Estrategias de gestión de arenas descartadas de fundición en función de sus características químicas y ambientales

• Autores: Miguel, Roberto Esteban
• Año de publicación: 2014
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Porta, Atilio Andrés; Banda Noriega, Roxana
• Materia: Ciencias Exactas; Química; Fundiciones; gestión integral; valorización; Arena; Metalurgia; caracterización; residuos
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

Las industrias de fundición elaboran piezas en metales ferrosos y no ferrosos que abastecen y satisfacen numerosas necesidades de amplios mercados. El principal residuo generado por estas industrias son las arenas descartadas de fundición (ADFs) constituidas mayoritariamente por arena silícea virgen (ASV) y en menor medida por aglomerantes que permiten obtener moldes y noyos que copian las formas de las piezas a producir. Cuando los moldes y noyos se acoplan dejan en su interior el negativo de la pieza a producir. El metal en estado de fusión se cuela en el interior de los moldes, y cuando éste se solidifica, se colapsa el molde para obtener por un lado la pieza y por otro la ADF. Éstas han sido dispuestas como material de rellenos en cavas de canteras, ladrilleras y terrenos bajos en varias localidades de Argentina como así también en países con impronta en el rubro de fundición, como Brasil, India, China, España, y Estados Unidos, entre otros. La disposición no controlada está siendo fuertemente cuestionada, por un lado debido al peligro de contaminación del recurso hídrico subterráneo, y por otro, debido a la potencialidad de utilizar este material como materia prima en hormigones, mezclas asfálticas, suelos elaborados, entre otras aplicaciones beneficiosas. No obstante, una de las principales limitantes en Argentina para facilitar la gestión adecuada de ADFs radica en la falta de información sobre sus características químicas por parte de fundidores, tomadores de decisión y el sistema científico académico. Si bien se han realizado en los últimos diez años publicaciones referidas a la caracterización química de ADFs, no existe aún información de base para nuestro país. El objetivo de esta tesis fue caracterizar químicamente las arenas descartadas generadas por industrias de fundición del partido de Tandil –uno de los principales centros de fundición del país– y desarrollar propuestas para su gestión integral. Se colectaron un total de 96 muestras de ADFs provenientes de diversos procesos productivos y 14 muestras de arena silíceas virgenes (ASVs) con fines comparativos. La caracterización química consistió en la determinación de pH, conductividad eléctrica, carbono y nitrógeno total y análisis total de Ag, Al, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Te, Tl, V y Zn. Posteriormente se determinaron los elementos Ag, Ba, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb y Zn sobre los lixiviados obtenidos de las distintas muestras sólidas aplicando los métodos de ASTM D 3987 y EPA SW 846 1310B (EP) y 1311 (TCLP). También se determinó en parte de las muestras de lixiviado EP fenoles totales e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs). Adicionalmente se efectuó el ensayo biológico en Lactuca sativa L para determinar el efecto fitotóxico del lixiviado ASTM extraído en ASVs y ADFs en la elongación de raíz. Los resultados de lixiviados fueron corridos en el programa IWEM versión 2.0, donde se utilizaron condiciones hidrogeológicas arbitrarias aportadas por el programa por defecto, a fin de establecer las modalidades adecuadas de disposición final de ADFs. Los resultados de metales totales indican que la mayoría de las ADFs poseen concentraciones de metales similares a las ASVs. Cinco ADFs de origen alquídico uretánico presentaron concentraciones elevadas de Pb y Co y superaron los niveles guía de Pb en suelo agrícola de la Ley de Residuos Peligrosos. En cuanto a los ensayos de lixiviación, el ensayo TCLP resultó más agresivo en la extracción de los elementos en comparación con los métodos EP y ASTM. La mayoría de las ADFs presentaron concentraciones similares a las ASVs, sin embargo 4 muestras de origen alquídico uretánico presentaron concentraciones de Pb por encima de los límites de regulación de la Ley de Residuos Peligrosos. Respecto a fenoles totales en lixiviados, la mayoría de las ADFs no poseen concentraciones por encima del límite de regulación. Las concentraciones de HAPs en lixiviado se hallaron por debajo del límite de detección del método y de la regulación de la Ley de Residuos Peligrosos. El lixiviado extraído en ADFs no presentó, para la mayoría de las muestras, efectos fitotóxicos. Una muestra de uretano fenólico mostró efecto fitotóxico por inhibición con diferencias significativas respecto a los lixiviados de las ASVs, ADFs y blancos. Una muestra de arena verde mostró efectos fitotóxicos por magnificación pero no mostró diferencias significativas con el resto de las muestras, y arenas silíceas vírgenes y blancos. Al analizar modalidades adecuadas de disposición final de las ADFs en programa IWEM se determinó que las concentraciones de metales no representan un peligro para la contaminación del recurso hídrico subterráneo si se disponen en un vertedero sin protección. No obstante, las muestras con altas concentraciones de Pb deben disponerse en rellenos con barreras compuestas de arcilla y geomembrana (relleno sanitario). Respecto al analito fenol, una concentración de 0,002 mg L-1 no generará valores por encima de los niveles guía de agua de bebida (Dto. 831/93, Ley 24.051). Sin embargo, es necesario reconsiderar la concentración del nivel guía de agua potable debido a que es excesivamente restrictivo si se consideran las concentraciones que no causan efecto a la salud. Con relación a HAP, al correr el modelo con la mitad de la concentración del límite de detección del método, un relleno con barrera simple protegería el recurso del analito critico para la salud, el benzo(a)pireno. No obstante, los antecedentes en arenas descartadas no reportan presencia de este compuesto orgánico. Los lineamientos de gestión integral que se proponen pretenden eliminar la generación de ADFs peligrosas o especiales, eliminar la disposición final no controlada, evitar la disposición en rellenos controlados; valorizar el total de ADFs no especiales o peligrosas en otros procesos productivos o usos; aumentar la vida útil de rellenos sanitarios y reducir el consumo de recursos no renovables. Así las ADFs serán consideradas un subproducto de la industria de fundición generando un nuevo desarrollo que beneficiará a las empresas de fundición y empresas usuarias de los subproductos. También se tiende a eliminar el impacto de la disposición de arenas descartadas al recurso hídrico subterráneo y se protege la calidad del recurso para consumo humano. Finalmente, la autoridad de aplicación ambiental garantizaría la correcta gestión de un residuo que fue y continúa gestionándose inadecuadamente.
Doctor en Ciencias Exactas, área Química
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Exactas