Jornadas JEI 2007 - Córdoba, Noviembre de 2007

APROVECHAMIENTO INTEGRAL DE LAS ARENAS REGIONALES

Mg. L. Muñoz, Ing. Oscar Treppo, S.Cerini, P. Bocalandro, E. Gonzalez

Grupo de Investigación de Materiales y Agregados Regionales -GIMAR

Departamento de Ingeniería Civil

Facultad Regional Concepción del Uruguay

Universidad Tecnológica Nacional

E3264BTD Ing. Pereira 676 Concepción del Uruguay, Entre Ríos, Argentina

e-mail: muniozl@ftcu.utn.edu.ar

silce22@hotmaiLcom

guardiaimperial@gmail.com

Palabras claves: aprovechamiento integral, arena, magnetita, desaITollo sustentable.

Resumen. El agotamiento progresivo y el uso creciente de los materiales de construcción plantean la necesidadde investigar el aprovechamiento integral de los mismos. En la extracción de canto rodado de la regiónconsiderada (margen derecha del Río Uruguay en el centro-este de Entre Ríos) un porcentaje importante dearena se desecha durante el proceso de lavado del agregado grueso, lo cual actualmente se está lograndocomen=ar a revertir.

El grupo de investigación estudia el aprovechamiento de estas arenas desde el punto de vista del agregado fino,mediante relavado, y de la separación de mineral de hierro en el mismo proceso. El mineral de hierro quecontienen es de baja ley, pero se pretende obtenerlo como subproducto, lo que agregaría valor a la extracción, yla haría ambientalmente más compatible.En este trabajo se presentan avances logrados con los equipos de separación magnética cksarrollados en ellaboratorio, los que demuestran lafactibilidad técnica del proceso a escala de obra, así como la investigaciónrealizada sobre los usos posibles del mineral ck hierro en la construcción y en la industria, en la forma delproducto final que se estima posible obtener en los lugares de explotación.Con este proceso, tanto para las explotaciones ck canto rodado, como para la extracción ck agregados del ríose pueden aprovechar mas del 90 % de los materiales extraídos (que en muchos casos actualmente es de solo el30%), es decir grava (agregado grueso), arena (agregado fino) y mineral ck hierro (magnetita, usado entreotros destinos en lafabricación ckl cemento).

1 INTRODUCCIÓN

La investigación del grupo GIMAR en loreferente a las arenas está centralizadaactualmente en los grandes acopios de arenaresultante del lavado de canto rodado, que sumanmillones de metros cúbicos. Estas arenascomparten un mismo origen con las extraídas delrío pero sin embargo han sido sistemáticamentedesechadas en el pasado y en el presente.

El cuestionamiento principal proviene de sueventual contenido en sales, siendo el mismo no

uniforme ni de la misma composición endiferentes canteras.

La arena de lavado desechada es petrográfica yquímicamente igual al canto rodado o agregadogrueso, con la diferencia que su tamaño es menorpor causas del transporte, distancia y selección.Se extrae de la misma cantera y contiene elmismo grado salino, incorporado por el aguasubterránea, que la grava o agregado grueso.

Experiencias realizadas por el grupo con laconstrucción de un lavadero de laboratorio aescala, permitieron comprobar que con un

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relavado, estas arenas reúnen las condicionespara ser utilizadas en morteros y hormigones.

Esto es muy importante en momentos que losrecursos comienzan a agotarse y elaprovechamiento de los mismos tiende a serintegral, es decir, a aprovechar al máximo todo elmaterial extraído y a desechar lo menos posible.Por un lado se excavan grandes superficies paraobtener un aprovechamiento de un 30 % dematerial útil. Por otra parte, se extrae materialsimilar al desechado de otros sitios (por ejemploarena del río) afectando otras áreas ymodificando entornos naturales (cauce, equilibrioerosión-sedimentación del río, etc.), para obteneragregado [mo (arena) que podría conseguirse delas mismas canteras de canto rodado (grava,piedra, agregado grueso, según lasdenominaciones usadas).

En estos ensayos de laboratorio se visualizó laposibilidad de aprovechar, además, otro de loscomponentes del material extraído para alimentarlos lavaderos de canto rodado, la magnetita. Laextracción de este mineral de las arenas, para serutilizada en otros destinos, permitirá ademásobtener arena silícea libre de hierro, que es unode los limitantes en la calidad de las arenassilíceas para uso en vidrios de calidad ycristalería.

El uso de la arena de relavado es en principio suutilización como agregado fino en construcción.En el proceso de movilización de la arena encinta transportadora para ser relavada, se leextrae la magnetita con el separador magnéticoque la dirige a un acopio aparte.

2 MINERALOGÍA DE LAS ARENASMUESTREADAS

2.1 Minerales del grupo de la Sílice

Los presentes en las arenas muestreadas son lossiguientes y se describen en orden departicipación porcentual:

Cuarzo (SiOz): es el principal constituyente de lasarenas, de gran estabilidad química y resistencia.Tiene dureza 7, 10 que 10 hace resistente aldesgaste, aunque es frágil (al impacto). Poseeestructura cristalina bien desarrollada por 10 quees estable al ataque de los álcalis liberadosdurante el fraguado del hormigón.

Calcedonia (SiOz): es una variedadmicrocristalino del anterior. Tiene similarescaracterísticas de dureza que el cuarzo.Levemente susceptible a la reacción álcalis-agregado, aunque esto pierde relevancia para usoen mezclas asfálticas.

Ópalo (Si Oz.n HzO): Es una variedad amoría(no posee estructura cristalina) e hidratada. Tienedureza 6 (alta, levemente inferior al cuarzo).Considerado un mineral reactivoa la reacciónálcalis agregado. Vale la misma aclaración quepara el caso anterior (no en mezclas asfálticas) yademás se encuentra en porcentajes muy bajos.

El peso específico de los sólidos en el grupo delcuarzo es de 2.65 excepto el ópalo que es de 2.5

2.2 Minerales pesados:

Magnetita (Fe3 04): existe como mineralaccesorio en la fracción arena. La oxidación deeste mineral confiere a los granos una tonalidadamarillenta. En cantera el óxido de hierro recubrecon una pátina removible a los granos de arena,10 cual puede debilitar la adherencia si no eslavado convenientemente. Se debe tener encuenta que esto es más gravitante en su uso concementos tipo Pórtland que su uso en asfaltos.

El porcentaje de magnetita es del 0.7. El pesoespecífico es aproximadamente 5. .

3 ENSAYOS DE CONTENIDO DE MAGNETITACON SEPARADOR MAGNÉTICOSEMIMECANIZADO

La magnetita se encuentra en el materialaluvional de las terrazas del río Uruguay, asícomo en los depósitos actuales.

En trabajos realizados anteriormente, seidentificaron valores de contenidos de magnetitarelativamente constantes en las arenasprovenientes del lavado de canto rodado.

La magnetita presenta valores indudablementebajos si se considera su explotación como"mena", ya que la media es inferior al 1%,aunque como se puede ver luego en los ensayos,hay acopios con valores mayores.

Con el empleo de una cinta transportadora, queacarrea la arena desde la tolva hasta el separadordonde le extrae el mineral de hierro y la arenapuede ir a un acopio o directamente al relavado

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antes citado, se realizaría la separación y elrelavado en una sola operación.

3.1 Procedimiento

Las muestras se obtienen de acopios de canteras,junto con las destinadas a ensayos decaracterización y tipificación como agregado fmopara hormigones y morteros.

En ambos casos las muestras de a~pio se tomanrealizando una limpieza superficial, paraminimizar los eventuales efectos del lavado poragua de lluvia y en profundidad o en canaleta, sies en un frente, para compensar los efectos deestratificación artificial.

El volumen reducido se seca en estufa, se pesa yse procede al volcado uniforme sobre la cintatransportadora del separador magnético que esoperada manualmente mediante una manija y unapolea.

Actualmente en los ensayos de separación demagnetita y determinación de porcentajesseparados se trabaja sobre la eficiencia delseparador teniendo en cuenta las condicionesnaturales en que llega la arena a la cintatransportadora, por ejemplo contenido dehumedad, agregados en forma de terrones, etc.

También se trabaja en la realización de ensayosde segundo y tercer ciclo de separación a fin deevaluar (se trabajará en ello) la conveniencia deintercalar mas de un separador magnético a lolargo de la (o las) cintas.

A continuación se muestran algunos ensayosrealizados donde se pueden ver resultadosobtenidos empleando separador magnético conuna o mas pasadas. En algunos casos verificandoel contenido de humedad con que llegan lasmuestras al proceso, es decir la humedad quecontienen en el acopio (a la intemperie).

Ver Tabla l.

3.2 Resultados de ensayos

En los acopios es notoria la selección del materialdesde el punto de vertido hacia las zonas masdistantes del acopio, sobre todo en tamaño. En elcaso de la magnetita existe una tendencia a laselección natural por su elevado peso específico,lo que se observa en determinados perfiles comoun bandeado que se resuelve lateralmente en

forma lenticular. Esto explica la mayor parte delas diferencias de resultados en los ensayossemimecánicos, y dado que provienen de layacencia en acopio se mantendrán en oportunidadde los ensayos con separador magnéticomecanizado programados.

Después de varios ciclos de separación, seobtiene un porcentaje cercano al real demagnetita existente en las arenas. Muchos de losporcentajes que se observan en la Tabla 1corresponden a magnetita aún. mezclada conarena.

En el equipo a escala de laboratorio totalmentemecanizado en construcción, además deeliminarse el factor del operador, se esperaexperimentar la optimización del procedimiento.

Principalmente se trabajará sobre técnicas desecado rápido (mediante la proyección de airecaliente sobre la cinta) para el caso de sectoresdonde los acopios presenten humedad, lo que secomprobó que disminuye la eficiencia delseparador. De no obtenerse el concentrado con lapureza requerida, se prevé duplicar el separadormediante el volcamiento de la magnetita separadasobre una tolva que caiga en otra cinta que repitael proceso en una segunda separación.

4 USOS DE LA MAGNETITA

La magnetita es un mineral de óxido de hierro decolor negro, que también es un imán natural. Confrecuencia se extrae como mineral de hierro, perotiene muchos otros usos importantes.

El destino principal pensado hasta el momentopara la magnetita separada de estos acopios yyacimientos es en la producción de cemento. Elcemento se fabrica a partir de calizas (carbonatode calcio) como componente principal, arcillacomo componente en menor proporción yagregado de hierro, yeso y otros aditivos enpequeño porcentaje. El hierro se agregageneralmente en una proporción del 5%. Dadoque las rocas utilizadas frecuentemente poseenbajo contenido de sílice, es común que se leadicione sílice en forma de cuarzo. La arenasilícea (cuarzosa) que eventualmente no fueraseparada en el proceso con el separadormagnético, podría servir además como aditivo.

La magnetita se emplea como un agregado denso

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para proyectos de ingeniería civil, aplicacionespara construir cimientos, estabilización del sueloy amortiguación de la vibración en lasestructuras. Los hormigones pesados se utilizancomo protección contra las radiacionesproducidas en las plantas en base a energíanuclear. La obtención de estos quedacondicionada al empleo de áridos bajo pesoespecífico, para lo cual se obtienen normalmentede rocas mineralizadas. Las variedades masusadas provienen de los minerales de hierro, talescomo la magnetita, la ilmenita y la hematita, loscuales son sometidos a un proceso de molienda yselección, obteniéndose áridos cuyos pesosespecíficos oscilan entre 4.2 y 4.8 kg/dm3.

Además, la magnetita, se utiliza bastante comocontrapeso en excavadoras, cargadores ydescargadores navieros e incluso en lavadorasdomésticas. Este versátil material se puedeutilizar también en el almacenamiento de calor oen fertilizantes. En pinturas pigmentadas conmagnetita pura y con cobre y cromo se hacomprobado sus propiedades anticorrosivas. Los

resultados demuestran que la magnetita no es unpigmento inerte, y que la presencia de loselementos antes mencionados puede mejorar elcomportamiento de las pinturas anticorrosivas demagnetita.

El agua que a diario se consume puede poseeruna alta contaminación con arsénico, plomo ymercurio, entre otros. En el tratamiento del aguase utilizan filtros que además de eliminar lasimpurezas sólidas, los olores y saboresdesagradables que pueda poseer el agua, retienenlos contaminantes metálicos. Básicamente estosconsisten en una unidad filtrante en donde seencuentran confmados hermética einvjolablemente magnetita, carbón activado conplata y cuarzo microcristalino que retienen losmetales pesados. A esta unidad se le antepone unprefiltro, renovable, compuesto por cuarzomicrocristalino que tiene la función de retener lossólidos en suspensión aumentando la eficienciadel filtro de magnetita.

5 TABLAS

N° de Porcentajes ('Yo) % %muestra

Magnetita HumedadPrimera Separación Segunda Separación Tercera Separación residual

enEnsavo Arena Maanetita Arena Maanetita Arena Magnetita arena

1 99,03 0,84 99,77 0,20 13,73 83,95 0,87 -

2 99,08 0,85 99,76 0,20 10,48 88,76 0,93 -

3 98,90 0,99 99,61 0,27 24,76 74,60 0,93 -4 99,18 0,74 99,82 0,17 10,24 88,42 0,79 -5 98,69 1,13 99,76 0,18 23,47 73,62 , 0,96 -6 98,80 1,06 99,54 0,38 23,94 72,54 1,03 -

1 98,38 0,13 99,05 0,29 99,59 0,41 0,00 2,34

1 99,71 0,12 99,84 0,08 16,67 66,67 0,13 2,34

2 99,73 0,18 99,78 0,08 38,81 67,16 0,18 2,34

3 99,65 0,18 99,86 0,06 37,70 63,93 0,16 2,34

4 99,76 0,18 99,90 0,06 23,33 73,33 0,18 2,34

1 99,82 0,13 99,91 0,04 15,09 83,02 0,15 2,31

2 99,78 0,19 99,93 0,03 11,11 88,89 0,19 2,31

3 99,73 0,22 99,92 0,04 11,20 88,80 0,22 2,31

1 98,21 1,43 99,23 0,78 29,69 69,87 1,57 O

1 98,72 1,17 99,58 0,43 12,18 84,46 1,30 O

2 98,46 1,48 99,56 0,39 17,09 84.62 1,58 O

3 98,63 1,27 99,29 0,52 14,06 85,51 1,51 O

1 97,15 2,73 99,78 0,27 9,72 89,38 2,64 5,37

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Tabla 1. Porcentajes de arena y magnetita obtenidos con separador magnético semimecanizado

2 96,77 3,21 99,41 0,58 19,29 81,06 3,05 5,37

3 96,83 3,14 99,22 0,77 18,05 81,69 3,18 5,37

4 97,66 2,31 99,55 0,43 9,51 89,51 2,45 5,37

5 97,39 2,51 99,25 0,44 9,27 89,15 2,63 5,37

6 96,62 3,52 98,86 1,11 29,05 71,09 3,25 5,37

7 96,06 3,88 98,86 1,14 21,33 78,71 3,91 5,37

1 98,79 1,16 99,72 0,28 7,57 91,97 1,34 8,12

2 98,79 1,20 99,62 0,33 9,98 90,02 1,38 8,123 98,65 1,31 99,69 0,29 8,35 91,44 1,46 8,12

4 98,87 1,10 99,77 0,19 7,75 90,96 1,17 8,12

5 98,79 1,17 99,68 0,29 8,86 89,55 1,31 8,12