Optimización de la tecnología de inmovilización de residuos peligrosos de acería mediante morteros plásticos y autocompactantes

Abstract

La gestión de residuos mediante técnicas de inmovilización es un campo de especial atención frente a los compromisos ambientales adquiridos por el conjunto de la sociedad. Todos los sectores productivos deben abordar nuevas soluciones que permitan una menor generación de residuos y una gestión más eficiente y sostenible de los mismos. El acero es indispensable en nuestras vidas. Este material es reciclable prácticamente en su totalidad, siendo la chatarra una de las principales materias primas utilizada. Durante la fusión de la chatarra se produce un residuo en forma de polvo que es recogido en los filtros del sistema de extracción de humos. Este residuo es denominado Polvo de Horno de Arco Eléctrico, o polvo de acería, y es catalogado como “Residuo Peligroso” por su elevado contenido en metales pesados potencialmente contaminantes. A fin de evitar la contaminación y minimizar su impacto ambiental, resulta necesario llevar a cabo una gestión eficiente de este residuo de acería que permita aislar mecánica y químicamente los elementos contaminantes. La técnica tradicionalmente empleada ha sido la Estabilización/Solidificación a través de sistemas cementosos. Sin embargo, esta técnica ha demostrado ciertas carencias debido a la complejidad física y química de este tipo de residuos. La presente Tesis Doctoral explora diferentes alternativas de gestión de dos muestras de polvo de acería a través de morteros convencionales, morteros autocompactantes y morteros modificados con adsorbentes, a fin de lograr la optimización de la técnica de inmovilización y evaluar su incorporación como materia prima en estos materiales, promoviendo de esta manera el nuevo paradigma de Economía Circular. Para ello, en primer lugar, se realizó una minuciosa caracterización de todos los componentes utilizados, prestando especial atención a las propiedades físicas, químicas, estructurales y ambientales de ambos residuos. Seguidamente, se abordó la inmovilización a través de morteros convencionales evidenciando la dificultad de encapsular estos materiales. A continuación, se exploró la optimización de la técnica mediante morteros autocompactantes, ya que la estructura interna de estos materiales, más densa y compacta que los morteros convencionales, le otorga buenas propiedades para ser una matriz de inmovilización para este tipo de residuos, tal y como fue confirmado en el desarrollo de la presente investigación. Finalmente, se llevó a cabo una etapa donde los morteros convencionales fueron modificados mediante el empleo de absorbentes tipo hidrotalcitas. Siendo la absorción una de las principales técnicas utilizadas en la captura de metales pesados, su combinación con matrices cementosas ofreció alternativas viables de inmovilización de los elementos contaminantes contenidos en los polvos de acería Esta investigación ha permitido contribuir al conocimiento de la gestión de los polvos residuales de acería desarrollando matrices de inmovilización eficaces desde el punto de vista mecánico y medioambiental. Además, desde la perspectiva de la implantación de la Economía Circular, esta investigación facilita el cierre del ciclo de producción del acero.

Waste management using immobilisation techniques is a field of special attention to target the environmental challenges acquired by society as a whole. All productive sectors must address new solutions to produce less waste and a more efficient and sustainable management of them. Steel is indispensable in our lives. This material is recyclable, scrap being one of the main raw materials used. During the melting of the scrap a dust waste is produced that is collected in the filters of the fume extraction system. This waste is named Electric Arc Furnace Dust or steelwork waste and is classified as "Hazardous Waste" due to its high content of potentially polluting heavy metals. In order to avoid pollution and minimise its environmental impact, it is necessary to carry out an efficient management of this steelmaking waste that allows the mechanical and chemical isolation of the polluting elements. Stabilisation/Solidification through cementitious systems has been the traditional technique used. However, this technique has shown certain shortcomings due to the physical and chemical complexity of the waste. This Doctoral Thesis explores different alternatives for the management of two steelwork waste samples through conventional mortars, selfcompacting mortars and mortars modified with adsorbents, in order to achieve immobilisation technique optimisation and evaluate their incorporation as raw material promoting the new paradigm of Circular Economy. To that purpose, first of all a thorough characterisation of all the components used was carried out, paying special attention to the physical, chemical, structural and environmental properties of both wastes. Next, immobilisation through conventional mortars was addressed evidencing the difficulty of encapsulating these wastes. Subsequently, the optimisation of the technique using self-compacting mortars was explored since its internal structure, denser and more compact than conventional ones lends it advantageous properties to be an immobilisation matrix such and as confirmed in the present investigation. Finally, a stage was carried out where conventional mortars were modified by using hydrotalcite-type absorbents. Absorption is one of the main techniques used in the capture of heavy metals. Therefore its combination with cementitious matrices offered viable alternatives to immobilise the polluting elements contained in the steelwork waste. This research has made it possible to contribute to the knowledge of steelwork waste management by producing effective immobilisation matrices from a mechanical and environmental point of view. Furthermore, from the perspective of the Circular Economy implementation, this investigation facilitates the closure of the steel production cycle.