HORMIGÓN DE RESIDUOS MINEROS

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El uso de los residuos o subproductos industriales es un ingrediente crítico en nuestra capacidad de recuperación como cuidadores de nuestro medio ambiente. La mentalidad de algunos propietarios de minas es hacer lo que es necesario, lo que exige la ley, sin importar el impacto medioambiental. Incluso con un impacto económico bajo o nulo para el bolsillo de "algunos" propietarios, incluso considerar el concepto de hacer algo diferente o mejor con los materiales de desecho es similar a arrastrar a un gato enfadado por las patas traseras sobre un sofá blando con las garras incrustadas y desgarrando la tela hasta el final. En este caso, el sofá y la tela son una metáfora de "cómo lo hemos hecho siempre". Este hecho se demuestra de forma transparente en este documento e identifica algunos puntos fuertes y débiles en nuestros esfuerzos actuales, así como las amenazas en nuestros esfuerzos en relación con la minería y el procesamiento de metales. Los hidróxidos de residuos, los sulfitos/sulfatos, la sílice y otros materiales pueden utilizarse como se describe en este documento.

La Agencia de Protección Medioambiental de Estados Unidos (EPA) tiene algo llamado "Superfund". Según el sitio web de la EPA, el programa Superfund es "responsable de la limpieza de algunos de los terrenos más contaminados del país y de la respuesta a las emergencias medioambientales, los vertidos de petróleo y los desastres naturales". Para proteger la salud pública y el medio ambiente, el programa Superfund se centra en marcar una diferencia visible y duradera en las comunidades, asegurando que la gente pueda vivir y trabajar en lugares sanos y vibrantes."

Como se indica en la página web de la EPA sobre el Superfondo, en la actualidad hay unos 1.400 lugares del Superfondo, y unos cientos de lugares propuestos. En ellos, el gobierno es responsable de supervisar y limpiar los lugares, exigiendo en gran medida a los propietarios que paguen por la supervisión y la limpieza, pero muchas veces la supervisión y la limpieza se realizan con el dinero de los contribuyentes. Muchos de estos lugares son minas de metales en las que los productos químicos de procesamiento y los metales pesados se filtran en las aguas de los Estados Unidos. Muchas veces, la limpieza se limita a tapar los materiales in situ y a construir muros de contención subterráneos y pozos de extracción para aislar y eliminar los contaminantes de las aguas de los Estados Unidos. En todos los casos relacionados con sustancias químicas y lixiviación de metales pesados, se instalan pozos de monitorización para garantizar la eficacia de las medidas de mitigación, y se realiza una monitorización continua debido al riesgo de fugas. En los casos de muros, revestimientos y tapado para la eliminación permanente in situ, este terreno se pierde efectiva e irrevocablemente para el público y no es posible ningún otro uso. En lo que respecta a los emplazamientos no pertenecientes al Superfondo y al Superfondo en los que el gobierno ha permitido el vertido permanente de residuos, se pierden permanentemente miles de acres de terreno en Estados Unidos. Aunque la minería es una parte necesaria de la vida en el planeta, conceder la pérdida permanente de tierras para el almacenamiento de residuos mineros cuando la pérdida es innecesaria, es un problema.

La Tabla Periódica de los Elementos separa los metales en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición y otros metales. Independientemente de la caracterización y de la clasificación primaria, la mayoría contienen muchos subproductos iguales o similares, como sílice (SiO2), calcio (Ca), sodio (Na) e hidrógeno (H), por nombrar algunos. Este hecho se pone de manifiesto en la minería del aluminio, el litio, el oro, el cobre, el uranio y muchos otros, en los que los subproductos se almacenan de alguna manera cerca del lugar de extracción y después de extraer el metal primario. Con la excepción de la minería de minerales para agregados de materiales de construcción, toda la minería de extracción de metales requiere un procesamiento significativo. Parte del procesamiento deja materiales peligrosos que incluyen metales pesados, radiactividad y residuos químicos indeseables. Si se hace correctamente, se mitigan todos los riesgos y los residuos se transforman en productos útiles y valiosos.

El uso de vehículos y camiones eléctricos es una forma estupenda de reducir la huella de carbono de una organización, siempre que la energía para cargar los vehículos se haya hecho de forma responsable, y siempre que los residuos de la producción de litio utilizados en la batería se consuman de forma constructiva. De lo contrario, conducir tu vehículo eléctrico a través o alrededor de montañas de materiales de desecho de la minería y el refinamiento no será necesariamente agradable o posible. Del mismo modo, el ordenador utilizado para redactar este documento tiene muchos componentes de aluminio, litio y otros metales que hacen posible la escritura, pero los residuos generados por la producción son algo más que una monstruosidad en muchas comunidades. Se ha convertido en un peligro y se ha pasado por alto a propósito durante décadas.

La producción de alúmina es una industria inmensa y el aluminio se utiliza en miles de productos, como envases de bebidas, aviación, electrónica, materiales de construcción, viajes espaciales, motores eléctricos y de hidrocarburos, procesos químicos y muchos otros productos. El aluminio es uno de los muchos materiales estratégicos que figuran en la lista de la Agencia Logística de Defensa del Departamento de Defensa. Mientras que el reciclaje de aluminio se produce de forma masiva, se producen alrededor de 130 millones de toneladas métricas al año, contribuyendo con alrededor de 240 millones de toneladas métricas de residuos de bauxita a los embalses anualmente. Los residuos de bauxita contienen una gran cantidad de hidróxido de sodio, metales y otros componentes, y a veces radiación ionizante.

El hidróxido de sodio en el residuo de bauxita es un producto peligroso. Los peligros consisten en la capacidad del hidróxido de sodio para digerir las proteínas (perjudicial para los seres humanos), un pH elevado, corrosión en los metales, y el hidróxido de sodio es corrosivo para el cemento Portland. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) y la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) tienen límites máximos de exposición permitidos para el hidróxido de sodio. El Departamento de Salud de Nueva Jersey - Hoja informativa sobre sustancias peligrosas indica que "la exposición a 10 miligramos por metro cúbico es inmediatamente peligrosa para la vida y la salud".

Miles de millones de toneladas de residuos siguen depositándose en decenas de miles de hectáreas de embalses, sin que exista un plan actual de uso a gran escala, aparte de tapar los embalses permanentemente o verter los residuos en grandes masas de agua. No cabe duda de que el hidróxido de sodio y el TENORM presentes en los residuos representan un riesgo inmediato y a largo plazo para los seres humanos y nuestro planeta. Todos y cada uno de los escenarios de uso beneficioso deben y tienen que ser implementados.

NORM es el acrónimo de Naturally Occurring Radioactive Materials (materiales radiactivos naturales). Los NORM están presentes en varios productos, como el petróleo, el carbón y varios minerales, incluidas algunas fuentes de bauxita. TENORM es un acrónimo de Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials (materiales radiactivos naturales mejorados). Los TENORM se producen cuando los materiales que contienen NORM se procesan y los NORM se concentran aún más en el producto procesado, o en sus residuos. En los casos en que existe NORM en el mineral de bauxita, el TENORM se eleva en el lodo rojo. Las TENORM son el resultado de varios materiales radiactivos naturales que "a veces" se encuentran en la bauxita, como el potasio 40, el torio, el cesio, el radio y el uranio, por mencionar los tipos más amplios. Todos son materiales radiactivos ionizantes, todos tienen vidas medias relativamente largas y todos no tienen un impacto positivo en la exposición humana, muy similar al RADÓN y asociado a él.

Los productores de alúmina no siempre compran mineral de bauxita que contenga NORM. Sin embargo, muchos de estos productores de alúmina encuentran mineral de bauxita en función del precio e importan el material de todo el mundo. La mayoría de los grandes embalses tienen un gran número de fuentes de bauxita diferentes, y es probable que algunas contengan NORM.

El proceso Bayer consiste principalmente en utilizar hidróxido de sodio (sosa cáustica) como mecanismo digestivo para extraer la alúmina del mineral de bauxita. El hidróxido de sodio y otros productos que pueden extraerse de la alúmina digerida se eliminan, y los ingredientes restantes se dejan en depósitos. El residuo restante consiste en una combinación de hidróxido de sodio, óxido ferroso, dióxido de silicio, óxido de aluminio, hidróxido de calcio, titanio y otros materiales traza, a veces radiactivos.

La mayoría de las instalaciones de procesamiento de alúmina, si no todas, tienen registros del lugar de origen de la bauxita, y la mayoría de las instalaciones tienen información sobre diversos componentes de la bauxita, incluidos el aluminio, el calcio, el sílice, el hierro, el magnesio y otros materiales que influyen. Asimismo, la mayoría de los materiales de bauxita que contienen NORM elevadas han sido documentados a lo largo de los años. Aunque los componentes que influyen en las distintas fuentes de bauxita no son lo suficientemente variables como para alterar la receta final del hormigón, la existencia de TENORM elevadas y otras características del lodo rojo deben establecerse antes de la recuperación del lodo rojo. El estudio del emplazamiento se realiza en tres esfuerzos que consisten en una revisión de documentos, un programa de muestreo y pruebas de campo, y el desarrollo de un modelo tridimensional que incluye la mezcla de materiales variables para conseguir una baja emitancia de radiación y un producto de hormigón/cemento consistente.

Los materiales típicos de geopolímeros distintos del Hormigón de Fusión en Frío se producen utilizando un hidróxido líquido y/o un silicato líquido como activadores de puzolana. El Hormigón de Fusión en Frío utiliza todos los materiales secos incluyendo metasilicato de sodio o potasio y/o metasilicato de sodio o potasio pentahidratado como activador. El metasilicato de sodio o de potasio/pentahidrato son sales alcalinas, tienen un pH elevado y son versiones anhidras o pentahidratadas de los silicatos. Los hidróxidos y/o silicatos líquidos de sodio o potasio, aunque no son necesarios, pueden utilizarse junto con la tecnología del hormigón de fusión en frío y, como se ha demostrado en el presente documento, sin comprometer la calidad.

En general, el Hormigón de Fusión en Frío es una química primaria de dióxido de silicio que se basa en los componentes vítreos del dióxido de silicio instalado directamente, varios minerales y materiales de desecho para lograr un contenido aproximado de SiO2 de 70%, que es extremadamente similar a la química del vidrio. Los componentes de dióxido de silicio, aluminio y calcio en el barro rojo, o el litio, el oro, el cobre, la plata u otros residuos mineros son constituyentes primarios o mayoritarios en el Hormigón de Fusión en Frío. Por ello, la sinergia entre el Hormigón de Fusión en Frío y los residuos mineros es profunda. Los componentes ferrosos y otros metales de los residuos no presentan reacciones perjudiciales en el producto final y los metales pesados quedan encapsulados de forma segura.

El hidróxido de sodio que se encuentra en los residuos de la bauxita es corrosivo para el vidrio, o los materiales de SiO2. Sin embargo, el hidróxido de sodio se utiliza en el proceso de fabricación del metasilicato de sodio. El metasilicato de sodio es el principal activador utilizado en el Hormigón de Fusión en Frío y mientras el hidróxido de sodio digiere los componentes vítreos para hacer el metasilicato de sodio, la reformación del SiO2 durante la reacción con el agua, el calcio y el aluminio en el Hormigón de Fusión en Frío resulta en una resistencia a la corrosión posterior del hidróxido de sodio. En consecuencia, mientras que el hidróxido de sodio es típicamente corrosivo para el vidrio, la reformación de la estructura cementante es duradera y no es susceptible de una mayor degradación en el hidróxido de sodio; es beneficioso.

El secuestro de dióxido de carbono se ha convertido en un objetivo primordial que ha acaparado la atención mundial. Desgraciadamente, la tecnología que rodea al secuestro de dióxido de carbono suele estar concebida en torno al enfoque más simplista y tecnológicamente básico posible, que incluye la adición de dióxido de carbono al hormigón Portland y la conversión de hidróxido de calcio en carbonatos. El proceso tiene aspectos positivos y negativos.

La adición de dióxido de carbono a los materiales de hormigón como mecanismo de curado y secuestro puede producir beneficios a largo plazo. Con respecto a la carbonatación del hidróxido de calcio, si la molécula de carbonato de calcio se une a una molécula de dióxido de silicio vítreo, el carbonato de calcio se refina en un material resistente a la humedad y a los productos químicos. Lo mismo ocurre con las moléculas de óxido metálico que se convierten en carbonatos a partir del curado del dióxido de carbono. La molécula de cadena larga que contiene dióxido de silicio y que incluye carbonatos de calcio, ferrosos, de magnesio, de aluminio, de manganeso y de otros metales, es de una calidad significativamente mayor debido a la presencia de la unión sílice/silicio. Este proceso se da en abundancia en la tecnología del hormigón de fusión en frío, que en términos simplistas es simplemente convertir moléculas de cadena corta en moléculas de cadena larga a través de enlaces covalentes.

El secuestro de carbono en el hormigón de residuos de bauxita no se limita a los componentes de calcio utilizando nuestra tecnología. Los óxidos de hierro, aluminio y magnesio en el residuo rico en hidróxido de sodio experimentan una disolución parcial cuando se someten a una solución ambientalmente benigna, que convierte los óxidos en hidróxidos fluidos y permite que el dióxido de carbono reaccione y forme carbonatos de hierro, aluminio y magnesio. La disolución aumenta considerablemente si el residuo se expone a otros procesos actualmente pendientes de patente. El dióxido de carbono en cualquier proceso de secuestro se introduce de forma más eficaz en forma de burbuja celular, vertiendo dióxido de carbono líquido en la mezcla o inyectando gas de dióxido de carbono que se distribuye uniformemente por toda la mezcla.

Para producir un material de cemento seco para su entrega a las instalaciones de mezcla preparada y su incorporación a los áridos minerales y al agua para las mezclas de hormigón, los materiales secos de Cold Fusion Concrete se combinan después de que el lodo rojo sea secuestrado, deshidratado y reducido en tamaño a aproximadamente 1 a 20 micras.

Después de mezclar y colocar el hormigón en el elemento destinado a la construcción, la característica se cura normalmente de uno a veintiocho días, curado con la aplicación de unos 140°F o infrarrojos, o bien, curado haciendo pasar una corriente continua o alterna a través del hormigón durante un mínimo de 30 segundos. Cuando el curado eléctrico es la opción elegida, hay que tener cuidado de aplicar un voltaje muy bajo inicialmente hasta que el material pierda cohesión (lo que suele tardar entre 5 y 15 segundos), y luego aumentar el voltaje hasta que el material alcance una temperatura interna de unos 190°F.

En general, el hormigón resultante alcanza una resistencia a la compresión de entre 4.000 y 10.000 libras por pulgada cuadrada (psi), unas propiedades modulares similares a las de las mezclas Portland, una baja permeabilidad y una elevada resistencia a los ciclos de congelación y descongelación y al ataque químico.