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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 5 Ofrecer a nuestros lectores conocimiento, tecnología e innovación, orientados al desarrollo productivo y sostenible de las operaciones mineras, buscando la mejora de la calidad y competitividad del sector minero. Misión: PRESIDENTE: Víctor Esteban Gobitz Colchado 1er. VICEPRESIDENTE: Roberto Fernando Maldonado Astorga 2do.VICEPRESIDENTE: Luis Miguel Cardozo Goytizolo DIRECTORES Raúl Máximo Garay Villanueva Juan Carlos Ortiz Zevallos Luis Alberto Tadeo Brocos Gutiérrez Darío Amet Ali Zegarra Macchiavello Enrique Alfonso Paredes Rivero Richard René Contreras Vilca Alfredo Gabriel Alfaro Lagos Zetti Gavelan Chávez Diana Rake Portugal Concepción Santos Ramón Toribio Carlos Homar Lozano Domínguez EXPRESIDENTE: Luis Alberto Rivera Ruiz REPRESENTANTE CIP: Oliverio Muñoz Cabrera GERENTE GENERAL: Carlos Diez Canseco COMITÉ EDITORIAL: Miguel Cardozo Roberto Maldonado Richard Contreras Darío Zegarra Luz Cabrera Diógenes Uceda PUBLICACIÓN OFICIAL DEL IIMP www.revistamineria.com.pe rmineria@iimp.org.pe 530 Noviembre 2021 Director: Venancio Astucuri Editor: Hebert Ubillús Arriola Publicidad: 961748318 / 944570038 Colaboradores: M.A. Lozada y A.A. Goñe – Yibran Perera, Ahmadreza Hedayat, Nan Zhang, Linda Figueroa, Héctor Bolaños, Reynaldo Canahua, Isaac Yanqui y Néstor Tupa – Gino Calderón y Roberto Garro – Fernando Valdez – Jean Paul Bueno, Jhonatan López y Gianncarlo Zamora – Michael Valencia, Alex Santisteban y César Chávez – Hernán Parra, César Ramírez, Bryan De la Cruz, Braysson Guevara, Carlos Tasayco y Jimmy Vargas – Jorge Olivari Diagramación: César Blas Valdivia Corrección: C & S Comunicaciones MINERÍA es la publicación oficial del Instituto de Ingenieros de Minas del Perú Calle Los Canarios 155-157, Urb. San César - II Etapa, La Molina, Lima 12, Perú. Telf. (511) 313-4160 / E-mail: rmineria@iimp.org.pe http://www.iimp.org.pe «Hecho el Depósito Legal Nº 98-3584 en la Biblioteca Nacional del Perú» El Instituto de Ingenieros de Minas del Perú no se solidariza necesariamente con las opiniones expresadas en los artículos publicados en esta edición de MINERÍA. Se autoriza la reproducción de los textos siempre que se cite la fuente Contenido Histórico Digitalización Universidades 82 Minerales en territorio maya Economía Circular Geología Beneficio de minerales 07 Implementación de diseño de shotcrete usando el 10% de relave por arena 54 Aplicación del ratio de Knuckey y la anisotropía dinámica en la estimación de recursos minerales de Cerro Lindo 39 Monitoreo de flujos de solución en las pilas de lixiviación de cobre 20 Conversión de relaves mineros en materiales geopoliméricos aditivados con nanopartículas de hidróxido de calcio: estudios preliminares 61 Isótopos de Pb en los depósitos de la franja de epitermales de los volcánicos de la cordillera occidental al oeste de Huancavelica, Perú 48 Transformación digital en minería 68 Diseño conceptual de una planta concentradora
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 6 IIMP: 78 años de soporte institucional de la minería Editorial Desde que un 26 de noviembre de 1943, un destacado grupo de ingenieros tomó la decisión de crear el Instituto de Ingenieros de Minas del Perú (IIMP), esta organización pionera de la minería peruana ha transitado casi ocho décadas con una evolución permanente en resguardo del principio de promover el racional aprovechamiento de los recursos minerales a favor del desarrollo del país. Sin duda el Perú y el mundo de mediados del siglo XX distan mucho de la realidad actual, sin embargo, el excelso potencial minero de nuestro país se mantiene inalterable y lo erige como una de las naciones que más puede aportar en la consolidación hacia el cambio de la matriz energética global, así como en el constante avance tecnológico. Para que ello se pueda concretar en condiciones adecuadas, y la riqueza que yace en las entrañas de la tierra se transforme y cobre valor para el desarrollo local, regional y nacional, es fundamental que como país fijemos un rumbo claro no solo de la minería que queremos sino y, sobre todo, de la forma en que vamos a aprovechar los vastos recursos que esta genera a favor de los ingresos en todos los niveles de gobierno. En ese objetivo viene trabajando el IIMP desde hace más de 7 años, con diferentes estudios, propuestas y la organización de encuentros para destacar la necesidad que la minería requiere contar con una visión de largo plazo y ser incorporada en los planes de desarrollo de todos los estamentos de gobierno, lo que finalmente tuvo eco en la conformación del Centro de Convergencias y Buenas Prácticas Minero Energéticas – Rimay, que planteó la Visión de la Minería al 2030. Si bien ese fue un gran paso, dado que la iniciativa fue promovida desde el Ministerio de Energía y Minas, alcanzar los objetivos propuestos requiere ahora un trabajo aterrizado a nivel regional y sectorial, lo que implica un fortalecimiento de la institucionalidad en el ámbito público. En ese sentido, en la medida que uno de los factores fundamentales que inciden en los conflictos sociales relacionados con la minería tienen que ver con la poco efectiva ejecución de los recursos que genera la industria, el Instituto ha propuesto recientemente trasladar la reconocida capacidad y calidad en la gestión de las empresas mineras en beneficio de los gobiernos locales y regionales. De esta manera, se espera que la ejecución presupuestal alcance el 100% en estas instancias – donde actualmente apenas supera el 60%– y que esta inversión efectivamente sirva para cubrir las brechas sociales que impiden que las poblaciones en las zonas mediatas e inmediatas a las unidades mineras tengan el bienestar que merecen. Esta sería una oportunidad para lograr un trabajo verdaderamente articulado entre el sector público y el privado para impulsar el progreso territorial integral en las zonas mineras donde el desarrollo sostenible de la población esté en el centro, construyendo un círculo virtuoso en beneficio de todos. El IIMP celebra 78 años en un entorno nacional complejo y retador, pero como ha sido su espíritu desde su fundación, continúa como una fuente de propuestas sobre bases técnicas, para fomentar que la adecuada explotación de los recursos minerales beneficie cada vez a más peruanos. Venancio Astucuri, Director.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 7 Implementación de diseño de shotcrete usando el 10% de relave por arena Economía Circular Por: M.A. Lozada y A.A. Goñe, Compañía Minera Ares, Pallancata, Ayacucho, Perú. Abstract This study presents the research and previous tests to incorporate in the shotcrete design a percentage of tailings material that replaces another percentage of sand for support purposes in underground mining, maintaining adequate safety factors in our Mining Operation. To develop the technical research, several designs have been conducted at laboratory level, as well as field tests and monitoring of the shotcrete with 10% tailings in the design. Strength tests have been conducted at 4 hours, 3 days, 7 days, 14 days and 28 days, and in the case of flexural strength, at 28 days. And we have complemented the research with microscopy tests of both the tailings and the river sand. Resumen Este estudio presenta la investigación y ensayos previos para incorporar en el diseño de shotcrete un porcentaje de material de relave que reemplace otro de agregado con fines de sostenimiento en minería subterránea, manteniendo factores de seguridad adecuados en nuestra operación minera. Para el desarrollo de la investigación técnica se han realizado varios diseños a nivel de laboratorio, se han ejecutado también pruebas de campo y seguimiento del shotcrete lanzado con 10% de relave en el diseño. Se han realizado los ensayos de resistencia correspondientes a cuatro horas, tres, siete, 14 y 28 días y, en el caso, de flexotracción a 28 días. Y hemos complementado la investigación con ensayos de microscopía tanto del relave como de la arena de río. Introducción El departamento de geotecnia Pallancata está desarrollando una alternativa de mejoramiento de las características del shotcrete, la que está enfocada en dos parámetros importantes la resisTabla 1. Propiedades Físicas del Agregado, Relave y Combinaciones Presentado en el V Seminario Peruano de Geoingeniería.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 8 tencia a la compresión y la absorción de energía, para ello se está usando aditivos de tercera generación y relave del proceso metalúrgico. El uso de relave en proporciones adecuadas generó un incremento en la resistencia a la compresión simple del concreto y por consecuencia también a la capacidad de absorber energía, así mismo al reutilizar un material que impacta al medio ambiente se generar alternativa de reducir las zonas de acopio (relaveras). Este trabajo permitirá obtener alternativas de optimización del shotcrete, enfocándonos en reducir el volumen de lanzado, debido a que al Figura 1. Control granulométrico del agregado en estudio. Tabla 2. Parámetros de Diseño para 90% de Arena y 10% de Relave Tabla 3. Desempeño de los Diseños para 90% de Arena y 10% de Relave Tabla 4. Parámetros de Diseño para 85% de Agregado y 15% de Relave Tabla 5. Desempeño de los Diseños para 85% de Agregado y 15% de Relave Tabla 6. Evolución de la Resistencia a la Compresión de Concreto lograr un elemento de sostenimiento de mejores características que la actual, es factible reducir espesores de instalación de shotcrete, impactando directamente en la reducción del volumen de este y a la optimización del tiempo de sostenimiento, incrementando la eficiencia operativa. Objetivo Partiendo de la premisa que actualmente el shotcrete utilizado en la unidad Pallancata es de 280 Kg/cm2 de resistencia a la compresión y de 700 Jouls de absorción de energía. El objetivo principal es:
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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 10 Diseñar un shotcrete de alta resistencia (350- 400Kg/cm2) y alta absorción de energía (850-900 Jouls) con el uso de material desechable (relave). Reducir el volumen de shotcrete utilizado en mina como elemento de sostenimiento. Reutilizar el material desechado (relave) ge- nerando un impacto favorable al medio am- biente. Etapas de evaluación Etapa 1. Estudio de las características de los materiales, diseño en el laboratorio del shotcrete de alta resistencia y evaluación del desempeño. Etapa 2. Tomar como referencia el estudio de opti- mización de fibra, con el fin de trabajar con la mejor alternativa de fibra sintética y alcanzar una alta absorción de energía. Etapa 3. Prueba piloto y análisis del desempeño del shotcrete en campo. Asimismo se evaluará las ventajas económicas que involucra la propuesta de optimización. Etapa 4. Implementación. Figura 2. Evolución de la resistencia a la compresión de concreto. Tabla 7. Evolución de la Resistencia a la Compresión de Concreto Figura 3. Evolución de la resistencia a la compresión de concreto: diseño 85% de agregado y 15% de relave. Tabla 8. Resumen de las Pruebas de Absorción de Energía Tabla 9. Testigos de Concreto Tabla 10. Paneles de Shotcrete
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 11 Desarrollo Absorción. Es el incremento en la masa de arena debido al agua en los poros del material, pero sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de la partícula. Este parámetro es muy importante para el diseño del shotcrete. Humedad. Determina la cantidad de agua evapora- ble en una muestra de agregado. Es importante para realizar las correcciones por la cantidad de agua en el diseño de shotcrete. Módulo de fineza. Indica el porcentaje de partículas finas que se tienen en el agregado. El módulo de fineza se calcula sumando los porcentajes retenidos acumulados en los tamices estándar (nombrados más adelante) y dividiendo la suma entre 100. Cambios significativos en la granulometría del agregado tienen una repercusión importante en la demanda de agua y, en consecuencia, en la trabajabilidad y resistencia del shotcrete. Granulometría de la arena. Este ensayo se realiza para determinar la distribución granulométrica del agregado. En la Figura 1, se puede observar que los ensayos realizados están dentro de las franjas permisibles. Tabla 11. Resultados Resistencia a la Compresión Uniaxial Tabla 12. Resultados de Flexotracción Figura 4. Capacidad de absorción de energía Panel 5. Figura 5. Capacidad de absorción de energía Panel 6. Figura 6: Energía absorbida vs Deflexión central Panel 5 y Panel 6.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 12 Figura 7. Muestra para UCS, M-2_10. Figura 8. Muestra para UCS, M-2_11. Figura 9. Muestra para UCS, M-2_12. Figura 10. Muestra para UCS, M-2_13. Figura 11. Muestra para UCS, M-2_14. Figura 12. Muestra para UCS, M-2_15. Figura 13. Muestra para UCS, M-2_16. Figura 14. Muestra para UCS, M-2_17.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 13 Diseño de shotcrete de alta resistencia a la compresión. El diseño de shotcrete de alta resistencia, toma como base los criterios teóricos de resistencia y capacidad de absorción de energía, detallados en el ítem de sustento teórico. El procedimiento establecido, mantiene el siguiente orden: Definir el Slump de trabajo: para nuestro caso es 10 a 10 1/2 pulgadas, lo que significa que todos los diseños deben llegar a dicho valor. Definir la proporción de relave que reemplazará la arena: la intención de usar relave en el diseño del shotcrete es lograr una mezcla más compacta que permita incrementar el desempeño y la resistencia. Para nuestro caso de estudio, se define dos proporciones porcentuales de agregado/relave: Agregado/relave: 90/10 (ver Tablas 2 y 3). Agregado/relave: 85/15 (ver Tablas 4 y 5). Realizar el diseño patrón (sin aditivo): esto para determinar la cantidad de agua que ingresa a un diseño de concreto sin aditivo, para luego evaluar el aporte del aditivo (plastificante) en la reducción de agua. Figura 15. Muestra para UCS, M-2_18. Figura 16. Aplicación de shotcrete: 5 de julio de 2021. Figura 17. Aplicación de shotcrete: 24 de diciembre de 2020. Figura 18. Verificación de resistencia con picota. Figura 19. Material no craquelado y resistente. Figura 20. Signos de resistencia a golpes de picota.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 14 Figura 21. Fotomicrografías del relave.
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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 16 Realizar diseños de shotcrete con aditivos (plastificante) en diferentes proporciones: manteniendo la consideración i) se incrementa aditivo (plastificante) y agua hasta lograr la trabajabilidad del material (Slump 11”). Resistencia de probetas. El seguimiento a la evolu- ción de la resistencia a la compresión permite eva- luar el desempeño del diseño, para ello se realizaron roturas de probetas a edades de 3, 7, 14 y 28 días. Para la validación de los resultados, los ensayos a 28 días fueron realizados en el Laboratorio de Concreto de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI). Análisis de absorción de energía del shotcrete. Siendo el segundo parámetro importante para obtener un shotcrete de alta capacidad de deformación y, por tanto, alta capacidad de absorción de energía, y dado que este parámetro depende de las característi cas y tipo de fibra, para nuestro caso “sintética”, se toma como referencia de análisis el informe presen- tado el 18 de mayo de 2019 “Optimización de fibra para shotcrete”, en el cual se puede observar que la fibra sintética BarChip presenta mayor capacidad de absorción de energía que la fibra Myphor para 4.0Kg/m3 de shotcrete. Ensayos recientes Entre julio y agosto de 2021 se realizaron actualizaciones de ensayos a través de la empresa Geomecánica Latina S.A., usando las siguientes metodología: Corte y esmerilado de la base y tope de las muestras, hasta alcanzar la relación de esbel- tez o aproximarla a ella. Aplicación de las normas para ensayos de mecánica de rocas y concreto como las in- dicadas en el ASTM C39/C39M-18. Ensayo de compresión uniaxial: carga de rotura máxima (kN), resistencia a la com- presión uniaxial (MPa) sin corregir y corre- gida, tiempo de ensayo, fotografías del antes y después. Aplicación de las normas para ensayos de mecánica de rocas y concreto como las in- dicadas en el EFNARC 1996. Ensayo de capacidad de absorción de ener- gía: lados (l1, l2, l3, l4) de la losa de shotcrete (mm), espesor promedio (mm), fisura radial (N°), carga (kN), deflexión central (mm), energía absorbida (J), gráfica de carga (kN) vs deflexión central, absorción energía (J) vs deflexión central (mm). Tabla 13. Porcentaje Areal del Relave Tabla 14. Porcentaje Areal del Agregado
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 17 Figura 22. Fotomicrografías del agregado.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 18 Evidencias. Las evidencias pueden observarse en las Figuras 7 a la 15. Seguimiento y control de campo. Se realizaron controles e inspecciones de campo con la finalidad de hacer seguimiento al funcionamiento del diseño implementado. Se ha observado desde julio de 2020 que el shotcrete que se lanzó en labores temporales y permanentes se ha mantenido estable y sin signos de deterioro o craquelamientos que evidencien reducción de la resistencia diseñada. Esta característica visual del comportamiento del material lanzado no da una información valiosa de la funcionalidad del concreto a través del tiempo. Estudios mineralógicos Estudios mineralógicos del relave Se determinaron las siguientes fases minerales: cuarzo, calcita, limolita, pirita, muscovita, plagioclasas y zircón. La granulometría varía entre 50 y 275 µm, en promedio 130 µm. Minerales presentes del análisis modal o porcentaje areal: las distribuciones volumétricas son obtenidas en los porcentajes de los minerales presentes, los cuales se proporcionan en el análisis modal (ver Tabla 13). Estudio mineralógicos material del agregado Se determinaron las siguientes fases minerales: cuarzo, limonitas, hematita, calcita, muscovita, cloritas, pirita, biotita, epidota, plagioclasas, magnetita, cal- copirita, anfíboles y piróxenos. Además de líticos ígneos y sedimentarios. Frecuen- temente tanto partículas simples y mixtas presentan impregnaciones de óxidos de hierro (limonita hematita). La granulometría es bimodal, 86% del material varía entre 85 y 475 µm, en promedio 200 µm; y el 13% del material varía entre 1 y 7 mm, en promedio 2.5 mm. Minerales presentes del análisis modal o porcentaje areal: las distribuciones volumétricas son obtenidas en los porcentajes de los minerales presentes, los cuales se proporcionan en el análisis modal ver Tabla 14). Conclusiones y recomendaciones 1. El objetivo principal de este trabajo de inves- tigación es la implementación de un diseño de shotcrete con relave y de alta resistencia que permita mantener la estabilidad de las labores y a la vez mejorar la productividad del ciclo operativo. 2. Se ha determinado en el diseño la cantidad de agregado/relave en la relación de 90/10. Manteniendo la trabajabilidad de la mezcla, así como las propiedades de fundamentales del concreto. 3. Los ensayos de laboratorio tanto en la mina como los externos han dado resultados satisfactorios de resistencia a la compresión y de flexotracción para las condiciones de nuestra en operación minera. 4. Durante el tiempo de investigación y debido a la coyuntura sanitaria se realizaron segui- miento en campo de las zonas donde se habían lanzado el diseño de shotcrete con relave encontrándose el material en buenas condiciones de estabilidad y el shotcrete no presenta craquelamientos ni debilitamientos. 5. A su vez se realizaron ensayos mineralógicos del relave y del agregado, hallándose que en ambos materiales existe un alto porcentaje areal de cuarzo. 6. Luego de estos resultados satisfactorios a ni- vel de laboratorio y de campo estamos elabo- rando un plan de acción para la implementa- ción de este diseño en el ciclo operativo, lo cual implica inversión de equipamiento y personal. 7. Continuaremos con el seguimiento y control de campo para verificar el correcto compor-
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 19 tamiento del diseño lanzado en nuestras ex- cavaciones, así como los controles con res- pecto a los materiales involucrados en este diseño. Bibliografía ACI. 1995. "Specification for Shotcrete". Bieniawski, Z. T. 1989. “Análisis del tiempo de auto-soporte”. Bracamonte J., Raúl. 2015. “Manual para el diseño y aplicación del concreto lanzado”. Geomecánica Latina S.A. 2021. “Análisis Mineralógico de dos muestras de material suelto”. Geomecánica Latina S.A. 2021. “Reporte de Ensayos de Laboratorio”. Melbye, Tom. 1994. “Shotcrete para soporte de rocas”. Universidad Nacional de Ingeniería. 2020. Laboratorio de Materiales Ensayos de resistencia a la compresión. Vallejo C., Carlos 2017. “Estudio Geomecánico de la veta Pablo”. Vandewalle, Marc. 2007. “Hormigones Estructurales especiales”. Figura 23. Fotomicrografías del agregado.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 20 Conversión de relaves mineros en materiales geopoliméricos aditivados con nanopartículas de hidróxido de calcio: estudios preliminares Economía Circular Por: Yibran Perera, Ahmadreza Hedayat, Nan Zhang y Linda Figueroa, Colorado School of Mines, y Héctor Bolaños, Reynaldo Canahua, Isaac Yanqui y Néstor Tupa, Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Abstract This paper offers a description of the geopolymers materials production based on gold Mine Tailings (MT) from the city of Arequipa in Perú, and additivated with Calcium Hydroxide (CH) nanoparticles at concentrations of 1, 2 and 3 wt% of the MT. The factors affecting the geopolymerization process, their microstructural characteristics, as well as the mechanical properties of the final geopolymers are shown. The characterization techniques used in this study were X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) and the mechanical properties of the systems obtained were measured through uniaxial compression tests (UCT). The results show an increase in the compressive strength of the geopolymeric systems when additivated with CH nanoparticles. Resumen El presente artículo ofrece una descripción sobre la producción de materiales geopoliméricos a partir de relaves de minas (RM) de oro de la región Arequipa, Perú, y aditivados con nanopartículas de hidróxido de calcio (NHC) en concentraciones de 1, 2 y 3% en peso del RM. Se muestran los factores que afec tan el proceso de geopolimerización, sus características microestructurales, así como las propiedades mecánicas de los geopolímeros finales. Las técnicas de caracterización utilizadas en este estudio fueron Difracción de Rayos X (DRX), Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), EsFigura 1. Zona minera Vitor, región Arequipa, Perú. Presentado en el V Seminario Peruano de Geoingeniería.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 21 pectroscopia de Energía Dispersiva (EDS), Microscopia Electrónica de Transmisión de Alta Resolución (MET-AR) y las propiedades mecánicas de los sistemas obtenidos se midieron a través de Pruebas de Compresión Uniaxial (PCU). Los resultados indican un incremento en la resistencia a la compresión de los sistemas geopoliméricos cuando son aditivados con las NHC. Introducción Materiales geopoliméricos a base de relaves de minas Los materiales geopoliméricos son producidos a partir de la interacción química entre un aluminosilicato y una solución alcalina como hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH), silicato de sodio (Na2SiO3), etc. [1-6]. Los relaves de minería (RM) son aluminosilicatos genera- dos en procesos industriales durante la extracción de minerales como el oro, cobre, plata, zinc, molibdeno, plomo, estaño, etc. Los RM utilizados en este estudio provienen de minas de oro de la zona de Vitor, situada en Arequipa, Perú, cuya ubicación geográfica se puede apreciar en la Figura 1. Los minera- les de oro de Vitor se procesan mediante lixiviación con cianuro, que tiene una capacidad de procesamiento de 50 MT/ día. Luego, estos RM son trans- portados hasta las presas de depósito. Las muestras de Vitor fueron secadas al aire en el campus de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa (UNSA) y en la Escuela de Minas de Colorado en Golden, USA. Si bien la aplicación potencial de geopolímeros como materiales de construcción (por ejemplo, fabri- cación de hormigón y estabilización de suelos, etc.) se ha estudiado en el pasado, su uso generalizado ha sido limitado. Esto se debe principalmente a que la tecnología es todavía relativamente nueva y la investigación en este campo aún está surgiendo. Recientemente, algunos investigadores han incorporado nanopartículas en distintos tipos de materiales geopolímeros para mejorar su resistencia y durabilidad [7-10],[30]. Entre los nanosistemas más utilizados en los últimos años se encuentran los mostrados en la Figura 2): sílice (SiO2) [7],[11-15],[31],[32],[36], óxido de hierro (Fe2O3) [7],[16-18],[32], dióxido de titanio (TiO2) [19-21][31],[32], alúmina (Al 2O3) [22],[23],[35], arcilla[7],[23],[29],[33], carbonato de calcio (Ca- CO 3) [24-26],[34], nanotubos de carbono[27],[28], y NPs compuestos de cobalto/carbono y hierro/carbono [37]. Estas nanopartículas se han utilizado eficazmente para reforzar las matrices de los materiales geopoliméricos, lo que resulta en una mayor actividad mecánica en términos de fuerza y resistencia frente a un entorno agresivo[38]. Metodología experimental Producción de las nanopartículas de hidróxido de calcio 16 g. de nitrato de calcio tetrahidratado (Sigma- Aldrich) se disuelven en agua desionizada, la tempe- ratura se incrementa entre 60 a 90 °C y se agita por 30 a 45 minutos. Luego se le añade gota a gota una solución de 10 ml de surfactante Tritón X-100[39-45] previamente preparada y agitada lentamente a tempera- tura máxima de 25 °C. Esta nueva mezcla se deja estabilizar en Figura 2. Nanopartículas más utilizadas en geopolímeros. Figura 3. Nanosoluciones de hidróxido de calcio a pH 8.5.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 22 agitación continua por un periodo de entre 30 a 45 minutos, y se disminuye la tempe- ratura hasta alcanzar los 40 °C. Finalmente, se le añaden unas gotas de solución de NH4OH hasta alcanzar un pH final de 8 a 9. La Figura 3 muestra las nanosoluciones de hidróxido de calcio a tres con- centraciones distintas, las cuales son una nueva al- ternativa frente a otros sistemas ya estudiados[46- 51]. Producción de muestras de geopolímeros Las pastas de geopolímeros se prepararon mezclando los RM secados a 105 ºC por 24 horas con una solución activadora 10M de NaOH. Las soluciones de NaOH se prepararon mezclando agua con partículas de NaOH al 97% de pureza (Sigma Aldrich). A continuación, las soluciones se mezclaron con los RM durante 10 minutos hasta asegurar la uniformidad de la mezcla. Luego, las soluciones de NHC fueron atomizadas y combinadas vigorosamente con la mezcla previamente preparada hasta alcanzar una pasta homogéneamente integrada. Estas pastas de geopolímeros se colocaron en moldes cúbicos y se compactaron en tres capas diferentes utilizando el apisonador Harvard Miniature Compaction (HMC). Los cubos fueron desmoldeados y cubiertos con plástico para evitar la deshidratación de las muestras, luego se colocaron en el horno a 40 ºC durante 24 horas. Posteriormente, se aumentó la temperatura del horno a 70 ºC. Al cuarto día de curado se retiraron los envoltorios de plástico y las muestras se mantuvieron en el horno por tres días más hasta completar así un total de siete días de curado y obtener las muestras secas para ser estudiadas posteriormente. La Figura 4 muestra los cubos producidos y empacados para ser sometidos al tratamiento de curado. Resultados Caracterización de los relaves mineros La Figura 5 muestra el difractógrama de Rayos X (DRX) obtenido a partir de un difractómetro de Ra- yos X para polvos (DRX, Axios Omnian, PANalytic, B.V. Eindhoven, Holanda), de 45kV, 20 mA, y una fuente Kα de Cu. El difractógrama indica que los RM de Vitor presentan como fases cristalográficas al cuarzo (Q), a la albita (A) y la moscovita (M), estas dos últimas son aluminosilicatos, y también fue identificada la sinerita (S) que es un mineral compuesto por azufre (S), cobre (Cu) y arsenio (Ar). Las caracterizaciones geotécnicas se realizaron si- guiendo las normas ASTM D6913, D7928 y D4318. Las distribuciones del tamaño de grano de las materias primas se muestran en la Figura 6. La tabla incluida en la Figura 6 enumera los parámetros: (1) el tamaño medio de partícula D50 = 0.086 mm con un pasante de malla #200 de 41.16% y (2) con un coeficiente de uniformidad Cu igual a 5.05. Los RM se clasificaron como arena limosa (SS) con baja plasticidad de acuerdo con los estándares de clasificación de USCS, con bajo límite de líquido (23.08%), baja plasticidad (PI=1.34%) y baja capacidad de retención de agua (A=0.033)[52]. Otros análisis de caracterización de los RM, como son SEM/EDS, XRD y FTIR, se muestran junto con los resultados de pro- ducción de geopolímeros en las siguientes secciones. Infrarrojo por transformada de Fourier de las nanosoluciones de hidróxido de calcio El espectro FTIR en la Figura 7 se obtuvo usando un espectrómetro Thermo Electron Nicolet 4700 (FTIR) y analizando la nanosolución transparente de hidróxido de calcio a pH = 8.5 donde algunas especies de calcio todavía estaban en un estado hidrolizado dentro de la solución y confinadas dentro del sistema micelar del surfactante. Los datos que se presentan a continuación Figura 4. Cubos producidos para tratamiento de curado.
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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 24 se refieren a las interacciones iónicas entre los iones Ca+ hidratado y NO3 - en la solución. El espectro FTIR muestra los picos característicos del agua a 3,250 a 3,420 cm-1 así como a 1,635 cm-1 debido a los modos de estiramiento y flexión del hidróxilo (O-H)[53],[55],[56],[57]. La presencia del grupo O-H es causada por el agua de las nanosoluciones acuosas hidrolizadas con calcio[55]. Durante el proceso de síntesis de nanosoluciones hidrolizadas con calcio, se genera nitrato de amonio (NH4NO3) como subproducto que permanece disuelto en el medio acuoso. Las señales entre 1,300 y 1,500 cm-1 corresponden al modo de deformación asimétrica del NH+. También fue posible determinar dos vibraciones simultáneas asociadas al estiramiento asimétrico y posibles modos de deformación en el plano de las especies NO3 -. Además, se identificó el modo de estiramiento totalmente simétrico del NO3 - a 1045 cm-1; y a 823 cm-1 fue posible identificar el modo de deformación fuera del plano del NO3 -[54],[56]. La señal de baja intensidad a 735 cm-1 apoya la teoría de una interacción iónica, que según D.E. Irish y col.[54], se debe a la perturbación entre un ion calcio y un ion nitrato que corrobora la presencia simultánea de ambas especies en las nano-soluciones a pH = 8.5. Por tanto, la nano-solución de calcio hidratado a pH 8.5 contiene como compuesto principal una mezcla de especies hidrolizadas de calcio con una población muy baja de nanopartículas cristalinas de Ca(OH)2, que normalmente se obtienen en soluciones de pH alca- lino más alto[39]. A valores de pH iguales o superiores a 12, el Ca(OH)2 precipita debido a un aumen- to en el tamaño de partícula de la especie hidratada con calcio durante la etapa de hidrólisis, lo cual es un efecto no deseado en el presente trabajo de investigación. Por tanto, se esperaba un equilibrio de diversas especies de calcio en el agua de la solución, como son Ca+2, Ca(OH)+ y Ca(OH) 2 [58]. Además, en las nanosoluciones de calcio concentradas, el ion nitrato solvatado comparte moléculas de agua con los iones calcio solvatados, lo que podría generar una interacción potencial entre las especies de nitrato de calcio-H2O[54]. Microscopia Electrónica de Transmisión de las nanosoluciones de hidróxido de calcio Por otra parte, los resultados de alta resolución MET se muestran en la Figura 8 con sus correspondientes patrones SAED, y la imagen FFT obtenida para distinguir la estructura cristalina de las nanopartículas de calcio hidrolizado observadas dentro de las nano- soluciones a pH 8.5. Estos análisis se realizaron usando un microscopio FEI Titan 80-300 para confirmar las formas, tamaños y estructura cristalina de las nanopartículas de Ca(OH)2 que corroboran los previos resultados de FTIR. La Figura 8a muestra la distribución de las partículas esféricas con una disposición de tamaño de partícula variante. Los diámetros de las partículas fueron inferiores a 80 nm. Las morfologías esféricas indican el efecto del surfactante no iónico al alcanzar la concentración micelar crítica (CMC) que permite la formación de micelas esféricas, y proporcionar un sistema de dispersión Figura 5. Patrón de DRX de los relaves de minas de Vitor. Figura 6. Distribución granulométrica del RM Vitor.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 25 homogénea de partículas den- tro de la solución acuosa, con un directo control en el crecimiento de cristales de Ca(OH)2 encapsulando las especies de calcio hidrolizadas. Varios investigadores[41],[42],[58] han informado en el pasado sobre la producción de nanopartículas bien dispersas basadas en un sistema de agrupamiento molecular auto-ensamblado (micelas) en soluciones acuosas. Además, H.H. Paradles[43] menciona que, bajo parámetros experimentales controlados, el tensioactivo no iónico Triton X-100 produce micelas con un radio de 5.1 nm en soluciones acuosas. Sin embargo, se espera que el radio de las micelas pueda cambiar debido al efecto de diferentes condiciones, como pH, temperatura, concentración de especies químicas, velocidades de agitación, tipo de solvente, etc. Por otro lado, se puede ver que las partículas esféricas micelares están rellenas de partículas de menor tamaño. Por lo tanto, la Figura 8b muestra un mayor aumento de la estructura interna micelar, lo que corrobora la presencia de nanopartículas con tamaños de partícula muy homogéneos menores a 10 nm, indicando que la estructura interna de las micelas es policristalinas y corroborado por la presencia de múltiples anillos en el patrón SAED mostrado en la parte superior izquierda de la Figura 8b. De igual forma, se muestra que las partículas presentan extremos fragmentados o incompletos debido a que las nanosoluciones no alcanzaron el alto pH ≈ 12 en el que se espera que todas las partículas de Ca(OH)2 completen su hidrólisis que permite su crecimiento y precipitación. Sin embargo, es posible apreciar algunos cristales hexagonales de Ca(OH)2 individuales y completamente formados los cuales han sido resaltados en amarillo en la Figura 8b. A. Michalopoulou y col.[45] reseña que el uso de Triton X-100 no iónico durante la producción de nano-Cal [Ca(OH)2] dispersada en agua dio como resultado nanopartículas de Ca(OH)2 en forma de placas hexagonales, mostrando así el efecto directo del surfactante sobre la morfología de estas partículas. El tamaño reducido de las nanopartículas se atribuyó a la interacción reportada entre el Ca2+ y el grupo funcional -CH2- CH2-O- de Triton X-100, el cual inhibe el crecimien- to de las partículas primarias y la presencia de fenó- menos de agregación. Para verificar la estructura cristalina dentro de las partículas hexagonales, se realizó un análisis FFT en la micrografía de MET-AR. La Figura 8b muestra claramente una partícula hexagonal (parte derecha) con un alto ordenamiento interplanar (recuadro rojo donde se llevó a cabo el análisis de FFT), cuya imagen FFT (inferior derecha) muestra puntos muy bien definidos. Al medir las distancias interplanar (dhkl), se identificaron los planos (011) y (101) de la Portlandita [Ca(OH)2]. Basado en el patrón de XRD, el plano (011) tiene una correspondencia con la se- ñal XRD más intensa en 2θ = 34.11°, y el (101) per- tenece a la misma familia de planos como se muestra en la Tabla 1. Estos resultados corroboraron la presencia de nanopartículas cristalinas de Portlandita [Ca(OH)2] en las nanosoluciones. Resistencia a la compresión de los geopolímeros sintetizados Las pruebas de compresión uniaxial de los geopolímeros se realizaron empleando un equipo MTS Landmark 370.10, a una velocidad de desplazamiento constante de 0.21 mm/min. Los valores promedio de resistencia a la compresión para todos los sistemas curados a 7 días se muestran en la Figura 9. La resistencia a la compresión de los cubos de los geo- polímeros origiFigura 7. Espectro de FTIR de la nanosolución de hidróxido de calcio a pH = 8.5.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 26 nales (original G.P.) alcanzó un valor promedio de 9.38 MPa. La resistencia a la compresión para los sistemas de geopolímeros con nanosoluciones hidrolizadas con calcio a tres concentraciones diferentes de 1, 2 y 3% en peso de RM aumentó para todas las muestras de la siguiente manera: las muestras con 1% en peso alcanzaron una resistencia a la compresión promedio de 13.48 MPa, que representa un aumento del 44%; para probetas con 2% en peso, la resistencia a la compresión fue de 13.81 MPa, lo que corresponde a un aumento del 47%, y las muestras con 3% en peso alcanzaron una resistencia a la compresión de 15.16 MPa, lo que re- presentó un aumento del 62%. La adición de nanosoluciones de hidróxido de calcio al geopolímero original, genera reacciones químicas adicionales debido a las propiedades puzolánicas de las nanosoluciones de hidróxido de calcio, que reaccionan simultáneamente con las especies hidrolizadas de silicio y aluminio generadas durante el proceso de geopolimerización para producir geles adicionales como el C-S-H, C-A-H, C-A-S-H entre otros, lo cual afecta de manera positiva a la resisten- cia a la compresión de las muestras finales. Es bien sabido que el gel C-S-H es capaz de llenar los huecos y mejorar la zona de transición interfacial junto con la matriz de unión[38],[59]. Además, el gel C-S-H también se genera durante el proceso de hidratación del cemento Portland, y es el principal producto responsable del desarrollo de la alta resis- tencia de este sistema de cementación. Además, ge- neralmente se cree que el gel C-S-H es el componen- te que fortalece al material resultante[47]. Por lo tanto, la presencia de especies de calcio adicionales durante la etapa de geopolimerización de los RM es ventajosa debido a su papel en la formación de productos de hidratación como son los geles C-S-H, C- A-H y el C-A-S-H, que también son conocidos por la resistencia mecánica que imparten a los materiales cementicios [44],[59]. Es así como la presencia de alúmina en el sistema permite la generación de geles C-A-H y C-A-S-H, al interactuar con los iones Ca, y es importante mencionar que ambos geles se encuen tran entre los productos de hidratación de los nuevos Figura 8. Micrografías de MET-AR de las nanosoluciones de calcio hidrolizadas a pH = 8.5: (a) vista general de los sistemas micelares conformados por partículas esféricas bien dispersas; (b) detalle de la estructura policristalina interna de las micelas esféricas mostradas en (a), su patrón SAED, resaltado de partículas con morfología tipo hexagonal y su imagen FFT.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 27 geopolímeros aditivados con nanopartículas de hidróxido de calcio. Se cree que los geles C-A-H tienen una estructura que consta de láminas de Ca2Al(OH) + con Al(OH) - u OH- en la región de la capa intermedia, que equilibran la carga neta positiva de la capa. La sustitución de aniones (como SO2; OH-; CO 3 2-; Cl-) puede estabilizar parcialmente las fases C-A-H[60]. Es importante mencionar que reacciones químicas adicionales debido a la hidrólisis de otros elementos, como el magnesio, pueden tener lugar durante el proceso de geopolimerización porque este elemento reacciona fácil y drásticamente con el agua para formar Mg(OH)2, que en presencia del recurso de calcio puede generar el gel C-M-A-S, que puede for- talecer la microestructura[59]. Q.Y. Chen y Col.[60] declaró que el gel de C-S-H puede contener Al, Fe y Mg debido a los procesos de sorción o coprecipitación generados durante el proceso de hidratación de materiales cementosos, donde los componentes menores pueden modificar el crecimiento de cristales por sustitución en la red del gel C-S-H. Según A. Silva de Vargas y col.[50] la matriz formada por activación alcalina de aluminosilicatos usando la solución alcalina está formada por geles M-A-S-H, donde M es el elemento del primer grupo de la tabla periódica (donde Na+ y K+ son los más comúnmente usados). Difracción de Rayos X (DRX) de los geopolímeros sintetizados Por otra parte, la técnica de difracción de Rayos X fue utilizada para identificar la composición mineralógica de los geopolímeros tanto original como aditivados con las nanosoluciones de Ca(OH)2, utilizando un equipo X’Pert PRO MPD. Basado en los patrones de DRX (Figura 10) fue posible determinar que la muestra original de RM geopolimerizada contenía principalmente cuarzo (SiO2) [5],[44],[53], calcita (CaCO 3) [61],[62], wüstita (FeO)[63], magnetita[44],[63], zeolita[44],[64],[65] y moscovita (KAl2(FOH)2 o (KF)2(Al2O3)3(-SiO2)6) [53], como fases primarias. Los patrones de DRX de los sistemas de geopolímeros aditivados con nanosoluciones de hidróxido de calcio muestran la presencia de fases adicionales como Portlandita [Ca(OH)2] [44],[61],[62],[66],[67], C-A-S-Hgel[66], C-S-Hgel[61],[66],[68] y fases AFm como Ca2[Al(OH)6]OH·xH2O (x = 0,2,3,6) que contienen aluminio en la coordinación octaédrica como característica común[66]. Además, algunas de estas fases son productos de las reacciones químicas entre las nanopartículas de hidróxido de calcio con el RM durante la etapa de activación alcalina de estas pastas. Por lo tanto, se espera que se puedan generar cantidades adicionales del gel C-S-H debido a la combinación de iones de Ca2+ solubles de las nanosoluciones de hidróxido de calcio y los iones de SiO4− liberados por el cuarzo durante la disolución en presencia de la solución del activador alcalino[68]. Los pequeños picos C-S-H se asemejan al patrón de difracción de un gel C-S-H mal ordenado, que corresponde con un estado amorfo. Adicionalmente, la no presencia de picos bien definidos para el gel C-S-H podría atribuirse a la falta de suficiente silicio debido a la baja solubilidad del cuarzo, lo que genera una lenta liberación de la especie de silicio a pesar de que ese es el principal mineral del RM[44]. Infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) de los geopolímeros sintetizados Los espectros de FTIR de las muestras geopolimerizadas tanto del sistema original como de los sistemas aditividados con las nanosoluciones de hidróxido de calcio a pH 8.5 se muestran en la Figura 11. La banda observada a 1420 cm-1 se atribuyó a las vibraciones de estiramiento del enlace C-O de los carbonatos, probablemente los carbonatos de sodio. A pesar de que se tuvo especial cuidado para evitar la carbonatación durante los experimentos, se produjo una pequeña cantidad de carbonatos debido a la reacción de la solución activadora de NaOH con el CO2 atmosférico[66],[69]. El carbonato dentro de las muestras también presenta una pequeña protuberancia a
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 28 875 cm-1, que es una flexión fuera del plano del grupo carbonato. Además, la señal entre 693 a 700 cm-1 corresponde a la fase de carbonato de calcio[70] y potencialmente a la formación de carbonato de sodio[71]. La pequeña banda de aproximadamente 1,380 cm-1 se asignó a los nitratos que provienen del método de preparación de las nanosoluciones de hidróxido de calcio[66]. Se produjo una banda de intensidad moderada a 835 cm-1, posiblemente correspondiente a las vibraciones de estiramiento simétrico del enlace Si-O [72]. Sin embargo, esta vibración puede haberse superpuesto a la señal a 830 cm-1 asignada al modo de flexión de NO3 - [73][74]. Por otro lado, existe una clara superposición de señales en el rango de 1,200 a 800 cm-1. Todos los espectros presentaron una enorme banda de absorción en esta región, que es típica de las estructuras de aluminosilicato y se atribuyeron a la vibración de estiramiento asimétrico de los enlaces Si-O-Si y Si-O- Al en [SiO] - y [AlO] - [66]. Además, otra señal superpuesta en esta región puede atribuirse a la banda de adsorción S-O de SO-2, pertinente a la forma- ción de la banda de minerales a base de sulfato que ocurre alrededor de 1,020 cm-1[69]. La vibración a 798 cm-1 es una señal característica del cuarzo, que es el principal compuesto mineral del RM utilizado, y su presencia también fue corroborada por los patrones DRX[71]. Sin embargo, el grupo de señales a 796 cm-1, 777 cm-1 y 694 cm-1 indican la existencia de enlaces Si-O-X, que provienen de los productos geopolimerizados generados (donde X significa silicatos o aluminatos tetraédricos). Las magnitudes de las bandas de absorción están relacionadas con las cantidades producidas de silicatos o aluminatos y sus respectivos grados de geopolimeri- zación[53]. A medida que aumenta la concentración de las especies de calcio, se observa un aumento en la señal de superposición a 740 cm-1; aparentemente, esta banda es generada por las interacciones de los iones calcio con los iones nitrato[75]. De acuerdo con E. Kapeluszna y col.[66], los picos observados en la zona de 800 a 600 cm-1 (645 y 615 cm-1) son distinguibles en la estructura característica del gel C-A-S-H frente a los enlaces Si-O-Si, Al. Además, las vibraciones entre 600 a 400 cm-1 (575 cm-1) sugieren la aparición de tetraedros en las redes de silicatos y aluminosilicatos en el gel C-S-H y en los hidratos de gel C-A-S-H[66],[72],[75]. Microscopia Electrónica de Barrido y Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos X de los geopolímeros sintetizados La Figura 12 muestra las micrografías MEB tomadas con un equipo FEI QUANTA 600i equipado con un detector EDAX Element SDD EDS, donde se observan las superficies de fracturas de las muestras geopoliméricas tanto del sistema original, como de las muestras aditivadas con nanosoluciones de hidróxido con calcio. Es posible observar que las partículas son de forma irregular, lo que favorece al sistema la disolución de las fases mineralógicas durante la activación por álcalis, y que permite la liberación de Si y Al del RM durante la etapa de activación alcalina, lo cual promueve la producción de geles responsables de la polimerización inorgánica de los sistemas. Además, todas las imágenes MEB muestran una estructura consolidada de crecimiento de material sobre y entre las partículas de mayor tamaño. De igual forma, es posible observar una mayor densificación de las muestras a medida que aumenta el contenido de calcio en Tabla 1. Distancias Interplanares Teórica y Experimental (dhkl) de la Portlandita Portlandita (P-3m1) (hkl) Experimental dhkl (nm) Teórico dhkl (nm) (001) 0.2617 0.2685 (101) 0.2617 0.2685
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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2021 / EDICIÓN 530 30 los sistemas. El mapeo por EDS muestra la composición química de los sistemas geopoliméricos con fuertes señales de los elementos primarios Si, Al, O, Na y Ca. Es posible observar que el Si, Al y O dominan toda el área mapeada, lo que indica la abundancia de estos elementos, siendo consistente con los resultados de FTIR y DRX y es de esperarse cuando se usan RM del tipo aluminosilica tos como materia prima para la generación de sistemas geopolímeros. De igual forma, el mapeo comparativo de EDS muestra la distribución específica de elemento calcio (Figura 12) para todos los sistemas en estudio donde es posible observar la no-aglomeraciones de las nanopartículas de calcio, lo cual indica una buena dispersión de las mismas dentro de la matriz final. Como se había mencionado anteriormente, el aumento de las señales de Ca fue directamente proporcional al contenido de nanopartículas de calcio en los sistemas. Ca, Si y Al existieron en la misma área, lo que demuestra la generación de gel C-S-H, gel C-AS-H y productos AFm. Mientras tanto, también se observaron Fe, K y Mg en las mismas regiones, ya que son parte del RM original. El sodio también se detectó como una señal fuerte en todas las muestras de los geopolímeros debido a su incorporación a los sistemas cuando se utiliza NaOH como activador/solución alcalina. Es importante mencionar, la posibilidad de que el Na pueda estar sustituyendo cierta cantidad de calcio en la estructura de los geles C-S-H, C-A-H y C-S-A-H generando fases hidratadas adicionales como N-A-S-H y/o ge- les (N,- C)-A-S-H[47],[49],[50],[51]. La Tabla 2 indica un claro aumento del contenido del elemento Ca en las muestras de geopolímeros que fue directamente proporcional a los aumentos de concentración de las nanosoluciones de hidróxido de calcio. Otros elementos como Mg, K, y Fe fueron de igual forma identificados y semicuantificados. En función a los resultados obtenidos a partir de las imágenes de MEB y los análisis de EDS (Figura 12, y Tabla 2), se puede observar que las nanopartículas de hidróxido de calcio actuaron como modificadores químicos de los geles primarios de los sistemas geopolímeros y también mejoraron el proceso de hidra tación, lo que mejoró la microestructura cuando las nanopartículas se dispersaron uniformemente dentro de los sistemas generados, lo que conduce a la re- ducción de la porosidad en las muestras a medida que aumentaba el contenido de calcio en las mismas. Además, es un hecho que las nanopartículas de hidróxido de calcio confinadas en el sistema micelar del surfactante previenen la aglomeración de las partículas más pequeñas mediante la dispersión de estructuras esféricas capaces de transportar y liberar a las nanopartículas en las pastas de los RM, permitiendo su interacción con los productos de hidratación primarios durante la geopolimerización, y por tanto su alteración química para la formación de nuevos y adicionales geles cementantes. Más precisamente, las nanopartículas de hidróxido de calcio con tamaños en el rango de 10 nm se dispersaron de manera homogénea en las pastas de los RM y reaccionaron químicamente con los geles primarios geopoliméricos de los RM para la producción de geles adicionales tales como C-S-H, C-A-H, y C- A-S-H; estos geles llenan los poros proporcionando una microestructura compactada más densa y mejorando la resistencia de los sistemas finales. Figura 9. Resistencia a la compresión de los geopolímeros aditivados con nanosoluciones de hidróxido de calcio a pH 8.5.
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