TÉCNICAS DE CEMENTACIÓN Y VITRIFICACIÓN PARA RETENCIÓN DE METALES PESADOS EN MATRIZ SÓLIDA

Transcripción

1 TÉCNICAS DE CEMENTACIÓN Y VITRIFICACIÓN PARA RETENCIÓN DE METALES PESADOS EN MATRIZ SÓLIDA Seminarios de Investigación Universidad Tecnológica de la Mixteca División de Estudios de Posgrado Universidad de las Américas Puebla Dr. René A. Lara Díaz Jefe del Departamento de Ing. Química, Alimentos y Ambiental

2 Contenido Introducción Antecedentes Objetivos Hipótesis Estrategia Experimental Resultados Conclusiones

3 Objetivo General Evaluar la tecnología de solidificaciónestabilización para el tratamiento de residuos metálicos para minimizar la capacidad de migración y establecer propiedades de mezcla de concentraciones de metales para clasificar los productos como materiales no peligrosos.

4 Objetivos Específicos Determinar las propiedades de resistencia a la compresión, plasticidad, permeabilidad y pérdida de peso de las materias primas y productos elaborados con contenido de Cr, Cu, Ni, Pb por las técnicas de solidificación-estabilización: Precipitación alcalina Cementación Ceramización Vitrificación Determinar las eficiencias de remoción de metales y la cantidad de lodos producidos por medio de la técnica de precipitación alcalina, partiendo de muestras sintéticas de aguas residuales.

5 Objetivos Específicos Determinar la lixiviabilidad de iones metálicos en estado sólido por medio de la prueba PECT para establecer la peligrosidad o no-peligrosidad de los productos elaborados con las técnicas propuestas. Formular la concentración máxima de incorporación de metales a los productos de solidificación-estabilización para elaboración de productos comerciales para reuso no peligrosos. Definir las alternativas de reaprovechamiento de materiales producidos por las técnicas de solidificación-estabilización.

6 Hipótesis Las técnicas de solidificación-estabilización son adecuadas para la fijación de metales y/o residuos en matrices sólidas limitando la capacidad de movimiento de los metales y permitiendo la elaboración de productos no peligrosos.

7 Metodología Experimental Criterios Solidificación Estabilizaciòn Problemática Ambiental Aguas Residuales Residuos Sólidos Peligrosos Precipitación Alcalina Cementación Ceramización Vitrificación Cemento Portland Cemento Puzzolánico Ladrillo Sólido Ladrillo Perforado Vidrio Soluble Solución sin Consumo Energético Solución con Consumo Energético

8 Formulaciones Base Tipo de cemento Porcentaje de metal Portland 0% 1% 3% 5% 10% Cemento Arena Grava Agua Sal Puzzolánico 0% 1% 3% 5% 10% Cemento Arena Grava Agua Sal Componentes Porcentajes (%) Silica-Alumina (SA) Arena Sílica Carbonato de calcio Carbonato de sodio Alúmina Sal metálica Arena-No alumina (AN) Arena Normal Carbonato de calcio Carbonato de sodio Sal metálica Sílica-No alumina (SN) Arena Sílica Carbonato de calcio Carbonato de sodio Sal metálica Material Comp Base Cobre (%) Cromo (%) Níquel (%) % Arena amarilla Arcilla Barro Sal Agua Total

9 Resultados

10 Precipitación Alcalina 4-6 mg/l mg/l 2-4 mg/l NOM-001-SEMARNAT

11 Precipitación Alcalina Metal Precipitante Concentración en el lixiviado (mg/l) Cobre II Ca(OH) (5.0) Concentración inicial en el lodo (mg/kg) (NA) Eficiencia de retención en lodo (%) NaOH Cromo III Ca(OH) (5.0) (1600/20000) NaOH Níquel II Ca(OH) (5.0) (400/800) NaOH Se logró realizar la precipitación alcalina de metales se obtuvieron valores de remoción de metales óptimos a ph de 10 unidades; y se cumple con la NOM-001- SEMARNAT Esta es una técnica apropiada para el tratamiento de agua con metales, usando como precipitantes hidróxido de sodio. Los lodos alcalinos son no-peligrosos con eficiencias de retención de metales superiores al 97%, Permite enviar estos lodos a disposición en rellenos sanitarios. Satisfacen criterio de remediación de suelo, NOM-147-SEMARNAT/SSA

12 Cementación Portland

13 Cementación Puzzolánica

14 Cementación Metal Límite en el lixiviado (mg/l) Máximo permisible en el concreto portland (%) Cromo VI % Niquel II % Plomo II % Metal Límite en el lixiviado (mg/l) Máximo permisible en el concreto puzzolánico (%) Cromo III % Niquel II % Plomo II % Se validó la producción de concreto u hormigón con dos tipos de cemento el portland y el puzzolánico, partiendo de una mezcla de materiales para producir un cemento de una resistencia a la compresión de 300 kg f /cm 2. Se requiere un pretratamiento de reducción de cromo VI a cromo III para lograr fraguado. Los resultados obtenidos para concretos (portland y puzzolánico) muestran que al incrementar la concentración de metal en el concreto la resistencia a la compresión disminuye y la lixiviabilidad aumenta. El cemento puzzolánico tiene un desempeño significativamente mejor que el cemento portland, con eficiencias de retención superiores al 98% pero con desempeños similares de resistencia a la compresión. Se pueden usar aguas residuales de galvanoplastía para la preparación del cemento y la cementación para la remediación de suelos.

15 Ceramización Curva de Bigot para mezcla base de cerámico

16 Ceramización Tiempo Secado (h) T (ºC) Dureza sin calcinar Dureza con calcinación Apariencia 5 80 Buena Regular Muy poroso - grietas 8 60 Buena Buena Poroso Buena Buena Poroso Buena Muy buena Poco poroso

17 Ceramización 100 kg f /cm 2 ladrillos multiperforados 60 kg f /cm 2 para ladrillo recocido sólido NMX-C-404-ONNCCE-2005

18 Ceramización Metal Límite en el lixiviado (mg/l) Máximo permisible en el ladrillo cerámico (%) Cobre II % Níquel II % Cromo III % Se determinó que las geometrías adecuadas para inclusión de metales son ladrillo macizo y multiperforado con figuras cilíndricas. Se observaron migraciones de metales a la superficie del cerámico, con distribución heterogénea en el cerámico. En la migración superficial, durante el secado, el agua se transfiere a la superficie para evaporación, arrastrando a las sales metálicas disueltas. Se determinó que a concentraciones inferiores al 0.15% de metal se compensa el efecto de migración. Se pueden usar los ladrillos para fabricación de ladrillo artesanal y ladrillo industrializado multiperforado (excepto el cromo).

19 Vitrificación

20 Vitrificación

21 Vitrificación Metal Límite en el lixiviado (mg/l) Máximo permisible en el vidrio (%) Níquel II % Plomo II % Cromo VI % Se estableció una formulación de vidrios de bajo punto de fusión, se requiere de óxido de sodio como fundente. Se incorporaron metales por calentamiento indirecto con eficiencias de retención superiores al 95% para tres tipos de vidrio fabricados. El cromo puede incorporarse sin reducción. La vitrificación tiene las mejores eficiencias de retención de todas las técnicas de S/E. El vidrio arena común-no alúmina (AN) tiene el mejor desempeño. La alternativa de uso del vidrio es para uso decorativo.

22 Conclusiones Se evaluó la tecnología de solidificación-estabilización para el tratamiento de residuos metálicos minimizando lixiviabilidad. Se determinaron las eficiencias de remoción de metales por medio de la precipitación alcalina usando muestras sintéticas de aguas (industria de acabado metálico). Se determinaron concentraciones máximas en las mezclas que satisfacen el criterios de no peligrosidad ambiental para concretos, ceramicos y vidrios. Las técnicas de S/E son efectivas para la fijación de metales y/o residuos en matrices sólidas limitando la capacidad de movimiento. Se definieron alternativas de reaprovechamiento de materiales producidos por las técnicas de solidificación-estabilización, permitiendo la elaboración de productos no peligrosos.

23 Conclusiones El uso de la S/E puede sustituir el confinamiento controlado de residuos peligrosos, (alto costo y limitado) por disposición en rellenos sanitarios municipales. Se contribuye al desarrollo sustentable ofreciendo valorización de los residuos, minimizado costos de transporte y disposición. La técnica de cementación es la más adecuada para resolver problemas ambientales de fijación de metales en México, debido a que no requiere de instalaciones especializadas y no es una técnica de consumo intensivo de energía.