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presa de jales. Por otro lado, la diatomita es una roca sedimentaria marina que se encuentra en depósitos lacustres y está conformada, principalmente, por la ...
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Elaboración de materiales de construcción a partir de residuos industriales sólidos granulares Por Jaime Vite Torres ([email protected])

En el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ) se desarrolló y patentó un proceso para convertir los desechos de las minas conocidos como jales, en ladrillos, celosías y otros materiales de construcción. En algunos casos, como los que se muestran en la fotografía de la parte inferior, los materiales triplican la resistencia a la ruptura, comparados con los ladrillos convencionales, de acuerdo a la NOMC-IDI. Además, el porcentaje de absorción de humedad de estas piezas es menor (cerca de 17.1%) que el exigido por la norma NOM-C-101 cuyo valor máximo es de 25%.

registren concentraciones de cianuro y metales pesados por arriba de los límites permitidos por la normativa mexicana. Otro caso en el que se generan desechos son las llamadas tierras de filtro o tierras diatomáceas. Deben su nombre a las diatomitas que son algas unicelulares que forman una capa conocida como diatomea, como se explicará más adelante. Aunque no son consideradas peligrosas, las tierras diatomáceas necesitan un tratamiento para eliminar el material orgánico ocluido. Peligrosos o no, los jales y las tierras diatomáceas, pueden ser aprovechados para generar materiales de construcción.

Introducción Jales y diatomitas En México, como en el resto del mundo, se han producido cientos de miles de toneladas de residuos sólidos granulares derivados de ciertas actividades industriales. Algunos residuos, considerados peligrosos, son depositados a cielo abierto, contaminando flora, fauna, mantos freáticos y, ocasionalmente, a los seres humanos. Tal es el caso de los jales mineros (residuos granulares sólidos y semisólidos provenientes de la labor minera) cuya composición química es variada: generalmente son aluminosilicatos o carbonatos combinados con metales pesados como plomo, cromo, manganeso y zinc, entre otros. Una práctica común es almacenar los jales en una presa, lo que provoca que en ella

En 1887, se inició un proceso que revolucionó las técnicas para la obtención de oro y plata1

Ladrillos y celosías obtenidas de residuos industriales sólidos granulares de origen minero (jales)

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conocido como lixiviación de metales. Consiste en disolver minerales en soluciones de cianuros alcalinos, en presencia de oxígeno, para precipitar metales preciosos por electrólisis. A partir de entonces, la lixiviación es un método utilizado en todo el mundo para la recuperación de metales, actividad que genera residuos sólidos conocidos popularmente como jales. Tan solo en México, diariamente se producen aproximadamente 330 mil toneladas de jales y, en algunos estados de la República Mexicana, como Guanajuato o Zacatecas y en ciudades como Pachuca, Hidalgo, los depósitos de desechos mineros se encuentran a cielo abierto. La composición química de estos residuos es variada y depende de los minerales asociados a metales económicamente valiosos. Un caso representativo de esta situación son aquellos jales cuyo contenido de pirita (FeS2) es elevado y está sujeto a reacciones químicas que ocurren por encontrarse a la intemperie. Esto es, la pirita reacciona con el agua y con el oxígeno, lo que propicia la generación de ácido; éste hidroliza a los metales pesados presentes en el jale, provocando que puedan filtrarse a los mantos freáticos y que contaminen sensiblemente el medio ambiente, la flora y la fauna cercana a la presa de jales. Por otro lado, la diatomita es una roca sedimentaria marina que se encuentra en depósitos lacustres y está conformada, principalmente, por la acumulación de conchas o de sílica hidratada secretada por diatomas, que son algas unicelulares que al morir, sus esqueletos se depositan en el fondo de lechos lacustres, donde se fosilizan y forman una capa conocida como diatomea. Las diatomitas tienen una envoltura químicamente formada por dióxido de silicio (SiO2), sustancia esencialmente inerte y muy difícil de destruir. Además contienen arena, arcilla, ceniza volcánica, carbonato de magnesio, sales solubles y materia orgánica. Los tipos y

cantidad de impurezas son muy variables y dependen de las condiciones de sedimentación y el tiempo de la deposición de la diatomita. La diatomita tiene varias aplicaciones, entre ellas la de contribuir en el proceso de filtraciones industriales; como material aislante o de relleno; en algunos procesos de separación; en la refinación de azúcar; así como en varias plantas industriales de solventes, producción de grenetina, antibióticos, grasas y aceites. No obstante, después de utilizarse en los procesos mencionados, la diatomita queda contaminada con material orgánico y, aunque éste no es tóxico, sí se afecta la calidad del producto. Por ejemplo, en la producción de grenetina (en la que se utilizan cueros de cerdo y de res), la contaminación con material orgánico se propicia en el proceso de filtración, ya que en los llamados «filtros de prensa» quedan restos del cuero. Si algunos de estos restos no se procesan adecuadamente, quedan atrapados en las tierras diatomáceas de los filtros y una vez saturados, las tierras se extraen y se depositan en tambos o en un lugar a cielo abierto. Además del problema de contaminación provocado por la atracción de fauna nociva, los residuos ocupan espacios que podrían ser útiles para la agricultura o para asentamientos humanos. El proyecto Ante este panorama, en el ININ decidimos basar nuestra investigación en los jales y las diatomitas y por esta razón, el proceso se enfoca en dos aspectos: i. ii.

tratamiento de jales procedentes de la industria minera; y tratamiento de tierras diatomáceas, procedentes de la industria productora de grenetina y de aceites

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Tratamiento de jales Para determinar la presencia y la concentración de cianuro y metales pesados, se tomaron muestras representativas de los jales y se analizaron, cualitativa y cuantitativamente por medio de técnicas convencionales y nucleares. Posteriormente, se procedió a eliminar el contenido de cianuro por medio de columnas termostatizadas acopladas, por cuyo proceso y equipo, el ININ obtuvo una patente(8-9). Este proceso implica colocar las muestras de jales en el interior de las columnas, agregar hipoclorito de sodio y dejarlas 20 minutos a una temperatura de 28 OC. Concluida esta etapa, se realiza la separación sólido-líquido: la muestra sólida se seca y se coloca nuevamente en las columnas termostatizadas acopladas, a fin de lixiviar los metales pesados. Esto se logra al mezclar la muestra de jales con agentes reductores, surfactantes y complejantes y en esta forma se realiza el proceso de lixiviación en diferentes rangos de pH, agregando un ácido o una base y luego agitando la pulpa mediante la inyección de aire. Cada muestra se procesa durante 120 minutos, a 60 0C. Después se realiza la separación sólido-líquido en la que el sólido se analiza cuantitativamente para verificar que ha disminuido la concentración de cianuro y de metales pesados en las muestras y, en caso de

observar algún rango de concentración de un componente tóxico, se repite la operación hasta obtener muestras inocuas. Tratamiento de tierras diatomáceas En el laboratorio anexo de Ciencias Ambientales del ININ se logró eliminar el material orgánico adherido de las tierras diatomáceas, aplicando un proceso físico-químico, desarrollado en el mismo laboratorio. Después se mezcló el material sólido granular (tierras diatomáceas) con diferentes agentes conglomerantes y se analizó la resistencia a la compresión de algunas probetas elaboradas con estos materiales. Como resultado de estas pruebas, se comprobó que el material obtenido utilizando tierras diatomáceas y agentes conglomerantes tiene menor resistencia a la compresión, que las obtenidas con jales y agentes conglomerantes, pero a cambio de ello se obtuvo un material mucho más ligero. En el esquema superior se presenta un diagrama de flujo de la elaboración de materiales a partir de jales y tierras diatomáceas. Mediante el proceso descrito, se puede dar una valor agregado a residuos sólidos granulares. De escalarse a nivel industrial, además de una fuente de empleo, se liberarían terrenos ocupados por

Probetas fabricadas de Arcilla y/o caolín con jales: (1) para prueba de impacto y flexión; (2) para el ensayo de compresión; (3) para prueba de desgaste erosivo; (4) para el experimento de abrasión húmeda; (5) para el ensayo de abrasión seca Contacto Nuclear 3 7

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Diagrama de flujo para la obtención de materiales a partir de residuos sólidos granulares de origen minero (Jales), tierras diatomáceas, y agentes conglomerantes * Utilizando columnas termostatizadas acopladas

los desechos, espacios que después de aplicar algunas técnicas de reacondicionamiento, podrían tener uso habitacional o agrícola. Conclusión En el ININ se demostró que los jales (desechos mineros) pueden ser procesados para utilizarse, por ejemplo, en la construcción de ladrillos y celosías, rellenos para la nivelación de carreteras, como aditivos para mezclas asfálticas, o bien, en la construcción de diques. 2-7. En el caso de la diatomita (material difícil de utilizarse como aditivo o como relleno por la cantidad de material orgánico ocluido en su matriz química), en el ININ pudimos aplicar un proceso físico-químico

con el que eliminamos el material orgánico, obteniéndose diatomita libre de este tipo de contaminantes. Estos trabajos abren opciones para contribuir a la solución de problemas de contaminación, a la vez que posibilitan la utilización productiva de desechos. Procesos como el presentado en este artículo abren una oportunidad promisoria para otros residuos sólidos granulares como los provenientes de las arenas de fundición, la ceniza volcánica, los residuos de plásticos y los esmaltes y otros, que pueden utilizarse en la industria de la construcción, o bien, en otros usos como la elaboración de materiales cerámicos. L

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