Valorización de residuos inorgánicos para la obtención de materiales de construcción

  1. CONTRERAS LLANES, MANUEL
Supervised by:
  1. Manuel Jesús Gázquez González Director
  2. Juan Pedro Bolívar Raya Director

Defence university: Universidad de Huelva

Fecha de defensa: 19 July 2017

Committee:
  1. Melquiades Casas Ruiz Chair
  2. José Luis Mas Balbuena Secretary
  3. Michael Edward Ketterer Committee member
Department:
  1. CIENCIAS INTEGRADAS

Type: Thesis

Abstract

La generación de residuos, en general, aumenta según incrementa el grado de desarrollo tecnológico de una sociedad, por lo que el interés por la protección del medio ambiente y los riesgos para la salud han florecido en los últimos años. Por tanto, desarrollar estrategias que mejoren la gestión de los residuos tratando de alcanzar un desarrollo sostenible en el que se minimicen los recursos utilizados y los residuos generados es muy necesario, así como tratar de alcanzar una economía circular, incorporando los residuos y co-productos a nuevos materiales. Este enfoque ya ha sido incluido en las estrategias de la Unión Europea en materia de residuos, priorizando la prevención en la generación de residuos, así como el reciclaje y la valoración de estos como alterativa a su depósito en vertedero. El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral nace de la necesidad de desarrollar nuevas aplicaciones eficientes y de interés comercial en materiales de construcción (cerámicas, cementos y ladrillos), en base a diferentes porcentajes de tres tipos de residuos inorgánicos: (1) lodo de ilmenita generado en la producción de pigmento de TiO₂ (2) fosfoyeso procedente de la industria H₃PO₄, Y (3) residuos de construcción y demolición (RCD). Para el estudio, tanto de la caracterización de los residuos como de los nuevos materiales diseñados, se han empleado diferentes técnicas instrumentales; entre otras, la difracción y la fluorescencia de rayos X (DRX/FRX), espectrometrías de masas o de emisión óptica con fuente de emisión por plasma de acoplamiento inductivo (ICP-MS/OES), análisis termo-gravimétrico y calorimétrico de barrido diferencial (TGA/DSC), y la microscopía electrónica de barrido (MEB). Las propiedades tecnológicas, como la resistencia, la absorción de agua, etc., han sido comparadas en relación a materiales considerados NORM (Naturally Occurring Radioactive Material = materiales radioactivos de origen natural), los materiales obtenidos fueron evaluados mediante espectrometría alfa y gamma, y también se evaluaron las implicaciones medioambientales de su utilización (estudios de lixiviación y radiológicos). Los resultados más relevantes obtenidos de la presente Tesis Doctoral se pueden dividir en tres bloques: Lodo de ilmenita Una vez conocidas las propiedades físicas, químicas, granulométricas, micro-estructurales y radiológicas de este residuo se llevó a cabo el diseño de nuevos cementos poliméricos sulfurosos y cuerpos cerámicos, incorporando diferentes porcentajes. Los datos obtenidos demostraron que el lodo de ilmenita puede inmovilizarse y valorizarse con éxito al incluirlo como aditivo. Sus propiedades tecnológicas cumplieron sobradamente con los requisitos marcados en las diferentes regulaciones y, en algunos casos, fueron incluso mejores a las de los materiales de referencia. Finalmente, indicar que ambos materiales pueden ser usados sin generar problemas ambientales o de salud para las personas. Fosfoyeso Este residuo ha sido incluido como aditivo en cerámicas, las cuales han cumplido con las normativas internacionales vigentes en relación a las propiedades tecnológicas y con los requisitos ambientales establecidos. Incluso la adición de hasta 5% de fosfoyeso mejora las propiedades tecnológicas en comparación al material de referencia. Este residuo también ha sido estudiado como fuente de calcio para el secuestro mineral del CO₂ y obtención de calcita, obteniéndose altas eficiencias (96%). El estudio de los flujos de metales y radionucleidos demostraron que la mayor parte de los contaminantes de fosfoyeso se transfieren a la calcita (>95%). RCD Este residuo ha sido reciclado como sustituto del agregado natural para la producción de ladrillos. Los resultados muestran que pueden obtenerse ladrillos de bajo costo con excelentes propiedades físicas usando RCD como agregado, y cal o cemento como aglutinantes.