Coal mining waste: an alternative for the design of metakaolinite-based eco-efficient cements

Abstract

[EN]: Clay-based materials of kaolinitic nature have been attracting attention as raw material for metakaolinite production and its subsequent use as supplementary cementitious material. However, exploitation of kaolinite deposits implies a serious environmental and landscape impact, which has prompted an interest in the search for alternative sources. In this work coal mining waste is proposed as raw material for the production of recycled matekaolinite, which would improve the sustainability and the cost of the process, encouraging at the same time the reuse of waste and therefore promoting a circular economy. To this end, the suitability of the waste as supplementary cementitious material was evaluated in a lime/waste system, finding a pozzolanic activity comparable to that exhibited by commercial metakaolinite. Accordingly, pastes and mortar specimens were prepared where 20 and 50% of cement was replaced by coal mining waste, and their mechanical and physical properties were measured. Additionally, an assessment of their resistance against 10% CO2 exposure was conducted.

[ES]: Los materiales arcillosos de naturaleza caolinítica han despertado un gran interés en los últimos tiempos como materia prima para la producción de metacaolinita y su posterior uso como adición puzolánica al cemento. No obstante, la explotación de yacimientos de caolinita lleva asociada un importante impacto medioambiental y paisajístico, lo que ha impulsado la búsqueda de fuentes alternativas para su obtención. En este trabajo se propone la reutilización de residuos industriales procedentes de la minería del carbón para la producción de metacaolinita reciclada. De esta forma se mejoraría la sostenibilidad y el coste del proceso, fomentando al mismo tiempo el reciclaje de residuos y contribuyendo a la Economía Circular. Con este objetivo, se ha evaluado la aptitud del residuo como adición puzolánica en un sistema residuo/cal, encontrándose para el mismo una actividad puzolánica comparable a la mostrada por metacaolinitas comerciales. A continuación se ha estudiado el efecto de la adición del residuo sobre las propiedades físicas y mecánicas en pastas y morteros con sustituciones parciales de cemento del 20 y 50 %. Finalmente, se han investigado la resistencia de estos materiales frente a un ambiente de 10% de CO2.