ES2371048T3

ES2371048T3 - Procedimiento para producir un material granular.

Info

Publication number: ES2371048T3
Application number: ES09702966T
Authority: ES
Inventors: Evelyne NGUYÊN; Dirk Van Mechelen; Philippe Descamps
Original assignee: Recoval Belgium
Current assignee: Recoval Belgium
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2011-12-26
Anticipated expiration: 2029-01-15
Also published as: CA2712063A1; US8623134B2; WO2009090219A1; DK2238087T3; EP2238087A1; CA2712063C; EP2238087B1; ATE518813T1; US20110017101A1; WO2009089906A1; BRPI0906852A2; ZA201005073B

Abstract

Un procedimiento para producir un material granular (26) para su mezcla con al menos un agente aglomerante hidráulico y con agua para producir mortero u hormigón, caracterizado por que comprende: una etapa de agregación, en la que dichas partículas de escoria procedentes de al menos una fina fracción (24) de escoria de acero que contiene una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio, son agregadas en granos más grandes con el fin de formar un material granular más basto o grueso (25); y una etapa de carburación en la que dichas partículas de escoria de acero contenidas en dicho material granular más grueso (25) son carburadas por medio de dióxido de carbono con el fin de producir un material granular carburado (26) cuyos granos contienen dichas partículas de escoria de acero, unidas o ligadas entre sí por una matriz sólida que contiene carbonatos formados durante la etapa de carburación.

Description

Procedimiento para producir un material granular.

La presente invenci6n se refiere a un procedimiento para producir un material granular para su mezcla con al menos un agente aglomerante hidraulico y con agua, a fin de producir mortero u hormig6n.

La industria del acero produce grandes cantidades de materiales de desecho, en particular, en forma de impurezas o escoria de acero. El desechado de esos residuos constituye un problema significativo, en particular, para la escoria de acero que contiene contaminantes tales como metales pesados, por ejemplo, cromo, niquel o molibdeno, y/o hal6genos, por ejemplo, fluor, que pueden constituir un riesgo significativo para el medioambiente y la salud, en el caso de que se filtren o lixivien al exterior, en el medioambiente y, en particular, en fuentes de suministro de agua y/o en la cadena alimenticia.

La Escoria de Alto Horno Granulada (GBFS -"Granulated Blast Furnace Slag"), formada principalmente por una fase amorfa de una mezcla de 6xidos de calcio, de silicio, de aluminio y de magnesio formados tras un temple o enfriamiento rapido de la escoria fundida, puede utilizarse al menos como agregado basto en composiciones de hormig6n, o bien, en una forma finamente molida (GGBFS -"Ground GBFS"), como sustituto del cemento. Sin embargo, la fracci6n fina de escoria lentamente enfriada y, por tanto, mayormente cristalina, ha mostrado hasta el presente propiedades extremadamente negativas de absorci6n de agua. Semejante escoria contiene γ-silicato de dicalcio, que no tiene propiedades aglomerantes pero, por otra parte, es capaz de absorber grandes cantidades de agua. Esto tiene efectos perjudiciales, por ejemplo, para la durabilidad del hormig6n y su capacidad de ser trabajado, en el caso de que esta escoria se utilice como agregado fino (esto es, arena) o relleno. Como el γ-silicato de dicalcio absorbe gran cantidad del agua vertida en la mezcla de hormig6n, esta no consigue hacerse lo suficientemente fluida como para ser vertida de manera eficaz, lo que impide que pueda trabajarse con ella. Es mas, a medida que el agua atrapada en el seno de la escoria es liberada durante el proceso de fraguado del hormig6n, puede formar pequefos huecos que van en detrimento de su resistencia y durabilidad.

A temperatura ambiental, la escoria de limo-silicato cristalino comprende generalmente cristales de silicato de dicalcio, (Ca0)2Si02, tanto en su estado polim6rfico β como en el γ. A medida que el silicato de dicalcio fundido se enfria lentamente y se solidifica, pasa por diversas formas polim6rficas:

: α con estructura cristalina hexagonal,

: αH' con estructura cristalina ortorr6mbica,

: αL' con estructura cristalina ortorr6mbica,

: β con estructura cristalina monoclinica, y

: γ con estructura cristalina ortorr6mbica.

Como la ultima transici6n esta asociada a un incremento de aproximadamente el 12% en volumen, ello provoca elevadas tensiones y microgrietas en los cristales de silicato de dicalcio del estado ortorr6mbico y polim6rfico. Estas microgrietas explican lo desventajoso de las propiedades de absorci6n de agua que se han encontrado hasta el presente en la escoria que contiene γ-silicato de dicalcio, en tanto en cuanto el agua es absorbida en su seno por capilaridad.

El incremento de volumen en la transici6n del estado polim6rfico β al estado polim6rfico γ no solo provoca microgrietas, sino incluso la fractura y separaci6n de los granos. Como resultado de ello, la fina fracci6n de la escoria sera desproporcionadamente rica en γ-silicato de dicalcio, comparativamente blando. Debido a las microgrietas anteriormente mencionadas y a la capilaridad asociada, esta fina fracci6n de la escoria tendra una capacidad de absorci6n de agua de mas del 35%. Y lo que es mas, en condiciones comparativamente humedas, es capaz de retener esta agua durante periodos de tiempo mas largos.

En el articulo "El uso de escoria de acero inoxidable en el hormig6n" ("The use of stainless steel slag in concrete"), de A. Kortbaoui, A. Tagnit-Hamou y P.C. Aitcin, Cement-Based Materials [Materiales basados en el cemento], paginas 77-90, 1993, se proponia un procedimiento para producir mortero u hormig6n que comprendia la etapa de mezclar al menos una fina fracci6n de particulas de escoria de acero, que contienen una cantidad significativa de γsilicato de dicalcio, con al menos un agente aglomerante hidraulico y con agua para producir dicho mortero o dicho hormig6n. Sin embargo, la cantidad utilizada estaba limitada por el efecto negativo que tenia esa fina fracci6n en la capacidad de ser trabajada de la mezcla de cemento. Puesto que la fina fracci6n de escoria de acero puede absorber grandes cantidades de agua, el uso de las cantidades normales de agua en la mezcla dara como resultado una pasta espesa, casi s6lida. En particular, este impacto negativo en la susceptibilidad para ser trabajada de la mezcla de cemento la hara inadecuada para su uso en hormig6n compactado por si mismo o de autocompactaci6n, segun se define por las Directrices Europeas para el Hormig6n de Autocompactaci6n, publicadas por la 0rganizaci6n Europea del Hormig6n Precolado ("European Precast Concrete 0rganisation"), la Asociaci6n Europea

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del Cemento ("European Cement Association"), la 0rganizaci6n Europea del Hormig6n Listo para su Mezcla ("European Ready-mix Concrete 0rganisation"), la Federaci6n Europea de Asociaciones de Mezclas de Hormig6n ("European Federation of Concrete Admixture Associations") y la Federaci6n Europea de Especialistas en Productos Quimicos y Sistemas de Hormig6n para la Construcci6n ("European Federation of Specialists Construction Chemicals and Concrete Systems"). Afadir mas agua, sin embargo, tendra un impacto negativo en la resistencia del hormig6n, ya que se forma una pelicula de agua alrededor de cada particula de escoria de acero, que dejara un espacio vacio una vez que se endurezca el hormig6n. Los intentos de compensar este hecho mediante la adici6n de un agente plastificante o un cemento aumentaran el coste.

Por otra parte, en las instalaciones de producci6n de hormig6n, el agua que es adsorbida sobre las particulas de los agregados finos y bastos (puesto que esta agua se encuentra facilmente disponible en el mortero o en la mezcla de hormig6n) se tiene en cuenta a la hora de ponderar los diferentes ingredientes del hormig6n o del mortero que se ha de preparar, pero no asi la cantidad de agua que es absorbida mas intensamente en el seno de estos agregados. El agua absorbida se determina, mas concretamente, determinando la densidad de "superficie seca" de los agregados y calculando la diferencia entre la densidad real de estos agregados y la densidad de "superficie seca" de los mismos. Cuando las particulas de escoria de acero estan secas, absorben una gran cantidad de agua de la composici6n de hormig6n o de mortero, lo que tiene como resultado, como se ha explicado en lo anterior, una pobre susceptibilidad de ser trabajada. Por otra parte, puesto que la cantidad de agua absorbida en las particulas de escoria de acero tiene un importante efecto en la densidad de las particulas de escoria de acero, el uso de particulas de escoria de acero, secas o humedas, tendra, ademas, un considerable efecto en la composici6n del hormig6n o del mortero segun sean ponderados los diferentes componentes. Los ensayos del presente Solicitante han revelado que la fina fracci6n de escoria no templada puede absorber mas del 35% en peso de agua (determinado sobre la base del peso de "superficie seca", es decir, que no incluye nada de agua adsorbida sobre las particulas de escoria), en tanto que, tras el secado a 42°C, el contenido de agua puede ser menor que la decima parte de eso. Esto tiene como resultado un intervalo de contenidos de agua muy amplio en condiciones reales, antes bien que de laboratorio, lo que, en la practica, hace muy dificil mantener parametros de material consistentes bajo diversas condiciones climaticas, especialmente habida cuenta de que el contenido de agua absorbida en las particulas de escoria no se tiene presente a la hora de ponderar los ingredientes del hormig6n o del mortero. Una desventaja de una elevada absorci6n de agua es que el aumento del peso especifico de la escoria saturada de agua y de las mezclas de mortero o de hormig6n que la contienen, tiene como resultado unos costes de transporte mas altos y requiere unas cajas mas fuertes a la hora de colar el hormig6n.

Tambien, el agua absorbida en el seno de las particulas de escoria puede formar embolsamientos en el hormig6n o el mortero que las contiene. Estos embolsamientos de agua pueden hacer que el material terminado sea mas vulnerable a las heladas. Por ultimo, puesto que la escoria puede contener metales pesados, la filtraci6n sigue siendo un problema considerable.

En el documento EP 1.420.000, se ha utilizado una fina fracci6n de escoria no templada que contiene γ-silicato de dicalcio, no como arena sino como mezcla de cemento. De esta forma, la cantidad de agua se ajusta a la cantidad de escoria. Sin embargo, los ensayos de esa divulgaci6n muestran una rapida disminuci6n de la resistencia a la compresi6n del mortero resultante al aumentar la relaci6n de escoria / cemento. El uso de semejante material fino de escoria se ve, por tanto, limitado a cantidades comparativamente pequefas, ya que la mezcla de cemento representa solo una pequefa fracci6n del peso total del mortero u hormig6n resultante.

Por todas estas razones, la fina fracci6n de escoria no templada con contenido de γ-silicato de dicalcio ha demostrado ser, hasta ahora, muy dificil de reciclar.

El problema acometido por la presente invenci6n es, por tanto, reducir la absorci6n del agua y la filtraci6n o lixiviaci6n de metales pesados de una fina fracci6n de particulas de escoria de acero que contiene una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio, a fin de ser capaz de aumentar la cantidad de este material de desecho que puede mezclarse con al menos un agente aglomerante y con agua para producir mortero u hormig6n.

Este problema se resuelve gracias a un procedimiento que comprende una etapa de agregaci6n y una etapa de carburaci6n. En la etapa de agregaci6n, particulas de escoria de acero procedentes de una fina fracci6n de escoria de acero, en particular, una fina fracci6n de escoria de acero que contiene una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio, son agregadas en granos mayores a fin de formar un material granular mas grueso o basto. En la etapa de carburaci6n que sigue, las particulas agregadas hasta formar dicho material granular mas basto son carburadas por medio de di6xido de carbono con el fin de producir un material granular carburado.

Mediante la combinaci6n de estas etapas, se obtiene un material con una absorci6n de agua significativamente mas baja y, por tanto, una susceptibilidad de ser trabajado significativamente mejor cuando se mezcla con cemento y agua. La carburaci6n convierte los hidr6xidos de calcio y/o de magnesio en fases de carbonato de calcio y de magnesio con propiedades aglomerantes que cierran las microgrietas en las finas particulas de escoria de acero, reduciendo significativamente su afinidad al agua, y las unen o ligan entre si en el seno de cada grano, con lo que se proporciona, ya sin ningun agente aglomerante adicional, un material mas duro y grueso o basto que la fina fracci6n de escoria inicial, con un abanico mucho mas amplio de aplicaciones. El contenido de agua en el seno de estos

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granos (contenido de agua de "superficie seca") permanece dentro de un intervalo mucho mas estrecho a lo largo y ancho de las diversas condiciones de calor y humedad diferentes, por lo que hace su uso en mezclas de hormig6n y de cemento mucho mas practico en condiciones reales que el de las finas escorias de acero no tratadas. Ademas, la etapa de carburaci6n tambien proporciona unos medios para captar el di6xido de carbono, el cual, en caso contrario, seria un problema como consecuencia del efecto invernadero, y atrapa los metales pesados en el seno de los granos, reduciendo la filtraci6n o lixiviaci6n contaminante.

Aunque en la Solicitud de Publicaci6n de Patente japonesa JP 2001-026470 se ha propuesto carburar la superficie de la escoria de acero que contiene contaminantes, al objeto de atraparlos en ella y endurecer la superficie de la escoria de acero, asi como utilizarla como material de construcci6n, no se ha considerado agregarla primeramente a, o mezclarla con, un agente aglomerante hidraulico y agua con el fin de producir mortero u hormig6n. Por otra parte, puesto que en el procedimiento divulgado la escoria es carburada s6lo en la superficie, sus propiedades mecanicas siguen siendo insuficientes y los contaminantes siguen pudiendo filtrarse al exterior si se rompe la superficie.

En la divulgaci6n "Carburaci6n acelerada de materiales de silicato de calcio de desecho" ("Accelerated carbonation of waste calcium silicate materials"), presentada en el Foro de J6venes Investigadores (Young Researchers Forum) organizado por el Grupo de Materiales de Construcci6n de SCI (SCI Construction Materials Group) y publicada el 27 de abril de 2000, se ha propuesto un procedimiento para carburar una fina fracci6n de particulas de escoria de acero que contienen una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio, dentro de un molde, a fin de producir un material de construcci6n endurecido en forma de briquetas.

Este procedimiento presenta, sin embargo, diversas desventajas. En primer lugar, debido a la difusi6n limitada del C02 en el interior del molde, este procedimiento unicamente es adecuado para producir pequefas partes de construcci6n previamente coladas. Por otra parte, incluso con tales partes de pequefo tamafo, es dificil garantizar que el material sea carburado uniformemente, por lo que queda habitualmente un nucleo insuficientemente carburado, con insatisfactorias propiedades mecanicas y de filtraci6n.

Como alternativa, en la Publicaci6n de Solicitud de Patente japonesa JP 2003-212617 se ha propuesto otro procedimiento en el que una fina fracci6n de particulas de escoria de acero que contienen una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio, se mezcla con un agente aglomerante y con agua dentro del molde antes de ser carburada. Puesto que, en este caso, la etapa de carburaci6n se lleva a cabo tambien en el molde, tras la mezcla de los componentes, este procedimiento tambien presenta las mismas desventajas. No puede ser aplicado sobre el terreno, ni para colar partes grandes en hormig6n, sin un equipo de carburaci6n complejo.

Con el procedimiento de la invenci6n, sin embargo, puesto que su producto es un material granular suelto, sera posible carburar la fina fracci6n de escoria de acero con antelaci6n, y obtener un material granular que es facil de almacenar y manejar antes de ser mezclado con el agente aglomerante y con agua de una forma convencional.

En la Solicitud de Patente Internacional W0 2007/096671, se ha propuesto un procedimiento para producir mortero u hormig6n, que comprende la etapa de carburar finos materiales de desecho antes de mezclarlos con al menos un agente aglomerante hidraulico y con agua. Sin embargo, los materiales de desecho mencionados son residuos de procesos de canteado y de combusti6n, y no parece que hubiera sido evidente para la persona experta que fuera ventajoso, o siquiera posible, aplicar el mismo procedimiento a escoria de acero y, mas especificamente, a una fina fracci6n de particulas de escoria de acero que contienen una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio.

En la Solicitud de Patente francesa FR 2.735.767 se ha descrito un procedimiento para producir hormig6n, que comprende la etapa de carburar particulas de escoria de acero mas gruesas o bastas con el prop6sito de crear una capa impermeable al agua en torno a cada particula e impedir una lenta hidrataci6n e hinchamiento del limo libre que existe en el seno de las particulas de escoria, una vez que se han incorporado en el hormig6n, de tal manera que puede incorporarse en el seno del hormig6n una mayor cantidad de estas particulas de escoria mas gruesas. Sin embargo, el problema de la susceptibilidad para ser trabajado, causado por la absorci6n de agua por el γ-silicato de dicalcio, no se ha acometido ni siquiera mencionado, especialmente por lo que respecta a una fina fracci6n de escoria de acero que contenga una porci6n significativa de γ-silicato de dicalcio y que pueda ser utilizada, en cualquier caso, debido a su tamafo de particulas, solo en cantidades bastante pequefas en el hormig6n. Este problema se resuelve, sin embargo, con el procedimiento de la presente invenci6n, en virtud de la etapa de agregaci6n a la que se somete la fina fracci6n de escoria. Por otra parte, la carburaci6n superficial de particulas de escoria de acero propuesta en esta Solicitud de Patente francesa no constituye una soluci6n satisfactoria al problema del hinchamiento, puesto que la humedad retenida en el nucleo de las particulas provocara, en cualquier caso, una cierta hidrataci6n que hinchara las particulas y agrietara la capa impermeable al agua, anulando sus beneficios.

Ventajosamente, el contenido de agua de dichos granos de mayor tamafo durante la etapa de agregaci6n es controlado de tal manera que, al final de dicha etapa de agregaci6n, este se encuentra dentro de un intervalo de entre el 5% en peso, preferiblemente, del 3% en peso, por encima y por debajo del contenido 6ptimo de agua, lo que tiene como resultado una densidad en seco maxima en un ensayo de compactaci6n de Proctor de conformidad con

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ASTM D698 / AASHT0 T99, con las particulas utilizadas para producir los granos mas grandes. La densidad de Proctor, esto es, la densidad en seco de un polvo de material granular, medida de acuerdo con un ensayo de compactaci6n de Proctor, indica cuan estrechamente estan empaquetas o compactadas sus particulas y varia de acuerdo con su contenido de agua. Es asi posible, mediante ensayos de Proctor en diversos grados de humedad con las particulas de escoria de acero utilizadas en el procedimiento, determinar para que contenido de agua estaran las particulas mas densamente compactadas. Controlando el suministro de agua antes y/o durante la etapa de agregaci6n, o, si es necesario, secando el material con el fin de obtener aproximadamente el mismo contenido de agua en el material granular, es posible conseguir la misma compactaci6n 6ptima en el seno de los granos. Particulas mas densamente pobladas dentro de los granos daran como resultado granos mas duros tras la carburaci6n, con particulas mas fuertemente unidas. Dentro de estos intervalos de valores del contenido de agua, sera, por tanto, posible conseguir una mejor densidad, empaquetamiento y resistencia cohesiva de interfaz de las particulas dentro de cada grano del material granular. Es mas, la absorci6n de agua adicional se vera reducida, lo que mejorara la susceptibilidad para ser trabajada de la mezcla con un agente aglomerante y agua.

Ventajosamente, las particulas de escoria de acero pueden tener tamafos no mas grandes que x, siendo x no mayor que 4 mm, preferiblemente no mayor que 3 mm, mas preferiblemente no mayor que 2 mm y, de la forma mas preferida, no mayor que 1 mm. Las particulas de escoria de acero de estos tamafos pueden ser particularmente ricas en γ-silicato de dicalcio y, por tanto, mas dificiles de reciclar por otros medios.

De forma ventajosa, los granos del material granular mas gruesos pueden tener tamafos de hasta y, incluido y, siendo y mayor que 2x, preferiblemente mayor que 3x, mas preferiblemente mayor que 4x y, de la forma mas preferida, mayor que 5x. Semejante material granular mas grueso puede resultar mas util en una mezcla de hormig6n que particulas mas finas, ofrecer una mejor capacidad de flujo o fluencia y susceptibilidad de ser trabajado, y, con todo, seguir siendo facil de almacenar y de manejar en forma de material suelto, antes de la etapa de mezcla.

Sin embargo, y puede ser preferiblemente mas pequefo que 25 mm, de preferencia menor que 20 mm y, mas preferiblemente, mas pequefo que 15 mm. Puesto que la etapa de carburaci6n tiene lugar despues de dicha etapa de agregaci6n, ello facilita una carburaci6n mas completa del material granular mas grueso, que si dicho tamafo fuese mayor.

Ventajosamente, dicho material granular mas grueso o basto puede ser agitado durante dicha etapa de carburaci6n, preferiblemente, de una manera sustancialmente continua. Puede conseguirse de este modo una carburaci6n mejorada, mas homogenea.

De forma ventajosa, puede afadirse un agente aglomerante hidraulico, en particular, cemento P6rtland comun (0PC -"ordinary Portland cement"), a dichas particulas de escoria de acero antes de, y/o durante, dicha etapa de agregaci6n, en particular, con una relaci6n de peso alta con respecto a las particulas de escoria de acero, comprendida entre el 1% y el 10%. Ademas de un incremento de la resistencia mecanica del material granular carburado y del hormig6n y/o el mortero asi obtenidos, el uso de este aditivo tiene tambien, sorprendentemente, consecuencias positivas en una supresi6n adicional de la filtraci6n o lixiviaci6n al exterior de cromo y molibdeno desde el material granular carburado.

Ventajosamente, dicho material granular carburado puede contener al menos el 2% en peso, aun mas preferiblemente al menos el 3% en peso y, de la forma mas preferida, al menos el 4% en peso de carbonatos producidos durante la etapa de carburaci6n. Se garantiza, de esta forma, una buena cohesi6n de las particulas de escoria s6lidas agregadas en cada grano.

Ventajosamente, dicha etapa de carburaci6n puede llevarse a cabo en un procedimiento continuo de flujo en contracorriente. Tambien de forma ventajosa, dicha etapa de carburaci6n puede ser acelerada artificialmente, por ejemplo, mediante la carburaci6n con un gas, tal como, por ejemplo, gases de combusti6n, que comprende al menos el 5% en volumen, preferiblemente al menos el 8% en volumen y, mas preferiblemente, al menos el 10% en volumen de di6xido de carbono. Estas dos caracteristicas ayudan a conseguir una carburaci6n mas compleja de las particulas de escoria de acero. La carburaci6n con gases de humos industriales proporcionan, por afadidura, un uso ventajoso del di6xido de carbono que, en caso contrario, seria habitualmente emitido directamente a la atm6sfera como gas de efecto invernadero.

Preferiblemente, despues de dicha carburaci6n, dicho gas puede aun ser utilizado para reducir la alcalinidad de las aguas efluentes que tienen un pH mayor que 11. El manejo de la escoria de acero, en particular, a la hora de enfriarla y machacarla y cribarla, produce a menudo, como producto de desecho, tales aguas efluentes altamente alcalinas, con un alto contenido de iones de calcio, sodio, magnesio y/o potasio. El burbujeo de este gas a traves de tales aguas efluentes reducira adicionalmente su contenido de di6xido de carbono al tiempo que reduce simultaneamente su alcalinidad, reduciendo el impacto medioambiental de ambos.

Ventajosamente, dicho gas puede comprender menos del 30% en volumen, preferiblemente menos del 25% en volumen y, mas preferiblemente, menos del 20% en volumen de di6xido de carbono. Tambien de forma ventajosa, dicha etapa de carburaci6n puede llevarse a cabo a una temperatura de entre 10°C y 100°C, en particular, a una

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temperatura de menos de 80°C y, mas particularmente, a una temperatura inferior a 60°C. Esto se corresponde con el contenido de di6xido de carbono y la temperatura de los gases de humos que se obtienen de un amplio abanico de procesos industriales, lo que permite el uso de los procedimientos de la invenci6n para la captura de di6xido de carbono en esos procesos industriales con un minimo de disposiciones especiales.

De forma ventajosa, dicha etapa de carburaci6n puede llevarse a cabo a una presi6n menor que 10 bares y, de preferencia, sustancialmente a la presi6n ambiental. Ademas de requerir instalaciones menos complejas y un menor consumo de energia, se ha encontrado por los presentes inventores que, sorprendentemente, dicha carburaci6n a baja presi6n tiene efectos positivos sobre la resistencia de la escoria de acero carburada y, sobre todo, en su comportamiento de filtraci6n. Presumiblemente, una presi6n baja favorece el crecimiento de los cristales en lugar de la nucleaci6n cristalina, de la cual se sabe que da lugar a cristales de carbonato muy pequefos caracterizados por unas pobres propiedades aglomerantes. Aparentemente, la carburaci6n a baja presi6n produce cristales de carbonato mas grandes que refuerzan las particulas de escoria de acero y que tambien atrapan metales pesados, tales como el cromo y el molibdeno, en el seno de las particulas. Ademas, a tales presiones bajas, la carburaci6n de las fases de silicato presentes en el cemento eventualmente afadido sigue siendo limitada. Dicha carburaci6n de las fases de silicato (por ejemplo, la alita, la belita) podria provocar una caida del valor de pH, lo que podria, a su vez, reducir, posiblemente, la retenci6n de los metales pesados.

Ventajosamente, dichas particulas de escoria de acero pueden comprender, en particular, al menos 3.000 ppm [partes por mill6n], mas en particular, al menos 5.000 ppm, de cromo. La escoria de acero inoxidable normalmente contiene cantidades significativas de metales pesados, lo que complica su desechado por razones medioambientales y de salud publica. Gracias a este procedimiento de la invenci6n, es posible utilizar de forma productiva este desecho, de otro modo problematico, como material secundario, por ejemplo, arena sintetica, para la producci6n de un mortero u hormig6n que exhiba una retenci6n satisfactoria de esos metales pesados. En particular, el procedimiento de la invenci6n parece ser particularmente ventajoso para el tratamiento de una fina fracci6n de escoria de acero inoxidable que comprende al menos 100 ppm, en particular, al menos 1.000 ppm y, mas particularmente, al menos 2.500 ppm de molibdeno. Tales concentraciones elevadas de molibdeno estan llegando a ser cada vez mas comunes en la escoria de acero inoxidable como consecuencia de los requisitos de calidad, y, hasta ahora, han venido complicando mas el desechado de dicha escoria.

Ventajosamente, puede afadirse un compuesto de bario soluble en agua, tal como, por ejemplo, hidr6xido de bario, cloruro de bario y/o sus productos asociados, a las particulas de escoria de acero antes de dicha etapa de carburaci6n. Dicho aditivo reduce adicionalmente la filtraci6n al exterior de metales pesados, tales como el cromo y el molibdeno, desde el producto del metodo de la invenci6n.

De forma ventajosa, una base, en particular, hidr6xido de sodio y/o de potasio, se afade a las particulas de escoria de acero antes de dicha etapa de carburaci6n, a fin de contrarrestar la caida del pH debida a la carburaci6n y, si es posible, amortiguar las particulas de escoria de acero carburadas con un pH mayor que 11,5, mas particularmente mayor que 12. Se ha encontrado que la filtraci6n o lixiviaci6n de cromo y molibdeno es la mas baja si el pH se mantiene aproximadamente por encima de 12, en particular, entre 12 y 13. Por otra parte, se ha encontrado tambien que este aditivo facilita la hidrataci6n de los 6xidos amorfos de calcio y magnesio contenidos en dicha fina fracci6n de escoria de acero.

Ventajosamente, dichas particulas de escoria de acero pueden contener al menos el 3% en peso, preferiblemente al menos el 5% en peso y, mas preferiblemente, al menos el 7% en peso de γ-silicato de dicalcio.

La presente invenci6n tambien se refiere a un material granular carburado producido de acuerdo con el procedimiento de la invenci6n, asi como a un material granular carburado de particulas de escoria de acero agregadas que contienen una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio, en particular, al menos el 3% en peso, preferiblemente al menos el 5% en peso y, mas preferiblemente, al menos el 7% en peso, y unidas dentro de cada grano por una matriz s6lida que comprende al menos carbonatos de calcio y/o de magnesio.

Ventajosamente, dichas particula de escoria de acero pueden estar empaquetadas o compactadas dentro de cada grano con una densidad de empaquetamiento no menor que el 5% menos de densidad maxima de Proctor, segun se determina por ensayos de compactaci6n de Proctor de acuerdo con ASTM D698 / AASHT0 T99, llevados a cabo en dichas particulas de escoria de acero.

Ventajosamente, el material granular carburado puede tener una densidad volumetrica de menos de 1.800 kg/m3, preferiblemente menor que 1.600 kg/m3 y, mas preferiblemente, menor que 1.500 kg/m3. Aunque es ventajoso, en la mayoria de circunstancias, conseguir un empaquetamiento tan estrecho y denso como sea posible, el material granular carburado asi obtenido seguira siendo un agregado de peso ligero que presenta ventajas por si mismo en su uso en mezclas de hormig6n y de mortero, tales como la de permitir la construcci6n de estructuras robustas y, sin embargo, de peso ligero.

La presente invenci6n tambien se refiere a un procedimiento para producir mortero u hormig6n mezclando el material granular carburado con al menos un agente aglomerante hidraulico y con agua.

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Cuando se dan porcentajes en peso en la presente memoria, estos son porcentajes en peso seco.

Se describira a continuaci6n una realizaci6n particular de la invenci6n, de forma ilustrativa pero no limitativa, con referencia a las siguientes figuras:

la Figura 1 es un diagrama de flujo que representa un procedimiento para separar una fina fracci6n de escoria de acero inoxidable para su uso en una realizaci6n particular del metodo de la invenci6n;

la Figura 2 es un diagrama que representa las transiciones de fase durante el enfriamiento de silicato de dicalcio;

la Figura 3 es un diagrama esquematico que representa una realizaci6n particular del metodo de la invenci6n;

la Figura 4 representa curvas comparativas de distribuci6n del tamafo de grano;

la Figura 5 representa curvas de mojado y de secado para particulas de escoria de acero sin tratar; y

la Figura 6 representa curvas de mojado y de secado para granos carburados de particulas de escoria de acero agregadas.

La Figura 1 ilustra un procedimiento para separar una fina fracci6n de particulas de escoria de acero inoxidable. Esta fina fracci6n es rica en γ-silicato de dicalcio y presenta propiedades de absorci6n de agua que normalmente impiden que sea utilizada en mezclas con agentes aglomerantes hidraulicos, tales como el cemento P6rtland comun. En este procedimiento de separaci6n, la escoria de limo-silicato fundida de un horno 1 de acero inoxidable es vaciada en unas cubetas 2 y transportada en estas cubetas 2 hasta unos receptaculos o pozos de enfriamiento 3, en cuyo interior de deja enfriar lentamente hasta solidificarse. Como el enfriamiento es comparativamente lento, la escoria no se solidificara casi totalmente en una fase amorfa, como la GBFS, sino, por el contrario, en gran medida en fases cristalinas. Un componente significativo de la escoria de limo-silicato es el silicato de dicalcio, (Ca0)2Si02. A medida que el silicato de dicalcio cristalino se enfria, pasa por diversas formas polim6rficas segun se ilustra en la Figura 2:

α con estructura cristalina hexagonal,

αH'con estructura cristalina ortorr6mbica,

αL' con estructura cristalina ortorr6mbica,

β con estructura cristalina monoclinica, y

γ con estructura cristalina ortorr6mbica.

Con el silicato de dicalcio puro en condiciones de laboratorio, la transici6n del αL'-silicato de dicalcio al β-silicato de dicalcio se producira a 675°C, a la que seguira entonces la transici6n de β-silicato de dicalcio a γ-silicato de dicalcio a 490°C. Como la transici6n del β-silicato de dicalcio al γ-silicato de dicalcio implica un incremento del 12% en volumen debido a su diferente estructura cristalina, esta rompera los cristales de silicato de dicalcio. Esto pulveriza una fracci6n de la escoria. La transici6n tambien provoca microgrietas en los finos granos de γ-silicato de dicalcio, lo que parece explicar por que este fino polvo puede absorber y retener grandes cantidades de agua. Estas propiedades de absorci6n de agua hacen que este fino polvo de γ-silicato de dicalcio sea altamente inapropiado en la mayoria de usos en la construcci6n.

Puesto que incluso con la adici6n de estabilizadores quimicos y otras medidas conocidas por la persona experta, parece muy dificil evitar por completo la formaci6n del γ-silicato de dicalcio en la escoria de limo-silicato principalmente cristalina, y como, en cualquier caso, estas medidas pueden interferir en el funcionamiento econ6mico del horno 1, se ha propuesto extraer una fina fracci6n de la escoria porque, debido a la fractura de los granos asociada a la transici6n γ-β, esta fina fracci6n esta enriquecida en γ-silicato de dicalcio.

En el procedimiento ilustrado en la Figura 1, se extrae una escoria fundida del horno 1 de acero inoxidable y se lleva a unos pozos de enfriamiento 3. Tras su enfriamiento, la escoria solidificada sera excavada y extraida de estos pozos de enfriamiento 3 y suministrada a traves de una tolva 4. La tolva 4 comprende una rejilla para detener todas las piezas de escoria de tamafo excesivo 6, en este caso particular, las que son mayores de 300 mm. Como las piezas de tamafo excesivo podrian dafar las trituradoras utilizadas en este ultimo procedimiento, estas piezas de tamafo excesivo 6 son extraidas para su tratamiento ulterior particular, tal como su rotura con martillos y la extracci6n de grandes fragmentos de metal, antes de ser suministradas de nuevo a traves de la tolva 4.

Las particulas de escoria menores que 300 mm caen a traves de la tolva 4 sobre una primera cinta transportadora. Esta primera cinta transportadora las transporta entonces a traves de una primera cabina 8 de recogida manual de metal, hasta una primera trituradora 9 y una primera criba 6. En la cabina 8 de recogida manual de metal, unos operarios extraen las grandes piezas de metal 11 de las particulas de escoria situadas sobre la cinta transportadora

7. Una vez que las particulas de escoria se han machacado en la primera trituradora 9, pasan a traves de una primera criba 10, que las separa en tres fracciones: particulas mayores que 35 mm, particulas entre 14 mm y 35

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mm, y particulas menores que 14 mm. La fracci6n de particulas mayores que 35 mm es llevada por una segunda cinta transportadora a traves de una segunda cabina 13 de recogida manual de metal y de una primera cinta magnetica 14 de separaci6n de metal, donde se extraen mas piezas o fragmentos de metal. Las particulas mayores que 35 mm se depositan entonces nuevamente en la primera trituradora 9. La fracci6n de particulas comprendidas entre 14 mm y 35 mm pasa por dentro de una segunda trituradora 17 y una segunda criba 18, donde, tras haber sido machada de nuevo, se separa en dos fracciones: una fracci6n de particulas mas pequefas que 14 mm y una fracci6n de particulas mayores que 14 mm. La fracci6n de particulas mayores que 14 mm se hace pasar, mediante una tercera cinta transportadora, a traves de una segunda cinta magnetica 20 de separaci6n de metal, donde se extrae mas metal 21, y se lleva de vuelta a la segunda trituradora 17.

La fracci6n de particulas mas pequefas que 14 mm procedente de la primera criba 10, asi como la fracci6n de particulas mas pequefas que 14 mm procedente de la segunda criba 18 se unen de nuevo y se hacen pasar, juntas, a traves de la tercera criba 22, que las separa en una fracci6n 23 de particulas mas pequefas que 4 mm y una fracci6n de particulas comprendidas entre 4 mm y 14 mm.

Dentro de esta fracci6n 23 de particulas mas pequefas que 4 mm, una fina fracci6n 24 de particulas mas pequefas que 0,5 mm es particularmente rica en γ-silicato de dicalcio y se utiliza, por tanto, en una realizaci6n particular del procedimiento de la invenci6n, ilustrada en la Figura 3.

En este procedimiento, las particulas de dicha fina fracci6n 24 de escoria de acero inoxidable son primeramente agregadas para formar un material granular mas basto o grueso 25 con una granulometria comprendida entre 0 y 4 mm, y son a continuaci6n carburadas. El material granular carburado 26 puede ser entonces utilizado en una mezcla de hormig6n con al menos un agente aglomerante hidraulico 27, tal como cemento P6rtland comun, y agua 28, y esto constituye un sustituto, por ejemplo, de la arena porfidica [0-4 mm]. Sin embargo, puesto que las particulas de la fracci6n fina 24 pueden formar grandes terrones durante su almacenamiento, en particular al aire libre, en esta realizaci6n concreta se lleva a cabo una primera etapa de fragmentaci6n en esos terrones antes de la etapa de agregaci6n. Para este prop6sito, la fracci6n fina 24 es secada y, seguidamente, suministrada a traves de una tolva 29 al interior de un escarificador rotativo 30,y cribada para extraer cualesquiera terrones remanentes que sean mayores de 4 mm, los cuales se suministran, a continuaci6n, de vuelta al interior de la tolva 29.

Tras esta etapa de fragmentaci6n, la fracci6n fina 24 es suministrada al interior de un dispositivo granulador 31 de disco o de bandeja, en cuyo interior las particulas de escoria de la fracci6n fina 24 son agregadas formando un material granular mas grueso 25 en virtud de la rotaci6n de un disco o bandeja inclinada alrededor de su eje principal

33. Se rocia agua 34 sobre el dispositivo granulador 31 para la agregaci6n de las particulas de escoria. Pueden utilizarse para ello aguas efluentes altamente alcalinas procedentes de las etapas de tratamiento previas de la escoria. A fin de mejorar la retenci6n del cromo y del molibdeno en el producto terminado, puede disolverse hidr6xido de bario en esta agua 34 en una concentraci6n de, por ejemplo, de 0,05 a 0,5 mol/l, preferiblemente entre 0,1 y 0,2 mol/l. Sin embargo, pueden considerarse en lugar de ello compuestos de bario solubles en agua alternativos, tales como el cloruro de bario, o bien puede prescindirse completamente de los compuestos de bario, en particular cuando la filtraci6n de cromo y de molibdeno no es particularmente un problema. El prop6sito de introducir dicho compuesto de bario es formar molibdato de bario, BaMo04, en las particulas de escoria. Este molibdato de bario no solo presenta una baja solubilidad en agua, y ello incluso en condiciones fuertemente basicas, sino que tambien favorece la inmovilizaci6n de los iones de cromo. Ademas, cabe esperar, finalmente, que la adici6n de compuestos de bario solubles en agua mejore las propiedades mecanicas del mortero y/u hormig6n que contiene el material granular carburado 26.

La escoria de acero fresca o recientemente obtenida contiene por lo comun 6xidos de calcio y de magnesio. Para una carburaci6n mas completa de la escoria, estos 6xidos pueden ser hidratados y convertidos en 6xidos de calcio y de magnesio susceptibles de ser carburados. En esta realizaci6n particular, la fracci6n fina 24 es almacenada al aire libre durante algun tiempo antes de las etapas de agregaci6n y carburaci6n, de tal manera que se produce al menos una hidrataci6n parcial de forma natural como consecuencia de la humedad ambiental. Si la fina fracci6n de escoria de acero es, sin embargo, tan reciente que aun no ha sido sustancialmente hidratada por la humedad ambiental, puede resultar ventajoso disolver tambien otros aditivos tales como el acetato de calcio y/o de magnesio y/o sales, tales como, en particular, el cloruro de calcio, en el agua 34, al objeto de acelerar esta reacci6n de hidrataci6n. Las Tablas 1 a 4 muestran los resultados de los ensayos de hidrataci6n en muestras calcinadas (y, por tanto, sustancialmente carentes de hidr6xido de calcio y de magnesio) de la fracci6n fina 24:

Tiempo de hidrataci6n [min]: Mg(0H)2 [% en peso] Ca(0H)2 [% en peso] Hidr6xidos totales [% en peso]

43: 0,00 0,00 0,00

236: 0,00 0,00 0,00

514: 0,08 0,14 0,22

3.000: 0,11 0,10 0,21

Tabla 1: Hidrataci6n con el 20% en peso de agua pura

Tiempo de hidrataci6n [min]: Contenido de Mg(0H)2 [% en peso] Contenido de Ca(0H)2 [% en peso] Hidr6xidos totales [% en peso]

105: 0,89 0,47 1,20

320: 0,78 0,63 1,41

1.080: 0,73 0,32 1,23

2.653: 0,86 0,40 1,26

4.379: 0,76 0,53 1,30

Tabla 2: Hidrataci6n con el 20% en peso de una soluci6n acuosa de acetato de Mg 0,5M

86: 1,34 0,08 1,42

163: 1,09 0,80 1,89

829: 1,07 1,01 2,08

1.276: 1,11 0,89 2,00

1.914: 1,02 0,91 1,93

Tabla 3: Hidrataci6n con el 20% en peso de una soluci6n acuosa de acetato de Ca 0,5M

84: 0,00 0,00 0,00

776: 0,00 0,61 0,61

1.464: 0,30 0,87 1,17

3.113: 0,16 0,72 0,88

Tabla 4: Hidrataci6n con el 20% en peso de una soluci6n acuosa de CaCl2 0,5M

Como puede observarse de estos resultados, tales aditivos disueltos en soluciones acuosas pueden acelerar significativamente la hidrataci6n de los 6xidos de calcio y de magnesio para formar hidr6xidos en la fina fracci6n 24

10 de escoria de acero.

Si la velocidad de rotaci6n asi como la inclinaci6n del dispositivo granulador 31 se mantienen constantes, el tamafo de grano del material granular mas grueso 25 que se obtiene en esta etapa de agregaci6n puede controlarse de forma aproximada mediante la regulaci6n del flujo de agua 34 y del tiempo de permanencia de las particulas de escoria en el dispositivo granulador 31. Despues de ser extraido del dispositivo granulador 31, el material granular

15 25 se suministra al interior de una criba 35 para extraer los gramos de tamafo excesivo, en esta realizaci6n particular, los que tienen por encima de 4 mm. Por ultimo, puede utilizarse tambien una criba fina para quitar los granos de tamafo demasiado pequefo, por ejemplo, los que tienen menos de 1 mm.

Mediante el flujo de agua 34, es tambien posible controlar el contenido de agua de los granos de las finas particulas de escoria de acero agregadas que se obtienen de esta forma, y, por medio de ello, su densidad de Proctor y su

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empaquetamiento. Por "densidad de Proctor" se entiende la masa por unidad de volumen, seca y compactada, de estos agregados, segun se determina, por ejemplo, pero no necesariamente, por el ensayo de compactaci6n de Proctor original, segun se describe en ASTM D698 / AASHT0 T99, que se incorpora aqui como referencia y se sirve de un molde de 10,2 cm (4 pulgadas) de diametro que alberga 850 cm3 (1/30 de pie cubico) de materia granular o en polvo, y establece la compactaci6n de tres tomas o extracciones independientes de esta materia granular o en polvo utilizando 25 golpes de un martillo de 2,49 kg (5,5 lb) que cae 30,5 cm (12 pulgadas). Para esta realizaci6n particular del procedimiento de la invenci6n, los resultados de los ensayos de compactaci6n de Proctor originales llevados a cabo con muestras de la fina fracci6n 24 de escoria de acero, que se presentan en la Tabla 5, han demostrado que es un contenido de agua de en torno al 22% en peso el que garantiza aproximadamente el empaquetamiento de mas alta densidad de las particulas de escoria de acero de esta fracci6n 24 de entre 0 y 0,5 mm:

Contenido de agua [% en peso]: 13,5 16,7 18,8 22,7 25,8

Densidad en seco [kg/m3]: 1.625 1.685 1.690 1.700 1.625

Tabla 5: Densidad de Proctor en relaci6n con el contenido de agua de la fracci6n de 0-0,5

Debe apreciarse que el contenido de agua correspondiente a la densidad de Proctor mas alta variara con la mineralogia y la distribuci6n de tamafos de las particulas. Por ejemplo, ensayos que afadian cantidades crecientes de particulas de la fracci6n de 0,5-2 mm de la misma escoria a la fracci6n 24 de 0-0,5 mm, y que se muestran en la Tabla 6, han encontrado que se reduce de una forma estable o constante el contenido de agua para la densidad de Proctor 6ptima:

0-0,5 mm [% en peso]: 0,5-2 mm [% en peso] Humedad 6ptima [% en peso]

100: 0 22

75: 25 17

50
50: 14

25: 75 11

Tabla 6: Contenido de agua para la densidad de Proctor maxima

El contenido de agua tambien sera importante para la carburaci6n de las particulas, al facilitar el transporte del di6xido de carbono que reacciona con las particulas.

En la siguiente etapa, este material granular mas basto o grueso 25 es carburado. En una realizaci6n particular, esta etapa de carburaci6n puede llevarse a cabo de una manera continua, por ejemplo, dentro de un tambor rotativo inclinado 36 con una fuente de suministro 37 de gases de combusti6n y un escape 38 de gases de combusti6n. El material granular 25 es transportado por gravedad en contra del flujo de los gases de combusti6n en el interior del tambor 36. Dichos gases de combusti6n pueden ser aportados, por ejemplo, por un incinerador, una planta de generaci6n de energia, un alto horno o un horno de calcinaci6n de cemento, sustancialmente a la presi6n atmosferica y a una temperatura de en torno a 50°C, con aproximadamente el 10% en volumen de C02 y una humedad del 98%. El tiempo de carburaci6n puede ser regulado por las dimensiones del tambor 36, por su inclinaci6n y/o su velocidad de rotaci6n. Se ha encontrado que puede conseguirse un grado sustancial de carburaci6n en un tiempo tan corto como 10 minutos. Si bien en esta realizaci6n particular la carburaci6n puede llevarse a cabo de forma continua, sera tambien posible, alternativamente, realizar, en su lugar, una carburaci6n por tandas o lotes.

Los gases de combusti6n que salen del tambor rotativo 36 a traves del escape 38 de gases de combusti6n contienen una cantidad significativa de di6xido de carbono. Puesto que el agua para el tratamiento altamente basica, con un valor de pH que puede ser mayor de 12, puede ser la efluente, por ejemplo, de la trituraci6n y el lavado previos de la escoria de acero, estos gases de combusti6n pueden aun ser utilizados para neutralizar dicha agua de proceso efluente.

Puesto que el agua liquida contenida en el material granular 25 favorece la carburaci6n de las particulas de escoria de acero, la humedad de los gases de combusti6n dentro del tambor se controla, preferiblemente, de manera que no caiga por debajo del 75%, a fin de evitar que el material granular 25 se seque por completo. Es mas, esta humedad tambien garantiza una hidrataci6n mas completa de los 6xidos de calcio y de magnesio contenidos en las particulas de escoria de acero con el fin de producir los hidr6xidos de calcio y de magnesio que reaccionaran seguidamente con el di6xido de carbono de los gases de combusti6n para formar carbonatos de calcio y de magnesio.

Mientras que antes de la carburaci6n los granos del material granular 25 son aun altamente terrosos o desmenuzables, tras esta etapa de carburaci6n, los carbonatos de calcio y de magnesio unen unas con otras las particulas de escoria de cada grano del material granular carburado resultante 26, proporcionandoles una resistencia mecanica significativa. Y lo que es mas importante, estos carbonatos tienen a cerrar las microgrietas de la superficie de las particulas de escoria, lo que reduce significativamente su capacidad para absorber mas agua y, por lo tanto, mejora la susceptibilidad de ser trabajadas de las mezclas de hormig6n y de mortero que incorporan este material

5 granular carburado 26 como sustituto, por ejemplo, de la arena.

El contenido de agua maximo de "superficie seca" de la escoria de acero fina no tratada de la anteriormente mencionada fracci6n 24 de entre 0 y 0,5mm, se ha medido de acuerdo con la Norma europea EN 1097-6 (o BS 812: parte 2:1975) en un valor del 36% en peso. Se ha medio el de esa misma fracci6n fina de escoria, carburada y agregada, en el 19,5% en peso. La carburaci6n reduce, por tanto, claramente la absorci6n de agua de las particulas

10 de escoria de acero.

Se han llevado a cabo tambien ensayos comparativos sobre el mojado y el secado de escoria fina de acero no tratada de la anteriormente mencionada fracci6n 24 de entre 0 y 0,5 mm, y del material granular carburado 26. En cada caso, el material ha sido previamente secado, pesado y colocado en una fina capa dentro de una criba o tamiz. Este tamiz se ha sumergido a continuaci6n en agua y se ha determinado el contenido total de agua despues de

15 diversos periodos de tiempo por el incremento en peso del material mojado. La cantidad de agua adsorbida, es decir, retenida en torno a, y entre, las particulas sueltas y los granos, pero no dentro de estos, se ha determinado en cada caso restando del contenido total de agua mas alto el contenido de agua de "superficie seca" maximo previamente medido de cada material. Esto ha dado como resultado un 27% en peso para la fina fracci6n no tratada 24 y s6lo un 5,75% en peso para el material granular carburado 26.

20 Despues de una inmersi6n de 25 minutos, el tamiz con el material mojado se ha colocado, en cada caso, para secarse en un horno de aire caliente a 52°C. El contenido total de agua tras distintos periodos de tiempo de secado se ha determinado entonces de un modo similar.

Las Tablas 6 y 7 muestran los resultados de este mojado y secado comparativos, respectivamente, de la escoria fina de acero no tratada y del material granular carburado 26. Para cada contenido total de agua, el equivalente de

25 "superficie seca" absorbido en el seno de las particulas sueltas o granos se ha calculado restando de el el contenido de agua previamente calculado adsorbido sobre y entre las particulas sueltas y los granos. Los graficos correspondientes a estos resultados se han representado tambien en las Figuras 5 y 6.

Tiempo [min]: Contenido total de agua [% en peso] Equivalente de "superficie seca" [% en peso]

Material sobre tamiz de 0,5 mm, mojado: 0 0,00 0

5: 66,85 39,85

10: 64,33 37,33

15: 62,08 35,08

20: 64,33 37,33

25: 62,08 35,08

Material sobre tamiz de 0,5 mm, secado (52 °C): 25 62,08 35,08

40: 42,70

55: 29,78 29,78

70: 17,13 17,13

85: 5,06 5,06

100: 0,00 0,00

115: 0,00 0,00

130: 0,00 0,00

145: 0,00 0,00

Tabla 6: Mojado y secado de escoria de acero no tratada

Material sobre tamiz de 0,5 mm, mojado: 0 0,00 0

5: 20,89 15,14

10: 26,24 21,99

15: 24,06 18,31

20: 24,46 18,71

25: 25,25 19,50

30: 25,25 19,50

Material sobre tamiz de 0,5 mm, secado (52°C): 30 25,25 19,50

45: 17,13 11,38

60: 6,04

75: 1,88 1,88

90: 0,89 0,89

105: 0,50 0,50

120: 0,30 0,30

135: 0,30 0,30

150: 0,30 0,30

Tabla 7: Mojado y secado de material granular carburado 26

Como puede observarse en estas tablas y graficos, aparte de la menor absorci6n de agua como consecuencia de la carburaci6n, el material granular carburado 26, debido a su mejor drenaje, presenta tambien una adsorci6n de agua 5 mucho mas baja, lo que reduce considerablemente su aumento de peso cuando se moja asi como el intervalo de variaci6n del contenido total de agua. Esto facilita su manejo y transporte considerablemente. Es mas, el material granular carburado 26 muestra una retenci6n de los metales pesados mejorada con respecto a las particulas de escoria de acero inoxidable carburadas pero no agregadas, tal como se muestra por los resultados de los ensayos de filtraci6n o lixiviaci6n de molibdeno y cromo de acuerdo con la DIN 38414-S4, llevados a cabo con ambos

10 materiales y que se reproducen en la Tabla 8:

Mo [mg/l de material lixiviado]: Cr [mg/l de material lixiviado]

Particulas carburadas, no agregadas: 0,47 0,12

Material granulado (primer ensayo): 0,20 0,12

Material granular (segundo ensayo): 0,10 0,06

Tabla 8: Lixiviaci6n de metales pesados en el material carburado

Tambien, la elevada estabilidad quimica de los carbonatos de calcio y de magnesio, en comparaci6n con los 6xidos

o hidr6xidos de calcio y de magnesio, garantiza la durabilidad mejorada del mortero u hormig6n producido con el uso de este material granular carburado 26.

15 La Figura 3 muestra la curva de distribuci6n de tamafos de grano de este material granular carburado 26, en comparaci6n con la de la arena porfidica 40 de entre 0 y 4 mm disponible comercialmente para la construcci6n. Como puede observarse en este grafico, estos materiales exhiben distribuciones de tamafos de grano muy similares. El material granular carburado 26 tiene una densidad volumetrica de alrededor de 1.350 kg/m3, que es considerablemente inferior a la densidad volumetrica de dicha arena, la cual es de en torno a 1.840 kg/m3. Sin embargo, esto es un efecto colateral ventajoso que puede tener como resultado una reducci6n de los costes de transporte asi como del peso de las construcciones erigidas utilizando el material granular carburado 26.

Para producir mortero, este material granular carburado 26 se mezcla con cemento y con agua. La Tabla 9 muestra

5 las composiciones de tres ejemplos, A, B y C, de dicho mortero y de dos ejemplos comparativos, D y E, de mortero convencional producido utilizando arena porfidica de entre 0 y 4 mm. El mortero A comprende agua, un cemento P6rtland comun (CEM I) y un material granular carburado 26, producido sin la adici6n de compuestos de bario y carburado durante aproximadamente 3 horas, en tanto que los morteros B y C comprenden agua, un material granular carburado 26 producido con la adici6n de hidr6xido de bario y, respectivamente, diferentes tipos de

10 cemento, a saber, el mismo cemento P6rtland comun (CEM I) que el del mortero A, y un cemento de GGBFS (CEM IIIB). Los dos morteros comparativos C y E comprenden agua, arena porfidica de 0-4 mm y, respectivamente, CEM I y CEM IIIB. Estos ejemplos comparativos siguen las especificaciones de la norma EN-196/1, a saber, en peso, una parte de cemento, tres partes de arena estandar y media parte de agua, en tanto que, en los ejemplos que contienen el material granular carburado 26, se ha tenido en cuenta la densidad mas baja de este material granular carburado

15 26, de tal manera que hay solo dos partes de material granular carburado 26 por cada parte de cemento.

M0RTER0: CEMENT0 RELACI�N AGUA/CEMENT0 (EN PES0) RELACI�N ARENA/CEMENT0 (EN PES0) RELACI�N MATERIAL GRANULAR/CEMENT0 (EN PES0)

A: CEM I 0,5 0 2

B: CEM II 0,5 0 2

C: CEM IIIB 0,5 0 2

D: CEM I 0,5 3 0

E: CEM IIIB 0,5 3 0

Tabla 9: Ejemplos comparativos de morteros

Tras su fraguado, muestras de estos morteros A, B, C, D y E se han sometido a ensayos de resistencia mecanica. La Tabla 10 muestra los resultados de estos ensayos mecanicos:

M0RTER0: RESISTENCIA A LA FLE�I�N [MPA] RESISTENCIA A LA C0MPRESI�N [MPA]

A: 3,98 31,81

B: 4,85 28,09

C: 4,64 24,04

D: 9,30 49,41

E: 9,52 46,97

Tabla 10: Resistencia a la flexi6n y a la compresi6n de muestras de mortero

20 Si bien las propiedades mecanicas de las muestras producidas utilizando el material granular carburado 26 parecen ser sustancialmente mas bajas que las de las muestras de referencia, siguen siendo adecuadas para aplicaciones de construcci6n en las que estas propiedades no son criticas.

Las muestras de los morteros A, B y C se han sometido tambien a ensayos de lixiviaci6n de molibdeno y de cromo de acuerdo con la DIN 38414-S4. La Tabla 11 muestra los resultados de estos ensayos:

M0RTER0: M0LIBDEN0 [MG/L] CR0M0 [MG/L]

A: 0,10 � 0,10

B: � 0,10 � 0,10

C: 0,14 � 0,10

25 Tabla 11: Lixiviaci6n de molibdeno y de cromo segun la DIN 38414-S4

Como puede observarse por estos resultados, las muestras que contienen el material granular carburado 26 presentan muy buenas caracteristicas de retenci6n del cromo y el molibdeno, aptas para satisfacer incluso algunas

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de las regulaciones medioambientales mas exigentes. Tanto si se usan compuestos de bario como si no, estas propiedades de retenci6n pueden tambien ser mejoradas amortiguando el pH de las particulas de escoria de acero carburadas, de tal manera que permanezca comprendido entre 12 y 13. Los ensayos de lixiviaci6n se han llevado a cabo con muestras finamente molidas del mortero A en soluciones acuosas de creciente acidez. En cada ensayo, se han afadido 10 gramos de mortero finamente molido a 100 ml de soluci6n acuosa, y esta se ha agitado durante 24 horas en una mesa vibratoria. Para reducir el pH de la mezcla, se han aplicado soluciones acuosas con concentraciones crecientes de acido nitrico (HN03).

mg/l de material lixiviado

% de acido (volumen): pH B Na Mg K Ca Cr Mo Ba

0: 12,42 8,84 86,30 0,00 129,80 430 0,05 0,04

1: 12,00 8,66 120,90 0,00 191,40 2.994 0,13 0,15 4,81

3: 10,79 20,93 136,80 0,00 153,60 8.025 0,50 0,30 4,11

6: 8,62 53,60 149,90 265,75 154,85 17.295 0,44 0,90 5,91

9: 7,85 111,0 223,30 1.894,5 179,35 27.285 0,03 1,26

12: 3,30 255,2 283,75 4.111,0 290,70 50.050 4,32 0,02

13: 1,93 275,5 143,05 1.101,0 185,50 14.510 69,10 1,50

Tabla 12: Material lixiviado del mortero A en condiciones de acidez creciente

La Tabla 12 muestra, por tanto, c6mo es preferible mantener un elevado pH en el mortero u hormig6n producido utilizando el metodo de la invenci6n. Esto puede conseguirse, por ejemplo, disolviendo hidr6xidos de sodio y/o de potasio en el agua 34 antes de su uso en la etapa de agregaci6n, y estos en concentraci6n, por ejemplo, de entre aproximadamente 0,05 y 0,5 mol/l, preferiblemente entre 0,1 y 0,2 mol/l, y/o mediante el uso de un efluente de agua de proceso basico que resulta, por ejemplo, del tratamiento de la escoria.

0tra posibilidad es la adici6n de una pequefa cantidad, por ejemplo, el 5% en peso, de un agente aglomerante hidraulico, en particular, de cemento P6rtland comun, por ejemplo, el cemento anteriormente mencionado CEM I, a las particulas de escoria de acero de la fracci6n fina 24, antes de, y/o durante, la etapa de agregaci6n. Esto no solo mejora las propiedades mecanicas del material granular resultante, sino que tambien, debido a la alcalinidad del cemento P6rtland comun, tiene tambien una acci6n amortiguadora adicional y tambien resulta tener un efecto adicional positivo a la hora de reducir la filtraci6n o lixiviaci6n tanto del cromo como del molibdeno.

Si bien la presente invenci6n se ha descrito con referencia a realizaciones especificas proporcionadas a modo de ejemplo, resultara evidente que pueden realizarse diversas modificaciones y cambios en estas realizaciones sin apartarse del ambito mas amplio de la invenci6n, segun se establece en las reivindicaciones. Por ejemplo, el contenido de agua que tiene como resultado la densidad maxima de empaquetamiento puede ser determinado por ensayos alternativos, tales como, por ejemplo, el ensayo de "Proctor modificado", ASTM D1557 / AASHT0 T180, que tambien se incorpora como referencia y que utiliza el mismo molde pero diferentes parametros de compactaci6n, u otros ensayos relacionados que se sirven de moldes, metodos de compactaci6n o sistemas de medici6n diferentes. La carburaci6n puede tambien llevarse a cabo utilizando un agente quimico distinto del di6xido de carbono, o en un estado diferente del gaseoso. A fin de extraer inclusiones finas de metal, la fracci6n fina de particulas de escoria puede tambien ser mas finamente molida antes de la etapa de agregaci6n. Dicha etapa de agregaci6n puede tambien llevarse a cabo por otros medios distintos que el dispositivo granulador de disco o de bandeja anteriormente descrito, tal como, por ejemplo, una prensa de conglomeraci6n. Con el fin de reducir la concentraci6n de cromo (VI) en las particulas de escoria, puede afadirse tambien un agente reductor, tal como, por ejemplo, el sulfato de hierro (II), en particular, el sulfato de hierro (II) heptahidratado (FeS04�7H20),a las particulas de escoria. La duraci6n de la carburaci6n puede ser ajustada de acuerdo con las circunstancias, y la carburaci6n puede llevarse a cabo utilizando un equipo diferente del tambor rotativo anteriormente descrito. De acuerdo con ello, la descripci6n y los dibujos deben ser considerados en un sentido ilustrativo, en lugar de en un sentido restrictivo.

E09702966 02-11-2011

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Un procedimiento para producir un material granular (26) para su mezcla con al menos un agente aglomerante hidraulico y con agua para producir mortero u hormig6n, caracterizado por que comprende:

una etapa de agregaci6n, en la que dichas particulas de escoria procedentes de al menos una fina fracci6n (24) de escoria de acero que contiene una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio, son agregadas en granos mas grandes con el fin de formar un material granular mas basto o grueso (25); y

una etapa de carburaci6n en la que dichas particulas de escoria de acero contenidas en dicho material granular mas grueso (25) son carburadas por medio de di6xido de carbono con el fin de producir un material granular carburado

(26) cuyos granos contienen dichas particulas de escoria de acero, unidas o ligadas entre si por una matriz s6lida que contiene carbonatos formados durante la etapa de carburaci6n.
2.-Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual el contenido de agua de dichos granos mas grandes, durante la etapa de agregaci6n, es controlado de tal manera que, en el extremo de dicha etapa de agregaci6n, esta comprendido dentro de un intervalo de entre el 5% en peso, preferiblemente el 3% en peso, por encima y por debajo del contenido de agua 6ptimo que da como resultado una densidad en seco maxima en un ensayo de compactaci6n de Proctor llevado a cabo de acuerdo con ASTM D698 / AASHT0 T99 con las particulas utilizadas para producir los granos mas grandes.
3.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas particulas de escoria de acero tienen tamafos no mayores que x, siendo x no mayor que 4 mm, preferiblemente no mayor que 3 mm, mas preferiblemente, no mayor que 2 mm y, de la forma mas preferida, no mayor que 1 mm.
4.-Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 3, caracterizado por que dichos granos tienen tamafos de hasta, e incluyendo, y, siendo y mas grande que 2x, preferiblemente mas grande que 3x, mas preferiblemente mas grande que 4x y, de la forma mas preferida, mas grande que 5x.
5.-Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 4, caracterizado por que y es mas pequefo que 25 mm, preferiblemente mas pequefo que 20 mm y, mas preferiblemente, mas pequefo que 15 mm.
6.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dicho material granular mas grueso (25) es agitado durante dicha etapa de carburaci6n, preferiblemente de una manera sustancialmente continua.
7.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se afade un agente aglomerante, en particular cemento P6rtland comun, a dichas particulas de escoria de acero antes de, y/o durante, dicha etapa de agregaci6n, en particular con una relaci6n de peso con respecto a las particulas de escoria de acero comprendida entre el 1% el 10%.
8.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedente, en el cual dicho material granular carburado contiene al menos el 2% en peso, preferiblemente al menos el 3% en peso y, mas preferiblemente, al menos el 4% en peso de carbonatos (expresados como C032-) producidos durante la etapa de carburaci6n.
9.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicha carburaci6n se lleva a cabo utilizando un gas, tal como, por ejemplo, gases de combusti6n, que comprende al menos el 5% en volumen, preferiblemente al menos el 8% en volumen y, mas preferiblemente, al menos el 10% en volumen de di6xido de carbono.
10.-Un procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 9, en el cual dicho gas se utiliza subsiguientemente para rebajar el pH de un agua efluente que tiene un pH mayor que 11.
11.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, en el cual dicho gas comprende menos del 30% en volumen, preferiblemente menos del 25% en volumen y, mas preferiblemente, menos del 20% en volumen de di6xido de carbono.
12.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas particulas de escoria de acero son particulas de escoria de acero inoxidable que comprenden, en particular, al menos 3.000 ppm, mas particularmente, al menos 5.000 ppm, de cromo.
13.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas particulas de escoria de acero inoxidable comprenden al menos 100 ppm, en particular al menos 1.000 ppm y, mas particularmente, al menos 2.500 ppm de molibdeno.
14.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se afade un compuesto de bario soluble en agua a las particulas de escoria de acero antes, al menos, de dicha etapa de carburaci6n.
15.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se afade una base, en particular hidr6xido de sodio y/o potasio, a las particulas de escoria de acero antes, al menos,

5 de dicha etapa de carburaci6n, a fin de contrarrestar una acidez incrementada debida a la etapa de carburaci6n, preferiblemente para amortiguar las particulas de escoria de acero carburadas a un pH mayor que 11,5, mas particularmente, mayor que 12.
16.-Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas particulas de escoria de acero contienen al menos el 3% en peso, preferiblemente al menos el 5% en peso y,

10 mas preferiblemente, al menos el 7% en peso de γ-silicato de dicalcio.
17.-Un material granular carburado (26) que tiene granos que comprenden particulas de escoria de acero agregadas que contienen una cantidad significativa de γ-silicato de dicalcio, en particular al menos el 3% en peso, preferiblemente al menos el 5% en peso y, mas preferiblemente, al menos el 7% en peso, y unidas en el seno de cada grano por una matriz s6lida que comprende al menos carbonatos de calcio y/o de magnesio.

15 18.-Un material granular carburado de acuerdo con la reivindicaci6n 17, en el cual dichas particulas de escoria de acero estan compactadas o empaquetas dentro de cada grano con una densidad de empaquetamiento no menor del 5% menos que la densidad de Proctor maxima, segun se determina por un ensayo de compactaci6n de Proctor de acuerdo con ASTM D698 / AASHT0 T99, llevado a cabo con dichas particulas de escoria de acero.
19.-Un material granular carburado (26) de acuerdo con la reivindicaci6n 17 o la reivindicaci6n 18, con una densidad 20 volumetrica menor que 1.800 kg/m3, preferiblemente menor que 1.600 kg/m3 y, mas preferiblemente, menor que

1.500 kg/m3.
20.-Un procedimiento para producir mortero u hormig6n mediante la mezcla de un material granular carburado (26) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, con al menos un agente aglomerante hidraulico y con agua.