Maestría en Ingeniería Ambiental · 2026

Evaluación del potencial de aplicación de residuos cerámicos, arcillosos y de carbón provenientes de la industria minera en la remoción de antibióticos

Resumen

Recientemente, la necesidad de materiales para la construcción, el desarrollo de tecnologías y la transición energética ha generado una gran cantidad de residuos que, en muchos casos, carecen de aplicaciones viables. La industria minera, en particular, produce residuos sólidos derivados de la extracción y el procesamiento de materiales cerámicos, arcillosos y de carbón. Los desechos producidos por la actividad de esta industria se han considerado subproductos sin utilidad, lo que ha provocado una acumulación constante que impacta negativamente en el medio ambiente. Por otro lado, el consumo y uso indiscriminados de antibióticos en el tratamiento de diferentes patologías en humanos y animales han contribuido a su presencia en cuerpos de agua, en parte debido a su excreción, al no ser completamente metabolizados, y a su descarga en distintos compartimentos ambientales. La convergencia de estos dos problemas ofrece una oportunidad para evaluar la potencial aplicación de los residuos sólidos generados por la industria minera en la remoción de los antibióticos azitromicina (AZT), cefalexina (CFX) y doxiciclina (DOX) presentes en soluciones acuosas, lo que permite abordar ambas problemáticas de manera simultánea. Para ello, se realizó la caracterización y evaluación de ocho residuos provenientes de industrias mineras ubicadas en el Departamento de Antioquia (Colombia), con el fin de remover los contaminantes de interés mediante experimentos de adsorción, tomando como referencia el carbón activado comercial. Tres residuos mostraron porcentajes de eliminación de los contaminantes cercanos o superiores al 50.0% tras cuatro horas de tratamiento, lo que corresponde a un desempeño mejor que el del material de referencia. Posteriormente, los residuos fueron sometidos a un proceso de activación con luz solar simulada mediante un dispositivo SUNTEST CPS+ (longitud de onda entre 290.0 y 800.0 nm) durante dos horas, bajo condiciones similares a las de adsorción. Así, el residuo R-02 (proveniente del lavado de roca caliza y dolomita) promovió una remoción de AZT, CFX y DOX superior al 50.0% demostrando su susceptibilidad a procesos fotocatalíticos, con una banda prohibida de 3.3 eV. El análisis granulométrico mostró distribuciones heterogéneas con predominio de fracciones finas y mediante la aplicación de los modelos de Rosin–Rammler y Schuhmann se determinó el comportamiento de dispersión de los tamaños de partícula y su grado de uniformidad, lo que confirma la naturaleza no monogranulométrica de los materiales. Dichos modelos evidenciaron que los residuos conservan una estructura irregular y heterogénea incluso tras el tamizaje. Adicionalmente, para determinar las condiciones optimizadas de remoción empleando el residuo R-02, se realizó un diseño de experimentos tipo central compuesto de cara centrada, con dos factores (pH y cantidad de sólido) y tres niveles, durante una hora de exposición. Así, se estableció que, para este material, un pH de 6.2, una irradiancia de 500.0 W/m2 y una dosis de catalizador de 1.5 g/L conducen a maximizar la remoción de los tres antibióticos en mezcla. Bajo estas condiciones, el modelo cinético propuesto por Langmuir-Hinshelwood presentó el mejor ajuste. Dicho residuo presentó un área superficial de 11.81 m2 /g, una distribución de tamaño de partícula menor a 40.0 µm, con forma ovoide y porosidad de 0.29 mm3 /g. La composición del material estuvo dominada por una forma cristalina de calcita (61.7%), seguida por una fracción mayoritaria asociada a sílice, principalmente en forma de cuarzo y material amorfo (29.8%), mientras que las demás fases cristalinas se presentaron en porcentajes menores o iguales al 6.0%. La caracterización se realizó mediante técnicas de fluorescencia y difracción de rayos X.

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