Caracterització dels residus de rentat de formigó: estudi de la seva aplicació per neutralitzar aigües àcides

Abstract

El impacto ambiental que generan las aguas ácidas hace que tengan que ser tratadas para su neutralización. Los neutralizantes más eficientes son la cal y, en segundo lugar, el carbonato cálcico. Cuanto más pequeña sea la superficie específica de este, más eficiente será. Entre los residuos de demolición y construcción se hallan los residuos producidos en las plantas de hormigón, que corresponden al hormigón que no ha sido colocado en el tiempo conveniente y a los residuos procedentes del lavado de los áridos. Este tipo de residuo ha sido investigado en este trabajo para determinar si se puede aprovechar como neutralizante en el tratamiento de las aguas ácidas. Se ha visto su eficiencia en el tratamiento de aguas poco ácidas, medianamente ácidas y muy ácidas, presentes en la zona afectada por las minas abandonadas de Liat, en el Pirineo, a aguas de la Pedrera dels Ocells y de la Faja Pirítica Ibérica, concretamente en la zona de Rio Tinto, respectivamente. De este modo se pretende dar una aplicación a un residuo a la vez que enmendar un problema ambiental. Para ello, se llevaron a cabo el análisis y la caracterización del residuo de la planta de hormigón, llamado “torta de cemento” (TDC), así como de los materiales de las minas de Liat que pueden afectar a la contaminación de las aguas de sus alrededores. Los materiales de Liat se caracterizaron mediante microscopio óptico y electrónico para ver cómo se encuentran los posibles minerales generadores de ácido respecto a los neutralizantes. Los sulfuros predominantes en la zona son la esfalerita, la galena y la calcopirita, así como la arsenopirita. También, a lo largo del río principal, el Unhola, hay afloramientos con mármoles, aportando el carbonato como elemento neutralizante. El residuo neutralizador fue muestreado en la planta y caracterizado, determinando su química mediante fluorescencia de rayos X (FRX), granulometría, mineralogía a partir de difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido (SEM), análisis térmico diferencial y análisis termogravimétrico (ATD-TG). Para determinar su aplicabilidad como neutralizador se llevaron a cabo pruebas de neutralización con este residuo, y paralelamente con hidróxido de calcio comercial, para poder comparar su eficiencia. Las aguas, tanto iniciales como las resultantes de las neutralizaciones, se analizan mediante espectroscopia de emisión de plasma acoplado inductivamente y mediante espectrometría de masas de plasma acoplado (ICP-OES). Del proceso de neutralización se obtiene un precipitado, que se ha probado mediante SEM para ver si había metales precipitados. Se ha partido de valores de pH de 4.2 (Liat), 2.7 (Pedrera dels Ocells) y 1.7 (Río Tinto) y, tanto con la utilización del hidróxido cálcico como de TDC, se ha conseguido llegar a la neutralización de las aguas. También se ha reducido considerablemente el contenido de metales disueltos en las aguas tratadas. El estudio concluye con que la TDC aporta una posible solución per a la neutralización de les aguas ácidas, demostrando ser un eficiente neutralizador i haciendo precipitar metales pesados. De esta manera se lleva a cabo la remediación, per ejemplo, de zonas afectadas por la minería, contribuyendo a la vez, a una economía circular, ya que se da un uso a un residuo.

The environmental impact of acidic water means that it has to be treated for neutralisation. The most efficient neutralisers are lime and calcium carbonate. The smaller the specific surface area of calcium carbonate, the more efficient it is. Demolition and construction waste includes waste produced in concrete plants, which corresponds to concrete that has not been placed in a timely manner and waste from the washing of aggregates. This type of waste has been investigated in this work to determine whether it can be used as a neutraliser in the treatment of acidic water. Its efficiency in the treatment of low acid, medium acid and very acid water, present in the area affected by the abandoned mines of Liat, in the Pyrenees, and in the waters of the Pedrera dels Ocells and the Iberian Pyritic Belt, specifically in the Rio Tinto area, respectively, has been demonstrated. In this way, the aim is to give an application to a waste product and at the same time rectify an environmental problem. To this end, the analysis and characterisation of the waste from the concrete plant, called ‘cement cake’ (TDC), as well as the materials from the Liat mines that may affect the contamination of the surrounding waters, were carried out. The Liat materials were characterised by optical and electron microscopy to see how the potential acid-generating minerals are located with respect to the neutralisers. The predominant sulphides in the area are sphalerite, galena and chalcopyrite, as well as arsenopyrite. Also, along the main river, the Unhola, there are outcrops with marbles, contributing carbonate as a neutralising element. The neutralising residue was sampled at the plant and characterised, determining its chemistry by X-ray fluorescence (XRF), grain size, mineralogy from X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), differential thermal analysis and thermogravimetric analysis (ATD-TG). To determine its applicability as a neutraliser, neutralisation tests were carried out with this residue, and in parallel with commercial calcium hydroxide, in order to compare its efficiency. The waters, both initial and resulting from the neutralisations, are analysed by inductively coupled plasma emission spectroscopy and coupled plasma mass spectrometry (ICPOES). A precipitate is obtained from the neutralisation process, which has been tested by SEM for precipitated metals. The pH values were 4.2 (Liat), 2.7 (Pedrera dels Ocells) and 1.7 (Rio Tinto) and, with the use of both calcium hydroxide and TDC, the neutralisation of the waters was achieved. The content of dissolved metals in the treated water has also been considerably reduced. The study concludes that TDC provides a possible solution for the neutralisation of acidic water, proving to be an efficient neutraliser and precipitating heavy metals. In this way, remediation is carried out, for example, in areas affected by mining, while contributing to a circular economy, as a use is given to a waste product.

L'impacte ambiental que generen les aigües àcides fa que hagin de ser tractades per a la seva neutralització. Els neutralitzadors més eficients són la calç i, en segon lloc, el carbonat càlcic. Com més petita sigui la superfície específica d'aquest, més eficient serà. Entre els residus de demolició i construcció es troben els residus produïts en les plantes de formigó, que corresponen al formigó que no ha estat col·locat en el temps convenient i als residus procedents de la rentada dels àrids. Aquest tipus de residu ha estat investigat en aquest treball per a determinar si es pot aprofitar com a neutralitzador en el tractament de les aigües àcides. S'ha vist la seva eficiència en el tractament d'aigües poc àcides, mitjanament àcides i molt àcides, presents en la zona afectada per les mines abandonades de Liat, al Pirineu, a aigües de la Pedrera dels Ocells i de la Faixa Pirítica Ibèrica, concretament a la zona de Rio Tinto, respectivament. D'aquesta manera es pretén donar una aplicació a un residu alhora que s’esmena un problema ambiental. Per a això, es van dur a terme l'anàlisi i la caracterització del residu de la planta de formigó, anomenat “torta de ciment” (TDC), així com dels materials de les mines de Liat que poden afectar la contaminació de les aigües dels seus voltants. Els materials de Liat es van caracteritzar mitjançant microscopi òptic i electrònic per a veure com es troben els possibles minerals generadors d'àcid respecte als neutralitzadors. Els sulfurs predominants en la zona són l'esfalerita, la galena i la calcopirita, així com l’arsenopirita. També, al llarg del riu principal, l’Unhola, hi ha afloraments amb marbres, aportant el carbonat com a element neutralitzador. El residu neutralitzador va ser mostrejat en la planta i caracteritzat, determinant la seva química mitjançant fluorescència de raigs X (FRX), granulometria, mineralogia a partir de difracció de raigs X (DRX), microscòpia electrònica d'escombratge (SEM), anàlisi tèrmica diferencial i anàlisi termogravimétrico (ATD-TG). Per a determinar la seva aplicabilitat com a neutralitzador es van dur a terme proves de neutralització amb aquest residu, i paral·lelament amb hidròxid de calci comercial, per a poder comparar la seva eficiència. Les aigües, tant inicials com les resultants de les neutralitzacions, s'analitzen mitjançant espectroscòpia d'emissió de plasma acoblat inductivament i mitjançant espectrometria de masses de plasma acoblat (ICP-OES). Del procés de neutralització s'obté un precipitat, que s'ha provat mitjançant SEM per a veure si hi havia metalls precipitats. S'ha partit de valors de pH de 4.2 (Liat), 2.7 (Pedrera dels Ocells) i 1.7 (Rio Tinto) i, tant amb la utilització de l'hidròxid de calci com de la TDC, s'ha aconseguit arribar a la neutralització de les aigües. També s'ha reduït considerablement el contingut de metalls dissolts en les aigües tractades. L'estudi conclou que la TDC aporta una possible solució per a la neutralització de les aigües àcides, demostrant ser un eficient neutralitzador i fent precipitar metalls pesants. D'aquesta manera es duu a terme la remediació, per exemple, de zones afectades per la mineria, contribuint alhora, a una economia circular, ja que es dona un ús a un residu.