Desarrollo de nanofluidos basados en nanopartículas magnéticas obtenidas de arenas negras
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Resumen
El desarrollo de sistemas energéticos sostenibles constituye un reto prioritario para reducir los impactos ambientales asociados a la producción y el consumo de energía. En este contexto, la energía solar térmica se posiciona como una alternativa renovable relevante; sin embargo, su desempeño se ve condicionado por la eficiencia en la captación y transferencia de calor. En los últimos años, el uso de nanofluidos ha emergido como una estrategia para mejorar dichas propiedades, particularmente mediante la incorporación de nanopartículas magnéticas, que aportan ventajas térmicas que pueden ser mejoradas bajo la aplicación de campos magnéticos.
Paralelamente, la minería aluvial de oro genera grandes volúmenes de residuos conocidos como arenas negras, ricas en óxidos de hierro como la magnetita, que actualmente no son aprovechados. La valorización de estos residuos como materia prima para la obtención de nanopartículas magnéticas representa una oportunidad tanto tecnológica como ambiental.
En este trabajo se desarrollaron nanofluidos magnéticos a partir de nanopartículas obtenidas de arenas negras provenientes del municipio de El Bagre (Antioquia, Colombia), mediante la aplicación de técnicas top-down de reducción de tamaño. Inicialmente, las arenas negras fueron sometidas a procesos de separación magnética, molienda mecánica y tamizado, obteniéndose un concentrado con alto contenido de hierro y propiedades magnéticas. Posteriormente, se evaluaron tres técnicas de reducción de tamaño: homogenización de alta presión, ablación láser en líquidos y molienda de alta energía, con el propósito de comparar su capacidad de producir nanopartículas con propiedades magnéticas
El análisis de los resultaros evidenció que la ablación láser en líquidos permite la obtención de nanopartículas en el rango nanométrico, con adecuada estabilidad coloidal. No obstante, las cantidades producidas fueron insuficientes para su implementación en aplicaciones a mayor escala y para llevar a cabo una caracterización detallada de sus propiedades físicas, funcionales y magnéticas. Por su parte, la molienda de alta energía bajo atmósfera inerte favoreció la conservación de las propiedades magnéticas del material. La homogenización de alta presión resultó apropiada como etapa de acondicionamiento y dispersión, aunque limitada para alcanzar directamente la escala nanométrica. Los nanofluidos formulados con agentes estabilizantes presentaron elevada estabilidad, corroborada mediante seguimiento visual, mediciones de potencial zeta y análisis por dispersión dinámica de luz (DLS), además de un comportamiento reológico estable, con valores de viscosidad cercanos a los del fluido base.
En conjunto, los resultados evidencian la viabilidad técnica del aprovechamiento de arenas negras como fuente alternativa para la síntesis de nanopartículas magnéticas y su incorporación en nanofluidos. Este enfoque contribuye al desarrollo de soluciones sostenibles en procesos de generación y transporte de calor, así como a la valorización de residuos mineros mediante su transformación en materiales con potencial de aplicación tecnológica. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
The development of sustainable energy systems represents a major challenge in reducing the environmental impacts associated with energy production and consumption. In this context, solar thermal energy has emerged as a promising renewable alternative; however, its performance largely depends on the efficiency of heat capture and transfer processes. In recent years, nanofluids have gained attention as a strategy to enhance these properties, particularly through the incorporation of magnetic nanoparticles, which provide thermal advantages that may be further improved under the application of external magnetic fields. At the same time, alluvial gold mining generates substantial volumes of waste known as black sands, which are rich in iron oxides such as magnetite. These materials are currently
underutilized. The recovery and valorization of this waste as a raw material for the production of magnetic nanoparticles represents an opportunity with both technological and environmental relevance.
In this study, magnetic nanofluids were developed using nanoparticles obtained from black sands collected in El Bagre (Antioquia, Colombia) through the application of top-down size reduction techniques. Initially, the black sands were subjected to magnetic separation, mechanical milling, and sieving, yielding a concentrate with high iron content and welldefined magnetic behavior. Subsequently, three size-reduction techniques—high-pressure homogenization, laser ablation in liquids, and high-energy milling—were evaluated to analyze their influence on particle size, colloidal stability, and magnetic response.
The results demonstrated that laser ablation in liquids enables the production of nanoparticles within the nanometer range with adequate colloidal stability. However, the quantities obtained were insufficient for large-scale applications and for conducting a detailed characterization of their physical, functional, and magnetic properties. Highenergy milling under an inert atmosphere preserved the magnetic properties of the material without significant alterations. High-pressure homogenization proved to be suitable as a conditioning and dispersion step, although it was limited in its ability to directly
achieve nanometric particle sizes. The nanofluids formulated with stabilizing agents exhibited high colloidal stability, as confirmed by visual monitoring, zeta potential measurements, and dynamic light scattering (DLS) analysis. Additionally, they showed stable rheological behavior, with viscosity values close to those of the base fluid. Overall, the findings demonstrate the technical feasibility of using black sands as an alternative source for the synthesis of magnetic nanoparticles and their incorporation into nanofluids. This approach contributes to the development of sustainable solutions for heat
generation and transport, while promoting the valorization of mining waste through its transformation into materials with technological potential.
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