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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
Dr. René A. Lara Díaz
Jefe del Departamento de Ing. Química, Alimentos y AmbientalUniversidad de las
Américas Puebla
Contenido
Introducción
Antecedentes
Objetivos
Hipótesis
Estrategia Experimental
Resultados
Conclusiones
Evaluar la tecnología de solidificación-estabilización para el tratamiento deresiduos metálicos para minimizar lacapacidad de migración y establecerpropiedades de mezcla deconcentraciones de metales para clasificarlos productos como materiales nopeligrosos.
Objetivo General
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.
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.
“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”.
Hipótesis
Metodología Experimental
Solidificación
EstabilizaciònCriterios
Problemática
Ambiental
Aguas
Residuales
Residuos
Sólidos
Peligrosos
Precipitación
Alcalina
Cementación
Cemento
Portland
Cemento
Puzzolánico
Ceramización
Ladrillo
Sólido
Ladrillo
Perforado
Vitrificación
Vidrio Soluble
Solución sin
Consumo
Energético
Solución con
Consumo
Energético
Formulaciones Base
Componentes Porcentajes (%)
Silica-Alumina (SA)
Arena Sílica 60.0 60.0 58.0 55.0
Carbonato de calcio 12.5 12.5 12.5 12.5
Carbonato de sodio 17.5 17.5 17.5 17.5
Alúmina 9.0 7.0 7.0 5.0
Sal metálica 1.0 3.0 5.0 10.0
Arena-No alumina (AN)
Arena Normal 59.0 57.0 55.0 50.0
Carbonato de calcio 15.0 15.0 15.0 15.0
Carbonato de sodio 25.0 25.0 25.0 25.0
Sal metálica 1.0 3.0 5.0 10.0
Sílica-No alumina (SN)
Arena Sílica 59.0 57.0 55.0 50.0
Carbonato de calcio 15.0 15.0 15.0 15.0
Carbonato de sodio 25.0 25.0 25.0 25.0
Sal metálica 1.0 3.0 5.0 10.0
Tipo de cemento Porcentaje de metal Portland 0% 1% 3% 5% 10%
Cemento 18.10 17.93 17.57 17.20 16.30
Arena 30.56 30.25 29.64 29.02 27.50
Grava 43.19 42.76 41.89 41.03 38.87
Agua 8.15 08.07 07.90 7.74 7.33
Sal 0.00 1.00 3.00 5.00 10.00
Puzzolánico 0% 1% 3% 5% 10%
Cemento 18.32 18.13 17.77 17.40 16.49
Arena 32.38 32.05 31.40 30.76 29.14
Grava 38.91 38.52 37.74 36.96 35.02
Agua 10.40 10.29 10.08 9.88 9.36
Sal 0.00 1.00 3.00 5.00 10.00
Comp Base
% 0.00 0.05 0.10 0.15 0.00 0.05 0.10 0.15 0.00 0.05 0.10 0.15
Arena amarilla 50 38.15 38.11 38.06 37.98 38.15 38.06 37.94 37.83 38.15 38.11 38.04 37.98
Arcilla 38 28.99 28.96 28.92 28.88 28.99 28.92 28.84 28.75 28.99 28.96 28.91 28.86
Barro 12 9.16 9.15 9.13 9.12 9.16 9.13 9.11 9.08 9.16 9.14 9.13 9.11
Sal 0 0.00 0.15 0.30 0.46 0.00 0.30 0.59 0.89 0.00 0.17 0.34 0.51
Agua 0 23.70 23.63 23.59 23.56 23.70 23.59 23.52 23.45 23.70 23.62 23.58 23.54
Total 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Cobre (%) Cromo (%)Material
Níquel (%)
Resultados
Precipitación Alcalina
4-6 mg/L 1-1.5 mg/L 2-4 mg/L NOM-001-SEMARNAT
Precipitación Alcalina
Metal Precipitante Concentración en
el lixiviado
(mg/l)
Concentración
inicial en el lodo
(mg/kg)
Eficiencia de
retención en lodo
(%)
Cobre II Ca(OH)2 0.8307
(5.0)
263.8
(NA)
99.95
NaOH 0.8910 296.3 99.94
Cromo III Ca(OH)2 2.2963
(5.0)
211.4
(1600/20000)
99.91
NaOH 1.8519 1282.0 99.94
Níquel II Ca(OH)2 1.4919
(5.0)
363.9
(400/800)
99.98
NaOH 0.3543 246.7 99.98
Se logró realizar la precipitación alcalina de metales se obtuvieron valores deremoción de metales óptimos a pH de 10 unidades; y se cumple con la NOM-001-SEMARNAT-1996.
Esta es una técnica apropiada para el tratamiento de agua con metales, usandocomo precipitantes hidróxido de sodio.
Los lodos alcalinos son no-peligrosos con eficiencias de retención de metalessuperiores al 97%,
Permite enviar estos lodos a disposición en rellenos sanitarios.
Satisfacen criterio de remediación de suelo, NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004.
Cementación Portland
Cementación Puzzolánica
CementaciónMetal Límite en el lixiviado
(mg/l)
Máximo permisible en el
concreto portland (%)
Cromo VI 5.0 0.021 %
Niquel II 5.0 0.430 %
Plomo II 5.0 1.936 %
Metal Límite en el lixiviado
(mg/l)
Máximo permisible en el
concreto puzzolánico (%)
Cromo III 5.0 1.85 %
Niquel II 5.0 4.25 %
Plomo II 5.0 34.69 %
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 kgf/cm2.
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.
Ceramización
Curva de Bigot para mezcla base de cerámico
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
12 50 Buena Buena Poroso
24 40 Buena Muy buena Poco poroso
Ceramización
100 kgf/cm2 ladrillos multiperforados
60 kgf/cm2 para ladrillo recocido sólido
NMX-C-404-ONNCCE-2005
CeramizaciónMetal Límite en el lixiviado
(mg/l)
Máximo permisible en el
ladrillo cerámico (%)
Cobre II 5.0 0.08 %
Níquel II 5.0 0.15 %
Cromo III 5.0 0.13 %
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).
Vitrificación
Vitrificación
Vitrificación
Metal Límite en el lixiviado
(mg/l)
Máximo permisible en el
vidrio (%)
Níquel II 5.0 7.4 %
Plomo II 5.0 4.4 %
Cromo VI 5.0 2.0 %
Se estableció una formulación de vidrios de bajo punto de fusión, serequiere de óxido de sodio como fundente.
Se incorporaron metales por calentamiento indirecto con eficienciasde 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.
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.
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.
