Las industrias de fundición elaboran piezas en metales ferrosos y no ferrosos que abastecen y satisfacen numerosas necesidades de amplios mercados. El principal residuo generado por estas industrias son las arenas descartadas de fundición (ADFs) constituidas mayoritariamente por arena silícea virgen (ASV) y en menor medida por aglomerantes que permiten obtener moldes y noyos que copian las formas de las piezas a producir. Cuando los moldes y noyos se acoplan dejan en su interior el negativo de la pieza a producir. El metal en estado de fusión se cuela en el interior de los moldes, y cuando éste se solidifica, se colapsa el molde para obtener por un lado la pieza y por otro la ADF. Éstas han sido dispuestas como material de rellenos en cavas de canteras, ladrilleras y terrenos bajos en varias localidades de Argentina como así también en países con impronta en el rubro de fundición, como Brasil, India, China, España, y Estados Unidos, entre otros. La disposición no controlada está siendo fuertemente cuestionada, por un lado debido al peligro de contaminación del recurso hídrico subterráneo, y por otro, debido a la potencialidad de utilizar este material como materia prima en hormigones, mezclas asfálticas, suelos elaborados, entre otras aplicaciones beneficiosas. No obstante, una de las principales limitantes en Argentina para facilitar la gestión adecuada de ADFs radica en la falta de información sobre sus características químicas por parte de fundidores, tomadores de decisión y el sistema científico académico. Si bien se han realizado en los últimos diez años publicaciones referidas a la caracterización química de ADFs, no existe aún información de base para nuestro país. El objetivo de esta tesis fue caracterizar químicamente las arenas descartadas generadas por industrias de fundición del partido de Tandil –uno de los principales centros de fundición del país– y desarrollar propuestas para su gestión integral. Se colectaron un total de 96 muestras de ADFs provenientes de diversos procesos productivos y 14 muestras de arena silíceas virgenes (ASVs) con fines comparativos. La caracterización química consistió en la determinación de pH, conductividad eléctrica, carbono y nitrógeno total y análisis total de Ag, Al, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Te, Tl, V y Zn. Posteriormente se determinaron los elementos Ag, Ba, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb y Zn sobre los lixiviados obtenidos de las distintas muestras sólidas aplicando los métodos de ASTM D 3987 y EPA SW 846 1310B (EP) y 1311 (TCLP). También se determinó en parte de las muestras de lixiviado EP fenoles totales e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs). Adicionalmente se efectuó el ensayo biológico en Lactuca sativa L para determinar el efecto fitotóxico del lixiviado ASTM extraído en ASVs y ADFs en la elongación de raíz. Los resultados de lixiviados fueron corridos en el programa IWEM versión 2.0, donde se utilizaron condiciones hidrogeológicas arbitrarias aportadas por el programa por defecto, a fin de establecer las modalidades adecuadas de disposición final de ADFs. Los resultados de metales totales indican que la mayoría de las ADFs poseen concentraciones de metales similares a las ASVs. Cinco ADFs de origen alquídico uretánico presentaron concentraciones elevadas de Pb y Co y superaron los niveles guía de Pb en suelo agrícola de la Ley de Residuos Peligrosos. En cuanto a los ensayos de lixiviación, el ensayo TCLP resultó más agresivo en la extracción de los elementos en comparación con los métodos EP y ASTM. La mayoría de las ADFs presentaron concentraciones similares a las ASVs, sin embargo 4 muestras de origen alquídico uretánico presentaron concentraciones de Pb por encima de los límites de regulación de la Ley de Residuos Peligrosos. Respecto a fenoles totales en lixiviados, la mayoría de las ADFs no poseen concentraciones por encima del límite de regulación. Las concentraciones de HAPs en lixiviado se hallaron por debajo del límite de detección del método y de la regulación de la Ley de Residuos Peligrosos. El lixiviado extraído en ADFs no presentó, para la mayoría de las muestras, efectos fitotóxicos. Una muestra de uretano fenólico mostró efecto fitotóxico por inhibición con diferencias significativas respecto a los lixiviados de las ASVs, ADFs y blancos. Una muestra de arena verde mostró efectos fitotóxicos por magnificación pero no mostró diferencias significativas con el resto de las muestras, y arenas silíceas vírgenes y blancos. Al analizar modalidades adecuadas de disposición final de las ADFs en programa IWEM se determinó que las concentraciones de metales no representan un peligro para la contaminación del recurso hídrico subterráneo si se disponen en un vertedero sin protección. No obstante, las muestras con altas concentraciones de Pb deben disponerse en rellenos con barreras compuestas de arcilla y geomembrana (relleno sanitario). Respecto al analito fenol, una concentración de 0,002 mg L-1 no generará valores por encima de los niveles guía de agua de bebida (Dto. 831/93, Ley 24.051). Sin embargo, es necesario reconsiderar la concentración del nivel guía de agua potable debido a que es excesivamente restrictivo si se consideran las concentraciones que no causan efecto a la salud. Con relación a HAP, al correr el modelo con la mitad de la concentración del límite de detección del método, un relleno con barrera simple protegería el recurso del analito critico para la salud, el benzo(a)pireno. No obstante, los antecedentes en arenas descartadas no reportan presencia de este compuesto orgánico. Los lineamientos de gestión integral que se proponen pretenden eliminar la generación de ADFs peligrosas o especiales, eliminar la disposición final no controlada, evitar la disposición en rellenos controlados; valorizar el total de ADFs no especiales o peligrosas en otros procesos productivos o usos; aumentar la vida útil de rellenos sanitarios y reducir el consumo de recursos no renovables. Así las ADFs serán consideradas un subproducto de la industria de fundición generando un nuevo desarrollo que beneficiará a las empresas de fundición y empresas usuarias de los subproductos. También se tiende a eliminar el impacto de la disposición de arenas descartadas al recurso hídrico subterráneo y se protege la calidad del recurso para consumo humano. Finalmente, la autoridad de aplicación ambiental garantizaría la correcta gestión de un residuo que fue y continúa gestionándose inadecuadamente.

[EN] In the nineteenth century, in the Atacama Region, Chile, dozens of nearby smelters to mining sites were established. The copper slags generated have remained in landfills abandoned for at least 100 years without any use of these so far in the area of construction. The scientific literature reports few studies about on the use of copper slag of old landfills as a cementitious material. In this research plan the cementitious properties of the copper slag were studied and the possibility of its use as an alternative material to the Chilean construction industry is proposed. Seven different copper slags were studied, 4 of them coming from the abandoned dumps in Atacama region in the nineteenth century and, for comparison, 3 other current smelting copper slags. Pastes Hydrated lime and cement pastes containing copper slags, mortars with replacement of Portland cement by slags, and alkali activated copper slag mortars were made. Different techniques for copper slag characterization and reactivity were used: XRF, XRD, TGA, LDA, FTIR, FESEM, PIM, reactivity in aqueous suspensions by the conductimetric method and environmental aspects of availability were based on NEN 7371 standard. The results indicated that all the copper slags have pozzolanic reactivity with different reactivity degrees and they can be used as alternative material for Portland cement based binder and for alkali activated cement. In the compressive strength in mortars with Portland cement substitutions by 25% of copper slag an average compressive strength of 58 MPa at 28 days curing time was obtained. In alkali activated slag mortars the best results were achieved at curing temperature of 65ºC and 7 days curing time with compressive strength in the range 44-63 MPa. The obtained results suggest that nineteenth century copper slags have cementitious properties to be utilized as a new material in civil construction. / [ES] En el siglo XIX, en la Región de Atacama, Chile, se establecieron decenas de fundiciones cercanas a los yacimientos mineros. Estas fundiciones generaron escorias de cobre, las cuales han permanecido en los vertederos como depósitos abandonados por al menos 100 años, sin que exista hasta ahora, un uso de éstas en el área de la construcción. La literatura científica reporta pocos estudios sobre el uso de escorias de cobre de vertederos antiguos como un material cementante. Este plan de investigación, consistió en estudiar las propiedades cementantes de las escorias de cobre y proponer a la industria de la construcción chilena la posibilidad de su uso como un material alternativo. Se estudiaron 7 diferentes escorias de cobre, 4 de ellas del siglo XIX procedentes de vertederos abandonados en la Región de Atacama y, con el propósito de establecer comparaciones, otras 3 escorias de cobre de fundiciones actuales. Se fabricaron pastas de cal hidratada y cemento, morteros con sustitución de cemento Pórtland por escoria, y morteros con escoria activada alcalinamente. Diferentes técnicas de ensayo se utilizaron en la caracterización y determinación de la reactividad puzolánica de las escorias de cobre: FRX, DRX, ATG, ADL, FTIR, FESEM, PIM, reactividad en suspensiones acuosas por el método conductimétrico y aspectos medioambientales utilizando el ensayo de disponibilidad basado en la norma NEN 7371. Los resultados indican que todas las escorias de cobre poseen reactividad puzolánica en diversos grados y pueden ser utilizadas como materiales alternativos en mezclas de cemento Pórtland y en cementos de activación alcalina. En la resistencia a la compresión en morteros con sustituciones de cemento Pórtland por un 25% de escoria de cobre, se obtuvo como promedio una resistencia a compresión de 58 MPa a los 28 días de curado. En morteros de escoria activada alcalinamente, los mejores resultados se consiguieron a temperaturas de curado de 65ºC a la edad de 7 días, alcanzando resistencias a compresión en el intervalo de 44-63 MPa. Los resultados obtenidos sugieren que las escorias del siglo XIX poseen propiedades cementantes para ser utilizadas como un nuevo material en la construcción civil. / [CAT] Al segle XIX, a la Regió d'Atacama, Xile, es van establir desenes de foneries properes als jaciments miners. En aquestes foneries es van generar escòries de coure, les quals han romàs en els abocadors com dipòsits abandonats per almenys 100 anys, sense haver-hi tingut cap ús al dia d'avui, dins l'àrea de la construcció. La literatura científica reporta pocs estudis sobre l'ús d'escòries de coure d'abocadors antics com un material cimentant. Aquesta investigació du a terme un pla que va consistir a estudiar les propietats cimentants de les escòries de coure i proposar a la indústria de la construcció xilena la possibilitat del seu ús com un material alternatiu. S'han estudiat set diferents escòries de coure, 4 d'elles del segle XIX procedents d'abocadors abandonats a la Regió d'Atacama, i, amb el propòsit d'establir comparacions, 3 escòries de coure de foneries actuals. Es van fabricar pastes amb calç hidratada i ciment portland, morters de ciment Pòrtland amb substitució parcialper escòria, i morters d'escòria activada alcalinament. Amb la finalitat de caracteritzar i determinar la reactivitat putzolànica de les escòries de coure es va emprar una combinació de diferents tècniques d'assaig: FRX, DRX, ATG, ADL, FTIR, FESEM, PIM, reactivitat en suspensions aquoses pel mètode conductimètric i aspectes mediambientals utilitzant l'assaig de disponibilitat basat en la norma NEN 7371. Els resultats indiquen que totes les escòries de coure posseeixen reactivitat putzolànica en diversos graus i que poden ser utilitzades en ciments portland i en ciments d¿activació alcalina. Quant a la resistència a compressió als morters amb substitucions de ciment Pòrtland per un 25% d'escòria de coure, es va obtenir com a mitjana 58 MPa als 28 dies de guarit. Respecte als morters d'escòria activada alcalinament, els millors resultats es van aconseguir a temperatures de guarit de 65ºC i a la edat de 7 dies, aconseguint resistències a compressió entre els 44 i 63 MPa. Els resultats obtinguts suggereixen que les escòries del segle XIX posseeixen propietats cimentants per a ser utilitzades com un nou material en la construcció civil. / Nazer Varela, AS. (2016). Caracterización y determinación de las propiedades cementantes de escorias de cobre del siglo XIX de la Región de Atacama, Chile para su uso en construcción [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/67691 / TESIS