Contenido de metales pesados y composición química de los cementos hidráulicos de uso general comercializados en Costa Rica

Abstract

El presente estudio tuvo como objetivo determinar el contenido de los metales pesados, específicamente el contenido de plomo (Pb), cromo (Cr) y mercurio (Hg), y la composición química (CaO, SiO2 , Al2O3, Fe2O3 entre otros) del cemento hidráulico de uso general comercializado en Costa Rica. Los parámetros físicos de densidad y finura confirmaron que los cementos analizados presentaron suficiente homogeneidad para evaluar el contenido de los constituyentes químicos y de los metales pesados. Los constituyentes químicos se determinaron mediante Fluorescencia de Rayos-X (XRF). Los cementos presentaron fracciones en masa en el ámbito de (61,22 - 63,12) % de CaO, (18,10 - 26,14) % de SiO2 , (3,70-6,05) %, Al2O3, (2,57 - 3,36) % de Fe2O3 y (0,60- 4,09) % de MgO. Otros compuestos minoritarios tales como MgO, TiO2, K2O, P2O5, Mn2O3 y Na2O se encontraron en fracciones, promedio en masa, inferiores al 1 %. Además, por medio de los resultados obtenidos en la prueba de ignición y asumiendo una descarbonatación total de la caliza se pudo estimar de manera indirecta el contenido de CaCO3 y CaO aportados por la materia prima. El contenido de metales pesados se determinó por medio de las técnicas de Espectroscopia de Absorción Atómica con Llama (FAAS), Espectroscopia de Absorción Atómica con Atomización Electrotérmica (ETAAS) y Espectroscopia de Absorción Atómica con Generación de Vapor Frío (CVAAS). El estudio demostró que el Pb se encontró en concentración variable desde los (2,45 ± 0,72) mg kg-1 hasta los (8,95 ± 1,34)mg kg-1, el Cr presentó concentraciones de hasta (10,69 ± 0,92) mg kg-1. Se determinó que el Hg se encontraba en concentraciones inferiores a los (0,141 ± 0,021) mg kg-1. En términos generales, los cementos hidráulicos de uso general comercializados en Costa Rica presentaron una composición química mineralógica similar a varios tipos de cementos comercializados en Alemania. Los resultados del contenido de los metales pesados expuestos en este estudio brindarán información sustancial para los futuros estudios en las áreas de toxicológica, ecotoxicológica, normalización y en la reglamentación nacional.

The present study aims to quantify the concentration of heavy metals, specifically lead (Pb), chromium (Cr), and mercury (Hg), and also the chemical composition (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 among others) of the hydraulic cement marketed in Costa Rica. The physical parameters of den sity and fineness onfirmed the homogeneity of the samples to determinate accurately the content of the major components and heavy metals in the cements. The mineralogical constitution was determined by X-ray Fluorescence (XRF). Specifically, the cements showed a mass fraction in the range of (61.22 – 63.12) % of CaO, (18.10 – 26.14) % of SiO2, (3.70 – 6.05) % of Al2O3, (2.57 – 3.36) % Fe2O3 and (0.60 – 4.09) % de MgO. Other components such as MgO, TiO2, K2O, P2O5, Na2O and Mn2O3 were found on an average mass fraction lower than 1%. Moreover, using the ignition test results and assuming a complete decomposition of the limestone, it was possible to estimate (indirectly) the content of CaCO3 and CaO given by the raw aterials. The metal con tent of the heavy metals was determined using Flame Atomic Absorption Spectroscopy (FAAS), Electrothermal Atomic Absorption Spectroscopy (ETAAS), and Cold Vapor Atomic Absorption Spectroscopy (CVAAS). The analysis demonstrated that the Pb in cements is present in different concentrations ranging the (2.45 ± 0.72) mg kg-1 to the (8.95 ± 1.34) mg kg-1. Chromium (Cr) was presented in higher concentrations of (10.69 ± 0.92) mg kg-1. The Hg concentration was below 0.141 ± 0.021 mg kg-1. In general terms, the hydraulic cements marketed and used in Costa Rica have a suitable chemical composition compared with some cements marketed in Germany. The results of the content of heavy metals presented in this study provide significant information for future studies in the area of toxicology, ecotoxicology, standardization and national regulation.