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- Herausgeber: Editorial de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia - UPTC
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Serie: Investigación
- Sprache: Spanisch
- Veröffentlichungsjahr: 2022
La industria siderúrgica genera un sinnúmero de residuos sólidos contaminantes. Las escorias básicas (blancas) producidas durante el afino del acero en el horno cuchara, es un residuo que amerita ser investigado y valorado en sus efectos por el impacto que representa ambientalmente su disposición final y manejo. Agronómicamente se atribuye a las escorias básicas un alto potencial para controlar la acidez de suelos agrícolas limitados en su fertilidad. La presente investigación evaluó la reactividad química que como material de encalado presentan las escorias básicas de SIDENAL S.A., Colombia, donde se producen del orden de 400 toneladas mes de este residuo. Mediante análisis químicos especiales se comprobó que la escoria básica evaluada presenta un equivalente químico (EQCaCO3) de 115, superior al del CaCO3 puro, lo que junto a la alta participación de óxidos de calcio y magnesio en su composición, hace ver este residuo industrial superior a una gran mayoría de materiales de encalado ofertados comercialmente en Colombia. Los resultados obtenidos tanto en pruebas de incubación como en pruebas biológicas, indicaron que la aplicación de escorias básicas promueve en suelos ácidos e infértiles, cambios que impactan favorablemente su fertilidad química. Derivado del uso de escorias es posible registrar residualidad de níquel (Ni) y cromo (Cr) en la solución del suelo y en el tejido vegetal, muy por debajo de los niveles considerados contaminantes. Los resultados finales de esta investigación, constituyen un valioso referente para la industria siderúrgica en lo relacionado al uso de las escorias básicas en agricultura. El impacto de este conocimiento plantea una nueva estrategia hacia la reconversión y manejo de residuos sólidos industriales, cuyos volúmenes de producción ofrecen contaminación de diferente tipo y magnitud.
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ESCORIAS BÁSICAS
DE SIDERÚRGICA:
POTENCIAL DE USO COMO MATERIAL
DE ENCALADO EN AGRICULTURA
Hugo E. Castro Franco
Dalia Soraya Useche de Vega
Sonia Natalia Vásquez D.
Grupo Interinstitucional de Investigación en Suelos Sulfatados Ácidos
Tropicales GISSAT – UPTC. Escuela de Ingeniería Agronómica
Grupo de Investigación en Sostenibilidad Ambiental, Biodiversidad
y Agroecología GISABA – UPTC. Escuela de Ingeniería Ambiental
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
Tunja
2021
Escorias básicas de Siderúrgica: potencial de uso como material de encalado en agricultura/ Basic slag from Siderúrgica: potential for use as liming material in agriculture/ Castro Franco, Hugo E.; Useche de Vega, Dalia Soraya; Vásquez D.,Sonia Natalia. Tunja: Editorial UPTC, 2021. 89 p.
ISBN 978-958-660-470-3
ISBN Digital 978-958-660-595-3
1. Escorias. 2. Residuos. 3. Enmiendas. 4. Incubación. 5. Acidez suelos
(Dewey 338.1 / 21) (Thema RN - El medioambiente)
Primera Edición, 2021
50 ejemplares (impresos)
Escorias básicas de Siderúrgica: potencial de uso como material de encalado en agricultura
Basic slag from Siderúrgica: potential for use as liming material in agriculture
ISBN 978-958-660-470-3
ISBN Digital 978-958-660-595-3
Colección de Investigación UPTC No. 178
Proceso de arbitraje doble ciego
Recepción: junio de 2019
Aprobación: febrero de 2020
© Hugo E. Castro Franco, 2021
© Dalia Soraya Useche de Vega, 2021
© Sonia Natalia Vásquez D., 2021
© Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, 2021
Editorial UPTC
Edificio Administrativo – Piso 4
Avenida Central del Norte No. 39-115, Tunja, Boyacá
www.uptc.edu.co
Rector, UPTC
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Comité Editorial
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Carlos Mauricio Moreno Téllez, Ph. D.
Manuel Humberto Restrepo Domínguez, Ph. D.
Óscar Pulido Cortés, Ph. D.
Edgar Nelson López López, Mg.
Editora en Jefe
Lida Esperanza Riscanevo Espitia
Coordinadora Editorial
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Corrección de Estilo
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Librofinanciado por la Dirección de Investigaciones de la UPTC. Se permite la reproducción parcial o total, con la autorización expresa de los titulares del derecho de autor. Este libro es registrado en Depósito Legal, según lo establecido en la Ley 44 de 1993, el Decreto 460 del 16 de marzo de 1995, el Decreto 2150 de 1995 y el Decreto 358 de 2000.
Libro resultado de investigación con SGI 813 Evaluación de la reactividad química de las escorias básicas procedentes de la siderúrgica de Boyacá como material encalante para el control de acidez en suelos agrícolas.
Citar este libro / Cite this book: Castro Franco, H., Useche de Vega, D. & Vásquez, S. (2021). Escorias básicas de Siderúrgica: potencial de uso material de encalado en agricultura. Tunja: Editorial UPTC.
DOI: https://doi.org/10.19053/9789586604703
RESUMEN
La industria siderúrgica genera un sinnúmero de residuos sólidos contaminantes. Las escorias básicas (blancas) producidas durante el afino del acero en el horno cuchara, es un residuo que amerita ser investigado y valorado en sus efectos por el impacto que representa ambientalmente su disposición final y manejo. Agronómicamente se atribuye a las escorias básicas un alto potencial para controlar la acidez de suelos agrícolas limitados en su fertilidad. La presente investigación evaluó la reactividad química que como material de encalado presentan las escorias básicas de SIDENAL S.A., Colombia, donde se producen del orden de 400 toneladas mes de este residuo. Mediante análisis químicos especiales se comprobó que la escoria básica evaluada presenta un equivalente químico (EQCaCO3) de 115, superior al del CaCO3 puro, lo que junto a la alta participación de óxidos de calcio y magnesio en su composición, hace ver este residuo industrial superior a una gran mayoría de materiales de encalado ofertados comercialmente en Colombia. Los resultados obtenidos tanto en pruebas de incubación como en pruebas biológicas, indicaron que la aplicación de escorias básicas promueve en suelos ácidos e infértiles, cambios que impactan favorablemente su fertilidad química. Derivado del uso de escorias es posible registrar residualidad de níquel (Ni) y cromo (Cr) en la solución del suelo y en el tejido vegetal, muy por debajo de los niveles considerados contaminantes. Los resultados finales de esta investigación, constituyen un valioso referente para la industria siderúrgica en lo relacionado al uso de las escorias básicas en agricultura. El impacto de este conocimiento plantea una nueva estrategia hacia la reconversión y manejo de residuos sólidos industriales, cuyos volúmenes de producción ofrecen contaminación de diferente tipo y magnitud.
Palabras Clave: escorias, residuos, enmiendas, incubación, acidez suelos.
ABSTRACT
The steel industry generates countless polluting solid waste. The basic (white) slag produced during steel refining in the ladle furnace is a waste that deserves to be investigated and its effects assessed because of the environmental impact of its final disposal and management.
Agronomically, basic slags are considered to have a high potential for controlling the acidity of agricultural soils with limited fertility.This research evaluated the chemical reactivity of basic slag as a liming material at SIDENAL S.A., Colombia, where about 400 tons of this waste are produced per month. By means of special chemical analyses, it was verified that the basic slag evaluated has a chemical equivalent (EQCaCO3) of 115, higher than that of pure CaCO3, which together with the high participation of calcium and magnesium oxides in its composition, makes this industrial waste superior to a great majority of liming materials commercially offered in Colombia. The results obtained in both incubation and biological tests indicated that the application of basic slag promotes changes in acid and infertile soils that favorably impact their chemical fertility. As a result of the use of slag, it is possible to register residual nickel (Ni) and chromium (Cr) in the soil solution and in the plant tissue, well below the levels considered contaminants. The final results of this research constitute a valuable reference for the steel industry in relation to the use of basic slags in agriculture. The impact of this knowledge poses a new strategy towards the reconversion and management of industrial solid wastes, whose production volumes offer different types and magnitudes of contamination.
Key words: slags, wastes, amendments, incubation, soil acidity
Contenido
Presentación
Introducción
1. Descripción del proceso siderúrgico: fabricación de acero y formación de escorias básicas
1.1 Proceso de fusión
1.2 Proceso de afino
1.3 Proceso siderúrgico de Sidenal S.A
1.4 Formación de escorias básicas
1.4.1 Fundentes
1.4.2 Materiales formadores de escoria
2. Contaminación por procesos industriales de siderúrgica
2.1 Contaminación del aire
2.2 Contaminación de aguas
2.3 Contaminación por metales pesados
3.1 Normatividad internacional
3.1.1 Convenio de Basilea
3.1.2 Normatividad en Europa
3.1.3 Normatividad en México
3.1.4 Normatividad en Argentina
3.2 Normatividad en Colombia
4. Utilización de escorias en agricultura
4.1 Experiencias en Brasil
4.2 Experiencias en España
4.3 Experiencias en Venezuela
4.4 Experiencias en Colombia
4.5 Experiencias en otros países
5. Materiales de encalado
6. Métodos para evaluar el uso de las escorias como material encalante en agricultura
6.1 Caracterización original de la escoria
6.2 Evaluación de la aptitud de uso agrícola de la escoria como material encalante 46
6.2.1 Pruebas de incubación
6.2.2 Pruebas biológicas
7. Reactividad química de las escorias básicas aplicada al control de la acidez en suelos agrícolas
7.1 Caracterización fisicoquímica de escorias básicas (blancas) procedentes de la industria siderúrgica
7.1.1 Caracterización física
7.1.2 Caracterización química
7.2 Resultados obtenidos en pruebas de incubación
7.2.1 Efecto de las escorias sobre la variable pH
7.2.2 Efecto de las escorias sobre la variable calcio
7.2.3 Efecto de las escorias sobre la variable magnesio
7.2.4 Interacciones del pH con las concentraciones de calcio y magnesio
7.3 Resultados obtenidos en pruebas biológicas
7.3.1 Efecto de las escorias sobre componentes de rendimiento
7.3.2 Efecto de las escorias sobre la producción de biomasa
7.4 Cambios químicos inducidos al suelo y tejido vegetal derivado del uso de escorias básicas
7.4.1 Cambios químicos inducidos a la fertilidad del suelo
7.4.2 Residualidad de metales pesados en la solución del suelo
7.4.3 Residualidad de metales pesados en tejido vegetal
Conclusiones
Recomendaciones
Referencias
Presentación
La industria siderúrgica genera un sinnúmero de residuos sólidos contaminantes. Las escorias básicas (blancas) producidas durante el afino del acero en el horno cuchara, es un residuo que amerita ser investigado y valorado en sus efectos por el impacto que representa ambientalmente su disposición final y manejo. Agronómicamente se atribuye a las escorias básicas un alto potencial para controlar la acidez de suelos agrícolas limitados en su fertilidad. La presente investigación evaluó la reactividad química que como material de encalado presentan las escorias básicas de la Siderúrgica Nacional (Sidenal) – Sogamoso, donde se produce del orden de 60 toneladas / mes de este residuo.
Mediante análisis químicos especiales se comprobó que la escoria básica evaluada presenta un equivalente químico (EQCaCO3) de 115, superior al del CaCO3 puro, lo que junto a la alta participación de óxidos de calcio y magnesio en su composición, hace ver este residuo industrial superior a una gran mayoría de materiales de encalado ofertados en Colombia. Los resultados obtenidos tanto en pruebas de incubación como en pruebas biológicas, indicaron que la aplicación de escorias básicas promueve en suelos ácidos e infértiles, cambios que impactan favorablemente su fertilidad química.
Derivado del uso de escorias es posible registrar residualidad de níquel (Ni) y cromo (Cr) en la solución del suelo y en el tejido vegetal, muy por debajo de los niveles considerados contaminantes. Los resultados finales de esta investigación, constituyen un valioso referente para la industria siderúrgica en lo relacionado al uso de las escorias básicas en agricultura. El impacto de este conocimiento plantea una nueva estrategia hacia la reconversión y manejo de residuos sólidos industriales, cuyos volúmenes de producción ofrecen contaminación de diferente tipo y magnitud.
Al presentar esta publicación, los autores, integrantes del Grupo Interinstitucional de Investigación en Suelos Sulfatados Ácidos Tropicales, Gissat – Uptc, queremos destacar la importancia que representó para los intereses de la investigación en escorias siderúrgicas, la alianza entre la industria Sidenal S.A., la Corporación Autónoma Regional de Boyacá (Corpoboyacá) y la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (Uptc). Sin duda, de esta manera el impacto del conocimiento generado, se hace más tangible frente a las realidades ambientales que registra la región.
Introducción
El proceso industrial de producción de acero desarrollado por la empresa siderúrgica Sidenal S.A., genera diversos residuos, entre los que se encuentra la escoria blanca o escoria básica. Los residuos sólidos industriales originados en el proceso de fundición de aceros, por su naturaleza física y su composición química, inducen contaminación ambiental de diferente tipo y magnitud.
Las cerca de dos toneladas diarias de escorias básicas que Sidenal produce, pueden llegar a ocasionar situaciones de riesgo por contaminación de aire, agua y suelo, en los sitios donde generalmente son dispuestos estos residuos a cielo abierto. El inadecuado manejo que reciben estos volúmenes acumulados de escorias, está impactando de manera negativa el ambiente, especialmente, comprometiendo la belleza del paisaje natural. Lo anterior, amerita un análisis y revisión de lo que para el caso significa la adopción de las normas ambientales que debe aplicar la industria siderúrgica bajo el control y supervisión de la autoridad ambiental.
Por ser altamente viable para la agricultura, la utilización de subproductos obtenidos como resultado de procesos de origen industrial es un tema aceptado y manejado bajo supervisión técnico ambiental en diferentes países. Las escorias básicas de siderúrgica conocidas por su composición en CaO y MgO como un material encalante con equivalente químico en CaCO3 superior a la dolomita, escorias Thomas y cales hidratadas comerciales, ofrece por su origen térmico desmetalizado, una opción atractiva desde el punto de vista agronómico para ser utilizadas como insumo en el control de acidez y mejoramiento químico de suelos caracterizados por su baja productividad agrícola, debida a la presencia de aluminio y a su desaturación en calcio y magnesio.
Con el desarrollo del proyecto, el Grupo Interinstitucional de Investigación en Suelos Sulfatados Ácidos Tropicales, Gissat - Uptc, buscó generar el conocimiento que validara experimentalmente el uso agrícola de las escorias básicas de siderúrgica, lo que en el ámbito ambiental y productivo se considera altamente favorable, por convertir un subproducto contaminante de la industria, en este caso las escorias, en un insumo aprovechable en la agricultura.
El proceso investigativo desarrollado para concluir sobre el potencial uso de las escorias básicas de siderúrgica en la agricultura de suelos ácidos, contempló de una parte la caracterización fisicoquímica de dicho material, y de otra, la realización de pruebas de incubación y de pruebas biológicas en condiciones de invernadero, para valorar la respuesta de diferentes dosis de escorias sobre parámetros químicos del suelo y sobre la producción de biomasa, esto último, utilizando como cultivo indicador la avena sativa.
Con el propósito de ejecutar esta propuesta investigativa, se celebró un convenio entre Sidenal S.A., Corpoboyacá y la Uptc, ante todo para aportar las bases científicas que permitan en adelante sugerir usos alternativos de las escorias básicas, que logren mitigar posibles impactos ambientales causados al paisaje, el suelo, el agua y el aire, por los volúmenes acumulados en el tiempo y su inadecuada disposición.
La presente investigación aplicada a suelos Alfisoles, representativos del área erosional del municipio de Tunja, complementa en sus resultados los trabajos iniciados por González y Castro en el año 2000, relacionados con la evaluación de la potencialidad del uso agrícola de escorias industriales procedentes de la Siderúrgica de Boyacá S.A., hoy Diaco.
1. Descripción del proceso siderúrgico: fabricación de acero y formación de escorias básicas
