Ceramización de Residuos Ceramización de Residuos Metálicos TóxicosMetálicos Tóxicos
Director: Director: M.CM.C. René A. Lara Díaz. René A. Lara DíazTesistaTesista: Arlen de : Arlen de MaMa. Méndez Martínez. Méndez Martínez
Universidad de las Américas – PueblaEscuela de Ingeniería.
Departamento de Ingeniería Química, de Alimentos y Ambiental
Problemática Ambiental.Problemática Ambiental.
Confinamiento
Tratamiento
Reuso
Análisis CRETIB
Generación de Residuos
Objetivo GeneralObjetivo General
Utilizar de la técnica de Utilizar de la técnica de ceramizadoceramizado para la para la reutilización de la arena reutilización de la arena sílicasílica de desecho y de desecho y para la retención de metales tóxicos.para la retención de metales tóxicos.
Objetivos EspecíficosObjetivos EspecíficosCaracterizar física y químicamente las arenas Caracterizar física y químicamente las arenas sílicassílicasde residuo.de residuo.
Determinar las proporciones de materiales para el Determinar las proporciones de materiales para el mezclado.mezclado.
Determinar el máximo límite de retención de Determinar el máximo límite de retención de metales en el extracto sólido metales en el extracto sólido ceramizadoceramizado mediante mediante la prueba de extracción PECT.la prueba de extracción PECT.
Evaluación de la técnica de Evaluación de la técnica de ceramizadoceramizado para para prevenir la lixiviación de metales.prevenir la lixiviación de metales.
Estructura de los SilicatosEstructura de los Silicatos
Las estructuras cristalinas en Las estructuras cristalinas en cerámicas son: cerámicas son:
Esquinas Compartidas.Esquinas Compartidas.
Materiales Formadores de Materiales Formadores de Cerámicas.Cerámicas.
Nombre Diámetro en mm Num. Part /g. Área sup. / g.Grava fina 2.00 – 1.00 90 11.3Arena gruesa 1.00 – 0.50 722 22.7Arena mediana 0.50 – 0.25 5,777 45.4Arena fina 0.25 – 0.10 46,213 90.7Arena muy fina 0.10 – 0.05 722,074 226.9Limo 0.05 – 0.002 5,776,674 453.7Arcilla < 0.002 90,260,853,860 11,342.5
Fuente: Edafología, Fundamentos de la ciencia del suelo
Producción y Formación Producción y Formación de Cerámica o Ladrillo.de Cerámica o Ladrillo.
Mezcla de las materias primas.Mezcla de las materias primas.
Maceración de la mezcla.Maceración de la mezcla.
Incorporación de agua.Incorporación de agua.
Moldeo.Moldeo.
Cocción de la mezcla.Cocción de la mezcla.
Intervalos de Temperatura.Intervalos de Temperatura.
Fase Intervalos/ hora Temperatura Final
Observaciones
Desprendimiento de agua higroscópica
50 – 80 °C 200 °C
Deshidratación e inicio de reacciones
300 °C 800 °C Esperar más de una horaal incrementar la temperatura
Aparición de la fase vítrea
100 – 150 °C 900 – 950 °C
Temple < 150 °C 750 °C Evita cuarteadurasTemple - 500 °C Aumentar tiempo de
intervalos.
MetodologíaMetodología
Caracterización Arenas Desecho Fabricación de Cerámicas
Prueba de Extracción
Determinación de Concentraciones
Evaluación Eficiencia de Retención
Concentración de Metales en el Concentración de Metales en el Lixiviado de Arenas de Lixiviado de Arenas de Desecho.Desecho.
0.03
0.00 0.00
0.00
0.01
0.01
0.02
0.02
0.03
0.03
L (mg/L)
1 2 3
Arena
CrLim 5 ppm
0.00 0.00
0.71
0.000.100.200.300.400.500.600.700.80
L (mg/L)
1 2 3
Arena
CdLim 1 ppm
0.00 0.00
3.38
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
L (mg/L)
1 2 3
Arena
PbLim 5 ppm
0.06
0.16
0.00
0.000.020.040.060.080.100.120.140.16
L (mg/L)
1 2 3
Arena
NiLim 5 ppm
0.01 0.00
0.79
0.000.100.200.30
0.400.500.600.700.80
L (mg/L)
1 2 3
Arena
CuLim 10 ppm
5.04
2.80
6.37
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
L (mg/L)
1 2 3
Arena
FeLim 10 ppm
% de Sólidos y Humedad.% de Sólidos y Humedad.(Arenas de Desecho)(Arenas de Desecho)
Determinación de % de sólidos y % de humedadPeso fase sólida % Sólidos % Humedad
1 42.72 99.03 0.972 44.86 97.79 2.213 43.51 99.83 0.17
corazón 47.56 99.87 0.13sílica 19.58 99.67 0.33
Granulometría.Granulometría.(Arenas de Desecho)(Arenas de Desecho)
Mesh200 150 100 60 50 35 < 35
Diámetro (mm) D.E Dp50%(mm) Dp 50% (Mesh)Muestra 0.074 0.105 0.149 0.25 0.28 0.5 > 0.5
1 0.000 8.526 10.255 34.976 18.777 19.840 7.627 11.379 0.231 65.0002 19.550 45.578 25.271 9.602 0.000 0.000 0.000 17.135 0.098 160.0003 6.343 38.449 32.562 20.583 2.065 0.000 0.000 16.218 0.115 130.000
Plasticidad.Plasticidad.(Cerámicas)(Cerámicas)
MB con arena (g) Agua (g) Plasticidad (%)M1 250 31.2 12.48M2 250 49.6 19.84M3 250 40.1 16.04
M1. MB + Arena tipo 1M2. MB + Arena tipo 2M3. MB + Arena tipo 3
MB-- Arcilla amarilla (50%)Arcilla amarilla (50%)-- Barro (38%)Barro (38%)-- Arcilla gruesa (12%)Arcilla gruesa (12%)
Absorción (Cerámicas)Absorción (Cerámicas)
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
% Absorción
1 2 3
Arenas
% Absorción
CúbicaEsférica
Cálculos de Pesos. Cálculos de Pesos. (Teórico y Real)(Teórico y Real)
Arena Humedad arena (%)
Humedad MB (%)
Humedad arena (g)
Humedad MB (g)
Peso agua (g)
Peso seco arena (g)
Peso seco MB (g)
1 0.97 3.50 0.073 1.488 31.2 7.43 41.01 2 2.21 4.00 0.166 1.700 49.6 7.33 40.80 3 0.17 4.50 0.012 1.913 40.1 7.49 40.59
Arena Peso Teórico Final (g)
Peso Real Final (g)
Formación de gases (g)
Humedad total evaporada
1 48.75 46.53 2.22 1.560 2 51.25 47.34 3.91 1.866 3 52.75 46.77 5.98 1.925
Peso Total de Arena = 7.5 gPeso Total de MB = 42.5 g
Cálculos de Pérdida de PesoCálculos de Pérdida de Peso
Gases (g)
Ladrillo S/C
Ladrillo C/C
Ladrillo teórico
Pérdida de peso
Masa residual (%)
Pérdida de peso (%)
A1 S1 2.22 81.51 46.53 48.75 34.98 42.92 57.08 A1 S10 5.03 84.32 46.53 51.56 37.79 44.82 55.18 A1 S15 6.59 85.88 46.53 53.12 39.35 45.82 54.18 A2 S1 1.29 100.10 47.34 48.63 52.76 52.71 47.29 A2 S10 5.76 104.56 47.34 53.10 57.22 54.73 45.27 A2 S15 8.23 107.04 47.34 55.57 59.70 55.77 44.23 A3 S1 1.71 90.50 46.77 48.48 43.73 48.32 51.68 A3 S10 5.32 94.11 46.77 52.09 47.34 50.30 49.70 A3 S15 7.32 96.12 46.77 54.09 49.35 51.34 48.66
LSC vs PP
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
55.00
60.00
65.00
80.00 85.00 90.00 95.00 100.00 105.00 110.00
Ladrillo S/C (g)
Pérd
ida
de P
eso
(g)
Arena 1
Arena 2
Arena 3
Ladrillo S/CLadrillo S/C
Metal (%) Arena (%) MB (%) Agua (%) Humedad (%)
Gases (%)
A1 S1 0.38 9.11 50.32 38.28 1.91 2.72
A1 S10 3.70 8.81 48.64 37.00 1.85 5.96
A1 S15 5.45 8.65 47.76 36.33 1.82 7.67
A2 S1 0.50 7.33 40.76 49.55 1.86 1.29
A2 S10 4.75 7.01 39.02 47.44 1.78 5.50
A2 S15 6.95 6.85 38.12 46.34 1.74 7.69
A3 S1 0.44 8.27 44.85 44.31 2.13 1.88
A3 S10 4.26 7.96 43.13 42.61 2.05 5.65
A3 S15 6.26 7.79 42.23 41.72 2.00 7.62
Ladrillo C/CLadrillo C/C
Metal (%)
Arena (%) MB (%) Agua (%)
Humedad (%)
Gases (%)
A1 S1 0.67 15.96 88.14 67.05 3.35 4.77
A1 S10 6.70 15.96 88.14 67.05 3.35 10.81
A1 S15 10.06 15.96 88.14 67.05 3.35 14.16
A2 S1 1.05 15.49 86.19 104.77 3.94 2.73
A2 S10 10.48 15.49 86.19 104.77 3.94 12.16
A2 S15 15.72 15.49 86.19 104.77 3.94 17.40
A3 S1 0.86 16.01 86.78 85.74 4.12 3.65
A3 S10 8.58 16.01 86.78 85.74 4.12 11.37
A3 S15 12 16.01 86.78 85.74 4.12 15.65
MSC % vs MCC %
0.00%
2.00%
4.00%
6.00%
8.00%
10.00%
12.00%
14.00%
16.00%
18.00%
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00%
Metal Sin Cocción (%)
Met
al C
on C
occi
ón (%
)
Arena 1
Arena 2
Arena 3
Arena 1
96.00%
96.50%
97.00%
97.50%
98.00%
98.50%
99.00%
99.50%
100.00%
100.50%
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00%
Metal añadido (%)
Met
al re
teni
do (%
) cromo
niquel
cadmio
plomo
cobre
fierro
Arena 2
99.50%
99.55%
99.60%
99.65%
99.70%
99.75%
99.80%
99.85%
99.90%
99.95%
100.00%
100.05%
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00%
Metal añadido (%)
Met
al re
teni
do (%
) Cromo
Niquel
Cadmio
Plomo
Cobre
Fierro
Arena 3
99.00%
99.20%
99.40%
99.60%
99.80%
100.00%
100.20%
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00%
Metal añadido (%)
Met
al re
teni
do (%
) Cromo
Níquel
Cadmio
Plomo
Cobre
Fierro
MA vs Lixiviado (Cromo)
0.0000
10.0000
20.0000
30.0000
40.0000
50.0000
60.0000
70.0000
80.0000
90.0000
100.0000
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00%
Metal añadido (%)
Lixi
viad
o (m
g/L)
Arena 1
Arena 2
Arena 3
MA vs Lixiviado (Niquel)
0.0000
5.0000
10.0000
15.0000
20.0000
25.0000
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00%
Metal añadido (%)
Lixi
viad
o (m
g/L)
Arena 1
Arena 2
Arena 3
MA vs Lixiviado (Cadmio)
0.0000
2.0000
4.0000
6.0000
8.0000
10.0000
12.0000
14.0000
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00%
Metal Añadido (%)
Lixi
viad
o (m
g/L)
Arena 1
Arena 2
Arena 3
MA vs Lixiviado (Plomo)
0.0000
5.0000
10.0000
15.0000
20.0000
25.0000
30.0000
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00%
Metal añadido (%)
Lixi
viad
o (m
g/L)
Arena 1
Arena 2
Arena 3
MA vs Lixiviado (Cobre)
0.0000
5.0000
10.0000
15.0000
20.0000
25.0000
30.0000
35.0000
40.0000
45.0000
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00%
Metal añadido (%)
Lixi
viad
o (m
g/L)
Arena 1
Arena 2
Arena 3
MA vs Lixiviado (Fierro)
0.0000
5.0000
10.0000
15.0000
20.0000
25.0000
30.0000
0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00%
Metal añadido (%)
Lixi
viad
o (m
g/L)
Arena 1
Arena 2
Arena 3
ConclusionesConclusiones
Arenas Arenas SílicasSílicas de Desecho son aptas de Desecho son aptas como materia prima.como materia prima.–– No tóxicas.No tóxicas.–– DpDp adecuado 0.098 a 0.231 adecuado 0.098 a 0.231 mm.mm. (160 a (160 a
65 MESH)65 MESH)..
ConclusionesConclusiones
0
5
10
15
20
25
0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23 0.25
Dp (mm)
% P
last
icid
ad
ConclusionesConclusiones
Baja absorción de agua en las Baja absorción de agua en las cerámicas por lo que habrá poca cerámicas por lo que habrá poca cantidad de agentes cantidad de agentes lixivianteslixiviantes dentro dentro de ellas.de ellas.
% de Metal Añadido
% Plasticidad Dp (mm.)
S1 S10 S15
0.50 4.75 6.95
19.84 0.098
% de Metal Añadido
% Plasticidad Dp (mm.)
S1 S10 S15
0.44 4.26 6.26
16.04 0.115
% de Metal Añadido
% Plasticidad Dp (mm.)
S1 S10 S15
0.38 3.70 5.45
12.48 0.231
Mezcla con Arena tipo 2
Mezcla con Arena tipo 3
Mezcla con Arena tipo 1
Eficiencias.Eficiencias.(Mezcla con Arena 2)(Mezcla con Arena 2)
99.8199.6599.98Fierro
99.7899.6099.96Cobre
99.7599.7099.80Cadmio
99.9199.8599.98Plomo
98.0596.5099.60Cromo
99.8899.8099.96Níquel
PromedioMínimoMáximo
Metal Retenido (%)Metal
Máximo % de Metal.Máximo % de Metal.(Mezcla con Arena 2)(Mezcla con Arena 2)
Plasticidad (%)Metal Límite Máximo Permisible (ppm)
Máximo % de Metal en Ladrillos S/c
Max. Min. Prom.
Concentración Máxima de Metalen Agua Residual (mg/L)
Cromo 5 1.00 49.55 46.34 47.78 20,929Níquel 5 0.25 5,232Plomo 5 0.86 17,999Cadmio 1 1.48 30,975Fierro 10* 4.99 104,437Cobre 10* 2.32 48,556
Correlaciones.Correlaciones.Cromo.Cromo. y = 730.93x + 5.0413 R2 = 0.6987y = 730.93x + 5.0413 R2 = 0.6987
Cadmio.Cadmio. y = y = --2321.4x2 + 331.87x + 1.1796 2321.4x2 + 331.87x + 1.1796 R2 = 1R2 = 1
Plomo.Plomo. y = 4.3316e16.78x R2 = 0.9516y = 4.3316e16.78x R2 = 0.9516
Cobre.Cobre. y = 5.1083e28.895x R2 = 0.9999y = 5.1083e28.895x R2 = 0.9999
FierroFierro.. y = 0.9691e46.74x R2 = 0.9939y = 0.9691e46.74x R2 = 0.9939
ConclusionesConclusiones
Iniciación del estudio del método de Iniciación del estudio del método de ceramizaciónceramización..
Aportación de la metodología para la Aportación de la metodología para la ceramizaciónceramización de metales.de metales.
Se estableció un plan de experimentos Se estableció un plan de experimentos para la caracterización de las arenas de para la caracterización de las arenas de desecho. desecho.
Áreas de Oportunidad.Áreas de Oportunidad.
Variación de la cantidad de materias Variación de la cantidad de materias primas en la mezcla. primas en la mezcla.
Variación de temperaturas de cocción.Variación de temperaturas de cocción.
Validación de los Máximos porcentajes Validación de los Máximos porcentajes de Metales añadidos. de Metales añadidos.
Pruebas realizadas.Pruebas realizadas.
HUMEDADHUMEDAD
GRANULOMETRÍAGRANULOMETRÍA
CONCENTRACIÓN DE METALES EN EL CONCENTRACIÓN DE METALES EN EL LIXIVIADO.LIXIVIADO.
Materiales.Materiales.
ARCILLA AMARILLAARCILLA AMARILLAARCILLA GRUESAARCILLA GRUESABARROBARROARENAARENAMETALES EN SOLUCIÓN (METALES EN SOLUCIÓN (CrCr, , PbPb, , CdCd, Ni, Cu , Ni, Cu y Fe)y Fe)
MUFLA (0MUFLA (0°C°C –– 950°C)950°C)
Espectrofotómetro (VARIAN Espectrofotómetro (VARIAN SpectrAASpectrAA 220 FS).220 FS).
ProcedimientoProcedimiento
Añadir solución Añadir solución lixiviantelixiviante al residuo.al residuo.
Dejar mezcla en agitación durante 48 Dejar mezcla en agitación durante 48 hrhr..
Recuperar lixiviado.Recuperar lixiviado.
Acidificar para su preservación.Acidificar para su preservación.
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