Ma e iales de Cons ucción
Vol. 62, 306, 183-198
ab il-junio 2012
ISSN: 0465-2746
eISSN: 1988-3226
doi: 10.3989/mc.2011.63910
Uso del esiduo indus ial yeso ojo como sus i u o del yeso na u al
pa a la ab icación de cemen os come ciales
Use o he ed gypsum indus ial was e as subs i u e
o na u al gypsum o comme cial cemen s manu ac u ing
M. J. Gázquez(*), J. P. Bolí a (*), F. Vaca(*), R. Ga cía-Teno io(**), A. Mena-Nie o(*)
Recepción/
Recei ed:
19-XI-10
Acep ación/
Accep ed:
11-VII-11
Publicado online/
Online publishing:
01-VIII-11
RESUMEN
El obje i o de es a in es igación ha sido analiza la alo-
ización de un esiduo gene ado en el p oceso de p o-
ducción de dióxido de i anio ( ía sul a o), denominado
yeso ojo, en la p oducción de cemen os. Dicho esiduo
es á compues o undamen almen e po sul a o de calcio
di-hid a ado e hid óxidos de hie o. Pa a ello, ha sido ne-
cesa ia la ca ac e ización ísico-química del yeso ojo,
así como la de los o os componen es undamen ales en
la ab icación de cemen os y de los cemen os gene ados
con el mencionado esiduo. Además, en el caso del yeso
ojo, se ha analizado su con enido adiac i o al gene a -
se és e en una indus ia NORM (Na u al Occu ing Radio-
ac i e Ma e ials).
Pos e io men e, se han es udiado las p opiedades más
impo an es de los cemen os p oducidos con di e en es
po cen ajes de yeso ojo añadido, compa ando es as
mezclas con las p opiedades de un cemen o Po land
come cial, comp obándose que se cumplen odas las
no mas eu opeas de calidad exigibles.
Palab as cla es: esiduo, alo ización, dióxido de i a-
nio, yeso ojo, indus ia NORM.
SUMMARY
The main objec i e o his esea ch has been he
alo isa ion o a was e om he TiO2p oduc ion p ocess
(sulpha e me hod), called ed gypsum, in he p oduc ion
o cemen s. This was e is mainly o med by di-hyd a e
calcium sulpha e and i on hyd oxides. To co e his
objec i e i has been necessa y o pe o m he physico-
chemical cha ac e isa ion o he ed gypsum as well as
he main componen s in he p oduc ion o cemen s and
o he new cemen s gene a ed. Mo eo e , o he ed
gypsum, has been analyzed i s adioac i e con en
because i is gene a ed in a NORM (Na u ally Occu ing
Radioac i e Ma e ials) indus y.
Finally, he mos impo an p ope ies o he ob ained
cemen s wi h di e en p opo ions o ed gypsum in hei
composi ion ha e been s udied by compa ing hem wi h
he s anda d ones ob ained in a Po land cemen . Las ly,
we ha e demons a ed ha he new cemen s ul il all he
quali y es s imposed by he Eu opean legisla ion.
Keywo ds:
was e, alo isa ion, i anium dioxide, ed
gypsum, NORM indus y.
(*)Uni e sidad de Huel a, Huel a (España).
(**) Uni e sidad de Se illa, Se illa (España).
Pe sona de con ac o/
Co esponding au ho :
[email p o ec ed]
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1. INTRODUCCIÓN
Cualquie p oceso indus ial que equie a el uso de ma e-
ias p imas y aplique ans o maciones ísicas y/o quími-
cas pa a ob ene un nue o p oduc o gene a di e en es
can idades de esiduos en elación a la can idad de la
ma e ia p ima que en a en el p oceso. Po ello, y debido
a la c ecien e concienciación en la p o ección de la salud
y el medio ambien e, ac ualmen e la alo ización de los
esiduos indus iales es obje o de una p o unda in es iga-
ción. Po o a pa e, no hay que deja de lado los posibles
bene icios económicos p oceden es de es a alo ización
(1, 2). La minimización en la p oducción de esiduos, e i-
ando su libe ación di ec a al medio ambien e, gene a no
solo bene icios ambien ales sino ambién la ob ención de
cie os co-p oduc os con alo económico que pueden se
des inados a nue as aplicaciones (3, 4). Un uso po encial
muy desa ollado pa a cie os esiduos indus iales es su
inco po ación a los cemen os (5-7), buscando aumen a
los ni eles de sos enibilidad en la ma e ialización de las
cons ucciones, desde la ase de diseño de los edi icios
(8), e incluso en la ab icación de los di e en es compo-
nen es que in eg an dichos edi icios (9).
En nues o caso, el in e és es á undamen almen e cen a-
do en la alo ización de un esiduo gene ado po una
indus ia si uada en Palos de la F on e a, p o incia de
Huel a, dedicada a la p oducción de pigmen o de dióxido
de i anio, Tioxide Eu ope, S.L. Es a plan a p oduce es e
pigmen o po la “ ía sul a o”, u ilizando como p incipales
ma e ias p imas un mine al denominado ilmeni a (Fe2TiO3)
y ácido sul ú ico concen ado (H2SO4al 98%). Un esque-
ma gene al del p oceso de p oducción se mues a en la
Figu a 1, mien as que una desc ipción de allada del p o-
ceso de p oducción se encuen a en (10, 11). El esiduo a
alo iza es comúnmen e conocido con el nomb e de yeso
ojo, y se gene a en el p oceso de neu alización que se
aplica a unas aguas ácidas esul an es del p oceso an es de
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M. J. Gázquez
e al.
1. INTRODUCTION
Any indus ial p ocess ha equi es he use o aw
ma e ials, applying physical and/o chemicals
ans o ma ions o p oduce a new p oduc , gene a es
was e in a iable p opo ions in ela ion o he amoun o
aw ma e ial en e ing in he p ocess. The e o e, due o
he g owing awa eness in he p o ec ion o heal h and
he en i onmen , he eco e y o was e cu en ly
gene a ed in mos indus ial p ocesses is he subjec o
a ho ough in es iga ion. On he o he hand, is impo an
do no lea e ou he po en ial economic bene i o his
eco e y (1, 2). The minimiza ion in he was e
p oduc ion, a oiding i s di ec elease in o he
en i onmen , gene a es no only en i onmen al bene i s
bu also he p oduc ion o ce ain co-p oduc s wi h
economic alue ha can be alloca ed o new applica ions
(3, 4). One po en ial use o ce ain highly de eloped
indus ial was es, is hei inco po a ion in he cemen
indus y (5-7), seeking o inc ease he sus ainabili y le el
in he cons uc ions, om he design phase o buildings
(8), and e en in he manu ac u ing o di e en
componen s o hese buildings (9).
In ou case, he in e es was mainly ocused on he
eco e y o a was e gene a ed by an indus y loca ed in
he municipali y o Palos de la F on e a, in he p o ince
o Huel a, dedica ed o he p oduc ion o i anium
dioxide pigmen , Tioxide Eu ope, S.L. This plan is
de o ed o he p oduc ion o TiO2 o plas ics. The
pigmen is p oduced by applying he so-called “sul a e
me hod” using a aw ma e ial called ilmeni e (Fe2TiO3)
and concen a ed sul u ic acid (H2SO4o 98%). A
gene al ou line o he p oduc ion p ocess is shown in
Figu e 1, while a de ailed desc ip ion o he p oduc ion
p ocess can be ound in (10, 11). The esidue o alo ize
is commonly known as ed gypsum, and is gene a ed in
he neu aliza ion p ocess which is applied o he acidic
Figu a 1. Esquema del p oceso indus ial u ilizado en la ac o ía de Huel a pa a la ob ención del TiO2 ía sul a o.
Figu e 1. Diag am o he sulpha e p ocess used in he Huel a ac o y o TiO
2
p oduc ion.
Ilmeni a + esco ia + H2SO4
Ilmeni e + slag + H2SO4
Diges ión
Diges ion
Ácido eciclado
Recycled acid
Concen ación
Concen a ion
Monohid a o
Monohid a e
FeSO4.1 H2O
C is alización
C is alisa ion
Yeso ojo
Red gypsum
E luen e
E luen
Capa osa
Coope as
FeSO4.7 H2O
Neu alización
Neu alisa ion
(Weak acid s eam)
Cla i icación
Cla i ica ion
Lodos
Muds
Fil ado y la ado
Fil e and wash
Calcinación
Calcina ion
TiO2
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su e ido al medio ambien e, al como de alla emos pos-
e io men e, y es á undamen almen e compues o po sul-
a o de calcio dihid a ado e hid óxidos de hie o.
En la plan a de Huel a se gene an anualmen e unas
70.000 oneladas de yeso ojo (YR), que has a la ac ua-
lidad, al menos en España, no han enido u ilidad algu-
na, po lo que su ges ión se ealiza po eliminación en
e ede o con olado. Es a polí ica le esul a cos osa a la
emp esa, po lo que se decidió busca un uso come cial
pa a los mismos e impulsa la ins igación mos ada en
es e abajo.
La bibliog a ía exis en e has a la ac ualidad sob e po encia-
les alo izaciones (aplicaciones) del yeso ojo es escasa. En
es e sen ido, podemos señala el uso del yeso ojo, jun o
con o os esiduos (cal, esco ia de ace o y esco ia de al o
ho no) en sus i ución de una pa e del cemen o como aglu-
inan e, po un lado en la ab icación de adoquines (12), o
con obje o de educi el cemen o u ilizado en la ab icación
de ma e iales de baja esis encia pa a cie os usos (cub i
zanjas o elleno de minas) (13), además de se es udiado
como inhibido es en la e osión de los suelos (14) jun o con
la ijación de me ales pesados en suelos con aminados
(15). A endiendo a la composición mayo i a ia del esiduo,
y eniendo en cuen a que el yeso na u al (YN) se adiciona
al clinke en e un 3 y un 5% como egulado ( e a dado )
del aguado del cemen o come cial (16), se decidió po
an o analiza en de alle la posibilidad de sus i ui el yeso
na u al po yeso ojo en la ab icación del cemen o ipo
Po land, compa ándose las di e en es mezclas ob enidas
con un cemen o Po land come cial (CEM). En es e sen i-
do, podemos des aca que se e i a ía la disposición inal en
e ede os, con la consiguien e mejo a ambien al y econó-
mica que ello supone, an o pa a la emp esa como pa a la
población en gene al, e i ando el uso de una ma e ia p i-
ma como el yeso na u al.
La posibilidad de u iliza la indus ia del cemen o pa a el
eciclaje del yeso ojo hace necesa io ene en cuen a
dos aspec os undamen ales. Po un lado, es necesa io
es udia si la p esencia de es e esiduo modi ica las p o-
piedades mecánicas del cemen o; segundo, es imp es-
cindible comp oba cómo se puede e a ec ado el medio
ambien e, p incipalmen e po lixi iación de los me ales y
adionucleidos que an a se incluidos en la ma iz del
cemen o, p es ando especial a ención al hie o y al i a-
nio. Ob iamen e, es os es udios exigen una ca ac e iza-
ción ísico-química p e ia (elemen al, mine alógica, g a-
nulomé ica, mo ológica), an o del esiduo en sí como
de los componen es u ilizados en la gene ación de los
cemen os a analiza .
Es necesa io po o a pa e ema ca que la indus ia en
la que se gene a el yeso ojo es una indus ia cali icada
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Uso del esiduo indus ial yeso ojo como sus i u o del yeso na u al pa a la ab icación de cemen os come ciales
Use o he ed gypsum indus ial was e as subs i u e o na u al gypsum o comme cial cemen s manu ac u ing
wa e esul ing o he p ocess, be o e hey a e
discha ged o he en i onmen . The ed gypsum, as we
will de ail la e , i consis s mainly o calcium sul a e
dihyd a e and i on hyd oxides.
In he ac o y o Huel a he e a e gene a ed abou
70 000 onnes pe yea o ed gypsums (RG), which un il
now in Spain ha e no had any use, being disposed o in
an au ho ized a ea. This policy is cos ly o he company,
so i was decided o ind a comme cial use o hem and
encou age he esea ch shown in his wo k.
The consul ed li e a u e shows ha s udies abou he
po en ial alo iza ion o ed gypsum a e qui e limi ed. In
his ega d, i can be poin ed ou he use o he ed
gypsum, oge he wi h o he was es (lime, basic s eel
slag and blas u nace slag) o eplace some pa o
cemen as a binde , i s in he manu ac u ing o pa ing
blocks (12), o in he manu ac u ing o low esis ance
ma e ials o ce ain applica ions (co e ing enches o
illing o mines) (13). In addi ion i has been s udied he
applicabili y o he ed gypsum as an inhibi o in soil
e osion (14) and o he inmobilisa ion o hea y me als
in soils (15). Acco ding o hese s udies and aking in o
accoun he composi ion o his was e (RG) and ha he
na u al gypsum (NG) is added o clinke , be ween 3%
and 5% (16), as a se e a dan o comme cial cemen s,
i was decided o analyse he possibili y o eplacing
na u al gypsum by ed gypsum in he manu ac u ing o
hese cemen s, compa ing he di e en mix u es
ob ained wi h a comme cial cemen (CEM). In his sense,
i is no ewo hy ha we can a oid he dispose o o
land ill, gene a ing en i onmen al and economical
bene i s o hese indus ies and he gene al popula ion,
a oiding he use o a aw ma e ial as na u al gypsum.
I is necessa y o ha e in conside a ion wo undamen al
aspec s when conside ing he possibili y o using cemen
o he ecycling o ed gypsum. Fi s ly, i is compulso y
o s udy whe he he p esence o his esidue modi ies
he mechanical p ope ies o he cemen , compa ed wi h
comme cial cemen . Secondly, i is essen ial o check i s
en i onmen al impac mainly associa ed o he po en ial
p oblem o leaching o me als included in he cemen
ma ix, wi h pa icula a en ion o i on and i anium.
Ob iously, hese s udies equi e p io physico-chemical
analysis (elemen al, mine alogical, pa icle size,
mo phology) o he was e and he componen s used in
he gene a ion o cemen s es ed.
Mo eo e i is necessa y o no e ha he indus y ha
p oduces he ed gypsum, is an indus y quali ied as a
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como indus ia NORM (ac ónimo de Na u ally Occu ing
Radioac i e Ma e ial). Es e ipo de indus ias se ca ac e-
izan bien po u iliza ma e ias p imas en iquecidas en
adionucleidos na u ales, o po gene a po las peculia i-
dades en sus p ocesos de p oducción p oduc os in e me-
dios, inales o esiduos en iquecidos en adiac i idad
na u al. En Huel a, la ilmeni a u ilizada como ma e ia
p ima con iene concen aciones de ac i idad de los
adionucleidos de la se ie del o io un o den de magni-
ud supe io al que p esen an los suelos ípicos de nues-
o país. Ello exige e alua de o ma de allada el con e-
nido adiac i o de los yesos ojos y de los cemen ados
gene ados con una acción de es e esiduo en su com-
posición, pues ob iamen e la polí ica de alo ización de
esiduos debe basa se en el cumplimien o de unos es-
ánda es ambien ales y adiológicos conside ados como
acep ables.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Ma e iales
El obje i o p incipal de es e abajo ha sido comp oba la
posibilidad de sus i ui el yeso na u al po yeso ojo como
e a dan e del aguado en la ab icación de cemen o.
Pa a ello, se han ealizado a ias mezclas con di e en es
po cen ajes de yeso ojo y clinke (Tabla 1). Las p opie-
dades de es a mezclas se han compa ado con las de un
cemen o come cial (CEM), que p esen a las siguien es
ca ac e ís icas: ca ego ía esis en e 52,5 N/mm2, com-
pues o po una mezcla de 97% clinke y 3% yeso na u-
al, y con un po cen aje de adiciones no supe io al 5%,
según se de alla en el Pliego de Recepción de Cemen os
RC-08 (Real Dec e o 956/2008, de 6 de junio).
An es de lle a a cabo es as mezclas, se p ocedió a la
ca ac e ización ísico-química an o de las ma e ias p i-
mas u ilizadas (clinke y cemen o), como del esiduo
(YR), que se que ía alo iza . Pa a ello, odas las mues-
as ue on secadas en es u a a 50 °C has a peso cons-
an e, con obje o de que el yeso ojo no pie da el agua
de hid a ación con enida en su es uc u a c is alina. Po
úl imo, y una ez se han ca ac e izado los di e en es
ma e iales, se p ocedió al análisis de las ma ices de
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M. J. Gázquez
e al.
NORM (ac onym o Na u ally Occu ing Radioac i e
Ma e ial). Such indus ies a e cha ac e ised ei he by
using aw ma e ials ich in na u al adionuclides, o
gene a e, a ending o he special cha ac e is ics o hei
p oduc ion p ocesses inal o in e media e p oduc s o
was es en iched in na u al adioac i i y. In he ac o y o
Huel a, he ilmeni e used as aw ma e ial con ains
ac i i y concen a ions o adionuclides o he ho ium
se ies one o de o magni ude highe han in ypical soils
o ou coun y. This equi es a de ailed assessmen o
he adioac i e con en o ed gypsum and cemen -
gene a ed wi h a ac ion o his was e in hei
composi ion, because he policy o he eco e y o was e
should be ob iously based on compliance wi h ce ain
en i onmen al and adiological s anda ds conside ed o
be accep able by socie y.
2. MATERIALS AND METHODS
2.1. Ma e ials
The main objec i e o his s udy i has been o check he
possibili y o subs i u ing na u al gypsum o ed gypsum
as a se e a dan in he manu ac u e o cemen . To do
his, se e al mix u es wi h di e en pe cen ages o ed
gypsum and clinke we e gene a ed (see Table 1). The
p ope ies o hese mix u es we e compa ed o hose o
comme cial cemen (CEM), which has he ollowing
cha ac e is ics: i s esis ance ca ego y is 52.5 N/mm2, and
is composed by a mix u e o clinke (97%) and na u al
gypsum (3%), wi h a a e o no mo e han 5% addi ions,
as is de ailed in he S a emen o Accep ance o Cemen s
(RC-08), app o ed by Royal Dec ee 956/2008 o 6 June.
Be o e making hese mix u es, we ha e s udied he
physical and chemical cha ac e is ics o he aw
ma e ials: clinke , cemen and he esidue, RG, which
need o be alo ized. To do his, all he samples we e
d ied in an o en a 50 °C, o a oid he loss o hei
hyd a a ion wa e , un il cons an weigh . Once hey
ha e been cha ac e ized, he di e en ma e ials we e
analyzed in he cemen ma ix, as well as i s
easibili y o he possible use in comme cial cemen ,
Tabla 1 /
Table 1
Po cen ajes en las di e en es mezclas de clinke y yeso ojo u ilizadas pa a ob ene los di e en es cemen os, jun o con la mues a
de cemen o come cial.
P opo ions o clinke and ed gypsum used in he h ee cemen s o med o his s udy. The cha ac e is ics o he comme cial cemen
aken as e e ence a e also gi en.
CEM I, 52.5 N/SR Clinke Yeso ojo / Red gypsum
CEM 100 - -
YA - 97.5 2.5
YB - 95 5
YC - 90 10
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cemen o, así como a su iabilidad en la posible u ilización
como cemen o come cial, a endiendo a los es ánda es y
no mas de calidad dados po el RC-08.
2.2. Mé odos
La iden i icación de las dis in as ases mine ales se eali-
zó median e la écnica DRX (di acción de ayos X) apli-
cando el mé odo de pol o deso ien ado en un di ac óme-
o B uke y empleando adiación Kαde Cu ob enida po
una co ien e de 30 mA de in ensidad y 40 kV de ensión.
La aplicación de la écnica MEB (Mic oscopía Elec ónica
de Ba ido) se lle ó a cabo usando un sis ema JEOL JSM-
5410 a 20 kV, equipado con un de ec o de elec ones
e odispe sados (BSE) Te a Link de Ox o d y con un
espec óme o de ayos X dispe sados (Ene gy Dispe si-
e Spec ome y EDS).
La g anulome ía ha sido ealizada con un di ac óme o
Sympa ec, en un ango de medida comp endido en e
0,90 y 175 mic as.
Pa a la medida de los elemen os mayo i a ios se aplicó
la écnica de luo escencia de ayos X (FRX), u ilizando
pa a ello un espec óme o ma ca B uke S4 Pionee ,
p o is o con ubo de Rh y de ec o es de lujo y cen elleo.
La de e minación de los elemen os aza se lle ó a cabo
median e las écnicas de ICP-OES (“Induc i ely Coupled
Plasma Op ical Emissions Spec ome e ”), con un equipo
ma ca Jobin Y on ULTIMA 2, y de ICP-MS (“Induc i ely
Coupled Plama Mass Spec ome y”), modelo HP modelo
HP4500®, siendo es os ins umen os calib ados con
pa ones ce i icados.
Las concen aciones de ac i idad de los adionúclidos
p esen es en el YR se midie on o bien po espec ome-
ía gamma con de ec o es de ge manio de al a esolu-
ción y bajo ondo, o median e la écnica de espec ome-
ía al a con de ec o es semiconduc o es de Si de
implan ación iónica. Una in o mación más de allada
de las écnicas de ca ac e ización ci adas en los pá a os
p e ios se puede encon a en la bibliog a ía (11).
En cuan o a los ensayos mecánicos de los cemen os
ob enidos con dis in as p opo ciones de YR, se p ocedió
a medi la esis encia mecánica, an o a lexión como a
comp esión, a edades de 2 y 28 días en p obe as de
mo e o de 40 x 40 x 160 mm según la No ma UNE-EN
196-1. En la elabo ación de los mo e os se u ilizó como
á ido una a ena silícea no malizada del Ins i u o Edua -
do To oja.
Pa a la de e minación de la esis encia a lexión se u ili-
zó el mé odo de ca ga concen ada y cen ada. Después,
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Uso del esiduo indus ial yeso ojo como sus i u o del yeso na u al pa a la ab icación de cemen os come ciales
Use o he ed gypsum indus ial was e as subs i u e o na u al gypsum o comme cial cemen s manu ac u ing
using he s anda ds and quali y s anda ds p o ided
by he RC-08.
2.2. Me hods
The iden i ica ion o he mine al phases was pe o med
using he XRD echnique (X- ay di ac ion) applying he
me hod o dus los in a B uke di ac ome e , using Cu
Kα adia ion which is exci ed by a cu en o 30 mA
cu en and a ol age 40 kV.
Mic oscopic in o ma ion was ob ained by using an
au oma ed scanning elec on mic oscopy sys em (SEM,
JEOL JSM-5410) wo king a 20 KV and equipped wi h an
ene gy dispe si e X- ay (EDX) spec ome e .
The g anulome ic analyses ha e been pe o med by
using a Sympa ec di ac ome e ha ope a es in a ange
be ween 0.90 and 175 µm.
Fo he measu emen o majo elemen s, an X- ay
luo escence (XRF) spec ome e (B uke S4 Pionee
b and), equipped wi h an Rh ube and wi h low and
scin illa ion de ec o s, was used. The measu emen o
ace elemen s was pe o med by ICP-MS (Induc i ely
Coupled Mass Spec ome y Plasma), using an HP
b anded compu e model HP4500® and by ICP-OES
(“Induc i ely Coupled Plasma Op ical Emissions
Spec ome e ”) using a Jobin Y on ULTIMA 2. Bo h
sys ems we e p e iously calib a ed wi h he app op ia e
s anda ds.
The ac i i y concen a ions o adionuclides in he RG
we e measu ed by high- esolu ion, low-backg ound
gamma spec ome y wi h hype -pu e ge manium
de ec o s. In addi ion, he concen a ions o ho ium and
u anium iso opes ha e been de e mined by applying he
alpha spec ome y echnique wi h ion-implan ed Si
de ec o s. De ailed in o ma ion o he cha ac e iza ion
echniques summa ized in he p e ious pa ag aphs is
a ailable in he li e a u e (11).
In ela ion o he mechanical es s o he cemen s
p oduced, he alues o bending and comp ession
esis ance we e measu ed in p isma ic es samples (40
x 40 x 160 mm) 2 and 28 days a e hei o ma ion,
acco ding o UNE-EN 196-1. In he p epa a ion o mo a
was used s anda d silica sand as agg ega e.
Flexu al esis ance was de e mined by applying he
me hod o cen e ed and concen a ed loads o he
17147 Ma e iales, 306 (F).qxp 8/6/12 14:54 Página 187

las dos po ciones de las p obe as o as a lexión se ensa-
ya on a comp esión sob e las ca as la e ales de moldeo,
sob e una supe icie de 40 x 40 mm, u ilizando una p en-
sa Ibe es (Au o es 200/10-SW), según No ma UNE-EN
196-1. El aguado de las pas as elabo adas con las mez-
clas obje o de es udio se de e minó con el apa a o de
Vica siguiendo la no ma EN 196-3.
Pa a e alua los iesgos desde el pun o de is a medio-
ambien al que conlle a la u ilización de los yesos ojos
en la ab icación de cemen os, se lle o a cabo el es de
lixi iación TCLP (Toxici y Cha ac e is ic Leaching P oce-
du e) (USEPA), comúnmen e usado en es os casos y que
es á muy en consonancia con nues o obje i o. Pa a ello,
se eligió el luido de ex acción de acue do a la no ma
(17) y se analizó median e ICP-OES, calculando la con-
cen ación de los elemen os po encialmen e óxicos.
Además, a endiendo a la Di ec i a 2003/53/EC (18), que
limi a el con enido en C (VI) soluble en agua de los
cemen os, se ha lle ado a cabo el es udio a endiendo a
los ensayos ecogido en la No ma UNE-EN 196-10.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Composición ísico-química
de los ma e iales
En la Tabla 2 se mues a la composición de los elemen-
os mayo i a ios, medida po luo escencia de ayos X,
en las mues as de YR, clinke y cemen o come cial.
La composición de los yesos ojos es la espe ada de
acue do con la bibliog a ía consul ada (11, 15), p esen-
ando como componen es mayo i a ios el SO3y el Ca,
con 27 y 33%, espec i amen e, de alo medio. Es e
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M. J. Gázquez
e al.
p isma ic samples, while he comp essi e es s we e
pe o med using he b oken p isma ic samples in he
lexu al es s, o e su aces o 40 x 40 mm, using a p ess
Ibe es (Au o es -200/10-SW) acco ding o s anda d
UNE-EN 196-1. The se ing o he pas es made wi h
mix u es unde s udy was de e mined wi h he Vica
appa a us in acco dance wi h EN 196-3.
To assess he isks o he use o ed gypsum cemen
om an en i onmen al poin o iew, he TCLP leaching
es (Toxici y Cha ac e is ic Leaching P ocedu e)
(USEPA) was ca ied ou . This es is commonly used in
hese cases. To his end we chose he ex ac ion luid
acco ding o he ule (17) ha was a e wa ds analyzed
by ICP-OES by calcula ing he concen a ion o
po en ially oxic elemen s. Also in esponse o he
Di ec i e 2003/53/EC (18), which limi s he con en o C
(VI) soluble in wa e o he comme cial cemen s, has
been ca ied ou he s udy in esponse o he es s
con ained in he UNE-EN 196-10.
3. RESULTS AND DISCUSSION
3.1. Composi ion and physical chemis y
o ma e ials
Table 2 shows he chemical composi ion o majo
elemen s measu ed by X- ay luo escence in RG, clinke ,
and he e e ence comme cial cemen .
The ed gypsum (RG) composi ion is he expec ed one
(11, 15), showing he highes a e age concen a ions o
SO3y el Ca, wi h 27 y 33%, espec i ely. This ac
indica es ha his was e could be used as subs i u e o
Tabla 2 /
Table 2
Concen ación de elemen os mayo i a ios (exp esados como óxidos %) medidos po FRX en el clinke Po land, cemen o de e e encia
(CEM) y yeso ojo. L.O.I (Pe dida po calcinación). Además se mues an los alo es ípicos en (%) de los elemen os mayo i a ios en el
cemen o Po land come cial (19), (20).
Concen a ion o majo elemen s (exp essed as oxides in %) by XRF in he clinke Po land, cemen aken as e e ence(CEM) and ed
gypsum. L.O.I. (Loss On Igni ion). Typical alues in (%) o mayo elemen s in he comme cial cemen Po land a e also shown (19), (20).
Clinke CEM Valo es ípicos / Typical alues YR / RG
L.O.I. 0.85 2.5 < 5 21.1
SiO222 20 19-23 0.17
Al2O35.3 6.2 3.5-6.5 0.69
CaO 66 63 62-68 29
Fe2O32.8 2.3 0.5-6.0 9.4
MnO 1.4 - - 0.09
MgO - 0.18 0.5-4 0.38
TiO2- - - 4.2
SO30.53 2.8 2.0-3.5 34
Na2O0.04 0.27 0.3-1.2 0.12
K2O1.00 0.73 - 0.09
O os 0.18 1.7 - -
17147 Ma e iales, 306 (F ).qxp 12/6/12 15:04 Página 188
hecho indica que es e esiduo pod ía se eu ilizado
como sus i u o del yeso na u al en la ab icación de ce-
men os. Reco demos que los yesos ojos p o ienen de
la neu alización del luen e ácido débil, ob enido de las
úl imas e apas de la ado del TiO2, con cal apagada. Es o
explica la apa ición de un ele ado con enido de i anio en
es e esiduo, 4,2% de TiO2. También posee al o con e-
nido en óxido de hie o, en o no al 9%, dándole el colo
ojizo a los yesos. Apa ecen, po o o lado, me ales en
can idades ap eciables ales como el aluminio (0,69%),
el silicio (0,17%) y el magnesio (0,38%).
Un aspec o impo an e a ene en cuen a es la pé dida
po calcinación L.O.I., ya que se con empla de un modo
especí ico un alo máximo del 5%, en el Pliego de
Recepción de Cemen os RC-08. Además, el con enido en
sul a o (dado como SO3) debe se in e io al 4,0% pa a
cemen os de ca ego ía esis en e 52,5 N ( esis encia ini-
cial no mal) y 52,5 R (al a esis encia inicial). También se
especi ica que la elación CaO/SiO2no se á meno que 2
y el con enido en MgO se conside a pelig oso po enci-
ma de cie o lími e, legalmen e un 5%, debido a la len-
i ud de hid a ación de la magnesia calcinada y la dila a-
ción que la acompaña.
En cuan o a los elemen os aza analizados (Tabla 3), se
han compa ado con análisis lle ados a cabo en es udios
p e ios en la misma áb ica (11) y en o as ab icas simi-
la es (15), obse ándose una composición muy simila ,
hecho que a i ica la es abilidad del p oceso indus ial de
ob ención de los yesos ojos. Es a es abilidad es muy
189Ma e . Cons ucc., Vol. 62, 306, 183-198, ab il-junio 2012. ISSN: 0465-2746. doi: 10.3989/mc.2011.63910
Uso del esiduo indus ial yeso ojo como sus i u o del yeso na u al pa a la ab icación de cemen os come ciales
Use o he ed gypsum indus ial was e as subs i u e o na u al gypsum o comme cial cemen s manu ac u ing
he na u al gypsum in he cemen s manu ac u ing, due
o he RG comes om he neu aliza ion o he weak acid
e luen wi h CaO in he manu ac u ing o TiO2pigmen .
This ac explains he high Ti con en (4.2%) in his
was e, which also p esen s high concen a ions o Fe
(a ound 9%), elemen ha gi es i s cha ac e is ic ed
colo . Addi ionally, he RG con ains also signi ican
concen a ions o Al (0.69%), Si (0.17%), and Mg
(0.38%).
An impo an cha ac e is ic o conside in he RG is he
loss on igni ion (LOI), as i is speci ically equi ed a
maximum alue o 5% in he S a emen o Accep ance o
Cemen s RC-08. In addi ion, he sulpha e con en (gi en
as SO3) is less han 4.0% o mo e esis an cemen
52.5 N (no mal ini ial esis ance) and 52.5 R (high ea ly
s eng h). RC-08 also speci ies ha he ela ionship
CaO/SiO2should no be lowe han 2, while he MgO
con en should no be highe han 5% due o slow
hyd a ion o calcined magnesia and he expansion
associa ed.
In ela ion o he ace elemen s analyzed, see Table 3,
hei concen a ions a e compa able wi h he de e mined
ones in p e ious analyses ca ied ou in he same
indus y (11) and in o he win indus y (15), being
obse ed a simila composi ion, and a good s abili y in
he indus ial p ocess o ob aining he ed gypsum. This
Tabla 3 /
Table 3
Concen ación de elemen os azas (mg/kg) medidos po ICP-OES en la mues a de YR usada en es e abajo (columna cen al).
Composición media de los yesos ojos lle ada a cabo en un es udio an e io (a)(11), además de la composición media de los elemen os
aza en la co eza e es e (b)(21).
Concen a ions o ace elemen s (mg/kg) by ICP-OES in he ed gypsum used in his wo k (cen al column). Fo compa ison, he ace
elemen concen a ions ha we de e mined in ano he samples o ed gypsum in a p e ious s udy,
(a)
(11) a e also included, as well as
he a e age ace elemen concen a ions o he con inen al c us
(b)
(21).
Composición ípica(b) / Typical soil(b) Yeso ojo / Red gypsum Yeso ojo(a) /Red gypsum(a)
Z 193 50 33 ± 5
S 320 39 55 ± 7
Cu 28 8 12 ± 1
Cd 0.09 1 1.04 ± 0.09
Ni 47 30 31 ± 8
Co 17.3 16 12 ± 1
C 92 109 133 ± 8
Mo 1.1 12 8.3 ± 0.6
Th 10.5 25 30 ± 2
Nb 12 106 111 ± 17
La 31 7 53 ± 12
Zn 67 212 225 ± 30
Cs 4.9 1 0.06 ± 0.03
Pb 17 19 35 ± 5
As 4.8 10 12 ± 1
U 2.7 - 1.70 ± 0.29
17147 Ma e iales, 306 (F).qxp 8/6/12 14:54 Página 189
impo an e a la ho a de e alua las posibles aplicaciones
come ciales de es os yesos ojos. En la Tabla 3 se obse -
a que las concen aciones en los yesos ojos es án po
debajo de las co espondien es a un suelo sin pe u ba ,
con la excepción del C , Nb, As, Zn y Pb, las cuales son
simila es a los da os ecogidos en la li e a u a pa a es e
ipo de esiduos (11, 15), . Además, hay que des aca la
concen ación ela i amen e al a de Th, unas es eces
supe io a un suelo ípico, hecho que no so p ende ya
que es amos an e una indus ia que u iliza ma e ia p ima
(ilmeni a) que es un ma e ial NORM, o sea, es á en ique-
cida en adionucleidos na u ales de las se ies del U y del
Th. Po úl imo, hay que des aca la concen ación de Cd,
un ac o 10 supe io a un suelo ípico sin pe u ba .
Po o o lado, es impo an e señala que con la u ilización
del YR se p e ende la sus i ución de una ma e ia p ima
(yeso na u al) po yeso a i icial ( esiduo, YR). En es e sen-
ido, podemos indica que sus di ac og amas, Figu a 2,
son simila es, apa eciendo los picos co espondien es a la
ase c is alina yeso dihi a o, CaSO4·2H2O. A endiendo a
la composición de los mayo i a ios, se puede calcula y
demos a que la ase de yeso dihid a o supone al ededo
del 73-75%, quedando el es o como ases amo as com-
pues as po hid óxidos de hie o, calcio y i anio.
Además, an o pa a el cemen o omado como e e encia
CEM, como pa a el clinke Po land usado, se ealizó una
e aluación mine alógica, ob eniéndose espec os simila-
es a los obse ados en la bibliog a ía (19). Los espec-
os del cemen o y del clinke pu o solo p esen an una
di e encia undamen al; la apa ición del pico co espon-
dien e a la ase yeso en la mues a de cemen o. Es e
yeso se le añade pa a ealiza unciones de e a dan e
del aguado, como se ha comen ado con an e io idad.
Ambos ma e iales es án cons i uidos po una mezcla de
ases c is alinas, donde los compues os mayo i a ios son
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M. J. Gázquez
e al.
ac is e y impo an in o de o e alua e he
comme cial applica ion o ed gypsum. In Table 3, we
obse e ha he majo i y o hea y me al concen a ions
in he RG a e lowe han in he e e ence soils, wi h he
excep ion o C , Nb, Zn, Pb and As, ha a e simila o
da a ound in he li e a u e (11, 15). Also o in e es is
he ela i ely high le els o ho ium ound in he RG,
which is unsu p ising gi en ha he aw ma e ial used in
he i anium dioxide pigmen indus y (ilmeni e) is
p ac ically a NORM ma e ial (mine al en iched in na u al
adionuclides) (11). Finally, i is necessa y o no e ha
he concen a ion o Cd in RG is a ac o o 10 highe
han in a ypical undis u bed soil.
We like o highligh ha wi h he use o YR we in end o
eplace a aw ma e ial, such as na u al gypsum, by a
was e. In his sense, we should no e (see Figu e 2) ha
he di ac og ams ob ained o RG and NG a e e y
simila , as expec ed, which indica es ha he main
c ys alline phase is CaSO4·2H2O. A ending o he
majo i y composi ion, we can deduce ha he gypsum
phase is a ound 73-75%, being he es ac ion
amo phous phases composed by i on and calcium
hyd oxides and i on and i anium oxides.
On he o he hand, he di ac og ams ob ained in he
analysis o he comme cial cemen aken as e e ence
and he clinke used in he mix u es o med wi h ed
gypsum we e analyzed, being ob ained conco dan
esul s wi h he ound ones in he li e a u e o he same
ma e ials (19). Bo h di ac og ams (comme cial cemen
and clincke ) a e qui e simila bu wi h one essen ial
di e ence, a peak in he gypsum phase appea s in he
cemen di ac og am which, ob iously, does no appea
in he clinke di ac og am. We ema k once again ha
he ole o gypsum in he cemen is o ac as a se
Figu a 2. Di ac og ama co espondien e a las mues as
de YR y YN.
Figu e 2. Di ac og am ob ained o he RG
and NG samples.
Figu a 3. G anulome ía de las mues as de cemen o (CEM),
clinke (Clink) y yeso ojo (RG).
Figu e 3. G anulome ic dis ibu ion in he con en ional clinke
(Clink), comme cial cemen (CEM) and in he RG.
51
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0 YR / RG
CEM
Clink
Po cen aje acumula i o /
PCT unde comula i e
10 100
Mic as / Mic ons
10 15 20 25 30
CaSO4⋅2H2O
CaSO4⋅2H2O
Yeso ojo /
Red gypsum
Yeso na u al /
Na u al gypsum
CaSO4⋅2H2O
CaSO4⋅2H2O
2Θ
35 40 45 50
17147 Ma e iales, 306 (F).qxp 8/6/12 14:54 Página 190
la ali a (C3S), y la beli a (C2S). Además, p esen an ases
mino i a ias ípicas como son el alumina o icálcico
(C3A) y la ase e í ica (C4AF) (22).
Un aspec o impo an e a ene en cuen a en el cemen o
y sus adiciones es el amaño de g ano. En la Figu a 3 se
mues a la g anulome ía de las ma e ias p imas u iliza-
das y la del yeso ojo. Es os da os mues an que el yeso
ojo p esen a una dis ibución g anulomé ica con un
máximo en o no a las 40 µm. Es e alo es lige amen e
supe io al que p esen a el cemen o (≈30 µm) y el clin-
ke (≈20 µm) empleados.
3.2. Ensayos ealizados pa a las mezclas
o madas con yeso ojo
3.2.1. DRX pa a las di e en es mezclas ealizadas
Una ez se han ca ac e izado las ma e ias p imas que se
an a usa y el ma e ial de e e encia, se p ocedió al es u-
dio de las di e en es cemen os es udiados (mezclas mos-
adas en la Tabla 1). La ca ac e ización se hizo en pas a
(cemen o + agua), a los 28 días con los di e en es po -
cen ajes mos ados de YR, compa ándose con el cemen-
o Po land omado como e e encia. Los esul ados ob e-
nidos po DRX se mues an en las Figu as 4a y 4b.
Podemos obse a que los espec os ob enidos pa a
odas las mues as ensayadas son simila es al ob eni-
do pa a la mues a de e e encia, siendo la YC la que
más se asemeja. En es e sen ido, podemos señala
como la p esencia de e ingi a se de ec a en el espec-
o de la mezcla YC, es deci , la de clinke con un 10%
de YR. En las mezclas con menos con enido de YR (YA
e YB) apenas se de ec a dicha ase mine al, lo cual se
debe a la baja can idad de yeso que se apo a al
cemen o.
191Ma e . Cons ucc., Vol. 62, 306, 183-198, ab il-junio 2012. ISSN: 0465-2746. doi: 10.3989/mc.2011.63910
Uso del esiduo indus ial yeso ojo como sus i u o del yeso na u al pa a la ab icación de cemen os come ciales
Use o he ed gypsum indus ial was e as subs i u e o na u al gypsum o comme cial cemen s manu ac u ing
e a dan in i s solidi ica ion. Bo h he comme cial
cemen and he aw clinke a e o med by a mix u e o
c ys alline phases, he majo i y compounds being: alli e
and belli e. In addi ion, hey ha e mino i y phases such
as he icalcium alumina e and e i ic phases (22).
An impo an aspec o ake in o accoun in he cemen
and i s addi ions is he g ain size. Rega ding o his,
Figu e 3 s a es he ineness o he aw ma e ials and he
ed gypsum. This da a shows ha he ed gypsum has a
pa icle size dis ibu ion wi h a maximum o a ound 40
mic ons. This alue is sligh ly highe han he maxima
ound o conc e e (≈30 µm and clinke (20 ≈ µm).
3.2. Tes s conduc ed o mix u es made wi h
ed gypsum
3.2.1. DRX o he di e en mix u es made
Once we ha e cha ac e ized he aw ma e ials o be
used and he e e ence ma e ial, we ha e examined he
di e en mix u es aised in Table 1. The mine alogical
cha ac e iza ions o he h ee mix u es (cemen + wa e )
wi h di e en pe cen ages o RG, we e pe o med 28
days a e p oduc ion, and we e compa ed wi h he CEM
di ac og am. The esul s ob ained a e shown in Figu es
4a and 4b.
We can see ha he di ac og ams o he samples wi h
RG a e e y simila o he di ac og am o he
comme cial cemen aken as e e ence, being he YC
sample he mos simila . In his sense, i is necessa y o
ema k ha he p esence o e ingi e is de ec ed in he
spec um o he mix u e YC, ie, clinke wi h 10% o YR.
In mix u es con aining less RG (YA and YB) ha dly he
signal o e ingi e can be de ec ed, due o he low
amoun o gypsum ha con ains he cemen .
Figu a 4. a) Espec os de DRX de los di e en es cemen os ob enidos po la adición de yesos ojos (Tabla 1), Leyenda: a = ali a;
P = Po landi a; E = E ingi a; C = calci e. b) Di ac og ama co espondien e al cemen o come cial.
Figu e 4. a) Di ac og ams ob ained o he h ee hyd a ed cemen s gene a ed wi h RG as an addi i e (see Table 1),
Symbols: A = alli e; P = Po landi e; E = E ingi e; C = calci e. b) Di ac og am o CEM.
51015202530
2Θ
a)
Clinke + RG
b)
CEM 52.5
Lin (coun s)
35 40 45 50 55 60 5
0
600
1200
1800
10 15 20 25 30
2Θ
35 40 45 50 55 60
17147 Ma e iales, 306 (F).qxp 8/6/12 14:54 Página 191
(22) Mollah, M. Y. A.; Vempa , R. K.; Lin, T.C.; Cocke, D. L.: “The in e acial chemis y o solidi ica ion/s abiliza ion o me als in cemen
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M. J. Gázquez
e al.
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