Utilización de residuos mineros en la fabricación de baldosas cerámicas
La gestión de residuos mineros representa uno de los desafíos ambientales más significativos en la industria de extracción de minerales, en particular en regiones con operaciones mineras intensivas. El problema es especialmente apremiante en áreas con múltiples actividades mineras, donde diferentes tipos de residuos se acumulan con el tiempo. En Polonia, solo la minería y el procesamiento del cobre generan aproximadamente 28 millones de toneladas de residuos posflotación anualmente, mientras que la minería de lignito produce cantidades sustanciales de residuos arcillosos, lo que crea un complejo desafío para la gestión de residuos en la región de Baja Silesia. Estos residuos se almacenan actualmente en la única instalación activa: la Instalación de Eliminación de Residuos Mineros (MWDF) “Żelazny Most”. Es una de las estructuras hidrotécnicas de este tipo más grandes del mundo.
Modela las condiciones hidroquímicas e hidrodinámicas de las aguas subterráneas y superficiales en varios kilómetros cuadrados de áreas circundantes. La capacidad de almacenamiento limitada y la creciente evidencia del impacto adverso de los desechos posteriores a la flotación en el medio ambiente han creado una necesidad urgente de realizar investigaciones dedicadas a su posible utilización. Los desechos posteriores a la flotación, sujetos a una exposición prolongada a factores atmosféricos, sufren disolución, lo que en consecuencia conduce a un aumento en la concentración de compuestos potencialmente tóxicos en el entorno inmediato. A menos de 5 km al suroeste de “Żelazny Most” se encuentra el MWDF “Gilów”, una instalación de almacenamiento más pequeña que ya ha sido desmantelada (1968-1980, principalmente de la mina “Lubin”). También ha sido objeto de muchos estudios e informes de investigación, incluida la composición mineralógica y química, así como una descripción de los contaminantes liberados al medio ambiente.
El estudio investiga la viabilidad de producir baldosas cerámicas mediante el uso de estos dos flujos de residuos mineros, siendo los objetivos específicos los siguientes:
- Evaluar el potencial de utilización simultánea de lodos post-flotación y residuos de arcilla minera en la producción de baldosas cerámicas.
- Determinar las proporciones óptimas de residuos y las condiciones de procesamiento para cumplir con la norma PN-EN 14411:2016.
- Evaluar los beneficios técnicos y ambientales de este enfoque de utilización de residuos.
- Establecer una base para prácticas de gestión sostenible de residuos que se puedan aplicar incluso si la extracción de lignito disminuye debido a las políticas de emisiones de CO2.
La innovación de este trabajo se basó en demostrar que, mediante el ajuste adecuado de las proporciones relativas de la arcilla TG3 procedente de la ganga minera de Turoszów y de los lodos de posflotación de las instalaciones de KGHM-Gilów, es posible obtener tanto cerámica de gres sinterizado como cerámica de loza porosa que cumple con los estándares industriales. Las características de la arcilla TG3 y los residuos de posflotación se complementan gracias a sus composiciones contrastantes: la arcilla TG3 aporta un alto contenido de alúmina y caolinita (que aporta plasticidad y resistencia esenciales), mientras que los residuos de posflotación aportan óxidos de calcio y magnesio que actúan como fundentes. La fina distribución de las partículas puede resultar en un empaquetamiento de partículas y un comportamiento de sinterización adecuados, creando un material compuesto con propiedades ajustables en función de la proporción de mezcla.
El estudio sobre la variación de las proporciones de mezcla y las temperaturas de cocción demostró que la proporción entre los materiales de desecho determina las propiedades finales del producto. Las composiciones con un contenido de ≤50% de lodos posflotación resultaron en cerámica de gres sinterizado con una resistencia mecánica a la flexión de aproximadamente 45 MPa y una absorción de agua inferior al 5%, apta para baldosas cerámicas resistentes a las heladas (grupo B Ia GL y UGL PN-EN 14411:2016). Por el contrario, las composiciones con un contenido de >50% de lodos posflotación producen cerámica de loza porosa con una resistencia mecánica superior a 15 MPa y una absorción de agua superior al 20%, apta para baldosas cerámicas de pared (grupo B III GL).
El análisis microestructural reveló una evolución de poros cerrados aislados en composiciones con bajo contenido de lodos a poros abiertos interconectados en composiciones con alto contenido de lodos, lo que se corresponde directamente con cambios en la composición racional, en particular con el aumento del contenido de carbonato y la disminución de minerales arcillosos a medida que aumenta el contenido de lodos. Presencia de dolomita: Los lodos postflotación contienen grandes cantidades de dolomita, lo que afecta significativamente el intervalo de sinterización y la temperatura de cocción de la cerámica, así como otros parámetros funcionales y tecnológicos.
La viabilidad económica y ambiental de este enfoque se ve reforzada por varios factores: la abundancia de estos materiales, su proximidad geográfica (menos de 150 km) y las ventajosas características físicas de los flujos de residuos. La fina distribución granulométrica (90 % < 0,06 mm) elimina la necesidad de operaciones de molienda, lo que reduce significativamente los costes de procesamiento y el consumo energético en comparación con los métodos convencionales de producción de cerámica.
Este estudio de investigación ofrece una vía práctica para transformar los residuos mineros, que dejan de ser un riesgo ambiental, en productos cerámicos valiosos, respetando los principios de la economía circular. La metodología desarrollada puede aplicarse a flujos de residuos similares en otras regiones, ofreciendo una estrategia de gestión sostenible de residuos que aborda las preocupaciones ambientales, conserva los recursos naturales y crea productos económicamente viables que cumplen con los estándares de la industria.
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