REVISTA DE METALURGIA

REVISTA DE METALURGIA, (NÚM. VOL.)

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Por Nombre I. Primero, N. Nombre Segundo and Nombre I. Tercero

Resumen             En la presente investigación se obtuvieron partículas de sílice por el proceso de lixiviación ácida de polvos de material de desecho industrial “jales”. Los polvos obtenidos fueron caracterizados mediante Espectrofotómetro de Infrarrojos por la Transformada de Fourier (FT-IR), Espectroscopia de Reflectancia Difusa Ultravioleta Visible (ERD UV-Vis), Difracción de Rayos X (DRX), Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), Espectrómetro de Energía Dispersiva (EDS) y Distribución de Tamaño de Partícula (DTP). El objetivo principal es proporcionar un nuevo método para la obtención de partículas de sílice mediante un nuevo método de obtención.

Palabras clave: Desechos, Jales, Lixiviación, Reciclaje, Sílice.

Title:

Abstrac                In the present research, silica particles were obtained through the process of acid leaching of dust from industrial waste material "jales". The powders obtained were characterized by Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FT-IR), Visible Ultraviolet Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-Vis ERD), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Spectrometer of Dispersive Energy (EDS) and Particle Size Distribution (DTP). The main objective is to provide a new method for obtaining silica particles by a new method of obtaining them. 

Keywords: Waste, Jales, Leaching, Recycling, Silica.

1. INTRODUCCIÓN

La acumulación de una gran cantidad de residuos generados a partir de actividades mineras, son uno de los problemas más importantes a nivel mundial, ya que desde el punto de vista ecológico y medio ambiental causa contaminación y enfermedades con consecuencias graves (Díaz & et. al, 2013). 

La producción anual de jales a nivel nacional es alrededor de 120 millones de toneladas (Ramos-Arroyo, 2016) (…)^[a]. Los residuos sólidos conocidos popularmente como jales derivan del xalli (voz náhuatl), que significa arena. Los jales consisten en partículas heterogéneas que contienen sílice (SiO2) como componente mayoritario, constituida por calcosilicatos, sulfuros y sulfosales; además de elementos como As, Sb, Se, Zn, Cu, Pb, Cd, Bi y Mn. (Tovar & Hernández, 2012). La sílice es el mineral más abundante en la corteza terrestre; lo cual puede ser atribuido a su estabilidad química y física, posee una composición 46.7% de Si y 53.3% de O2 (Martin, K., 2007). La sílice posee tres formas cristalinas a presión constante constituidas por tetraedros (SiO4): las cuales están establecidas como Cuarzo a Tridimita a 870 °C, de Tridimita a Cristobalita a 1470 °C y funde totalmente a los 1710 °C (Campos, 2009). Se encuentra presente en casi todos los yacimientos minerales (cobre, hierro, carbón, etc.) y en muchas industrias como fundiciones, cerámica, fábricas de vidrio, ladrillos refractarios, limpiado abrasivo, etc. (Ayala, 2018).

La producción convencional de sílice incluye materias primas costosas como el método sol gel a partir de tetraetil ortosilicato (TEOS) y secado supercrítico (Ramírez & et. al., 2015); dificultando la comercialización. Por estas razones, surge la necesidad de obtener sílice a partir de jales, impulsando el reciclaje de desechos mineros y disminuyendo la contaminación ambiental (Salinas-Rodríguez, Eleazar, Hernández-Ávila, Juan, Rivera-Landero, Isauro, Cerecedo-Sáenz, Eduardo, Reyes-Valderrama, Ma. Isabel, Correa-, & Cruz, Manuel, Rubio-Mihi, Daniel, 2015). En este trabajo de investigación se realiza por primera vez un estudio que permite la obtención de un material con alto contenido de sílice mediante la separación de los metales que contiene.

1. MATERIALES Y MÉTODOS

1. Materiales y preparación

El material de partida son residuos mineros (jales) con composición química variable, definiendo el material como muy heterogéneo, tanto en composición como en tamaño. Como producto químico se ha utilizado ácido clorhídrico (Meyer, al 36 % de pureza). Los desechos mineros fueron obtenidos de la presa de jales situada en el municipio de Mineral de la reforma (Hidalgo, México). El material tiene un tamaño de partícula promedio de 0.5 mm. El material se muele en molino de bolas horizontal y se pasa por un tamiz con abertura nominal de 38 µm y posteriormente se seca durante 12 h a una temperatura de 100 °C.

A continuación, el polvo que pasa por la malla, se desaglomera para llevar a cabo la lixiviación. Se realizaron 8 lixiviaciones de 25 a 90 °C durante 2 h, todas a una concentración de 1M de HCl (Meyer, al 36 % de pureza) en 500 ml de agua destilada. Para cada lixiviación se agregaron 47.5 g de jales. Para controlar la temperatura de cada experimentación se utilizó una parrilla de agitación magnética y calentamiento, conectadas a un controlador de temperatura (PDI) con una precisión de +/- 1 °C.

Posterior a las lixiviaciones se realizó un filtrado por vacío, separando el material insoluble del soluble (metales en solución acuosa). El filtrado se lavó con agua destilada hasta que el agua filtrada tuviera un pH de 7. Cada lixiviado se secó durante 2 h a una temperatura de 100 °C y se desaglomera para tomar una muestra representativa de cada experimentación.

1. Caracterización

Las muestras fueron estudiadas por las siguientes técnicas analíticas: Para la medición de índice de blancura vs temperatura se utilizó un Espectrómetro de Reflectancia Difusa Ultravioleta Visible (marca Gretag Macbeth, modelo Color Eye® XTS; equipado con el software para análisis de los datos de reflectancia Color IQC® de la misma marca), Espectrómetro de Infrarrojos por la Transformada de Fourier (marca PELKIN ELMER), para el estudio cristalográfico se realizó por medio de Difracción de Rayos X (equipo GBC marca MMA), para observar la morfología y tamaño de partícula se empleó un Microscopio Electrónico de Barrido (marca JEOL JSM-6300), Espectrómetro de Energía Dispersiva (…) y para la Distribución de Tamaño de Partícula se empleó un equipo de la marca Beckman & Coulter, modelo LS-13320.

1. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1. Espectro de Reflectancia Difusa Ultravioleta Visible (ERD UV-Vis)

Efecto de la temperatura vs índice de blancura

La Figura 1, muestra los rangos entre el incremento de blancura en función de la temperatura. Se pueden observar tres rangos similares en cuanto a valores de índice de blancura, a 55-60 °C, 75-80 °C y de 90-95°C. Este comportamiento puede estar indicando una resiliencia de disolución de los metales en rangos específicos.

[pic 1]

Figura 1. Correlación entre las determinaciones de blancura vs temperatura de silicio lixiviado, obtenida por el método de regresión lineal

Los datos obtenidos con distintas temperaturas de lixiviación se compararon mediante análisis de regresión lineal. Este análisis mostró que las temperaturas presentaron una relación lineal con el índice de blancura (Figura 1). La ecuación de regresión que describe la relación entre la temperatura y el índice de blancura es y = 44.90615+0.29213x. Esta ecuación es adecuada para describir el comportamiento de los datos presentados.

El coeficiente de correlación de determinación (R2) del modelo fue 0.92076. Este valor indica una débil relación positiva entre las determinaciones de blancura y temperatura, lo que implica realizar una repetitividad en cuanto a las muestras en donde la relación se desvía totalmente.

1. Espectroscopia FT-IR de las muestras solidas

Para confirmar la estructura química relacionada a los grupos funcionales de la muestra se realizó el análisis por FT-IR. A continuación; la Figura 2, muestra el espectro infrarrojo resultante de jales ligeros, residuos insolubles y el producto final (sílice), en un rango de 4000 a 500 cm-1.

[pic 2]

Figura 2. Espectro FT-IR de Jales ligeros, Residuos insolubles y Sílice

En la muestra de jales ligeros, residuos insolubles y el producto final (sílice) se pueden observar algunas bandas a 1007, 1029, 796, 778, 693 y 644 cm-1, en las cuales estas bandas son atribuidas a modos vibracionales de estiramiento asimétrico (Soltani, Bahrami, Pech-Canul, & González, 2015) de Si-O-Si, a modos vibracionales de estiramiento simétrico de Si-O-Si (Rafiee, Shahebrahimi, Feyzi, & Shaterzadeh, 2012) y a enlaces Si-O-Si  (Lu & Hsieh, 2012) respectivamente. Estos resultados confirman la presencia de sílice como componente principal en todas las muestras. Específicamente, se detectó una banda a 1453 cm-1 que indica la presencia de enlaces C=C (aromático) que pueden ser atribuidos al origen de procesamiento de los jales, la cual no está presente en la muestra de residuos. Además, se pueden notar bandas en la muestra de jales y sílice a 3695, 3653 y 3620 cm-1, indicando la presencia de alguna molécula de agua (modos vibracionales de estiramiento de grupos OH) presente atrapada en la muestra (Soltani et al., 2015). Sin embargo, para la muestra de residuos se encontraron tres bandas a 2984, 2901 y 2321 cm-1 indicando que hubo compuestos orgánicos originales en la sílice después de una calcinación (Rafiee et al., 2012). Y finalmente, se encontraron dos bandas a 939 y 914 cm-1 en la muestra de jales y sílice, lo que indican que alguna molécula de agua (OH) se encuentra presente dentro de la red cristalina de la sílice.

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