Evaluacion de residuos industriales asociados a la mineria del   carbon para la sintesis de zeolitas con aplicacion en la ...
Objetivos   Promover la obtención del máximobeneficio de los productos obtenidos porla minería del carbón y la generación ...
Cenizas     VolantesA escala global, mas de 500 millones de toneladas de    cenizas volantes songeneradas anualmente por  ...
La combustion de carbon para la produccion de electricidadsuministra alrededor del 40% de la electricidad en Reino Unido y...
Keyton Canyon, Rochelle Hills, Wyoming     (Estados Unidos de America)                                      Afloramientos ...
Clinker natural y susrelaciones de campo                        Deposito                        carbonifero,              ...
El grado de alteracion termica producida por lacombustion de mantos de carbon es variable y a nivelde afloramiento es posi...
Gestion de residuos de la  industria del carbon
Que son las zeolitas?Las zeolitas son aluminosilicatos cristalinos yporosos con una estructura bien definida.Las armazones...
Las zeolitas  contribuyen a unmedio ambiente mas limpio y seguro de   muchas formas
La preparacion de zeolitas sinteticasa partir de reactivos quimicos comosilice y alumina es costosa.Por lo tanto, con el f...
Sintesis de Zeolites
Cada tecnica analitica tipicamente prueba solo  un aspecto particular del material y, por lotanto, es necesario recurrir a...
Analisis quimicos ymineralogicos de las  materias primas
Cenizas Volantes
Clinker Natural
Caracterizacion de productos  sinteticos
Faujasita a partir deCVMetodo de fusionT = 60oCt = 24 h
Faujasita a partir deCNMetodo de fusionT = 100oCt = 24 h
Faujasita                     Imagen al microscopio                      electronico de barridoHidroxisodalita        (MEB...
FaujasitaHidroxisodalita                     Imagen al MEB                      mostrando la                   transformac...
Filipsita a partir declinker naturalMetodo convencional(tratamientohidrotermal)T = 100oCt = 72 h
Aplicaciones en eltratamiento de drenaje         acido de mina
Residuos industriales               Ecosistemas                   ReciclajeTransformacion tecnologica   Tratamiento de efl...
El funcionamiento y las operaciones de mineriaabandonadas crea un subproduct denominado                          Drenaje A...
MetodosTrabajo de campoDeposito de Cu-Pb-Zn de Parys Mountain, Anglesey (Norte deGales)MuestreoAguas de drenaje de superfi...
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Muestreo de                                     DAM Aguas de  drenaje                                     Estanques de    ...
Reaction por    agitacion                               Filtracion  Ensayos de    sorcion                         Analisis...
Cinetica de la reaccion de neutralizacion                                neutralizacion     5                             ...
Variacion de la concentracion de Ni, Cr, Pb y As en funcion del           tiempo durante los ensayos de sorcion           ...
Variacion de la concentracion de Cu, Zn, Fe y NH4+ en funcion         del tiempo durante los ensayos de sorcion           ...
Diagramas Ficklin mostrando la suma de concentraciones de      HA-EM, high acid, extreme metal   MA-EM, moderate acid, ext...
Variacion de (a) pH y EC y (b) concentracion de amonio en funcion                del tiempo usando faujasita-CN como adsor...
Variacion de la concentracion de metales pesados en funcion del                                 tiempo usando faujasita-CN...
Diagrama Ficklin mostrando el efecto de lacantidad de faujasita en el tratamiento de DAM.                              100...
ConclusionesLa sintesis de materiales zeoliticos a partir de sub-productos     del carbon en formas apropiadas para su apl...
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Ponencia uis-carlos ríos

  1. 1. Evaluacion de residuos industriales asociados a la mineria del carbon para la sintesis de zeolitas con aplicacion en la decontaminiacion de drenajes acidos de minaCARLOS ALBERTO RIOS R.
  2. 2. Objetivos Promover la obtención del máximobeneficio de los productos obtenidos porla minería del carbón y la generación dela mínima cantidad posible de residuos.El alcance del mismo es llevar a cabo la síntesis de zeolitas con potencial aplicación en la descontaminación dedrenajes ácidos de mina, contribuyendo al mejoramiento del medio ambiente y de la calidad de vida.
  3. 3. Cenizas VolantesA escala global, mas de 500 millones de toneladas de cenizas volantes songeneradas anualmente por las centrales termolectricas y su disposicion en vertederos representa uno de los mayores retos y serios problemas economicos y medioambientales. Central termoelectrica de Rugeley, West Rugeley, Midlands (Inglaterra) y (Inglaterra) su producto de la combustion de carbon
  4. 4. La combustion de carbon para la produccion de electricidadsuministra alrededor del 40% de la electricidad en Reino Unido y por lotanto las cenizas volantes (CV) son un material abundante. El volumen de CV dispuesto en los vertederos se espera queaumente dramaticamente en el futuro. Debido al incremento en los costos de los vertederos y la legislacionambiental vigente, el reciclaje de CV para la produccion de materialesde mayor valor para mitigar la reduccion de recursos y el impactoambiental ha venido siendo objeto de interes en anos recientes. La mayor aplicacion de CV es para la fabricacion de concreto, dondeestas pueden suministrar beneficios tanto tecnologicos comoeconomicos. Sin embargo, esta aplicacion es limitada dentro de lademanda de materiales de construccion. La sintesis de zeolites a partir de CV por varios metodso estarecibiendo mayor atencion.
  5. 5. Keyton Canyon, Rochelle Hills, Wyoming (Estados Unidos de America) Afloramientos de clinker natural (material esteril) cubren extensas areas de cuencas sedimentarias, siendo el producto de la combustion natural de billones de toneladas de carbon a traves del reciente pasado geologico.
  6. 6. Clinker natural y susrelaciones de campo Deposito carbonifero, carbonifero, La Guajira (Colombia)
  7. 7. El grado de alteracion termica producida por lacombustion de mantos de carbon es variable y a nivelde afloramiento es posible observar rocas alteradasque varian desde ligeramente cocidas a enteramentefundidas. Los tipos de roca en el clinker natural (CN) reflejalos tipos de roca en la sobrecarga y presentandiferentes grados de dureza, dependiendod el gradode calentamiento. El CN es caracterizado como una roca de grano muyfino, compacta y altamente fracturada, principalmentede color pardo rojizo debido a la presencia dehematita. El CN es esencialmente una mezcla compleja defases inorganicas amorfas y cristalinas, con relctosde materia organica.
  8. 8. Gestion de residuos de la industria del carbon
  9. 9. Que son las zeolitas?Las zeolitas son aluminosilicatos cristalinos yporosos con una estructura bien definida.Las armazones estan compuestas de tetraedros de[SiO4]4- y [AlO4]5-, formando diferentes estructurascristalinas abiertas con carga negativa, la cual esbalanceada por cationes que se mueven libremente atraves del armazon de la zeolita.Zeolitas naturales - explotadas alrededor del mundo.Zeolitas sinteticas - interes comercial o cientifico.Las zeolitas presentan gran interéscientífico y tecnológico, utilizándose enmultitud de procesosCatalizadoresAdsorbentesAgentes de intercambio iónico
  10. 10. Las zeolitas contribuyen a unmedio ambiente mas limpio y seguro de muchas formas
  11. 11. La preparacion de zeolitas sinteticasa partir de reactivos quimicos comosilice y alumina es costosa.Por lo tanto, con el fin de reducircostos, la sintesis de zeolitas deberealizarse a partir de materias primasmenos costosas, tales como:Minerales arcillososZeolitas naturalesVidrios volcanicosDiatomitaBauxitaResiduos industriales
  12. 12. Sintesis de Zeolites
  13. 13. Cada tecnica analitica tipicamente prueba solo un aspecto particular del material y, por lotanto, es necesario recurrir a una combinacion de diferentes metodos para obtener unacompleta descripcion de las materias primas y de los productos zeoliticos frecuentemente complejos, lo cual es importante para una aplicacion especifica. Fluorescencia de rayos X Analisis de difraccion de rayos X Microscopia electronica de barrido Espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier Analisis termogravimetrico Calorimetría diferencial de barrido Porosimetría de mercurio y área superficial Resonancia magnetica nuclear
  14. 14. Analisis quimicos ymineralogicos de las materias primas
  15. 15. Cenizas Volantes
  16. 16. Clinker Natural
  17. 17. Caracterizacion de productos sinteticos
  18. 18. Faujasita a partir deCVMetodo de fusionT = 60oCt = 24 h
  19. 19. Faujasita a partir deCNMetodo de fusionT = 100oCt = 24 h
  20. 20. Faujasita Imagen al microscopio electronico de barridoHidroxisodalita (MEB) mostrando la relacion entre faujasita y hidroxisodalita
  21. 21. FaujasitaHidroxisodalita Imagen al MEB mostrando la transformacion de hidroxisodalita en faujasita obtenida despues de la activacion de clinker natural por el metodo de fusion
  22. 22. Filipsita a partir declinker naturalMetodo convencional(tratamientohidrotermal)T = 100oCt = 72 h
  23. 23. Aplicaciones en eltratamiento de drenaje acido de mina
  24. 24. Residuos industriales Ecosistemas ReciclajeTransformacion tecnologica Tratamiento de efluentes contaminados Medio ambiente saludable
  25. 25. El funcionamiento y las operaciones de mineriaabandonadas crea un subproduct denominado Drenaje Acido de MinaUn problema ambiental extendido que resulta La generación de DAM de la oxidación y la liberación demicrobiana de la pirita metales pesadosen presencia de agua y disueltos es una aire, formando una preocupación solución ácida que importante que afronta contiene iones la industria minera. metálicos tóxicos.
  26. 26. MetodosTrabajo de campoDeposito de Cu-Pb-Zn de Parys Mountain, Anglesey (Norte deGales)MuestreoAguas de drenaje de superficie (pH y conductividad electrica - CE)AdsorbentesCV, CN y zeolitas sinteticas (Faujasita-CV, Faujasita-CN, Filipsita-CN)Ensayos de sorcionMonitoreo de pH y CE durante 24 hAnalisis de aguasConcentracion de metal – Espectroscopia de plasma acopladoinductivamente con detector de masaConcentracion de amonio – Palintest
  27. 27. “The Great Opencast” – Deposito de Cu- Fotografia de especimen de mano de unaPb-Zn, Parys Mountain, Anglesey, Norte vena de cuarzo rica en sulfuros. de Gales. 1 cm Cuarzo Pirita 1 cm 20 µmFotografia mostrando la ocurrencia de Imagen al MEB y analisis quimico de unpirita diseminada y otros sulfuros junto cristal cubico de pirita presente en una con cuarzo. vena de cuarzo con pirita diseminada.
  28. 28. Muestreo de DAM Aguas de drenaje Estanques de precipitacionsuperficial pH = 1.97 CE = 4.91 mS/cm pH = 1.99 CE = 3.89 mS/cm pH = 1.69 CE = 3.27 mS/cm Medicion del pH y CE
  29. 29. Reaction por agitacion Filtracion Ensayos de sorcion Analisis de aguas Eficiencia de lasmaterias primas y losproductos sinteticos, con respecto a laretencion de metales pesados y amonio. Aplicabilidad de intercambiadoresionicos de bajo costopara el tratamiento de
  30. 30. Cinetica de la reaccion de neutralizacion neutralizacion 5 10 9 4 8 7 EC (mS/cm) 3 6pH 5 2 4 3 1 a CV CN 2 b CV CN Faujasita-CV Faujasita-CV Faujasita-CN 1 Faujasita-CN Filipsita-CN Filipsita-CN 0 0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 Contact time (min) Contact time (min) Variacion de (a) pH y (b) CE en funcion del tiempo durante las pruebas de sorcion Condiciones iniciales: iniciales: pH = 1.96 CE = 3.77 mS/cm Dosis de adsorbente = 0.25 g Volumen de DAM = 20 ml
  31. 31. Variacion de la concentracion de Ni, Cr, Pb y As en funcion del tiempo durante los ensayos de sorcion 0.6 1.0 Ni 0.9 Cr 0.5 Cr concentration (ppm) 0.8 Ni concentration (ppm) 0.7 0.4 0.6 0.3 0.5 CV 0.4 CN 0.2 Faujasita-CV 0.3 FaujasitA-CN 0.2 Filipsita-CN 0.1 0.1 0.0 0.0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 Contact time (min) Contact time (min) 2.5 5.0 Pb As As concentration (ppm) 2.0 4.0 Pb concentration (ppm) 1.5 3.0 1.0 2.0 0.5 1.0 0.0 0.0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 Contact time (min) Contact time (min)
  32. 32. Variacion de la concentracion de Cu, Zn, Fe y NH4+ en funcion del tiempo durante los ensayos de sorcion 70.0 80.0 60.0 Cu Zn Cu concentration (ppm) Zn concentration (ppm) 60.0 50.0 40.0 40.0 30.0 CV CN Faujasita-CV 20.0 FaujasitA-CN 20.0 Filipsita-CN 10.0 0.0 0.0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 Contact time (min) Contact time (min) 1400.0 8.0 1200.0 Fe 7.0 NH4+ NH4 concentration (mg/l) Fe concentration (ppm) 6.0 1000.0 5.0 800.0 4.0 600.0 3.0 400.0 2.0 + 200.0 1.0 0.0 0.0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 Contact time (min) Contact time (min)
  33. 33. Diagramas Ficklin mostrando la suma de concentraciones de HA-EM, high acid, extreme metal MA-EM, moderate acid, extreme metal NN-EM, near neutral, extreme metal HA-HM, high acid, high metal MA-HM, moderate acid, high metal NN-HM, near neutral, high metalmetales pesados en en el DAM HA-LM, high acid, low metal MA-LM, moderate acid, low metal NN-LM, near neutral, low metal tratado.
  34. 34. Variacion de (a) pH y EC y (b) concentracion de amonio en funcion del tiempo usando faujasita-CN como adsorbente. 12 3.5 11 a b Concentration of NH4 (mg/l) EC 3.0 10 pHpH and EC (mS/cm) 9 + 2.5 8 7 2.0 6 5 1.5 4 1.0 3 2 0.5 1 0 0.0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 Contact time (min) Contact time (min) Condiciones iniciales: pH = 1.96 CE = 3.77 mS/cm Dosis de adsorbente = 1 g Volumen de DAM = 20 ml
  35. 35. Variacion de la concentracion de metales pesados en funcion del tiempo usando faujasita-CN como adsorbente. 1 5 Concentration of Pb, As (ppm)Concentration of Ni, Cr (ppm) 4 Condiciones iniciales: 3 pH = 1.96 CE = 3.77 mS/cm 2 Dosis de adsorbente = 1 g Cr Volumen de DAM = 20 ml 1 Ni As Pb 0 0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 Contact time (min) Contact time (min) 80 1400 Concentration of Cu, Zn (ppm) 1300 Concentration of Fe (ppm) 70 1200 1100 60 1000 50 900 800 40 700 600 30 500 400 20 300 Zn 200 Fe 10 Cu 100 0 0 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 Contact time (min) Contact time (min)
  36. 36. Diagrama Ficklin mostrando el efecto de lacantidad de faujasita en el tratamiento de DAM. 100000 NCF Faujasita-CN Cu+Pb+Zn+Cr+Ni+As+Fe (ppm) 10000 HA-EM MA-EM NN-EM 1000 DAM 100 10 HA-HM MA-HM NN-HM 1 HA-LM MA-LM NN-LM 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pH
  37. 37. ConclusionesLa sintesis de materiales zeoliticos a partir de sub-productos del carbon en formas apropiadas para su aplicacion industrial es de gran importancia, principalmente como intercambiadores ionicos, adsorbentes y catalisis. Los productos sinteticos tienen un gran potencial para ser desarrollados como adsorbentes eficientes de bajo costos con aplicacion en la solucion de problemas ambientales, particularmente en el tratamiento de aguas residuales.La transformacion de residuos asociados a la industria delcarbon en zeolitas contribuye a la mitigacion de problemasambientales y convierte estos sub-productos del carbon en materiales atrativos y de gran utilidad.
  38. 38. Agradecimientos
  39. 39. Gracias por su atencion Preguntas?

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