63 macla nº 20. julio ‘15 revista de la sociedad española de mineralogía Caracterización Físico-Química y Radiactiva del Inatacado de Ilmenita para su Valorización / MANUEL GÁZQUEZ (1*), JUAN PEDRO BOLIVAR (1), FEDERICO VACA (1), RAFAEL GARCÍA-TENORIO (2) (1) Universidad de Huelva, Avda de las Fuerzas Armadas S/N, Campus de El Carmen, 21071, Huelva, (España) (2) Universidad de Sevilla, Avda Reina Mercedes, Departamento de Física aplicada II, Sevilla, (España) INTRODUCCIÓN Cualquier proceso industrial que requiera el uso de materias primas y aplique transformaciones físicas y/o químicas, generan residuos. Por ello, la valorización de los mismos es objeto de una profunda investigación, sin dejar de lado los posibles beneficios económicos (Deydier et al., 2005). La minimización en la producción de residuos, evitando su liberación directa al medio ambiente, genera no sólo beneficios ambientales sino también la obtención de ciertos co- productos (Chen et al., 2002). Una etapa previa a la valorización de los residuos consiste en su exhaustiva caracterización, con objeto de evaluar las implicaciones medioambientales y de salud en los futuros usos comerciales del mismo. En nuestro caso, hemos realizado el estudio en una industria NORM (Natural Occurring Radioactive Materials), situada en la provincia de Huelva, dedicada a la producción de pigmento de dióxido de titanio (TiO2). Esta planta lo produce por la “vía sulfato” utilizando como principales materias primas un mineral denominado ilmenita (Fe2TiO3), Slag (Ilmenita fundida) y ácido sulfúrico concentrado (H2SO4 al 98 %). Un esquema general del proceso de producción se muestra en la Fig 1. El material a caracterizar es el primer residuo que se genera en el proceso industrial, “lodos inatacados”, compuesto por los materiales refractarios e inatacados del proceso de digestión ácida inicial. Una vez separados los “inatacados”, se realiza la precipitación por hidrólisis del dióxido de titanio. En el proceso de separación por precipitación del TiO2 se generan una serie de efluentes ácidos, realizándose un filtrado y lavado de la pulpa de dióxido de titanio para eliminar los restos de acidez (Fig 1). fig 1. Esquema del proceso industrial de obtención de TiO2. A continuación, la etapa de calcinación, donde se elimina la hidratación del dióxido de titanio, acondicionando el producto mediante molienda, revestimiento y micronizado, hasta la obtención del pigmento comercial. Del sobrenadante de la precipitación del TiO2 se obtiene una disolución ácida, con sulfatos metálicos en disolución, que es tratada para obtener, la caparrosa, (FeSO4·7H2O). La solución remanente se concentra, precipitando el Sulfafer® (FeSO4·1H2O). Finalmente, nos queda un ácido sulfúrico que se recicla en el proceso, como ácido débil necesario en la activación de la digestión ácida. Anualmente, se generan unas 30000 t de inatacados (LODOS), que hasta la actualidad no han tenido utilidad alguna, siendo destinados a vertedero MATERIALES Y METODOS Las materias primas (ILM y SLAG) y residuo (LODO), se recogieron en 5 muestreos durante un mes, para analizar la posible variabilidad temporal en su composición. Las muestras se secaron a 105 ºC hasta peso constante, procediéndose a su molienda y tamizado. Se realizó una identificación de las distintas fases minerales por difracción de rayos-X (DRX), usando el método de polvo desorientado en un difractómetro Bruker, empleando la radiación Kα del Cu, mediante su excitación con una corriente de 30 mA de intensidad y 40 kV de tensión. Además, se empleó la microscopía electrónica de barrido, usando un sistema JEOL JSM-5410 a 20 kV, equipado con un espectrómetro de rayos X dispersados. Para el análisis químico de los elementos mayoritarios, se aplicó la técnica de fluorescencia de rayos X, utilizando para ello un espectrómetro marca Bruker S4 Pioneer, provisto con tubo de rodio y detectores de flujo y centelleo. Las concentraciones de los radionúclidos por espectrometría gamma fueron medidas con detectores de germanio de alta resolución y bajo fondo. Las concentraciones de isótopos de U y Th se determinaron mediante espectrometría alfa, utilizando detectores semiconductores de Si de implantación iónica. Para estas medidas se usó un método radioquímico, el cual permite el aislamiento secuencial y posterior electrodeposición de los isótopos de uranio y de torio. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados de FRX, tabla 1, muestran que en la ilmenita (ILM), la concentración de Fe (44%) y Ti (50%), son las esperables (Chernet, 1999). El slag (SLAG), resultado de la fundición térmica de la ilmenita (Pourabdoli et al., 2006), muestra una notable reducción de Fe, 10 %, enriqueciéndose de otros elementos, 75 % de TiO2 y 5 % de MgO. En cuanto a los lodos, cabe destacar el contenido elevado de Ti insoluble (53%), lo que se corresponde con un 5 % del Ti total que entra en el proceso. Además, presenta niveles apreciables de FeOT (13.7 %), SiO2 (16.8 %) y ZrO2 (1.65 %) (Vilches et al, 2003). palabras clave: Residuo NORM, Dióxido de titanio, Caracterización de residuos, Inatacados de ilmenita. key words: NORM waste, Titanium dioxide, Characterization waste, Ilmenite undisolved muds. resumen SEM 2015 * corresponding author: manuel.gazquez@dfa.uhu.es