Caracterización y valorización de residuos inorgánicos procedentes de industrias químicas de Huelva

  1. PEREZ MORENO, SILVIA MARIA
Dirigida por:
  1. Juan Pedro Bolívar Raya Director/a
  2. Manuel Jesús Gázquez González Director

Universidad de defensa: Universidad de Huelva

Fecha de defensa: 26 de febrero de 2018

Tribunal:
  1. Maximina Romero Pérez Presidente/a
  2. Rafael Pérez López Secretario/a
  3. Joao Labrincha Vocal

Tipo: Tesis

Resumen

Los residuos son actualmente uno de los problemas ambientales más serios derivados del desarrollo económico y social del ser humano, principalmente porque la cantidad de residuos continua creciendo año tras año. La aparición de materiales más resistentes al proceso de degradación natural, que permanecen más tiempo en el medio ambiente, y el incremento de su peligrosidad, son factores que agravan la situación actual de los residuos. La elevada generación de residuos que acompaña a un creciente económico sin límites, causa no sólo la falta de espacio e inadecuados tratamientos para su eliminación, sino también un agotamiento de los recursos usados para su fabricación. En este sentido, el complejo industrial localizado en Huelva es hoy uno de los principales centros industriales de España. La presencia de este foco industrial en la ciudad ha contribuido durante más de medio siglo a efectos positivos en la creación de empleo y en la generación de riquezas. Pero también, genera problemas ambientales, tales como la generación de residuos, el vertido de agua residuales y emisiones de gases, entre otros, lo que supone una liberación de contaminantes al agua, suelo y atmósfera que puedan afectar de manera adversa al medioambiente y a la salud de las personas. El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido caracterizar de forma física y química diferentes residuos industriales producidos en varias fábricas del complejo industrial de Huelva, y también, en la manera de los posible, encontrar aplicaciones comerciales en los que dichos residuos puedan ser usados sin implicar un riesgo al medioambiente ni a las personas. Los residuos estudiados han sido: yeso rojo y lodos de ilmenita (tionite) generados en la industria de producción de TiO₂; polvos reprocesados procedentes del horno de limpieza de escoria producidos en la industria de fundición de cobre; y fosfoyesos generados en la industria de producción de ácido fosfórico. Algunos de estos residuos son considerados NORM (Naturally Occurring Radioactive Material), en español "material radioactivo de origen natural". Para este propósito, para caracterizar los residuos y los nuevos materiales diseñados fueron usadas diversas técnicas instrumentales, tales como análisis del tamaño de partículas por difracción laser, Difracción de rayos X (DRX), Fluorescencia de rayos X (FRX), espectroscopia de emisión óptica con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES), Espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), Microscopía electrónica de barrido (MEB), análisis termogravimétrico, espectrometría de partículas alfa con detector PIPS y espectrometría gamma con detector de Ge. Además, para evaluar las implicaciones ambientales y radiológicas de los residuos estudiados, así como también evaluar las propiedades tecnológicas de nuevos materiales obtenidos, se aplicaron diferentes test. Las investigaciones llevadas a cabo implica el uso de yeso rojo y tionite como posibles materiales de construcción para aislamiento de pared o paneles resistentes al fugo. El estudio demostró que las placas fabricadas con yeso rojo (principales componentes CaSO4̇̇̇̇̇̇˙2H20 y óxidos de hierro y titanio) y tionite (principales componentes: FeTiO₃, TiO₂, ZrSiO₄, SiO₂ and Fe₃Ti₃O₁₀) se comportan mejor contra el fuego que algunos materiales usados en construcción, tal como el Pladur®. Las placas también presentaron un comportamiento mecánico aceptable ya que no mostraron distorsión o rotura durante el test. Además, se ha comprobado que las placas fabricadas están de acuerdo a los requerimientos de radioactividad propuestos por la EU, dado que el uso de estos residuos como materiales de construcción no excede los límites establecidos de radioactividad. Además, se propuso usar yeso rojo como una fuente para el secuestro de CO₂. Los resultados mostraron que este residuo puede ser usado como agente de secuestro de CO₂. Se ha demostrado que se consigue una elevada eficiencia de carbonatación usando NaOH como agente de extracción de calcio, así como una reducción del sólido final. Sin embargo, los radionucleidos naturales son concentrados en la calcita (CaCO₃), el principal producto del proceso de carbonatación, lo que implica que sea considerado como un material NORM. Esto requiere un estudio radiológico en sus aplicaciones comerciales. Por otro lado, los polvos reprocesados procedentes del horno de limpieza de escroia producidos en la industria de fundición de cobre fueron sometidos a una caracterización exhaustiva como paso preliminar para elegir la mejor tecnología disponible para recuperar sus metales mayoritarios, principalmente Zn y Pb, los cuales están en forma de recurso secundario de Zn y Pb y su reprocesamiento tiene beneficios ambientales y económicos en comparación con su eliminación en vertedero. Los procesos hidrometalurgicos y pirometalúrgicos parecen ser una opción atractiva para la gestión de estos residuos peligrosos. Finalmente, fue evaluado el impacto ambiental de los radionucleidos contenidos en los fosfoyesos apilados en Huelva, usando el procedimiento de extracción secuencial BCR, previamente validado para radionucleidos. Este aspecto es esencial porque la liberación de contaminantes al medioambiente depende fuertemente de su especiación química o forma de unión. Se ha demostrado que el procedimiento BCR es una herramienta útil para la evaluación de la especiación de los diferentes radionucleidos, dado que reproduce las condiciones ambientales. En este sentido, los resultados demuestran que los isótopos de uranio contenidos en los fosfoyesos poseen una alta movilidad, siendo aproximadamente de un 70% del contenido total, mientras que el ²¹⁰Po y ²²⁶Ra presentan una movilidad de aproximadamente un 50% y 30% respectivamente. En contraste, los isótopos de torio poseen muy baja movilidad, inferior al 5%, debido principalmente a que se encuentran fijados en la estructura cristalina del fosfoyeso. Ese comportamiento también fue encontrado en las muestras de agua tomadas de las balsas.