cuando los ALAs no presentan una capa exterior sinterizada/vitrificada, los valores de sus absorciones de agua son dependientes del tamaño, cantidad y/o tipo de poros en los áridos; iii) la neo-formación de plagioclasas y el consumo de cuarzo para la formación de una fase vítrea mejoran los valores de la resistencia a la compresión de los ALAs. El tratamiento térmico redujo la disponibilidad de todos los elementos químicos estudiados puesto que las concentraciones no residuales eran inferiores en los ALAs estudiados que en las materias primas a partir de las cuales se habían fabricado, con las excepciones del As, Mo, Sb y Th, que presentan un incremento en dichas concentraciones en algunos de los tipos de ALAs estudiados. Todos los ALAs estudiados podrían ser usados para la fabricación de hormigón ligero desde el punto de vista del lixiviado de los metales pesados. La dosificación final alcanzada para la obtención de hormigones ligeros estructurales cumple con todos los requisitos reglamentarios exigidos en la legislación nacional para hormigones ligeros.