Construcción Civil UC Durante la última década la demanda anual de cemento en Chile ha sido de 5,4 millones de toneladas, mientras que en el 2022 la producción mundial alcanzó 2.800 millones de toneladas.
Por: Carlos Sepúlveda Vásquez, Doctor en Ciencias de la Ingeniería y profesor adjunto Construcción Civil UC
Se estima que por 1 tonelada de cemento producido se liberan alrededor de 0,6 toneladas de CO2 lo que representa el 8 % de las emisiones a nivel mundial. Para afrontar esta problemática el Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile ha propuesto “La Hoja de Ruta Net Zero 2050” destinada a la industria del cemento. Dentro de sus estrategias establece la reducción del uso de clinker en la fabricación del cemento en un 63%, a través del uso de materiales cementicios suplementarios [1].
Los materiales cementicios suplementarios, son aquellos que reemplazan en una porción del clinker sin afectar las propiedades mecánicas y de durabilidad de morteros y hormigones, reduciendo así las emisiones de CO2 asociadas a su fabricación. Un ejemplo, ampliamente utilizado son las cenizas volantes, provenientes de la industria energética del carbón (residuo ambiental), sin embargo, el inminente cierre de este tipo de generadoras de energías, es necesaria la búsqueda de nuevas alternativas de obtención de este tipo de materiales. Es aquí donde nos preguntamos ¿qué otro residuo industrial nos podría ayudar a alcanzar la meta NetZero?
La respuesta a esta pregunta se puede obtener desde la industria minera, que en Chile representa el 13,1 % del PIB, estimándose que se producirán más de 5 millones de toneladas de cobre durante el 2024 [2]. Si consideramos que la producción de 1 tonelada de cobre genera alrededor de 200 toneladas de relave, y de la existencia de más 700 tranques tranques de relaves a nivel nacional, es importante plantearnos el potencial uso de este tipo de residuo como material cementicio suplementario.
Ese es el objetivo del estudio “Electrochemical analysis of carbon steel embedded in mortars with pretreated copper tailings as supplementary cementitious material” [3]. En el cual se exploró el uso de relaves de cobre como material cementicio suplementario. Para ello, se fabricaron morteros y morteros reforzados con reemplazo de cemento por relaves de cobre. El estudio determinó la cantidad optima de reemplazo de cemento usando técnicas mecánicas y electroquímicas, estudiando su influencia en el desempeño frente a la corrosión del acero.
El análisis químico reveló que los relaves de cobre estaban compuestos principalmente de Albita [(Na,Ca)Al(Si,Al)3O8)(Ca2(SiO4))] y Cuarzo [a-SiO2], compuestos altamente compatibles con la hidratación del cemento. La resistencia a la compresión mostró un aumento en un 18 % en muestras con un 10 % de reemplazo en masa por relaves de cobre tamizados, sin necesidad un pretratamiento, como lo es el calcinado o la molienda, que demandan altos costos energéticos. La mejora en las propiedades mecánicas se atribuyó al tamaño de partículas homogenizado por el proceso de tamizado. Por su parte, el análisis electroquímico de acero embebido en morteros mostró que el reemplazo del cemento por relaves de cobre disminuye la resistencia al paso de carga, sugiriendo una mejora en la protección contra la corrosión para el acero embebido, particularmente en el caso de relaves tamizados.
De esta forma, la incorporación de relaves de cobre en el mortero mejora tanto las propiedades mecánicas como la estabilidad electroquímica del acero embebido. Se ha determinado que un reemplazo de hasta un 10% en peso es ideal para obtener resultados competitivos como alternativa al clínker, contribuyendo a la reducción de emisiones en la fabricación del cemento y mejorando la durabilidad de las estructuras, y mostrando así su potencial como un material cementicio suplementario.
En su esfuerzo por reducir las emisiones de CO₂, la industria del cemento tiene la oportunidad de revalorizar residuos generados por otras industrias, liderando así un compromiso colectivo con el medio ambiente. La sinergia entre sectores, apoyada por la investigación académica, muestra que este desafío es compartido y que puede ser abordado de manera conjunta, integrando a la academia en los desafíos de la industria.
Referencias
[1] Hoja de Ruta Chile, Cemento y Concreto – Net Zero 2050 – Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile, (n.d.). https://ich.cl/hola-de-ruta-chile-cemento-y-concreto-net-zero-2050/ (accessed November 13, 2024).
[2] Cochilco proyecta alza de la producción de cobre en Chile de 5% para el año 2024 – COCHILCO, (n.d.). https://www.cochilco.cl/web/cochilco-proyecta-alza-de-la-produccion-de-cobre-en-chile-de-5-para-el-ano-2024/ (accessed November 13, 2024).
[3] C. Sepúlveda-Vásquez, N. Carrasco-Astudillo, L. Muñoz, P. Molina, A. Ringuedé, C. Guerra, M. Sancy, Electrochemical analysis of carbon steel embedded in mortars with pretreated copper tailings as supplementary cementitious material, Int J Electrochem Sci 19 (2024) 100584. https://doi.org/10.1016/J.IJOES.2024.100584
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