La escoria de cobre es un subproducto de la extracción del cobre mediante fundición . Durante la fundición, las impurezas se convierten en escoria que flota sobre el metal fundido. La escoria que se enfría en agua produce gránulos angulares que se eliminan como desechos o se utilizan como se analiza a continuación.
La escoria de minerales concentrados mecánicamente antes de la fundición contiene principalmente óxidos de hierro y óxidos de silicio.
La escoria de cobre se crea durante el proceso de fundición del cobre. Cada año se producen alrededor de 4,5 millones de toneladas de escoria de cobre. Aunque la escoria de cobre se utiliza en granallado y en vertederos, en 2015 solo se utiliza entre el 15 y el 20% de ella. Dado que se trata de un material que se desperdicia mucho, encontrar formas de utilizarlo en diferentes industrias puede reducir el desperdicio general. Un estudio realizado por la Escuela de Ingeniería de Recursos y Seguridad de la Universidad Central del Sur en Changsha, China, explora la escoria de cobre como agregado de concreto. [1] Este estudio examina específicamente los beneficios ambientales de la escoria de cobre. Al realizar una evaluación del ciclo de vida del hormigón normal y del hormigón con agregado de escoria de cobre, los investigadores pudieron comparar las emisiones de carbono de ambos materiales y su sensibilidad al cambio.
La evaluación del ciclo de vida se realizó en 4 fases: objetivo y alcance, análisis del inventario del ciclo de vida, evaluación del impacto del ciclo de vida e interpretación del ciclo de vida. El objetivo y alcance de la evaluación del ciclo de vida fue evaluar el impacto ambiental del cemento desde la cuna hasta la puerta. Desde la cuna hasta las puertas es el momento en que se cosechan los materiales y se entregan para su uso. El análisis del inventario del ciclo de vida recopila datos sobre la entrada y salida de energía durante todo el proceso de creación del cemento dentro de los límites del objetivo y alcance. Los insumos que se consideraron en este proceso fueron materias primas y energía mientras que los resultados fueron diversas emisiones como dióxido de carbono, monóxido de carbono, etc. Durante la evaluación del impacto del ciclo de vida, se realizaron análisis caracterizados, normalizados y de sensibilidad para encontrar el potencial de agotamiento abiótico (ADP), el potencial de calentamiento global (GWP), el potencial de toxicidad humana (HTP), el potencial de acidificación (AP), el potencial de eutrofización (EP). y potencial de oxidación fotoquímica (POP) durante todo el proceso de producción. Una vez que se completa el análisis, los resultados se confirman con otros estudios como parte de la fase de interpretación del ciclo de vida.
El análisis del ciclo de vida concluyó que el cemento de escoria de cobre es más sostenible que el cemento Portland ordinario. En todas las categorías principales de evaluación de impacto del ciclo de vida, excepto el potencial de toxicidad humana (HTP), el cemento Portland ordinario tuvo un impacto más negativo que la escoria de cobre. El mayor potencial de toxicidad humana en la escoria de cobre fue causado por la electricidad gastada en la molienda de la escoria de cobre, que tiene una capacidad de molienda inferior. La discrepancia más significativa se produjo en la categoría de potencial de agotamiento abiótico (ADP), con una diferencia del 46,5%. El ADP es el agotamiento de organismos no vivos como los combustibles fósiles. El procesamiento de escoria de cobre requiere menos materias primas y carbón, por lo que es intuitivo que el cemento de escoria de cobre tenga un menor impacto en el ADP. En general, el impacto ambiental total del cemento Portland fue un 13,95% mayor que el del cemento de escoria de cobre, lo que demuestra el impacto positivo del uso de agregados de escoria de cobre.
En 2015, el Departamento de Ingeniería Civil del Instituto Parisutham de Tecnología y Ciencia realizó un estudio sobre el comportamiento de los agregados de escoria de cobre. [2] El objetivo del estudio era probar la viabilidad de la escoria de cobre como agregado. Para observar qué tan aplicable podría ser la escoria de cobre en la industria de la construcción, se evaluaron diferentes proporciones de escoria de cobre y mezclas de arena en el concreto para comprender los efectos de la escoria de cobre en el concreto. Se examinaron propiedades tales como resistencia a la compresión, resistencia a la tracción, asentamiento y trabajabilidad.
El efecto que tiene la escoria de cobre sobre la resistencia a la compresión del concreto se encontró realizando pruebas de resistencia a la compresión en varias mezclas de concreto de 7 y 28 días. La proporción de escoria de cobre a arena en cada mezcla varió en incrementos del 20%, del 0% al 100%. Dado que cada mezcla tiene una cantidad única de cobre, se pueden observar los efectos de la escoria de cobre en el hormigón. Los resultados de la prueba de resistencia a la compresión encontraron que la resistencia a la compresión aumentaba a medida que aumentaba la cantidad de escoria de cobre en una mezcla. En una mezcla de 28 días con 0% escoria de cobre el agregado tuvo una capacidad de 35.66 MPa mientras que la mezcla con 100% escoria de cobre tuvo una capacidad de 48.76 MPa.
El agregado de escoria de cobre también se probó bajo la prueba de resistencia a la tracción para comprender cómo afecta la tensión del concreto. Los parámetros de la prueba fueron los mismos que los de la prueba de compresión con mezclas de 7 y 28 días que tenían cantidades variables de agregados de escoria de cobre en incrementos del 20%. La escoria de cobre demostró aumentar la resistencia a la tracción ya que las mezclas con más escoria de cobre tenían altas capacidades. Una mezcla de 28 días con 0% de agregado de escoria de cobre tuvo una capacidad de 4.75 MPa mientras que una mezcla con 100% de escoria de cobre tuvo una capacidad de 8.64 MPa. En ambos ensayos también se observó el asentamiento del hormigón. El asentamiento es una medida de la consistencia del concreto antes de que fragüe; un asentamiento más alto es más fluido. Al igual que los resultados de las pruebas de resistencia, el asentamiento aumentó con proporciones más altas de escoria de cobre. La mezcla 0% escoria de cobre tuvo un revenimiento de 25 mm mientras que la mezcla con 100% escoria de cobre tuvo 82 mm. Estos resultados pueden deberse a la baja absorción de agua de la escoria de cobre (0,16%) en comparación con la arena (1,25%).
En cuanto a su resistencia, el agregado de escoria de cobre proporciona una excelente alternativa a la arena. Para obtener máxima resistencia, lo ideal es reemplazar el 100% de escoria de cobre por arena. Sin embargo, la escoria de cobre tiene una menor absorción de agua y crea un mayor asentamiento, lo que provoca sangrado en el concreto. El sangrado es el proceso en el que el agua del hormigón es empujada hacia arriba debido a los asentamientos de partículas pesadas en la mezcla de hormigón. Debido a este problema, los investigadores recomiendan un uso de hasta un 60% de proporción de escoria de cobre y arena. [3]
La escoria de cobre se utiliza principalmente para la limpieza con chorro de arena de superficies. El chorro abrasivo se utiliza para limpiar y dar forma a la superficie de metal, piedra, hormigón y otros materiales. En este proceso, una corriente de granos abrasivos llamados arenilla se impulsa hacia la pieza de trabajo. La escoria de cobre es solo uno de los muchos materiales diferentes que pueden usarse como arena abrasiva. La tasa de consumo de arena, la cantidad de polvo generado y la calidad del acabado superficial son algunas de las variables afectadas por la elección del material de arena.
A nivel internacional, los medios descritos se fabrican de conformidad con la norma ISO 11126-3 [4]
Los medios de granallado fabricados con escoria de cobre causan menos daño a las personas y al medio ambiente que la arena. El producto cumple con los más estrictos estándares sanitarios y ecológicos.
La escoria de cobre se puede utilizar en la producción de hormigón como sustituto parcial de la arena. La escoria de cobre se utiliza como material de construcción , formando bloques. Este uso era común en áreas donde se realizaba fundición, incluidas St Helens y Cornwall [5] en Inglaterra . En Suecia (región de Skellefteå), la escoria granulada de cobre ahumada y sedimentada de la fundición de cobre Boliden se utiliza como material de construcción de carreteras. La escoria granulada (fracción de tamaño <3 mm) tiene propiedades aislantes y de drenaje que se pueden utilizar para evitar las heladas del suelo en invierno, lo que a su vez previene las grietas del pavimento. El uso de esta escoria reduce el uso de materiales primarios y reduce la profundidad de la construcción, lo que a su vez reduce la demanda de energía en la construcción. Por las mismas razones, la escoria granulada se puede utilizar como material de relleno y aislante en cimientos de casas en climas fríos. Muchas casas en la misma región se construyen sobre cimientos aislados con escoria. [6]
El hormigón pesado tiene una capacidad de protección superior ya que aumenta la densidad de las mezclas. De hecho, el uso de materiales de alta densidad como fase agregada juega un papel importante en mejorar la capacidad de atenuación del concreto, ya que los agregados constituyen aproximadamente tres cuartas partes del volumen del concreto. El alto número atómico de estos materiales favorece la absorción y ralentiza los neutrones de los rayos gamma, lo que a su vez reduce la profundidad de penetración de los dañinos rayos gamma en el interior del hormigón. El uso de hormigón pesado elimina la necesidad de muros gruesos que sirven como obstáculos arquitectónicos y limitan el espacio disponible. En este estudio se prepararon mezclas de concreto con diferentes porcentajes de GGBFS y CS como reemplazo parcial del cemento y agregado fino natural, respectivamente. Las mezclas de concreto fueron sometidas a fuentes puntuales de 137Cs y 60Co. La capacidad de protección contra la radiación de las mezclas de concreto se evaluó en términos de coeficiente de atenuación lineal (μ) y capa de valor medio (HVL). El uso de GGBFS como reemplazo parcial del cemento generalmente resultó en un aumento menor en el coeficiente de atenuación lineal de las mezclas. Por otro lado, el efecto de la CS sobre el coeficiente de atenuación lineal fue más pronunciado ya que el coeficiente de atenuación lineal aumentó en un 31% con el uso de agregados de CS pesados. A partir de los resultados de las pruebas se confirmó que la sustitución parcial de la arena natural por CS redujo aún más el espesor de la capa de valor medio (HVL). Los resultados mostraron que el hormigón elaborado con 60 % de GGBFS y 100 % de CS exhibe una capacidad superior de protección contra la radiación y satisface los requisitos de resistencia para aplicaciones estructurales. Por tanto, es adecuado para el blindaje radiológico de estructuras como centros sanitarios. [7]