Método para tratamiento de un material granular carbonatable alcalino.

Método para tratar un material alcalino granular carbonatable que contiene aluminio metal y que tiene en particular un pH de como mínimo 10,

método que comprende una etapa de oxidación en la que al menos una porción del mencionado aluminio metal se oxida por contacto con humedad, y que comprende una etapa de carbonación en la que el material granular carbonatable se carbonata al menos parcialmente, caracterizado porque la mencionada oxidación se acelera proporcionando al menos un agente oxidante en la mencionada humedad, agente oxidante que tiene un potencial redox más alto que el agua contenida en la mencionada humedad

Método para tratamiento de un material granular carbonatable alcalino

La presente Invención se refiere a un método de tratamiento de un material granular carbonatable que contiene aluminio metal y que tiene en particular un pH de como mínimo 1. En este método de tratamiento, al menos una porción del metal aluminio está oxidado por contacto con la humedad.

Con el fin de limitar el Impacto, tanto económico como ambiental, de los materiales de desecho doméstico e industriales, se han hecho más y más Intentos para desarrollar métodos de procesamiento de estos materiales, esto es, métodos para convertir estos materiales de desecho en materiales explotables económicamente. Una gran cantidad de materiales de desecho es alcalina y comprende sustancias carbonatables, tales como óxidos y/o hidróxidos de calcio y/o magnesio. Es sabido que la carbonación de estas sustancias, en particular hidróxido cálclco, posibilita la obtención de materiales que tienen buenas calidades mecánicas, así como una mejor retención de contaminantes, en particular metales pesados presentes en tal desecho y que plantean problemas significativos para su eliminación.

Se ha propuesto, por ejemplo, en la solicitud de patente Internacional WO 27/96671 A1, proceder con una carbonación acelerada del desecho en un tambor rotatorio con el fin de producir un granulado secundario que puede servir como material de construcción. Se ha propuesto un procedimiento similar para desechos procedentes de la extracción o procesamiento de materiales en la solicitud de patente internacional WO 29/24826 A1. En los materiales obtenidos por estos procedimientos, la carbonación de caliza presente en el desecho forma una matriz cálclca que asegura la lixiviación de los metales pesados contenidos en el desecho, y una mayor resistencia mecánica.

El documento "MSWI ashes as mineral addltlons ¡n concrete" por L. Bertolini, M. Carsana, D. Cassagoa, A. Quadrio Curzlonb y M. Collerpardla (XP2582422) publicado en Cement and Concrete en octubre de 24, describe un procedimiento para tratar un material alcalino carbonatable de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Sin embargo, algunos desechos tales como, por ejemplo, cenizas municipales de desecho del fondo de un Incinerador, comprenden una proporción sustancial de aluminio metal. Las cenizas municipales de desecho del fondo de un incinerador consisten principalmente en material de tamaño grueso con combustible y material orgánico no quemado recogido en un colector de enfriamiento en la descarga de una cámara de combustión de un incinerador. Están compuestas de fases sólidas formadas a alta temperatura, de las que algunas se mantienen en estado metaestable después del rápido enfriamiento de loa materiales que salen de la cámara de combustión. Para reprocesar la ceniza del fondo, generalmente ésta se somete a una separación del aluminio metal por corrientes eddy, a lo que sigue un envejecimiento natural (temperación natural) durante varios meses. Durante este envejecimiento tiene lugar una serie compleja de diversos fenómenos químicos ¡nterconectados. Entre estos fenómenos figuran hidrólisis, hidratación, disolución/precipitación, carbonación, formación de soluciones sólidas y oxidación/reducción. El envejecimiento de la ceniza del fondo es especialmente necesario para reducir los problemas de hinchamiento que se pueden presentar cuando se usa la ceniza del fondo en construcción, en especial como fundamento de carreteras (hormigón de base) o incluso como un granulado en hormigón. La ceniza del fondo comprende aluminio, del que una parte significativa está en forma elemental, esto es, en forma de aluminio metal. A causa del alto pH de la ceniza del fondo y el potencial redox relativamente bajo del aluminio, el aluminio metal se oxida y reacciona con iones hidroxilo durante el proceso de envejecimiento formando aluminatos que posteriormente precipitan como AI(OH)3 expansivo. Consecuentemente, la formación de AI(OH)3 en la ceniza del fondo durante el envejecimiento es importante y evita problemas de hinchamiento cuando la ceniza del fondo se usa como agregado. Esto se debe a que, cuando el aluminio no ha sido corroído previamente, o incluso mejor, pasivado con un revestimiento que lo recubre, su posterior hidroxilación producirá hinchamiento. Además, cuando se usa como agregado en hormigón, la reacción de oxidación del aluminio metal como resultado del alto pH de hormigón fresco y especialmente fraguado producirá hidrógeno gas produciendo burbujas de gas en el hormigón reduciendo así su resistencia. Como se ha descrito en "Aggregate cement reactions ¡n MWI-bottom ash-based concrete- a petrographical assesment", B.Laenen, R. Dreesen y D. Van Rossem, International Conference on Sustainable Construction; 2299; Dundee (GB), la reacción de hinchamiento causada por partículas de aluminio en la ceniza de fondo usada en el hormigón puede así ser reducida por envejecimiento natural previo. La principal desventaja del envejecimiento de la resina de fondo es, sin embargo, que exige mucho tiempo y requiere una gran cantidad de espacio de almacenamiento.

Durante el envejecimiento natural de la ceniza del fondo, se hincha de manera que se pueden evitar problemas de hinchamiento posteriores. Este hinchamiento está causado por la formación de un gel de hidróxido de aluminio. El origen de este aluminio puede ser doble. Puede resultar de:

- aluminio metal (residual) (envase) que se disuelve en el lixiviado alcalino (pH = 11 a 12),produciéndose hidrógeno gas, antes de precipitar, en forma de hidróxido, durante la acidificación relativa del medio (pH = 9 a 1) después de carbonatación de portlandita [Ca(OH)2];

- la descomposición de etringita, un sulfoaluminato de calcio hidratado de fórmula química [Ca6(4)3(H)i2.26H2 que se produce en medio alcalino como resultado de la presencia de iones sulfato y aluminio que están presentes en la forma residual en las cenizas de fondo MWI.

La carbonación progresiva de la portlandita [Ca(OH)2] en la ceniza del fondo causa una caída del pH y una precipitación de calcita de acuerdo con la reacción siguiente:

Ca2+ 2H" C2 (aq) CaCOa (calcite) + H2

Aunque la ceniza de arcilla de fondo inicialmente es altamente alcalina (pH = 11 a 12(), su carbonación, en particular la carbonación de la portlandita, rebajará por ello el pH. La acidificación después da la carbonación progresiva de la portlandita causará una precipitación del aluminio disuelto formando un gel de hidróxido de aluminio [AI(OH)3j que causa un hinchamiento del material.

Al mismo tiempo, la precipitación de calcita crea una demanda de iones Ca2+ desplazando el balance químico en una dirección que, junto con la caída del pH, contribuirá también a la desestabilización de la etringita:

[Ca6(4)3(OH)i2.26H2 (etringita) + 12H+ 2AI3 +3S42 + 6Ca2* + 38H2

Ca2 + S42 + 2H2 CaS4.2H2 (yeso)

Ca2+ +C2 + H2 CaCOs (calcita) + 2H+

Esta desestabilización de la etringita causará por tanto la formación de yeso y la liberación adicional de iones Al3+ que una vez más puede conducir a la formación de hidróxido de aluminio de un carácter de hinchamiento.

Estas reacciones químicas ilustran claramente que las fases de hinchamiento, sea el caso de la etringita o el hidróxido de aluminio, dependen de la presencia de aluminio en el material de partida. Además, estas fases contribuyen al carácter cambiante de la ceniza del fondo a nivel mineralógico y por ello se pueden presentar cuestiones en cuanto a su estabilidad a largo plazo. Así, a modo de ejemplo, la etringita, que tiene una cierta capacidad de atrapar plomo, causará la removilización de este elemento cuando se descompone (lo que ocurre después de la reducción en el pH asociado con la carbonación de la portlandita).

Por esta razón, el objetivo del envejecimiento natural de las cenizas de fondo no sólo es una carbonación progresiva de la portlandita, sino también, y en particular, una estabilización mineralógica y dimensional de la ceniza del fondo.

También se ha propuesto tratar materiales de desecho alcalinos tales como ceniza de fondo MWI por carbonación acelerada, por ejemplo en los artículos "Carbón dioxide sequestration in municipal solid waste incinerator (MSW) bottom ash", Eva Redndek, Gaélle Ducom y Patrick Germain, Journal of Hazardous Materials, B128 (26) 73-79 (doi 1.116/jhazmat.25.7.33), "Accelerated Carbonatation for treatment of MSWI bottom ash", S. Aickx, T. Van Ergen y C. Vandecasteele, Journal of Hazarddous Materials, vol. 137, n°1, septiembre 26, pág. 235-243 (doi 1.116/j.jhazmat 26.1.59, "Artificial carbonation for controlling the mobility of critical elements in bottom ash", Jelena Todorovic, Malin Svensson, Inga Herrmann y... [Seguir leyendo]

1. Método para tratar un material alcalino granular carbonatable que contiene aluminio metal y que tiene en particular un pH de como mínimo 1, método que comprende una etapa de oxidación en la que al menos una porción del mencionado aluminio metal se oxida por contacto con humedad, y que comprende una etapa de carbonación en la que el material granular carbonatable se carbonata al menos parcialmente, caracterizado porque la mencionada oxidación se acelera proporcionando al menos un agente oxidante en la mencionada humedad, agente oxidante que tiene un potencial redox más alto que el agua contenida en la mencionada humedad.

2. Método de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material alcalino carbonatable se carbonata hasta que tiene un pH inferior a 1, preferiblemente inferior a 9,5 y, más preferiblemente, inferior a 9.

3. Método de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la mencionada carbonación se realiza con dióxido de carbono, preferiblemente con dióxido de carbono gaseoso.

4. Método de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la mencionada carbonación se acelera por tratamiento del material alcalino granular carbonatable con un medio que contiene más de 1% en peso, preferiblemente más de 5% en peso y, más preferiblemente, más de 1% en peso de dióxido de carbono, medio que preferiblemente es un gas.

5. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el mencionado agente oxidante se selecciona entre el grupo que comprende hipocloritos, peróxidos, permanganatos, percloratos y perboratos, así como combinaciones de los mismos.

6. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el mencionado agente oxidante se disuelve en un medio acuoso que se aplica, preferiblemente por atomización, sobre el material alcalino granular.

7. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la mencionada

oxidación acelerada se realiza, al menos parcialmente, después de haber rebajado a menos de 9 el pH de la

mencionada humedad.

8. Método de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el pH de la mencionada humedad se rebaja

a menos de 9 realizando la etapa de carbonación, al menos parcialmente, antes de y/o durante la etapa de

oxidación.

9. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la oxidación acelerada se realiza, al menos parcialmente, antes de la carbonación.

1. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el contenido de humedad del material granular es inferior a 9% en peso seco, preferiblemente inferior a 7% en peso seco y, más preferiblemente, inferior a 5% en peso seco durante la oxidación acelerada.

11. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, en el que la mencionada carbonación se realiza en un tambor rotatorio.

12. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el mencionado material granular carbonatable contiene al menos ceniza de fondo, en particular ceniza de fondo de incinerador de desechos municipal.

13. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que también comprende una etapa previa de eliminación de parte del aluminio metal por corrientes eddy.

14. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el material granular carbonatable comprende al inicio de la mencionada etapa de oxidación al menos ,1% en peso seco, en particular al menos ,3% en peso seco y, más en particular, al menos ,5% en peso seco de aluminio metal.

15. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el mencionado material carbonatable está en estado granular durante la mencionada etapa de carbonación y durante la mencionada etapa de oxidación, y comprende durante estas etapas partículas con un tamaño mayor que 1 mm.

16. Método de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el mencionado material carbonatable contiene partículas con un tamaño mayor que 2 mm y preferiblemente con un tamaño mayor que 4 mm durante las etapas de carbonación y oxidación.

17. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, que además comprende una etapa de peletización durante la cual las partículas del mencionado material carbonatable se aglomeran para obtener un material granular más grosero, etapa de peletización que se realiza antes de y/o durante la etapa de carbonación.

18. Método de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, que comprende la etapa

adicional de usar el material granular carbonatado y oxidado como agregado en construcción para producir una capa que no está unida mediante cemento.