Valorización de Arenas de Fundición: Incorporación como

Transcripción

Arenas a Pavimentos... 130_Layout 2 24/09/10 15:51 Página 44
Introducción:
Grupo de trabajo:
Área Fundición y Ambiente:
Ing. Roberto Esteban Miguel
(Becario CONICET – CINEA –
FCH - UNCPBA)
Área Química y Ambiente:
Ing. Roxana Bettina Banda Noriega
(CICPBA - CINEA – FCH UNCPBA)
Dr. Atílio Andrés Porta
(CICPBA - LIS - FI – UNLP)
Área Hormigón:
Prof. Jorge Daniel Sota
(LEMaC-UTN-FRLP)
Área Mezcla Asfáltica en Caliente:
Ing. Roxana Gisela Marcozzi
(LEMIT-CICPBA)
as arenas de
moldeo y noyería son los principales residuos
generados por
las industrias de fundición
siendo llamados en forma
genérica como residuos de
arenas de fundición (RAF)
o arenas de descarte de fundición (ADF). La gestión de
estos es un tema de debate
debido a los grandes volúmenes generados y la imposibilidad de disponerlos
en forma adecuada.
L
Una alternativa para la
gestión integral de los RAF
es valorizarlos a partir de
su utilización como materia
prima en otros procesos
productivos, como la pavimentación con hormigones
de cemento portland y
44
mezclas asfálticas en caliente. Este trabajo pretende
exponer algunos de los
avances alcanzados en
cuanto a su factibilidad técnica y ambiental a nivel nacional, utilizando a modo
de ejemplo un tipo específico de RAF.
Contextualización:
Las arenas de moldeo y
noyería son el principal residuo generado por las industrias de fundición. Estas
arenas se recirculan dentro
del proceso productivo
hasta que por razones técnicas y de producción
deben descartarse.
Los RAF se han depositado históricamente en algunas localidades del país
como material de relleno de
cavas, en rellenos sanitario
y en menor medida en rellenos de seguridad y celdas especiales.
En Argentina, se estimó
que en el año 2008 se generaron unas 300.000 toneladas, material suficiente
para rellenar alrededor de
92 piletas olímpicas de natación (11,2 hectáreas por 2
metros de profundidad).
Paralelamente, no es
claro desde el punto de
vista legal si los mismos se
consideran o no residuos
industriales especiales. Esta
discusión se presenta a
nivel nacional e internacional, existiendo múltiples
antecedentes que las consideran como no especiales o
no peligrosas.
El avance de la legislación ambiental, aspecto que
incide en la gestión de los
RAF y las limitaciones en la
disponibilidad de sitios
para su disposición final
con costos cada vez más
elevados, obliga a los generadores de estos residuos a
buscar otras formas de gestionarlos. A nivel internacional, existen trabajos
antecedentes
recientes
donde se concluye la potencialidad de utilizar los RAF
como agregado fino en
mezclas asfálticas en caliente (Costa et. al., 2007) y
hormigones (Siddique y
Noumowue, 2009) sin detrimento de la reología del
material.
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Tabla 1: Características del proceso productivo y componentes del RAF
Residuo de arena de
fundición a incorporar
en pavimentos
Las arenas de moldeo y
noyeria, que una vez descartadas se transforman en
RAF, están elaboradas principalmente con arena silícea
y una serie de aglomerantes
físicos o químicos. Cada
proceso productivo posee
particularidades, razón por
la cual cada RAF posee características que pueden
modificar el comportamiento de los materiales resultantes. Así mismo, es
necesario evaluar la especialidad del residuo en el
marco de la legislación ambiental vigente. En la tabla
1 se presentan los componentes en porcentaje del
RAF aquí estudiado así
como el tipo de material
fundido y características específicas del proceso productivo.
Para conocer las características químicas del RAF y
en especial en relación a la
legislación vigente, se determinaron metales pesa-
dos en el lixiviación según
norma EPA SW-846 Method
1311. En este ensayo se somete una muestra de 100
gramos de RAF a una agitación con 2 litros de agua durante 18 hs. con una
solución buffer de acetato.
El líquido extraído se analiza para determinar las
concentraciones liberadas
de distintos compuestos
desde el material ensayado
al líquido. En la tabla 2 se
presentan los resultados de
metales pesados en el lixiviado del RAF estudiado.
Tabla 2: Concentraciones de metales
pesados en lixiviado extraído al RAF
en estudio
De acuerdo a los resultados, el RAF aquí estudiado
debería considerarse como
residuo industrial no especial, ya que en ninguno de
los metales analizados supera los valores de referen-
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En la tabla 3 se observan
las dosificaciones de hormigón patrón y con RAF y en
tabla 4 las resistencias a la
compresión alcanzadas en
distintas edades.
Tabla 3: Dosificación del hormigón patrón y con RAF
cia establecidos por el Dto.
Reglamentario 831/93 de la
Ley Nacional de Residuos
Peligrosos 24.051.
Factibilidad técnica de
incorporar RAF en
Hormigones
Los hormigones de cemento portland están constituidos
por
cemento
portland, agua, agregados
ficativas en las resistencias
mecánicas y su durabilidad.
Por tal motivo es necesario
conocer el comportamiento
de los hormigones cuando
los agregados finos son reemplazos por RAF. Estas
variaciones incluyen parámetros importantes a evaluar en los hormigones en
como el asentamiento, succión capilar, resistencia a
distintas edades.
Tabla 4: Resistencia a distintas edades del hormigón patrón y con RAF
gruesos (piedra partida) y
agregados finos (arena).
Estos constituyentes se
mezclan con el objetivo de
homogeneizarlos e hidratar
al cemento con el agua incorporada. Esta hidratación
genera reacciones necesarias para adquirir la resistencia mecánica deseada.
Pequeñas variaciones en
algunos de sus componentes pueden traducirse en
mermas o ganancias signi48
Para evaluar el comportamiento del RAF objeto de
estudio en hormigones se
tomó como parámetro de
análisis la resistencia a la
compresión medida en
MPa a los 28, 60 y 90 días en
comparación a un patrón.
La succión capilar y
asentamiento también han
sido evaluados, pero en términos de este trabajo solo
se considera la resistencia a
la compresión.
Los resultados indican
que no existen diferencias
significativas en las resistencias del hormigón con
RAF en relación al patrón
en 28, 60 y 90 días.
Factibilidad técnica de
incorporar RAF en mezclas
asfálticas en caliente
Las mezclas asfálticas en caliente por su parte están
constituidas por cemento
asfáltico, agregados gruesos (piedra partida) y agregados finos (arena).
Los agregados pétreos
se mezclan con el cemento
asfáltico en caliente, a temperaturas que rondan los
150 °C. La mezcla así realizada debe compactarse
para adquirir las propiedades mecánicas deseadas. De
la misma manera que con
los hormigones, las variaciones en alguno de sus componentes puede cambiar las
propiedades entre las que se
destacan los efectos de humedad, módulos de rigidez,
ahuellamiento, etc.
Para evaluar la factibilidad técnica del reemplazo
de la arena silícea por el
RAF objeto de estudio en
mezclas asfálticas en caliente se realizaron todos
2: Ensayo de rueda cargada con probeta de mezcla asfáltica no saturada a 60 ºC
los ensayos mecánicos y de
adherencia requeridos para
el diseño de mezclas asfálticas: estabilidad y fluencia
Marshall, resistencia a tracción, modulo de rigidez,
efecto de humedad, ensayos de rueda cargada en
seco y bajo inmersión.
En términos de este trabajo solo se abordan los ensayos de rueda cargada.
Estos consisten en hacer circular una rueda cargada
con un peso especificado
sobre una probeta de mez-
cla asfáltica midiéndose el
ahuellamiento producido
por el paso de la misma en
un tiempo determinado o
número de pasadas.
Se realizaron dos ensayos de rueda cargada, uno
con la probeta de mezcla asfáltica no saturada a 60 ºC
(gráfico 1) y el restante con
la probeta saturada en agua
bajo inmersión a 50 ºC (gráfico 2).
Del gráfico de ensayo de
rueda cargada, se observa
que la mezcla con reemplazo de arena silícea por
RAF posee un buen comportamiento frente al ahuellamiento ya que presenta
profundidades de huella
menores que la mezcla elaborada con la arena patrón.
En el ensayo de rueda
cargada bajo inmersión,
ambas curvas poseen dos
etapas bien definidas. La
primera etapa se corresponde con deformaciones
presentadas en el ensayo de
probetas sin saturar. La segunda etapa se corresponde con un rápido
aumento de las deformaciones que se adjudica teóricamente a un proceso de
desprendimiento de la película de asfalto por efectos
combinados del agua, la
temperatura y el paso cíclico de una cargada sobre
la probeta saturada. En el
grafico se observa que la
mezcla patrón alcanzó la intersección de las pendientes
de deformación y de desprendimiento (indicado con
flechas) en menor número
de pasadas que la mezcla
con RAF. Situación similar
ocurrió con los números de
pasada para llegar al ahuellamiento máximo de 12,5
mm establecido para el ensayo.
Factibilidad ambiental de
utilizar RAF en hormigones
y mezclas asfálticas
Gráfico 2: Ensayo de rueda cargada con probeta de mezcla asfáltica saturada
en agua bajo inmersión a 50 ºC
La factibilidad ambiental de incorporar RAF en
49
Conclusiones
Tabla 5: Concentraciones de metales pesados en lixiviado extraído
de hormigones en estudio
hormigones y mezclas asfálticas ha sido evaluada a
partir de ensayos de lixiviación según norma EPA SW846 Method 1310b.
Para este trabajo se realizaron determinaciones de
metales pesados en los lixiviados del RAF objeto de
estudio, de los hormigones
y las mezclas asfálticas y
fueron contrastados con los
valores de referencia que
brinda el decreto reglamentario 831/93 de la Ley Nacional de Residuos Peligrosos 24051.
Para hormigones de
cemento portland los resultados se presentan en
la tabla 5.
Puede observarse que el
hormigón de cemento portland elaborado con RAF
no presenta concentraciones por encima de lo especificado en el Dto 831/93.
Del cuadro se advierte que
el hormigón patrón ya
posee presencia de metales
pesados, como el Níquel
por encima del valor de referencia y un marcado descenso de este metal en el
hormigón con RAF.
De la misma forma se
evaluó el lixiviado en mezclas asfálticas en caliente
(Tabla 6).
Del cuadro se advierte
que la mezcla asfáltica elaborada con RAF presenta
concentraciones por encima
de lo especificado en el Dto
831/93 en cuanto al plomo,
esta situación podría deberse a una contaminación
durante la preparación o
manipulación de la mezcla
asfáltica. Se descarta el
aporte de plomo desde el
RAF debido a los estudios
realizados en el lixiviado
del residuo.
Tabla 6: Concentraciones de metales pesados en lixiviado extraído
de mezclas asfálticas en caliente
50
Los ensayos realizados
en hormigones de cemento
portland y mezcla asfáltica
en caliente no indican cambios significativos en la mayoría de las propiedades
mecánicas
analizadas
cuando se reemplaza la
arena silícea por el RAF estudiado.
No obstante es necesario
continuar con nuevos estudios que permitan un análisis más pormenorizado, en
especial en cuanto a la presencia de hidrocarburos policíclicos aromáticos en
lixiviado potencialmente
aportados por la degradación térmica del carbón mineral en este tipo particular
de RAF.
La incorporación de
RAF en hormigón y mezcla
asfáltica en caliente con estudios previos que lo avalen es una alternativa que
llevada a la practica permitiría valorizarlos. De esta
forma se evitaría su actual
disposición como material
de relleno contribuyendo
así a su gestión integral.
En el 4to Congreso Latinoamericano de Fundición
CONFUN 2010 se presentarán nuevos trabajos que expondrán las tendencias y
limitantes actuales en pos
de una gestión integral de
este tipo de residuos y nuevos avances en el estudio
para su incorporación en
mezclas asfálticas en caliente.n

Valorización de Arenas de Fundición: Incorporación como

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