Sinterización y vitrificación de residuos enriquecidos en Li, Ca, Mn y Cr procedentes de procesos industriales

Abstract

Desde hace unas décadas se viene dedicando especial atención científica y tecnológica a la posibilidad de reciclado de materiales residuales que se hayan depositado en la naturaleza como consecuencia de explotaciones mineras tanto de piedra natural, como de extracción metálica o de uso de estériles en recuperación de entornos naturales. Se ha demostrado por bastantes autores que con un diseño adecuado de composición es posible vitrificar o sinterizar muchos de estos residuos, no sólo para reducir su volumen, sino lo que es más interesante desde el punto de vista económico, llegar a producir una amplia gama de materiales vítreos y/o cerámicos que pueden tener aplicaciones industriales y fundamentalmente en la construcción (edificación y obra pública). En el caso de la Península Ibérica hay varios “clústers” industriales como el del sector de la piedra natural de Novelda (Alicante) en cuyas áreas se encuentran depositados residuos ricos en calcio procedentes de la explotación de calizas mesozoicas. En áreas urbanas próximas, como resultado del tratamiento de aguas residuales, se dispone de residuos de lodos procedentes del tratamiento de aguas residuales (EDAR), residuos en forma de fangos que son muy comunes en toda la geografía. Igualmente, las industrias tanto las termoeléctricas como las de tipo metalúrgico muy dispersas en la Península, producen una amplia gama de residuos en forma de escorias, fangos y polvos. Uno de estos residuos con elevados contenidos en óxido de manganeso se ha localizado y caracterizado en un depósito realizado en una playa de la costa gallega y por último, se ha considerado también en esta investigación un residuo enriquecido en cromo hexavalente, que es conocido desde hace tiempo por su toxicidad, procedente de un país iberoamericano como es México. La presencia de litio en explotaciones pegmatíticas de la franja limítrofe entre España y Portugal da lugar también a residuos conteniendo este elemento que tiene aplicaciones en la fabricación de vidriados o esmaltes y materiales de tipo vitrocerámico. Al mismo tiempo y en la misma Comunidad Valenciana, que aún tiene un carácter agrícola en amplias zonas, la presencia de la industria tiene un papel destacado por el “clúster cerámico” de Castellón, cuyas industrias de pavimentos y revestimientos pueden aportar el conocimiento del tipo de proceso que se utiliza habitualmente (sinterización o vitrificación) no sólo para la inertización de este tipo de residuos, sino además para el uso de los mismos como materia prima secundaria. Es por ello, que en este trabajo de tesis se ha desarrollado una investigación con los residuos industriales citados para conocer en qué condiciones pueden ser inertizados, o bien usados en la composición de materiales tradicionales como materia prima secundaria o también en la producción de nuevos materiales.

For some decades, special scientific and technological attention has focused on the possibility of recycling waste material that has been deposited into the environment as a consequence of industrial activity, mining operations of both natural stone and metal extraction, as well as from the use of mineral residues in the restoration of natural environments. Several authors have shown that with a suitable composition design, vitrifying or sintering many of these residues is possible, not only for reducing their volume, but what is more interesting from an economic point of view, for producing a wide range of vitreous and/or ceramic materials that can have industrial applications, fundamentally in construction (building and public works). The Iberian Peninsula has several industrial clusters, such as the natural stone sector of Novelda (Alicante), wherein rock waste residues rich in calcium from the exploitation of Mesozoic limestones are deposited. In nearby urban areas, sludge residues from wastewater treatment plants (WWTP) result in the form of sewage sludge that are very common throughout the territory. Furthermore, thermoelectric and metallurgic type industries that are scattered widely around the peninsula produce a large variety of waste in the form of slags, sludges, and powders. One of these wastes with a high manganese oxide content has been found and characterized in a deposit on a beach along the Galician coast of Spain. Lastly, this research also considered a waste rich in hexavalent chromium, which for some time has been known to be toxic, from the Latino-American country of Mexico. The presence of lithium in pegmatite exploitations along the Spanish and Portuguese border also produce waste mining steriles containing this element that could be applicated in the manufacture of glazes or enamels and materials of the glass-ceramic materials. At the same time and in the Valencian Community, which is still agricultural in many areas, the presence of industry plays a prominent role due to the ceramic cluster of Castellón, whose flooring and coating industries can provide knowledge about the type of process commonly used (sintering or vitrification), not only for the inertization of these types of wastes, but also for their use as a secondary raw material. Because of this, research in this thesis has been conducted on the above mentioned industrial wastes to learn the conditions under which they can be inertized or used in the composition of traditional materials as a secondary raw material and additionally in the production of new material products mainly for agriculture and construction applications.