En toda explotación minero metalúrgica siempre existen residuos sólidos acumulados en represas en cantidades que dependen del contenido y del nivel de extracción de los metales. En nuestro país las mayores cantidades de residuos mineros (colas) se encuentran localizados en la costa Norte de la provincia de Holguín más de 200 millones de toneladas provenientes de la industria del níquel (Hernández y Castellanos,1974) constituyendo de por sí grandes reservas de hierro . Le sigue en cantidad, las colas de Mina Grande del Cobre de la empresa Geominera de Oriente acumuladas en 2 depósitos con un total de 1.68 millones de toneladas (Montejo y Fernández, 1998). Recientemente se ha comenzado la explotación del yacimiento polimetálicos de Castellanos en Pinar el Río por una empresa mixta la cual está generando volúmenes desechos de piritas de hierro notables y finalmente la empresa Geo- minera Camagüey produce en cantidades limitadas un material fino de cromita desechado .de la producción del rajón de exportación en el establecimiento Cromita Camagüey.
Un pigmento es una materia colorante que se caracteriza por dar un tono específico (verde, amarillo, rojo, etc.) El efecto de un color específico ocurre porque el pigmento tiene la propiedad de absorber todos los colores de la luz menos uno, el cual refleja hacia el observador. Por ejemplo, el color azul absorbe el rojo, el verde, el amarillo, pero no el azul, el cual refleja hacia nuestro ojo, y por ello lo vemos de ese color.
Una propiedad importante de los pigmentos es que por definición son insolubles, por lo tanto no pueden ser disueltos en los líquidos comunes (pueden ser dispersados, pero no disueltos). Esta propiedad de los pigmentos los diferencia de los colorantes, también conocidos como tintes o anilinas, los cuales son materias colorantes cuya característica es ser solubles en cierta base, usualmente agua o grasas (por lo que se llaman hidrosolubles o liposolubles).
Clasificación.
Los pigmentos pueden clasificarse, según su composición química, en dos grandes grupos:
Los pigmentos orgánicos son aquellos que en su composición química contienen carbono (C), mientras los pigmentos inorgánicos no lo contienen.
Fuera del contenido de carbón de los pigmentos orgánicos y los inorgánicos, la única diferencia en comportamiento es que, generalmente, los pigmentos orgánicos tienen mayor poder tintóreo (colorean más) y tonos más limpios que sus contrapartes inorgánicas. Hasta hace algunos años existía la creencia de que los pigmentos orgánicos eran los más seguros, mientras los inorgánicos podrían representar riesgos para la salud, sin embargo hoy sabemos que no hay distinción alguna sobre cuales puedan ser más o menos seguros según sean orgánicos o inorgánicos (Reyes, 2010).
Tamaño de partícula.
El tamaño de la partícula afecta el desempeño de un pigmento en dos comportamientos: poder tintóreo y dispersión.
Un pigmento finamente molido aumenta poder tintóreo, es decir, su capacidad de colorear, porque al reducir el tamaño de partícula aumentamos el área superficial de cada parte del pigmento. Reducir el tamaño de la partícula significa que si midiéramos el área de cada partícula, mientras más pequeñas sean su número aumenta exponencialmente, aumentando el área que es capaz de colorear, y por lo mismo, aumentando su poder tintóreo.
http://es:wikipedia.org/wiki/pigmento
Los pigmentos son una parte integral de los revestimientos decorativos, protectores y funcionales. Imparten color a las fibras, los plásticos, el papel, hule, vidrio, cemento, porcelanizados y además son colorantes para las tintas, cosméticos y marcadores. Los pigmentos pueden retardar la corrosión y actúan como inhibidores de los hongos.
.Pigmentos inorgánicos.
Caracterizados por no contener carbón en su composición. El poder tintoreal, su capacidad de "pintar" es en general menor a la de los pigmentos orgánicos.
Los pigmentos inorgánicos sintéticos de alta pureza generalmente son importados, siendo algunos de los más conocidos los siguientes:
Amarillos de cadmio. Hechos a base de sulfuro de cadmio, muy resistente a la temperatura (cercanos a los 1000 C) aunque atacados por los ácidos fuertes.
Naranja molibdato. Conocido también como naranja de molibdeno es un cromato de plomo- molibdeno. Resistencia mediana a la temperatura, alta al intemperismo. Contiene plomo y molibdeno en su composición química.
Verde óxido de cromo. Muy resistente a la temperatura y al intemperismo, sumamente duro.
El uso de pigmentos naturales como la pirita de Pinar del Río fue generalizado principalmente en la industria del vidrio generalmente en la confección de botellas en la fabricación de cervezas y de envases de medicamentos en la industria farmacéutica.
Con fines de comprobar las propiedades colorantes de pigmentos inorgánicos naturales, muestras de desechos y materiales de distintas fuentes de la industria minero-metalúrgica principalmente de las industrias del níquel y de la empresa Geomineras del Grupo Geominsal fueron procesadas para su evaluación por distintas empresas como son Pinturas Vitral, Cerámica de Santa Cruz y Cerámica Blanca de San José, de Hormigón y Terraza (Horter) de las Guásimas y de la Asociación Nacional de Artesanos y Artistas de Cuba (ANAAC).
En este trabajo además de la confección de los pigmentos se desarrollaron trabajos en la obtención de yesos coloreados y de morteros de cemento coloreados.
Objetivo general
Desarrollar procedimientos que permitan la preparación de materiales coloreados naturales a partir de desechos y materiales de la industria minero - metalúrgica utilizables como pigmentos para diversos usos.
Objetivos específicos
Determinar las condiciones de preparación de los pigmentos y los principales parámetros en la confección de yesos coloreados y de morteros de cemento coloreados.
Evaluar de los productos obtenidos por distintas empresas y entidades.
Equipos:
Estufa de secado
Molino de bola, molino de anillos
Equipo analizador de tamaño y distribución de partículas Horiba LA- 950V2
Mezclador de partículas
pH metro
Reactor de acero inoxidable con bafles (6.0L)
Agitador eléctrico con impelente
Bomba de filtración al vacío
Horno mufla
Equipo para determinar DTA y TG de la marca NETZSCH, modelo STA 449 F3
Microscopia Electrónica de Barrido
Muestras de desechos mineros y materiales
Cola represa de colas. Empresa niquelífera Pedro Soto Alba (Moa Nickel) (Anexo 1)
Cola de represa de colas y Sulfuro de Ni +Co. Empresa niquelífera Ernesto Che Guevara Anexo 2
Cola del depósito 1 de Mina Grande del Cobre. Empresa Minera de Oriente Anexo 3
Mineral fino de cromita. Empresa Cromo Camagüey. Empresa Minera de Camagüey.(Anexo 4)
Materiales y métodos
Materiales
Caliza micronizada y Cal - Empresa Minera de Occidente
Reactivos
Ácido sulfúrico (d= 1.83)
Métodos
Todas las muestras de los desechos mineros (Colas) y materiales se trituraban, molían y pulverizaban a tamaños de partículas menores de 45 µm 100.0% para usos en pintura, cerámica, baldosas yesos coloreados.
En el caso de la preparación de morteros de cemento coloreados las muestras de desechos mineros eran de tamaños de 74 µm 95.0 - 100.0%.
Para la preparación de materiales coloreados, la mezcla se realizaba en un mezclador eléctrico de laboratorio
Los yesos coloreados se preparaban precipitando el yeso utilizando soluciones de ácido sulfúrico en presencia de colas en distintas concentraciones a temperatura ambiente con suspensión de Ca(OH)2 ó carbonato de calcio hasta la neutralización del ácido En todos los casos las suspensiones se filtraban en filtros al vacío y los yesos obtenidos eran secados en una estufa a 105.0 oC. a pesos constantes.
La evaluación de las distintas muestras como pigmentos en cerámica fueron realizadas por las empresas Cerámica Blanca de San José de las Lajas y por la Asociación Nacional de Artesanos y Artistas de Cuba (A.N.A.A.C.)
Las muestras de los desechos sólidos (Colas) de Moa Nickel, de los desechos del depósito 1 de Mina Grande del Cobre, de los finos Empresa Cromo Camagüey y del concentrado de sulfuros de Ni + Co de la Empresa niquelífera Ernesto Che Guevara fueron evaluadas en azulejos de la empresa Cerámica Blanca de San José de las Lajas utilizando dosis de pigmento de 0.4 y 2.0% a temperatura de cocido de 1060 oC.
Las muestras de Moa Nickel y de la Empresa Cromo Camagüey y sus mezclas también fueron evaluadas por la Asociación Nacional de Artesanos y Artistas de Cuba con dosis de 3.0 % de pigmento y 1100 oC de temperatura de cocido
En la empresa de Hormigón y Tarrazos (HORTER) de las Guásimas fueron evaluados los pigmentos de Moa Nickel, de la Empresa Cromo Camagüey y de la Empresa niquelífera Ernesto Che Guevara y sus mezclas en la fabricación de mosaicos con dosis de 1.0 y 3.0% de pigmentos
Para su evaluación en pinturas fueron preparados pigmentos que contenían Cola de Moa Nickel, de la Empresa niquelífera Ernesto Che Guevara, y de su mezcla con carbonato de calcio micronizado (1:3) y de la mezcla de yeso coloreado (P- 42) con carbonato de calcio micronizado (1:3)
En la evaluación de pigmentos para cerámica participó la empresa Cerámica Blanca de San José de las Lajas y la (A.C.A.A) y fueron evaluados los pigmentos desarrollados de las Colas de Moa Nickel, de la empresa Ernesto Che Guevara, de las colas de Mina Grande del Cobre y de los finos de la empresa Cromita Camagüey
Preparación de morteros de cemento coloreados.
Para este fin se mezclaban los pigmentos durante 10 minutos en un tambor mezclador los pigmentos con cemento gris y carbonato de calcio fino de la empresa minera de Occidente (EMO)
Influencia del pigmento en la obtención del yeso coloreado.
La presencia de pigmentos es en este caso el promotor del color y no afecta la sedimentación del yeso precipitado en la pulpa neutralizada. Teniendo en cuenta la calidad de los pigmentos de los desechos sólidos de la industria del níquel, el acceso a las fuentes de ácido sulfúrico y la cercanía de los depósitos de las colas, las pruebas se realizaron con los desechos de la empresa Moa Nickel y de la empresa Ernesto Che Guevara. A modo de comparación fueron realizadas pruebas con óxido de cromo (Cr2O3) grado reactivo.
Las muestras de los pigmentos convenientemente preparados se mezclaban en dos niveles de concentración y se procedía después a la neutralización con suspensiones de Ca(OH)2 con densidad de 1.03 - 1.07, Una vez neutralizado el ácido se procedía a la filtración del yeso precipitado junto con el pigmento se lavaba con agua y se procedía a su secado en una estufa a 105.0 0C hasta peso constante.
Los precipitados secos se desmenuzaban y se caracterizaban mediante análisis químico, DTA y algunas muestras por microscopía electrónica de barrido (MEB.
El tamaño de las partículas de las colas de Moa Nickel fueron determinadas por el equipo analizador de tamaño y distribución de partículas Horiba LA- 950V2 (Anexo 2).
El tamaño de partículas que componen la muestra analizada se encuentra en el rango aproximado entre 17.37 µm y 0.25 µm. El tamaño promedio de partículas es 3.85 µm.
En las figuras 1, 2 y 3, 4 se muestran los resultados de los termogramas de las muestras obtenidas de la precipitación del yeso en presencia de la cola de Moa Nickel y oxido de cromo
Los colores desarrollados con ambos pigmentos eran Rosa Vieja y Verde Hospital para las colas de Moa y para el óxido de cromo respectivamente.
Los termogramas de las figuras 1 y 2 exhiben una señal propia de la doble deshidratación de la fase, donde (dos efectos endotérmicos característicos) manifiestan las pérdidas por deshidratación a) y b) en los rangos de temperaturas establecidos, lo cual permite corroborar la presencia de yeso (dihidratado) CaSO4 .2H2O, 75% y 68% en contenido de dicha fase respectivamente
En las figuras 3 y 4 se exhibe solo un pico endotérmico, éste está asociado a los moles de agua de hidratación del yeso, y a la deshidratación del CaSO4 .0.5H2O (hemidrato).
Para ambos compuestos y ambas concentraciones se observan cambios de masa similares 15.75 - 14.27% para la cola de Moa y el óxido de cromo y 4.57 - 4.27% para la cola de Moa y el óxido de cromo con concentraciones de pigmentos de 13.8 - 13.5% y ,27.6 - 27.0% respectivamente
La influencia de la concentración de las colas de Moa y del óxido de cromo se manifiesta por los termogramas en las figuras 1,2,3,4 donde la formación de la estructura del yeso hemidrato ocurre al aumentar la concentración de estos pigmentos durante el proceso de precipitación del yeso y queda confirmada por las imágenes 1(a), 2(a), 3(a) 4(a) del análisis de microscopía electrónica de barrido (MEB) realizado a las muestras con aumentos de 1000 veces.
En la Fig. 5 se muestra el resultado del termograma de un yeso coloreado obtenido con el pigmento preparado con la cola de la empresa Ernesto Che Guevara al 34% observándose el mismo fenómeno que con las muestras anteriores
En las imágenes se observa en la muestras de yesos obtenidas con bajas concentraciones de pigmentos (Fig.1(a) y Fig. 2(a) las formas de agujas alargadas características del yeso dihidratado. Ya en las imágenes con mayor concentración de compuestos (Fig.3(a) y Fig.4(a) se observan cambios en las estructuras, distorsión de las estructuras en el caso de las colas Fig.3(a) y disminución del tamaño de las partículas en el caso del óxido de cromo (Fig.4(a).
En el caso de la cola, este compuesto procede del tratamiento de un material natural (Laterita) que aunque está constituido mayormente por óxido férrico (72%) contiene impurezas de otros compuestos no así el óxido de cromo utilizado que es puro. Lo que corrobora una interacción de ambas fases sólidas
También en las muestras de los productos obtenidos secados todos a 105.0 oC fueron caracterizadas químicamente en contenidos de calcio y sulfatos corroborándose por cálculo el contenido de agua de cristalización de los yesos obtenidos.
De todo esto se concluye que la interacción de los pigmentos ensayados con el yeso se produce con el agua de cristalización de la molécula del yeso
En la Fig. 5 se muestra el resultado con la cola de de la empresa Ernesto Che Guevara con contenido promedio en % Fe -43.00, Al -4.36, Cr -2.13, SiO2, - 12.00, Ni - 0.45, Co - 0.09, Mg - 4.40, Mn - 0.60.
El tamaño de las partículas de las colas de la empresa Ernesto Che Guevara fueron determinadas por el equipo analizador de tamaño y distribución de partículas Horiba LA- 950V2 (Anexo 2)
El tamaño de partículas que componen la muestra analizada se encuentra en el rango aproximado entre 17.37 µm y 0.25 µm. El tamaño promedio de partículas es 3.85 µm.
En la figura 5 se exhibe solo un pico endotérmico, igual que en las muestras Fig. 3 y 4 el cual está asociado a los moles de agua de hidratación del yeso.
Los colores desarrollados por este procedimiento están en dependencia de las concentraciones de los pigmentos utilizados, en estos ejemplos las tonalidades pueden ir del marrón al rosa vieja y del gris oscuro al gris pálido.
Las muestras de pigmentos evaluadas por la empresa Hormigón y Tarrazos (HORTER) de las Guásimas fueron:
Colas de la empresa Moa Nickel (Anexo 1),de la Empresa Cromo Camagüey (Anexo 3) El tamaño de las partículas que componen la muestra analizada se encuentra en el rango aproximado entre 77.33µm y 0.44µm. El tamaño promedio de partículas es 10.29 µm y la mediana es 8.04 µm. y de la Empresa niquelífera Ernesto Che Guevara (Anexo 2)
Las muestras de pigmentos evaluadas por la empresa Cerámica Blanca de San José fueron:
Colas de la empresa Moa Nickel (Anexo 1), de la Empresa niquelífera Ernesto Che Guevara (Anexo 2), de los finos de la Empresa Cromo Camagüey (Anexo 3) el tamaño de las partículas que componen esta muestra se encuentra en el rango aproximado entre 77.33µm y 0.44µm. El tamaño promedio de partículas es 10.29 µm y la mediana es 8.04 µm., con contenidos promedio de Cr2O3 -28.80 %, Al2O3 - 26.20%, Fe2 O - 10.70 % 6.81, SiO2 -7.06 %, MgO -19.10% de las colas de Mina Grande del Cobre de Santiago (Anexo 4) con contenidos promedio de Cu - 0.076%, Fe -6.81, SiO2 -74.08 %, Ca - 0.68% El tamaño de las partículas que componen la muestra analizada se encuentra en el rango aproximado entre 77.33 µm y 0.76 µm.
El diámetro promedio de partículas es 10.99 µm y la mediana es 8.70 µm.
y de una muestra de sulfuros calcinados a 500 oC de Ni + Co de la empresa Empresa niquelífera Ernesto Che Guevara con un contenido promedio de Ni - 15.88% Co - .77%, Fe - 0.22% y Cu - 0.76%.
Los pigmentos evaluados por Cerámica Blanca fueron sometidos a los parámetros de cocción del horno industrial en la producción azulejos para pisos (T= 1060 oC.) en pruebas con dosis del pigmento de 0.2 y 2.0%.Los desarrollados por todos los pigmentos muestran distintos matices de acuerdo a las dosis empleadas que van desde el carmelita oscuro hasta el beige y desde beige oscuro hasta el beige claro. Con relación a la muestra del pigmento constituido Ni Co y Cu en forma de sulfatos y óxidos el color desarrollado variaba en sus matices del azul grisáceo oscuro hasta un gris tenue.´
Según opinión del especialista de la empresa todos los pigmentos evaluados desarrollan colores en los azulejos, los recomendados para la producción de azulejos para pisos son los de color beige desarrollados por la cromita de Camagüey, las colas de Mina Grande del Cobre y las colas de Moa.
Los pigmentos evaluados por artesano de la (A.N.A.A.C.) fueron:
Colas de la empresa Moa Nickel (Anexo 1),finos de la Empresa Cromo Camagüey y mezcla de ambos (Anexo 3) con dosis de pigmento utilizada de un 3% y temperatura de cocción de 1100 oC. desarrollando color carmelita oscuro las muestras de Moa Nickel y de matices más claros la cromita Cromo Camagüey en piezas de cerámica.
Se comprobó la posibilidad de producir morteros de cemento coloreados con distintas tonalidades de color para su uso como repello fino en albañilería que permite obtener superficies coloreadas con mejor acabado y más resistentes los colores que las superficies pintadas.
Hasta el presente se han elaborado dos tipos de morteros de distintas tonalidades de los colores marrón y gris.
Se ha comprobado la posibilidad de obtener pigmentos inorgánicos naturales a partir de los desechos sólidos de la industria minero - metalúrgica del país.
Los mejores pigmentos son los elaborados a partir de los desechos de la industria del níquel dada su homogeneidad en su composición química y su grado de fineza así como de los desechos acumulados de la industria del cobre (Mina Grande del Cobre)
Los distintos pigmentos elaborados ofrecen perspectivas de su aplicación en la industria cerámica, de pintura y de mosaicos.
Se han desarrollado procedimientos para la obtención de yesos coloreados de alta pureza utilizables en la construcción y como pigmentos en pinturas y mosaicos
Se han desarrollado procedimientos para la obtención de morteros de cementos coloreados utilizables para repello fino en albañilería