Remoción de sulfatos de drenajes ácidos de minería de carbón para producción de yeso sintético mediante el uso de un subproducto industrial

Abstract

El azufre está presente en diferentes minerales y rocas en la naturaleza y durante las labores mineras, se pueden producir drenajes ácidos de minería (DAM), especialmente cuando se encuentra en solución como ión sulfato (SO42-). Los DAM son una de las principales fuentes de contaminación relacionadas con la operación minera y su descarga a cuerpos de agua naturales debe cumplir con la legislación ambiental colombiana, la cual exige valores de pH entre 5 y 9 unidades. Para neutralizar el DAM generado en un proceso de biodesulfurización de carbón, se usó polvo de hornos cementeros (CKD, por sus siglas en inglés) de la Planta Tolúviejo de Cementos Argos S.A. El lodo precipitado se secó y posteriormente fue sometido a análisis químicos y mineralógicos para determinar su composición y la presencia de yeso dihidratado. Finalmente se prepararon dos cementos, a nivel de laboratorio, uno con yeso de mina y otro con yeso sintético; se escogieron dos variables para determinar el comportamiento de los cementos preparados: resistencia a la compresión y tiempo de fraguado. La concentración inicial del lixiviado fue de aproximadamente 30,200 mg SO42-/l y el pH fue de 1,75 unidades. La caracterización del CKD mostró que el principal componente de este subproducto era el carbonato de calcio. Después de la neutralización, el pH se incrementó a valores neutros (7,72 – 8,05 unidades de pH) y la remoción de sulfatos del DAM estuvo entre 67% y 70%. El contenido de humedad de las muestras precipitadas estuvo entre 69% y 81%. El yeso sintético obtenido, tuvo un 48% de yeso dihidratado, 32% de carbonato de calcio y 20% de agua. Los dos cementos preparados a nivel de laboratorio, presentaron resistencia a la compresión y tiempo de fraguado similares a los del cemento Pórtland tipo I. / Abstract: Sulphur is present in different minerals and rocks in nature and during mining activities acid mine drainage (AMD) may be produced, especially when it is in solution as sulphate ion (SO42-). AMD are a main pollution source from mining operation and their discharge to a natural water body must comply with Colombian environmental regulations, which require a pH value between 5 and 9 units. Cement kiln dust (CKD) from Cementos Argos S.A. Tolúviejo Plant, was used to neutralize an AMD generated in a coal biodesulfurization process. Precipitated sludge was dried and then, chemical and mineralogical analyses, to determine its composition and the presence of dihydrated gypsum, were conducted. Finally, two laboratory level produced cements with synthetic gypsum and mined gypsum were prepared; two variables were selected to determine the behavior of both cements: time of setting and compressive strength. Initial sulfate concentration in the leachate was approximately 30,200 mg SO42-/l and pH value was 1,75 pH units. CKD characterization showed that calcium carbonate was the principal component of this by-product. After neutralization, pH was increased until neutral values (7,72 – 8,05 pH units) and sulfate removal from the AMD was between 67% and 70%. The precipitated samples' moisture content was between 69% and 81%. Synthetic gypsum obtained was composed of dihydrated gypsum with 48% pureness; other components included calcium carbonate (32%) and water (20%). Both laboratory produced cements complied with type I Portland cement compressive strength and setting time requirements.