RT Dissertation/Thesis
T1 Valorisation of inorganic waste for obtaining construction materials
A1 Contreras Llanes, Manuel
A2 Universidad de Huelva. Departamento de Física Aplicada, 
K1 Residuos industriales
K1 Residuos industriales -- Depuración
K1 Residuos industriales -- Aspecto del medio ambiente
AB Waste generation, in general, increases with technologicaldevelopment, consequently the interest in environmental protection andhealth risks have grown in recent years. Therefore, it is necessary todevelop strategies that has a beneficial impact on waste reuse andmanagement trying to achieve sustainable development in which theresources used and the waste generated are minimised, as well as trying toachieve a circular economy, incorporating waste and co-products to newmaterials. This approach has already been included in the European Unionwaste strategies, prioritizing the prevention in waste generation, as well asthe recycling and valorisation of wastes as alternative to their landfillingdisposal.The main objective of this Doctoral Thesis was born out of the needto develop new efficient applications with commercial interest asconstruction materials (ceramics, cement and bricks), depending on thepercentage of three types of inorganic residues: (1) Ilmenite mud generatedin the production of TiO2 pigment, (2) phosphogypsum from the H3PO4industry, and (3) construction and demolition waste (CDW).A number of instrumental techniques were deployed to characteriseboth the wastes used and the new materials designed, such as, X-raydiffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), inductively coupled plasmamass spectrometry (ICP-MS), inductively coupled plasma opticalemission spectrometry (ICP-OES), thermo-gravimetric analysis anddifferential scanning calorimetry (TGA/DSC) and scanning electronmicroscopy (SEM). In addition, the technological properties, such asresistance, water absorption, etc., have been compared in relation totraditional commercial materials and evaluated according to theestablished technical standards. Since, some of the wastes are consideredNORM (Naturally Occurring Radioactive Material), the materialsobtained were evaluated by alpha and gamma spectrometry, and theenvironmental implications (leaching and radiological studies) wereevaluated. The most prominent findings of the present research can be dividedunder three main headings:Ilmenite mudOnce the physical, chemical, granulometric, micro-structural andradiological properties of this waste were known, the design of newsulphur polymer cements and ceramic bodies adding different percentageswere carried out. The results shown that ilmenite mud could besuccessfully immobilised and valorised as an additive. Theirstechnological properties are in agreement with the requirementsestablished in each regulations and, in some cases, the results were evenbetter than those obtained by the reference materials. Finally, it can beconcluded that that both materials can be used with negligibleenvironmental impact or health risk.PhosphogypsumThis waste has been valorised as an additive in ceramicmanufacturing, complying with the international regulations for bothtechnological properties and environmental requirements. Moreover, theaddition up to 5 wt.% of phosphogypsum improves the technologicalproperties in relation to the reference material.In addition, this waste has been studied as a calcium source for CO2mineral sequestration and calcite production with high efficiencies (96 %).The study of the fluxes of metals and radionuclides showed that most ofthe phosphogypsum pollutants are transferred to calcite (> 95%).Construction and demolition waste (CDW)This waste has been recycled as substitute of natural aggregates toproduce bricks. The results shown that low cost bricks with excellenttechnological properties can be obtained using CDW as an aggregate andlime or cement, as binders.
AB La generación de residuos, en general, aumenta según incrementa elgrado de desarrollo tecnológico de una sociedad, por lo que el interés porla protección del medio ambiente y los riesgos para la salud han florecidoen los últimos años. Por tanto, desarrollar estrategias que mejoren lagestión de los residuos tratando de alcanzar un desarrollo sostenible en elque se minimicen los recursos utilizados y los residuos generados es muynecesario, así como tratar de alcanzar una economía circular, incorporandolos residuos y co-productos a nuevos materiales. Este enfoque ya ha sidoincluido en las estrategias de la Unión Europea en materia de residuos,priorizando la prevención en la generación de residuos, así como elreciclaje y la valorización de estos como alternativa a su depósito envertedero.El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral nace de lanecesidad de desarrollar nuevas aplicaciones eficientes y de interéscomercial en materiales de construcción (cerámicas, cementos y ladrillos),en base a diferentes porcentajes de tres tipos de residuos inorgánicos: (1)lodo de ilmenita generado en la producción de pigmento de TiO2, (2)fosfoyeso procedente de la industria del H3PO4, y (3) residuos deconstrucción y demolición (RCD).Para el estudio, tanto de la caracterización de los residuos como de losnuevos materiales diseñados, se han empleado diferentes técnicasinstrumentales; entre otras, la difracción y la fluorescencia de rayos X(DRX/FRX), espectrometrías de masas o de emisión óptica con fuente deemisión por plasma de acoplamiento inductivo (ICP-MS/OES), análisistermo-gravimétrico y calorimétrico de barrido diferencial (TGA/DSC), yla microscopía electrónica de barrido (MEB). Las propiedadestecnológicas, como la resistencia, la absorción de agua, etc., han sidocomparadas en relación a materiales comerciales tradicionales y evaluadasde acuerdo a los estándares técnicos establecidos. Como algunos de losresiduos son considerados NORM (Naturally Occurring RadioactiveMaterial = materiales radioactivos de origen natural), los materialesobtenidos fueron evaluados mediante espectrometría alfa y gamma, y también se evaluaron las implicaciones ambientales de su utilización(estudios de lixiviación y radiológicos).Los resultados más relevantes obtenidos de la presente Tesis Doctoralse pueden dividir en tres bloques:Lodo de ilmenitaUna vez conocidas las propiedades físicas, químicas, granulométricas,micro-estructurales y radiológicas de este residuo se llevó a cabo el diseñode nuevos cementos poliméricos sulfurosos y cuerpos cerámicos,incorporando diferentes porcentajes. Los datos obtenidos demostraron queel lodo de ilmenita puede inmovilizarse y valorizarse con éxito al incluirlocomo aditivo. Sus propiedades tecnológicas cumplieron sobradamente conlos requisitos marcados en las diferentes regulaciones y, en algunos casos,fueron incluso mejores a las de los materiales de referencia. Finalmente,indicar que ambos materiales pueden ser usados sin generar problemasambientales o de salud para las personas.FosfoyesoEste residuo ha sido incluido como aditivo en cerámicas, las cualeshas cumplido con las normativas internacionales vigentes en relación a laspropiedades tecnológicas y con los requisitos ambientales establecidos.Incluso la adición de hasta 5 % de fosfoyeso mejora las propiedadestecnológicas en comparación al material de referencia.Este residuo también ha sido estudiado como fuente de calcio para elsecuestro mineral del CO2 y obtención de calcita, obteniéndose altaseficiencias (96 %). El estudio de los flujos de metales y radionucleidosdemostraron que la mayor parte de los contaminantes del fosfoyeso setransfieren a la calcita (> 95 %).RCDEste residuo ha sido reciclado como sustituto del agregado naturalpara la producción ladrillos. Los resultados muestran que pueden obtenerse ladrillos de bajo costo con excelentes propiedades físicas usandoRCD como agregado, y cal o cemento como aglutinantes.
PB Universidad de Huelva
YR 2017
FD 2017
LK http://hdl.handle.net/10272/16090
UL http://hdl.handle.net/10272/16090
LA eng
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva
RD 31 may 2026