Valoración de un residuo minero rico en óxidos de silicio mediante su transformación hacia zeolitas a través de un proceso hidrotérmico

Abstract

La transformación de un residuo sólido, producido por la actividad minera desarrollada por la empresa Agregados Cantarrana, en zeolitas mediante procesos de conversión directa e indirecta fue el objetivo del presente trabajo. La selección de zeolitas como el objetivo de la conversión fue motivada por la composición del residuo caracterizada por la presencia mayoritaria de óxidos de silicio. Los procesos investigados emplearon pseudobehmita, sintetizada a partir de la hidrólisis de alcóxidos de aluminio, como la especie donora de los iones aluminatos al medio de reacción. La primera parte del proyecto evaluó procesos de conversión directa del residuo mediante tratamiento hidrotérmico alcalino desarrollado bajo temperatura elevada (180 oC); este tipo de procesos llevaron a la síntesis de zeolitas tipo analcima y cancrinita, las cuales no presentan mayor interés en la remoción de metales debido a sus propiedades físico-químicas. Con el fin de ampliar el número de tipos de zeolitas obtenidas, procesos de conversión indirecta, enfocados en la producción de un donor de silicatos soluble a partir del residuo minero, fueron estudiados; la conversión indirecta abarcó la producción de silicato de sodio, a partir del residuo, y la posterior neutralización de este en la producción de sílice precipitada. La sílice precipitada junto con la boehmita fueron empelados como los donantes de silicatos y aluminatos solubles, respectivamente, en la síntesis del hidrogel precursor de zeolitas. Finalmente, la zeolitización indirecta involucró la cristalización hidrotérmica del hidrogel precursor, bajo condiciones moderadas de temperatura, hacia zeolitas tipo Na-X, Na-A y Na-P1. De estas zeolitas, el material tipo Na-X fue evaluado en la remoción de plomo de soluciones acuosas sintéticas; la remoción del metal para soluciones con concentraciones iniciales de 23 y 47 ppm, se efectuó totalmente para tiempos inferiores a 40 min.

Abstract. The main goal of this work was to produce zeolite-type materials from quarry byproducts produced by the mining activities developed by Agregados Cantarrana. Zeolites were chosen due to the high content of silicon oxides displayed by the solid byproduct. Two type of process were investigated: one-pot zeolitization and multi-step conversion, and both type of processes used pseudobehmite as a donor of aluminates to the reaction media. The first type of process was carried out through an alkaline hydrothermal treatment of the solid residue. This thermal treatment was performed under high temperature and the final products were cancrinite- and analcime-type zeolites. These two types of zeolites do not show any interesting application regarding the removal of heavy metals. In order to increase the number of zeolite-type materials to be produced from the byproduct, multi-step processes were also investigated. These processes addressed the synthesis of a soluble silicate donor to the reaction media. In this kind of processes the dissolution of the crystalline silicon oxides contained in the byproduct was first carried out and then the sodium silicate produced by the dissolution process was neutralized and precipitated into amorphous silicon oxides. The final step carried out by mixing the soluble silicate and aluminate donors was the synthesis of an alkali-aluminosilicate hydrogel precursor to crystalline zeolite-type materials. The aluminosilicate-hydrogels were ripened toward Na-X-, Na-Z- and Na-P1-type zeolites under mild hydrothermal conditions. The Na-X-type was tested removing lead from aqueous solutions. 23 and 47 were totally removed from the solutions at times lower than 40 minutes.