Este artículo aborda la generación de morteros a partir de residuos mineros activados alcalinamente y su posible impacto ambiental en el marco de la economía circular. Se analizan residuos de minería de carbón y minería aurífera de veta, su activación y la influencia del tamaño de partícula, así como las condiciones de fraguado y las características morfológicas y cristalinas resultantes.
Residuos mineros como materia prima para morteros
Se estudiaron residuos de minería de carbón (arenosos-RC y arcillosos-RCd) y de minería aurífera de veta (colas de flotación-CF), y fueron activados mediante una mezcla de solución NaOH y Na2SiO3. Se fabricaron morteros utilizando los residuos con granulometría original y con los residuos molidos, para evaluar la influencia del tamaño de partícula. Además, para los residuos molidos, se utilizaron sustituciones parciales por cemento Pórtland.
Activación y composición de los geles cementantes
La activación alcalina se describe como la reacción de un aluminosilicato sólido (denominado «precursor») bajo condiciones alcalinas (inducido por el «activador alcalino»), para producir un aglomerante endurecido que se basa en una combinación de álcali-aluminosilicato hidratado y/o fases álcali-alcalinotérreo-aluminosilicato. El sólido y el líquido se pueden mezclar en proporciones variables, dependiendo de la finura del material sólido. La pasta resultante puede fraguar y endurecerse como un cemento Pórtland; en este caso, puede emplearse para la formación de materiales activados alcalinamente (MAA).
En relación con los principales elementos constituyentes de diferentes materiales precursores, se pueden encontrar varios tipos de geles cementantes, responsables de la resistencia a la compresión de los materiales fabricados. Para el caso del cemento Pórtland, se forma un silicato de calcio hidratado (C-S-H). En el caso de los materiales activados alcalinamente, los tipos de geles dependen del tipo de precursor o activador alcalino. Los geles C-A-S-H, N-A-S-H y K-A-S-H consisten en geles amorfos que contienen unidades zeolíticas nanoestructuradas. La cantidad de sílice amorfa presente en los materiales precursores es la responsable de la resistencia a la compresión en geopolímeros, y la sílice cristalina no contribuye al proceso de geopolimerización.
Propiedades y rendimiento mecánico
Los RM se presentan como una fuente precursora potencial para los MAA: los minerales más abundantes en la corteza terrestre son aluminosilicatos, que también se refleja en las composiciones de los residuos. La reactividad alcalina de los RM es generalmente baja, y presenta el aspecto más crítico en la activación de residuos basados en activación alcalina. Los MAA ofrecen propiedades mecánicas superiores, desarrollo de resistencia rápida y resistencia al ataque de agentes corrosivos, además de inmovilización eficiente de contaminantes de residuos mineros.
Los morteros se fraguaron a 24 y 80°C, y los resultados mostraron que la resistencia a la compresión es superior en los morteros preparados con los residuos molidos frente a los morteros con los residuos de granulometría original. La mejor condición encontrada presentó una resistencia a la compresión de 17,7 MPa para 24°C y 17,8 MPa para 80°C, con reducciones de emisiones y energía incorporada del 32,85% y 22,73%, respectivamente.
Caracterización de la materia prima y de los morteros
La caracterización química y mineralógica de la materia prima incluyó FRX, EED y DRX para identificar óxidos, elementos y fases cristalinas. Se obtuvo un análisis semicuantitativo de fases mediante el refinamiento Rietveld y uso de Le Bail para la sílice vítrea. La caracterización física incluyó un análisis granulométrico por tamizado y por difracción láser, y un análisis morfológico por MEB para las partículas de los residuos mineros.
Procedimiento de fabricación de morteros y diferencias de tamaño de partícula
Para verificar la influencia del tamaño de partícula, se llevó a cabo una comparación de morteros elaborados con residuos en granulometría original y con residuos molidos, con y sin sustitución parcial de Portland en la mezcla de mortero. Los morteros se evaluaron mediante ensayos de compresión y análisis de microestructura de superficies fracturadas mediante MEB, para entender las diferencias en la morfología y las fases presentes tras el ensayo.
La experiencia de la investigación en este campo señala que la sustitución de una parte del cemento Portland por residuos mineros activados alcalinamente puede contribuir a la reducción de la demanda de cemento y a la disminución de la huella de carbono asociada a la construcción, sin comprometer significativamente la resistencia mecánica cuando se utilizan condiciones adecuadas de mezcla y curado.
Implicaciones ambientales y uso en construcción
La adopción de residuos mineros como materia prima para morteros activados alcalinamente puede contribuir a la economía circular en el sector de la construcción al reducir la generación de residuos y la demanda de recursos naturales. Además, el rendimiento mecánico alcanzado, cuando se usan residuos molidos y temperaturas de fraguado adecuadas, sugiere posibles aplicaciones estructurales, siempre que se respeten las especificaciones técnicas y ambientales correspondientes.
DESARROLLO DE MORTEROS DE ULTRA ALTO DESEMPEÑO CON INCORPORACIÓN DE RESIDUOS DE COMPUESTOS POLIMÉRIC
Notas sobre normas, agua y adiciones
El agua utilizada debe ser inocua y no contener agentes que alteren las propiedades del mortero. En la formulación se emplean aditivos y coaglutinantes, como cenizas volantes y escorias de alto horno, entre otros, que pueden influir en la trabajabilidad y resistencia. Las adiciones y aditivos pueden incluir resinas, pigmentos y otros materiales inorgánicos finamente divididos para mejorar propiedades o lograr características especiales.
Metadatos y palabras clave
tags: #aspectos #ambientales #mortero