Recycling of residual boron muds into ceramic tiles

Abstract

Waste recycling has become an important issue in the environmental sustainability of mining operations. Beneficiation of borate ores produces a boron-bearing sludge, which utilization in ceramic manufacturing may lower the process energy demand. A case-study was carried out on a sludge coming from the processed ore of an evaporite located at the Tincalayu mine in the Salta province, Argentina. The use in vitrified tiles of this sludge was appraised addressing key-points in processing and product performances. The sludge was added to stoneware batches (up to 10% wt.) and tested at the laboratory scale. It consists of feldspars, quartz, illite and chlorite, plus ulexite (6.4% B2O3) that turns this sludge into a powerful flux. The waste had a minor effect during milling but allowed an improved compaction. The reactivity during firing was increased: the maximum temperature can be reduced from 1200 °C down to 1140 °C, according to the amount of sludge added. Stoneware tiles have a suitable technical performance, but the sludge tends to lower bulk density and increase closed porosity. Although the influence on phase composition is apparently limited, the sludge can significantly change the melt composition (enriched in boron and alkaline-earth oxides) which governs the sintering behavior. The actual amount of boron sludge recyclable in vitrified tiles is up to 5% by weight. Resumen: El reciclaje de desechos se ha convertido en un tema importante en la sostenibilidad ambiental de las operaciones mineras. El beneficio de los minerales de borato produce un lodo que contiene boro, cuya utilización en la fabricación de cerámica puede reducir la demanda de energía del proceso. El lodo estudiado proviene del mineral procesado de una evaporita ubicada en la mina Tincalayu en la provincia de Salta, Argentina. El uso en azulejos vitrificados de ese lodo se evaluó abordando los puntos clave en el procesamiento y el rendimiento del producto. El lodo se agregó a los lotes de gres (hasta el 10% en peso) y se probó a escala de laboratorio. Se compone de feldespatos, cuarzo, illita y clorita, más ulexita (6,4% B2O3) que convierte este lodo en un poderoso fundente. El desecho tuvo un efecto menor durante la molienda, pero permitió una compactación mejorada. La reactividad durante la cocción aumentó: la temperatura máxima se puede reducir de 1200 °C a 1140 °C, según la cantidad de lodo añadida. Las baldosas de gres tienen un rendimiento técnico adecuado, pero el lodo tiende a reducir la densidad aparente y aumentar la porosidad cerrada. Aunque la influencia en la composición de la fase es aparentemente limitada, el lodo puede cambiar significativamente la composición de la masa fundida (enriquecida en óxidos de boro y alcalino-térreos) que rige el comportamiento de sinterización. La cantidad real de lodo reciclable en baldosas vitrificadas es hasta el 5% en peso. Keywords: Boron sludge, Ceramic flux, Stoneware tiles, Waste recycling, Palabras clave: Lodo de boro, Fundente cerámico, Azulejos de gres, Reciclaje de residuos