Optimización de la resistencia a la compresión y densidad para

Tabla 5.48 Mínimos y máximos de las propiedades a evaluar (NaOH 12M+SS)

Respuesta

Observado Mínimo Máximo

Resistencia a la compresión (RC28_12) 9.11 20.2172

Densidad (D28_12) 1.4359 1.9808

Fuente: Elaboración Propia.

Tabla 5.49 Evaluación general de las propiedades (NaOH 12M+SS)

Respuesta Deseabilidad Meta Baja Alta RC28_12 9.11 20.2172 Maximizar D28_12 1.4359 1.9808 Minimizar

161

Tabla 5.50 Resultados de evaluación de las propiedades (NaOH 12M+SS) Fila Resistencia a la compresión Densidad Deseabilidad

Prevista Observada 1 9.65444 1.94817 0.0358922 0.0541763 2 13.388 1.60456 0.586276 0.515694 3 17.8188 1.57933 0.678272 0.760056 4 15.6321 1.67219 0.631759 0.576684 5 10.1752 1.4748 0.490137 0.298423 6 19.0311 1.76278 0.44837 0.597817 7 13.4239 1.63389 0.684869 0.49726 8 17.54 1.8198 0.72321 0.47355 9 17.8728 1.70463 0.694778 0.632341 10 17.12 1.4359 0.737189 0.849208 11 16.1152 1.82307 0.444354 0.427272 12 16.7381 1.84457 0.44379 0.414371 13 14.52 1.5321 0.647058 0.633309 14 15.0253 1.54266 0.704992 0.654389 15 18.18 1.5238 0.664071 0.827563 16 20.2172 1.65203 0.704363 0.776757 17 9.11 1.9808 0.0358922 0.0 18 13.88 1.5169 0.586276 0.604659 19 17.91 1.4899 0.678272 0.844845

Fuente: Elaboración Propia.

Este procedimiento ayuda a determinar la combinación de los factores experimentales que simultáneamente optimiza varias respuestas. Los hace maximizando la función de ‘deseabilidad’. Las metas de cada una de las respuestas actualmente están establecidas como:

 Resistencia a la compresión Maximizar  Densidad Minimizar

162

diseño. Entre los puntos de diseño, la ‘deseabilidad’ máxima se alcanza en la ejecución 10 (ver tabla 5.50).

Optimizar Deseabilidad Valor óptimo = 0.746746

Tabla 5.51 Optimización de las propiedades (NaOH 12M+SS)

Factor Bajo Alto Óptimo

Relave 0.25 0.7 0.328477

Ceniza Volante 0.3 0.7 0.552928

Metacaolin 0.0 0.2 0.118594

Fuente: Elaboración Propia. Tabla 5.52 Respuesta Optima (NaOH 12M+SS)

Respuesta Óptimo

Resistencia a la compresión 17.9819

Densidad 1.60039

La tabla 5.51 muestra la combinación de niveles de factores que maximiza la función de ‘deseabilidad’ en la región indicada. También muestra la combinación de factores a la cual se alcanza el óptimo, de acuerdo a los componentes la relación molar SiO2/Al2O3 que se tendría es 3.904.

163 X1= 0.7

X2= 0.75 X1= 0.25 X3= 0.45

X2= 0.3 X3= 0.0

Contornos de la Superficie de Respuesta Estimada

Deseabilidad 0.0-0.1 0.1-0.2 0.2-0.3 0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-0.8

Figura 5.53 Representación gráfica bidimensional de la optimización de las propiedades evaluadas para los geopolimeros fabricados con una solución de activador con 15 M de NaOH+SS

Fuente: Elaboración Propia.

1 0. 2 1 1. 4 1 2. 6 1 3. 8 1 5. 0 1 6. 2 1 7. 4 1 8. 6 1 .4 6 1 .5 2 1 .5 8 1 .6 4 1 .7 1 .7 6 1 .8 2 1 .8 8 1 .9 4 Grá fic o Sob re p ue s to RC2 8 _1 2 D28 _ 12

Figura 5.54 Representación del gráfico sobrepuesto bidimensional de la optimización de las propiedades para los geopolimeros fabricados con una solución de activador con 15 M de NaOH+SS

Fuente: Elaboración Propia.

Resistencia a la compresión Densidad Relave

Metacaolin Ceniza

164

5.5.6.3.2 Optimización de la resistencia a la compresión y densidad para geopolimeros fabricados con solución activadora de NaOH 15M+SS

Tabla 5.53 Mínimos y máximos de las propiedades a evaluar (NaOH 15M+SS)

Fuente: Elaboración Propia.

Tabla 5.54 Evaluación general de las propiedades (NaOH 15M+SS)

Deseabilidad

Meta

Respuesta Baja Alta

Resistencia a la compresión 5.03 30.4388 Maximizar

Densidad 1.4125 1.9952 Minimizar

Fuente: Elaboración Propia.

En la tabla 5.55 se muestra los resultados de la evaluación de las propiedades, procedimiento ayuda a determinar la combinación de los factores experimentales que simultáneamente optimiza varias respuestas. Los hace maximizando la función de ‘deseabilidad’. Las metas de cada una de las respuestas actualmente están establecidas como:

 Resistencia a la compresión (RC28_15) - maximizar  Densidad (28_15) - minimizar

La salida muestra la función de ‘deseabilidad’ evaluada en cada punto del diseño. Entre los puntos de diseño, la ‘deseabilidad’ máxima se alcanza en la ejecución 16. Respuesta Observado Mínimo Máximo RC28_15 5.03 30.4388 D28_15 1.4125 1.9952

165

Tabla 5.55 Resultados de evaluación de las propiedades (NaOH 15M+SS)

Fila Resistencia a la compresión Densidad Deseabilidad

Prevista Observada 1 8.78232 1.92625 0.108826 0.132193 2 18.1942 1.55157 0.634461 0.628047 3 18.638 1.52037 0.614393 0.660622 4 16.3437 1.62397 0.585653 0.532608 5 15.3101 1.49482 0.503537 0.589431 6 30.4388 1.71044 0.551876 0.699065 7 15.9787 1.5719 0.724213 0.559489 8 25.12 1.7934 0.725551 0.523282 9 20.1936 1.55869 0.705221 0.668627 10 22.59 1.4125 0.71088 0.831324 11 24.5312 1.70272 0.591265 0.620678 12 21.5221 1.72554 0.477297 0.548063 13 17.53 1.4879 0.63458 0.654445 14 14.4781 1.53578 0.624645 0.541453 15 18.51 1.5453 0.660154 0.640012 16 23.985 1.61144 0.742084 0.700936 17 5.03 1.9952 0.108826 0.0 18 18.95 1.5046 0.634461 0.679155 19 18.15 1.4987 0.614393 0.663303

Fuente: Elaboración Propia. Optimizar Deseabilidad

Valor óptimo = 0.746444

Tabla 5.56 Optimización de las propiedades (NaOH 15M+SS)

Fuente: Elaboración Propia.

Factor Bajo Alto Óptimo

X1 0.25 0.7 0.375738 X2 0.3 0.7 0.524896 X3 0.0 0.2 0.0993658

166

Tabla 5.57 Respuesta Optima (NaOH 15M+SS)

Respuesta Óptimo

Resistencia a la compresión 28_15 25.1106

Densidad 28_15 1.58439

Fuente: Elaboración Propia.

La tabla 5.56 muestra la combinación de niveles de factores que maximiza la función de ‘deseabilidad’ en la región indicada. También muestra la combinación, de acuerdo a los componentes la relación molar SiO2/Al2O3 que

se tendría es 4.054.

X1=0.7

X2=0.75 X1=0.25 X3=0.45

X2=0.3 X3=0.0

Contornos de la Superficie de Respuesta Estimada

Deseabilidad 0.0-0.1 0.1-0.2 0.2-0.3 0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-0.8

Figura 5.55 Representación gráfica bidimensional de la optimización de las propiedades evaluadas (NaOH 15M+SS)

167 12.0 16.0 20.0 24.0 1.52 1.58 1.64 1.7 1.76 1.82 1.88 RC28_15 D28_15

Figura 5.56 Representación del gráfico sobrepuesto bidimensional de la optimización de las propiedades (NaOH 15M+SS)

Fuente: Elaboración Propia.

Metacaolin Ceniza

Relave

Rest. Compresión Densidad

168

CONCLUSIONES

 Los resultados muestran que los residuos de relave de cobre y ceniza volante son adecuados para producir geopolímeros para aplicaciones en la construcción. Además de permitir la producción de un nuevo material, la geopolimerización de estos residuos también contribuye a valorizar y eliminar estos residuos, que de otra manera constituirían un problema ambiental. Experimentalmente la mayor resistencias a la compresión fue 30.44 MPa a 28 días de curado usando como solución activadora Hidróxido de Sodio 15M con Silicato de sodio, en la mezcla terciarias Relave 55%, Ceniza 40.5% y Metacaolín 4.5%; y relación molar SiO2/Al2O3=4.672 siendo este valor mayor al mínimo necesario para los

morteros de Cemento Portland tipo IV según la norma NTP 334.009- 2002 que establece 17 MPa a 28 días de curado. Al 95 % de confianza según la modelización realizada en el Statgraphics Centurion XVI con la composición de 43.5 % de relave, 48.9 % de CV y 7.3 % de MK se obtiene el valor óptimo de 26.22 MPa de resistencia a la compresión fabricados con una solución activadora de NaOH 15M+SS.

 De la caracterización química de las materias primas, relave de cobre, ceniza volante y metacaolin se observa un contenido alto de SiO2 y

Al2O3, que van desde 54.86% a 60.06% para el SiO2 y 14.29 % a 28.42

% para el Al2O3; lo cual evidencia la alta potencialidad de estas mezclas

para el proceso de activación alcalina.

 En este trabajo de investigación la concentración molar del hidróxido de sodio en la solución activadora influye directamente en la resistencia mecánica a la compresión que desarrolla la mezcla geopolimérica, conforme aumenta la concentración del NaOH, aumenta la resistencia mecánica, este aumento vendría dado por el aumento de material amorfo que se logra disolver y por una mayor cantidad de iones positivos que estabilizan las cadenas de geopolímeros.

 De acuerdo a los estudios realizados los metales pesados se inmovilizan de manera efectiva en la matriz geipolimérica, basados en RV, CV y Mk, la inmovilización eficaz puede deberse a la incorporación de metales pesados en la red geopolimérica o encapsulación física. Se puede

169

evidenciar que existe una mayor disminución de los materiales lixiviados, por tanto mayor encapsulamiento, a mayor concentración de NaOH en solución activadora, obteniéndose reducciones de 30 % en peso para el Arsénico, 99.0 % para el Cd, 4.3 % para Cr, 88,4 % para el Cobre, 90.0 % para el Pb y 93% para el Zn trabajando con la solución activadora con NaOH 12 M + SS; y cuando se trabajó con soluciones de NaOH 15M + SS se obtuvieron reducciones de 20 % en peso para el Arsénico, 99.7 % para el Cd, 8.6 % para Cr, 99.3 % para el Cobre, 97.7 % para el Pb y 99.9% para el Zn.

 De la caracterización microestructural del geopolímero con mejor resistencia a la compresión se encontraron características comúnmente reportadas para la mayoría de los sistemas geopoliméricos.

170

RECOMENDACIONES

 Estudiar la influencia de la temperatura de curado de 65ºC y 85ºC en la mezcla optima encontrada a 15M de NaOH con SS.

 Estudiar la influencia de la incorporación de agregados finos y gruesos en la mezcla optima encontrada a 15M de NaOH con SS.

 Estudiar la influencia de la humedad de curado al 50% y 90 % entre 60ºC y 90 ºC de temperatura en la mezcla optima encontrada a 15M de NaOH con SS.

 Estudiar la influencia de un aumento de la relación L/S en la mezcla optima encontrada a 15M de NaOH con SS.

 Estudiar la influencia del uso de KOH 15M con SS en la mezcla optima encontrada.

 Realizar pruebas que permitan conocer la adherencia geopolímero-acero para su posible aplicación en concretos estructurales.

171

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In document Obtención de geopolímeros a partir de relave minero de cobre con Ceniza Volante y Metacaolín (página 186-200)