Post on 21-Jun-2015
Evaluacion de residuos industriales asociados a la mineria del
carbon para la sintesis de zeolitas con aplicacion en la
decontaminiacion de drenajes acidos de mina
CARLOS ALBERTO RIOS R.CARLOS ALBERTO RIOS R.
Promover la obtención del máximo beneficio de los productos obtenidos por la minería del carbón y la generación de la mínima cantidad posible de residuos. El alcance del mismo es llevar a cabo la
Objetivos
El alcance del mismo es llevar a cabo la síntesis de zeolitas con potencial
aplicación en la descontaminación de drenajes ácidos de mina, contribuyendo al mejoramiento del medio ambiente y
de la calidad de vida.
CenizasCenizasVolantesVolantes
A escala global, mas de 500
millones de toneladas de
cenizas volantes son
generadas anualmente por
las centrales
termolectricas y su
disposicion en vertederos
representa uno de los
mayores retos y serios
problemas economicos y
medioambientales.medioambientales.
Central Central termoelectricatermoelectricade de RugeleyRugeley, West , West
Midlands (Midlands (InglaterraInglaterra) y ) y susu productoproducto de la de la
combustion de carboncombustion de carbon
La combustion de carbon para la produccion de electricidad suministra alrededor del 40% de la electricidad en Reino Unido y por lo tanto las cenizas volantes (CV) son un material abundante.
El volumen de CV dispuesto en los vertederos se espera que aumente dramaticamente en el futuro.
Debido al incremento en los costos de los vertederos y la legislacion ambiental vigente, el reciclaje de CV para la produccion de materiales de mayor valor para mitigar la reduccion de recursos y el impacto de mayor valor para mitigar la reduccion de recursos y el impacto ambiental ha venido siendo objeto de interes en anos recientes.
La sintesis de zeolites a partir de CV por varios metodso esta recibiendo mayor atencion.
La mayor aplicacion de CV es para la fabricacion de concreto, donde estas pueden suministrar beneficios tanto tecnologicos como economicos. Sin embargo, esta aplicacion es limitada dentro de la demanda de materiales de construccion.
Keyton Canyon, Rochelle Hills, Wyoming (Estados Unidos de America)
Afloramientos de clinker natural (material esteril) cubren extensas areas de cuencas sedimentarias,
siendo el producto de la combustion natural de billones de toneladas de carbon a traves del
reciente pasado geologico.
Clinker natural y Clinker natural y Clinker natural y Clinker natural y Clinker natural y Clinker natural y Clinker natural y Clinker natural y sussussussussussussussusrelacionesrelacionesrelacionesrelacionesrelacionesrelacionesrelacionesrelaciones de campode campode campode campode campode campode campode campo
DepositoDepositoDepositoDepositoDepositoDepositoDepositoDepositocarboniferocarboniferocarboniferocarboniferocarboniferocarboniferocarboniferocarbonifero, La , La , La , La , La , La , La , La Guajira Guajira Guajira Guajira Guajira Guajira Guajira Guajira (Colombia)(Colombia)(Colombia)(Colombia)(Colombia)(Colombia)(Colombia)(Colombia)
El grado de alteracion termica producida por la combustion de mantos de carbon es variable y a nivel de afloramiento es posible observar rocas alteradas que varian desde ligeramente cocidas a enteramente fundidas.
Los tipos de roca en el clinker natural (CN) refleja los tipos de roca en la sobrecarga y presentan diferentes grados de dureza, dependiendod el grado diferentes grados de dureza, dependiendod el grado de calentamiento.
El CN es caracterizado como una roca de grano muy fino, compacta y altamente fracturada, principalmente de color pardo rojizo debido a la presencia de hematita.
El CN es esencialmente una mezcla compleja de fases inorganicas amorfas y cristalinas, con relctos de materia organica.
Gestion de residuos de la
industria del carbon
Que son las zeolitas?
Las zeolitas son aluminosilicatos cristalinos y porosos con una estructura bien definida.
Las armazones estan compuestas de tetraedros de [SiO4]4
- y [AlO4]5-, formando diferentes estructuras
cristalinas abiertas con carga negativa, la cual es balanceada por cationes que se mueven libremente a traves del armazon de la zeolita.
Zeolitas naturales - explotadas alrededor del mundo. Zeolitas sinteticas - interes comercial o cientifico.
Las zeolitas presentan gran interés científico y tecnológico, utilizándose en multitud de procesos
Catalizadores Adsorbentes Agentes de intercambio iónico
Las zeolitas Las zeolitas Las zeolitas Las zeolitas contribuyen a un contribuyen a un contribuyen a un contribuyen a un
medio ambiente mas medio ambiente mas medio ambiente mas medio ambiente mas limpio y seguro de limpio y seguro de limpio y seguro de limpio y seguro de muchas formasmuchas formasmuchas formasmuchas formas
La preparacion de zeolitas sinteticas
a partir de reactivos quimicos como
silice y alumina es costosa.
Por lo tanto, con el fin de reducir
costos, la sintesis de zeolitas debe
realizarse a partir de materias primas
menos costosas, tales como:menos costosas, tales como:
Minerales arcillosos
Zeolitas naturales
Vidrios volcanicos
Diatomita
Bauxita
Residuos industriales
Sintesis de ZeolitesSintesis de ZeolitesSintesis de ZeolitesSintesis de ZeolitesSintesis de ZeolitesSintesis de ZeolitesSintesis de ZeolitesSintesis de Zeolites
Cada tecnica analitica tipicamente prueba solo
un aspecto particular del material y, por lo
tanto, es necesario recurrir a una combinacion
de diferentes metodos para obtener una
completa descripcion de las materias primas y
de los productos zeoliticos frecuentemente
complejos, lo cual es importante para unacomplejos, lo cual es importante para una
aplicacion especifica.
Fluorescencia de rayos XAnalisis de difraccion de rayos X
Microscopia electronica de barridoEspectroscopia infrarroja de transformada de Fourier
Analisis termogravimetricoCalorimetría diferencial de barrido
Porosimetría de mercurio y área superficial Resonancia magnetica nuclear
AnalisisAnalisis quimicosquimicos y y
mineralogicosmineralogicos de de laslas
materiasmaterias primasprimas
mineralogicosmineralogicos de de laslas
materiasmaterias primasprimas
CenizasCenizasCenizasCenizasCenizasCenizasCenizasCenizas VolantesVolantesVolantesVolantesVolantesVolantesVolantesVolantes
Clinker NaturalClinker NaturalClinker NaturalClinker NaturalClinker NaturalClinker NaturalClinker NaturalClinker Natural
CaracterizacionCaracterizacionCaracterizacionCaracterizacionCaracterizacionCaracterizacionCaracterizacionCaracterizacion
de de de de de de de de productosproductosproductosproductosproductosproductosproductosproductosde de de de de de de de productosproductosproductosproductosproductosproductosproductosproductos
sinteticossinteticossinteticossinteticossinteticossinteticossinteticossinteticos
Faujasita a partir de Faujasita a partir de Faujasita a partir de Faujasita a partir de CVCVCVCV
Metodo de fusionMetodo de fusionMetodo de fusionMetodo de fusion
T = 60T = 60T = 60T = 60ooooCCCC
t = 24 ht = 24 ht = 24 ht = 24 h
Faujasita a partir de Faujasita a partir de Faujasita a partir de Faujasita a partir de CNCNCNCN
Metodo de fusionMetodo de fusionMetodo de fusionMetodo de fusion
T = 100T = 100T = 100T = 100ooooCCCC
t = 24 ht = 24 ht = 24 ht = 24 h
ImagenImagen al al microscopiomicroscopioelectronicoelectronico de de barridobarrido(MEB) (MEB) mostrandomostrando la la
relacionrelacion entre entre faujasitafaujasitay y hidroxisodalitahidroxisodalita
Faujasita
Hidroxisodalita
Faujasita
ImagenImagen al MEB al MEB mostrandomostrando la la
transformaciontransformacion de de hidroxisodalitahidroxisodalita en en faujasitafaujasita obtenidaobtenida
despuesdespues de la de la activacionactivacion de clinker de clinker natural natural porpor el el metodometodo
de fusionde fusion
Hidroxisodalita
Filipsita a partir de Filipsita a partir de Filipsita a partir de Filipsita a partir de clinker naturalclinker naturalclinker naturalclinker natural
Metodo convencional Metodo convencional Metodo convencional Metodo convencional (tratamiento (tratamiento (tratamiento (tratamiento hidrotermal)hidrotermal)hidrotermal)hidrotermal)
T = 100T = 100T = 100T = 100ooooCCCC
t = 72 ht = 72 ht = 72 ht = 72 h
AplicacionesAplicaciones en el en el tratamientotratamiento de de drenajedrenaje
acidoacido de minade mina
Residuos industriales
Ecosistemas
Reciclaje
Transformacion tecnologica
Tratamiento de efluentes contaminados
Medio ambiente saludableMedio ambiente saludable
El El El El El El El El funcionamientofuncionamientofuncionamientofuncionamientofuncionamientofuncionamientofuncionamientofuncionamiento y y y y y y y y laslaslaslaslaslaslaslas operacionesoperacionesoperacionesoperacionesoperacionesoperacionesoperacionesoperaciones de de de de de de de de mineriamineriamineriamineriamineriamineriamineriamineria
abandonadasabandonadasabandonadasabandonadasabandonadasabandonadasabandonadasabandonadas creacreacreacreacreacreacreacrea un un un un un un un un subproductsubproductsubproductsubproductsubproductsubproductsubproductsubproduct denominadodenominadodenominadodenominadodenominadodenominadodenominadodenominado
Un problema ambiental Un problema ambiental
DDDDDDDDrenajerenajerenajerenajerenajerenajerenajerenajeAAAAAAAAcidocidocidocidocidocidocidocido dedededededededeMMMMMMMMinainainainainainainaina
Un problema ambiental Un problema ambiental
extendido que resulta extendido que resulta
de la oxidación de la oxidación
microbiana de la pirita microbiana de la pirita
en presencia de agua y en presencia de agua y
aire, formando una aire, formando una
solución ácida que solución ácida que
contiene iones contiene iones
metálicos tóxicos.metálicos tóxicos.
La generación de DAM La generación de DAM
y la liberación de y la liberación de
metales pesados metales pesados
disueltos es una disueltos es una
preocupación preocupación
importante que afronta importante que afronta
la industria minera.la industria minera.
MetodosMetodos
TrabajoTrabajo de campode campo
Deposito de Cu-Pb-Zn de Parys Mountain, Anglesey (Norte de Gales)
MuestreoMuestreo
Aguas de drenaje de superficie (pH y conductividad electrica - CE)
AdsorbentesAdsorbentes
CV, CN y zeolitas sinteticas (Faujasita-CV, Faujasita-CN, Filipsita-CN)
EnsayosEnsayos de de sorcionsorcion
Monitoreo de pH y CE durante 24 h
AnalisisAnalisis de de aguasaguas
Concentracion de metal – Espectroscopia de plasma acoplado inductivamente con detector de masaConcentracion de amonio – Palintest
1 cm
Fotografia de especimen de mano de una vena de cuarzo rica en sulfuros.
“The Great Opencast” – Deposito de Cu-Pb-Zn, Parys Mountain, Anglesey, Norte
de Gales.
PiritaPirita
CuarzoCuarzo
20 µm
Imagen al MEB y analisis quimico de un cristal cubico de pirita presente en una vena de cuarzo con pirita diseminada.
1 cm
Fotografia mostrando la ocurrencia de pirita diseminada y otros sulfuros junto
con cuarzo.
Estanques de precipitacion
pH = 1.97 CE = 4.91 mS/cm
MuestreoMuestreo de de DAMDAM
Aguas de Aguas de
drenaje drenaje
superficialsuperficial
pH = 1.99 CE = 3.89 mS/cm
pH = 1.69 CE = 3.27 mS/cm
MedicionMedicion del del pH y CEpH y CE
Reaction Reaction porporagitacionagitacion
FiltracionFiltracion
Ensayos de
AnalisisAnalisis de de aguasaguas
Ensayos de
sorcion
Eficiencia de las
materias primas y los
productos sinteticos,
con respecto a la
retencion de metales
pesados y amonio.
Aplicabilidad de
intercambiadores
ionicos de bajo costo
para el tratamiento de
1
2
3
4
5
pH
2
3
4
5
6
7
8
9
10
EC
(m
S/c
m)
a b
CineticaCinetica de la de la reaccionreaccion de de neutrneutralizacionalizacion
CVCNFaujasita-CV
CVCNFaujasita-CV
00 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
0
1
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
Variacion de (a) pH y (b) CE en funcion del tiempo
durante las pruebas de sorcion
Faujasita-CVFaujasita-CNFilipsita-CN
Faujasita-CVFaujasita-CNFilipsita-CN
CondicionesCondiciones inicialesiniciales::
pH = 1.96
CE = 3.77 mS/cm
Dosis de adsorbente = 0.25 g
Volumen de DAM = 20 ml
Variacion de la concentracion de Ni, Cr, Pb y As en funcion del tiempo durante los ensayos de sorcion
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 50 100 150 200 250 300
Cr
con
cen
trat
ion
(pp
m)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 50 100 150 200 250 300
Ni c
on
cen
trat
ion
(p
pm
)
CVCNFaujasita-CVFaujasitA-CNFilipsita-CN
NiNi CrCr
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
As
con
cen
trat
ion
(pp
m)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
Pb
co
nce
ntr
atio
n (
pp
m)
PbPb AsAs
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
0 50 100 150 200 250 300
Cu
co
nce
ntr
atio
n (p
pm
)
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
0 50 100 150 200 250 300
Zn
co
nce
ntr
atio
n (p
pm
)
Variacion de la concentracion de Cu, Zn, Fe y NH4+ en funcion
del tiempo durante los ensayos de sorcion
CuCu ZnZn
CVCNFaujasita-CVFaujasitA-CNFilipsita-CN
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400.0
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
Fe
con
cen
trat
ion
(pp
m)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
NH
4+ c
on
cen
trat
ion
(mg
/l)
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
FeFe NHNH44++
Diagramas Ficklin mostrando la suma de concentraciones de
metales pesados en en el DAM tratado.
HA-EM, high acid, extreme metalHA-HM, high acid, high metalHA-LM, high acid, low metal
MA-EM, moderate acid, extreme metalMA-HM, moderate acid, high metalMA-LM, moderate acid, low metal
NN-EM, near neutral, extreme metalNN-HM, near neutral, high metalNN-LM, near neutral, low metal
Variacion de (a) pH y EC y (b) concentracion de amonio en funcion
del tiempo usando faujasita-CN como adsorbente.
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Co
nce
ntr
atio
n o
f NH
4+ (m
g/l)
4
5
6
7
8
9
10
11
12
pH
an
d E
C (
mS
/cm
)
EC
pH
a b
0.0
0.5
1.0
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)C
on
cen
trat
ion
of N
H
0
1
2
3
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
pH
an
d E
C (
mS
/cm
)
Condiciones iniciales:Condiciones iniciales:
pH = 1.96CE = 3.77 mS/cm Dosis de adsorbente = 1 g Volumen de DAM = 20 ml
0
1
0 50 100 150 200 250 300
Co
nce
ntr
atio
n o
f Ni,
Cr
(pp
m)
0
1
2
3
4
5
0 50 100 150 200 250 300
Co
nce
ntr
atio
n o
f Pb
, As
(pp
m)
PbAs
Cr
Ni
Variacion de la concentracion de metales pesados en funcion del
tiempo usando faujasita-CN como adsorbente.
Condiciones iniciales:Condiciones iniciales:
pH = 1.96CE = 3.77 mS/cm Dosis de adsorbente = 1 g Volumen de DAM = 20 ml
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
Co
nce
ntr
atio
n o
f Fe
(pp
m)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
Co
nce
ntr
atio
n o
f Cu
, Zn
(pp
m)
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
0 50 100 150 200 250 300
Contact time (min)
Zn
CuFe
Diagrama Ficklin mostrando el efecto de la
cantidad de faujasita en el tratamiento de DAM.
DAM100
1000
10000
100000
Cu
+P
b+
Zn
+C
r+N
i+A
s+F
e (p
pm
)
HA-EM MA-EM NN-EM
NCFFaujasita-CN
0
1
10
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9
pH
Cu
+P
b+
Zn
+C
r+N
i+A
s+F
e (p
pm
)
HA-HM
HA-LM
MA-HM
MA-LM
NN-HM
NN-LM
La sintesis de materiales zeoliticos a partir de sub-productos del carbon en formas apropiadas para su aplicacion
industrial es de gran importancia, principalmente como intercambiadores ionicos, adsorbentes y catalisis.
La sintesis de materiales zeoliticos a partir de sub-productos del carbon en formas apropiadas para su aplicacion
industrial es de gran importancia, principalmente como intercambiadores ionicos, adsorbentes y catalisis.
Conclusiones
Los productos sinteticos tienen un gran potencial para ser desarrollados como adsorbentes eficientes de bajo costos Los productos sinteticos tienen un gran potencial para ser desarrollados como adsorbentes eficientes de bajo costos desarrollados como adsorbentes eficientes de bajo costos con aplicacion en la solucion de problemas ambientales, particularmente en el tratamiento de aguas residuales.
desarrollados como adsorbentes eficientes de bajo costos con aplicacion en la solucion de problemas ambientales, particularmente en el tratamiento de aguas residuales.
La transformacion de residuos asociados a la industria del carbon en zeolitas contribuye a la mitigacion de problemas ambientales y convierte estos sub-productos del carbon en
materiales atrativos y de gran utilidad.
La transformacion de residuos asociados a la industria del carbon en zeolitas contribuye a la mitigacion de problemas ambientales y convierte estos sub-productos del carbon en
materiales atrativos y de gran utilidad.
AgradecimientosAgradecimientos
Gracias por su
atencionatencion
Preguntas?