Beneficios de las escorias residuales para la corrección de la acidez del suelo.

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 16042 (2022) Citar este artículo

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La tendencia mundial es encontrar nuevos materiales mejorados y respetuosos con el medio ambiente. El desarrollo sostenible de la AGENDA 2030 y la Legislación sobre Gestión de Residuos sustentan la eliminación de una gran cantidad de escorias en vertederos provocando consecuencias ambientales que han llamado la atención sobre la necesidad de su reciclaje más efectivo. En la zona de Galati funcionan industrias pesadas desde hace más de 30 años y es necesaria una educación ecológica para una gestión eficaz de las escorias residuales. Los recursos de tierras agrícolas son un problema en todo el mundo y a través de este estudio de investigación demostramos que la mezcla de escoria de alto horno y escoria residual vertida en un vertedero puede ayudar a remediar la acidez del suelo y aumentar el rendimiento de los cultivos. Se evalúan las propiedades químicas, estructurales y morfológicas de tres muestras diferentes de escoria investigadas para su reciclaje en agricultura. Los resultados indicaron que la mezcla obtenida de los residuos de escoria arrojados al vertedero y de escoria metalúrgica granulada muestra su utilidad en la salvación de los terrenos afectados. Por lo tanto, mediante análisis elemental determinado por equipo analítico de fluorescencia de rayos X, se logró la relación en peso óptima para la composición de la mezcla suelo-escoria. La mezcla obtenida presenta un equilibrio entre el pH del suelo = 5,2 correspondiente a un suelo medio ácido y el pH de la escoria = 12,5 que corresponde a un carácter fuertemente básico que es beneficioso en el proceso de mejora de suelos ácidos para el mejoramiento de las características del suelo.

En el pasado, las industrias siderúrgicas estaban diseñadas para producir acero de una calidad y cantidad específicas, sin ningún control en materia de protección ambiental, lo que conducía al aumento de un mayor volumen de subproductos (escorias). La eliminación de una gran cantidad de escorias en vertederos tiene consecuencias medioambientales que han llamado la atención sobre la necesidad de su reciclaje más eficaz1. Además, los terrenos llenos de escorias vertidas se han convertido en una importante fuente de contaminación de factores ambientales que afectan negativamente a la salud humana desde la perspectiva de problemas de salud cardiovascular y respiratoria2,3,4.

Las diversas escorias residuales que se desprenden de las plantas siderúrgicas son la escoria de alto horno (BFS) y la escoria de convertidor Linz-Donawitz (LD). La composición de estas escorias difiere dependiendo de la fuente de generación pero está compuesta por óxidos como sílice, alúmina, hierro, cal y magnesia5. Durante muchos años, debido al rápido crecimiento de la industrialización, la cantidad de escoria metalúrgica depositada en depósitos de escoria, tierras de cultivo ocupadas y ríos sedimentados ha alcanzado cantidades enormes6.

Durante la última década, el mayor número de regulaciones ambientales corroboradas por el aumento de los costos y la disminución de la capacidad de los vertederos han obligado a las industrias siderúrgicas a minimizar la eliminación de desechos y a encontrar formas de recuperación de recursos y reutilización de escorias de desecho. Hoy en día, las escorias provenientes de los procesos de alto horno y siderurgia se consideran productos comercializables utilizados en cemento, material de carreteras, material de mejora de suelos, material de ingeniería civil, fertilizantes y sólo un pequeño porcentaje se procesa como residuo en vertederos. Durante la producción de acero se genera una tonelada de residuos de escoria por cada tonelada de acero inoxidable producida7. Una contribución importante al ahorro de recursos naturales, la reducción de las emisiones de CO2 y la reducción del consumo de energía consiste en el uso sostenible de escorias para formar una sociedad basada en la práctica del reciclaje. El principal objetivo del programa HORIZONTE 2020 de la UE es recuperar y reciclar recursos de residuos metalúrgicos y apoyar una economía ecológica amigable8,9,10.

En particular, la mayor planta siderúrgica integrada de Galati, situada en el sudeste de Rumanía, es líder en la fabricación de productos metalúrgicos, con una capacidad de producción actual de 3 millones de toneladas de acero al año, así como la capacidad de aumentar esa producción en el futuro. . Con una historia que se remonta al año 1968, la planta siderúrgica de Galati, con una superficie de 1.600 ha, tenía una producción de más de 8 millones de toneladas de acero/año y 12.000 empleados. El vertedero de escorias de la acería de Galati tiene una superficie de 110 ha y una capacidad ocupada de 70 millones de toneladas de escorias. El Botadero de Escorias fue cerrado en el año 2009, pero las escorias residuales no fueron recicladas y actualmente tiene una altura de 60 m.

Los residuos de escorias vertidos en los vertederos no pueden destinarse a reciclaje de materiales, materias primas o productos químicos debido a su alta heterogeneidad. Además, los autores11 evaluaron los parámetros químicos y geotécnicos significativos de la escoria recolectada de un vertedero metalúrgico como materiales alternativos utilizados en la construcción de carreteras. En investigaciones anteriores estudiamos sobre la reutilización de escorias con aplicación en el sector industrial con beneficios materiales y ambientales12.

Los suelos ácidos agrícolas (valor de pH inferior a 7) tienen baja fertilidad y propiedades físicas, químicas y biológicas deficientes que afectan gravemente el rendimiento de los cultivos13. La acidez del suelo puede causar deficiencia de molibdeno, calcio y magnesio en las plantas y disminuir la disponibilidad de fósforo14. Debido a que los recursos de tierra son limitados, es necesario prestar atención a la corrección de la acidez del suelo y al aumento del rendimiento de los cultivos. En Japón y Europa la escoria de acero se utiliza como agente de enmienda del suelo ya que contiene una variedad de oligoelementos en su superficie, como Cr y V, que no se liberan fácilmente en la escoria. Además, la presencia de Ca2+ en la superficie de la escoria siderúrgica produce iones de elementos potencialmente tóxicos (PTE) estables, con el fin de inmovilizar los iones PTE del suelo contaminado15,16. Wen et al.17 demostraron que la aplicación de escoria de acero en suelos mineros ácidos de PTE aumenta efectivamente el pH del suelo y la abundancia microbiana del suelo e inmoviliza los iones de PTE que proporcionan un clima deseable para la supervivencia de las plantas. Popescu et al.18 investigaron tres fuentes de escoria de horno cuchara (LD) de plantas siderúrgicas rumanas con características relacionadas con la fabricación de acero y el almacenamiento de escoria LF que las explotan como recursos secundarios respetuosos con el medio ambiente para obtener materiales para mejorar suelos ácidos. Anger et al.19 investigaron los efectos de la presencia de escoria de horno de cuchara en las propiedades del suelo y concluyeron que el uso de escoria de horno de cuchara para la remediación de suelos ácidos es eficaz y tiene una influencia positiva en las características del suelo, lo que conduce a un mayor rendimiento de los cultivos. Mihalache et al.20 concluyeron que los residuos resultantes de la refinería secundaria del acero pueden ser aprovechados con buenos resultados en la agricultura, con influencias positivas en el cultivo de maíz y como enmienda para corregir la reacción ácida del suelo, y las escorias de la industria siderúrgica traen aumentos. de calcio y micronutrientes en el contenido del suelo. Fan et al.21 concluyeron que el uso de escoria como fertilizante puede disminuir el Cr, Cu, Pb y Zn en suelos ácidos e indicaron que la escoria podría usarse en el control de la contaminación por PTE para las plantas y el medio ambiente. Los investigadores22 investigaron la viabilidad de utilizar escoria BOF para la remediación de tierras degradadas de dos maneras diferentes: como material de encalado y como fuente de nutrientes de enmienda y demostraron que a medida que aumenta el contenido de escoria, disminuye la movilidad de algunos nutrientes básicos como el Mg, por lo que una adición No se recomienda más del 25%. Dongfeng Ning y. al.23 llevó a cabo experimentos en macetas para evaluar el efecto de las tasas de aplicación de escoria de acero en la mejora de la acidez del suelo y la disponibilidad de silicio para demostrar los efectos de las escorias de acero en la inmovilización de metales pesados ​​en suelos contaminados, para probar los impactos de la aplicación de escoria sobre la productividad del arroz y la acumulación de metales y concluyeron que la escoria de acero era una enmienda eficaz para el ajuste de la acidez del suelo, la nutrición de silicio de las plantas y la estabilización del cadmio en suelos ácidos.

Desde la perspectiva de la directiva de residuos 2008/98/CE (EUR-LEX, 2018) con respecto al objetivo estratégico de la UE de eliminar completamente la eliminación de residuos municipales, uno de los objetivos de la presente investigación es reutilizar los residuos de escoria vertidos en los vertederos. .

El objetivo del estudio fue mejorar el pH de un suelo ácido (5.2) utilizando una mezcla formada por residuos de escorias vertidas en vertedero y escorias granuladas de alto horno. La novedad de nuestra investigación consiste en el uso de una parte de las escorias vertidas en el vertedero sin ninguna separación selectiva por fuente de escoria, lo que es un proceso costoso pero también resuelve un importante problema medioambiental relacionado con el desmantelamiento de los vertederos de escoria para mejorar la acidez del suelo.

Los espectros FTIR de escoria granulada de alto horno (Muestra 1), escoria residual vertida en vertedero (Muestra 2) y combinación de 50% de escoria granulada de alto horno + 50% de escoria residual vertida en vertedero (Muestra 3) se presentan en la Fig. 1. .

Espectros FTIR de muestras de escoria.

Al analizar el espectro (figura detallada) en el rango de 700 a 1100 cm-1, se puede encontrar que existen picos de absorción obvios en el espectro de todas las muestras de escoria. La escoria granulada de alto horno muestra las bandas de absorción características a 3640, 1418, 980, 944, 861, 753 y 710 cm-1. La banda a 3640 cm-1 se asigna a la vibración de estiramiento del grupo hidroxilo originada por las moléculas de agua débilmente absorbidas en la superficie de la escoria24. Las bandas de absorción características en 1418, 861 y 710 cm-1 se atribuyen al modo de estiramiento asimétrico y al modo de flexión del grupo carbonato, respectivamente, y la banda a 980 cm-1 se atribuye a las vibraciones de estiramiento de Si-O25. La banda a 944 y 752 cm-1 representa la vibración interna de [SiO4]4- y [AlO4]5- tetraédrico y proviene de Si (Al)-O-vibración de estiramiento antisimétrica26.

Los diferentes modos de vibración para la muestra de escoria residual se pueden observar en el espectro FTIR. Las bandas de absorción que se muestran están en 1418, 873, 712, 667 y 419 cm-1. El pico a 1418 cm-1 se asigna al modo de estiramiento asimétrico y al modo de flexión del grupo carbonato. La fase de calcita se confirma por picos característicos a 712 cm-1 (ʋ2 vibraciones de flexión fuera del plano del ion CO3-2) y un pico de 873 cm-1 (ʋ2 vibraciones de flexión divididas en el plano del ion CO3-227. Fase de aluminato de calcio se identifica por un pico característico a 419 cm − 128. El pico alrededor de 667 cm −1 se describe como una banda de absorción para diferentes M – O (óxido metálico) como Al – O, Fe – O, Mg – O, etc.29.

En el caso de la combinación de 50% de escoria granulada de alto horno y 50% de escoria residual vertida en vertedero, la intensidad de los picos de absorción es menor en comparación con la Muestra 1 y la Muestra 2 de escoria. Los picos de absorción característicos (978 y 753 cm-1) que corresponden a los picos característicos de la Muestra 1 están desplazados en comparación con la Muestra 1, asignados a las vibraciones de estiramiento de Si-O y a la vibración de estiramiento antisimétrica de Si (Al)-O. , respectivamente, pueden proporcionar evidencia importante de interacción química entre la Muestra 1 y la Muestra 2. La disminución de la intensidad de las bandas que aparecen en 875 y 709 cm-1 se puede atribuir a la superposición de las vibraciones del ion CO3-2 de la fase de calcita.

La Figura 2 presenta las micrografías SEM de las muestras de escoria (Muestra 1-3). Se puede ver la morfología característica: los tamaños y las formas de las muestras de escoria.

Imágenes SEM de muestras de escoria.

A mayores aumentos se puede observar que la superficie es rugosa y desigual, y se pueden notar formaciones rugosas en forma de granos redondeados. Las muestras de escoria presentan partículas agregadas con un diámetro medio de unas pocas micras. Además, en estas formaciones redondeadas se pueden observar diferentes morfologías como esferas, varillas, tableros específicos de cada compuesto/fase de las escorias metalúrgicas.

La Figura 3 ilustra el análisis elemental EDX de escoria granulada de alto horno (Muestra 1), escoria residual vertida en vertedero (Muestra 2) y combinación de 50 % de escoria granulada de alto horno + 50 % de escoria residual vertida en vertedero (Muestra 3).

Mapa elemental EDX de muestras de escoria.

Se puede observar que los elementos predominantes en el área examinada se encuentran en carbono, oxígeno, calcio y hierro, lo que confirma los espectros FTIR.

La Figura 4 muestra los espectros EDX de muestras de escoria registradas en diferentes áreas puntuales seleccionadas, para obtener más información sobre la composición elemental de áreas específicas. Todas las muestras de escoria analizadas tienen un contenido de elementos similar.

Análisis de espectros EDX de muestras de escoria.

Las áreas puntuales seleccionadas se resaltan así: la estructura esférica está con una línea amarilla y la estructura tipo tablero está con una línea verde para todas las muestras de escoria analizadas. En el caso de la Muestra 1 para ambas estructuras los valores de los elementos químicos presentes son similares y el silicio tiene un valor más alto en la estructura esférica lo que puede correlacionarse con la presencia de sílice (SiO2). El mayor contenido de calcio revela que la Muestra 1 es escoria de alto horno dominada por composiciones de calcio y silicio. En el caso de la escoria arrojada al vertedero (Muestra 2) el contenido de carbono aumenta para ambas estructuras y algunos elementos químicos como titanio, bario, manganeso no aparecen en los espectros EDX y la explicación de este fenómeno es que la escoria fue arrojada en vertedero desde hace más de 30 años. Se puede observar para la combinación de 50% de escoria granulada de alto horno + 50% de escoria residual vertida en vertedero (Muestra 3) que los valores de todos los elementos químicos tanto para la estructura esférica como para la de tablero se encuentran entre las dos primeras muestras, lo que confirma la Espectros FTIR con respecto a la interacción química entre la Muestra 1.

Los patrones de XRD de las muestras de escoria con las fases identificadas se muestran en la Fig. 5. La muestra 1 muestra picos menores de CaO y MgO libres, que pueden ser perjudiciales y causar una reducción de la resistencia. Las fases y los contenidos amorfos de la escoria granulada de alto horno de la Muestra 1 concuerdan en términos generales con la literatura30. La muestra 3 de escoria consta de una fase cristalina: Ca2Mg2SiO7, Ca2Fe2AlO5, CaCO3 y CaO, como se observa en el análisis XRD. En cuanto a las relaciones de equilibrio térmico de fases, los compuestos identificados forman una serie isomórfica de melilitas específica de escorias metalúrgicas básicas.

Patrones de difracción de rayos X de muestras de escoria.

En la Tabla 1 se presentan los valores expresados ​​como ppm de elemento químico detectado en las muestras de escoria (Muestra 1, 2 y 3).

Los resultados muestran una gran cantidad de calcio en las tres muestras de escoria. Además, los elementos detectados como Fe, Al, Mg y Si están de acuerdo con los espectros XRD.

La composición química de los elementos principales que componen el suelo, la escoria del suelo y las muestras de escoria se determinó mediante XRF. Los valores expresados ​​como ppm de elementos químicos se presentan en la Tabla 2. En el caso de la muestra de suelo el contenido de los principales constituyentes es hierro, titanio, manganeso y elementos potencialmente tóxicos (PTE) como arsénico, zinc, cobre y cobalto. . Para suelo-escoria 1 con relación en peso suelo: escoria (1:1) se puede observar la desaparición de los elementos potencialmente tóxicos (PTE) encontrados en la muestra de suelo y la disminución del valor de concentración de zinc. Cuando la relación de peso de escoria aumenta en 3 (muestra de suelo-escoria 2), los valores del componente principal aumentaron de acuerdo con los valores de la muestra de escoria, pero en el caso de la muestra de suelo-escoria 3, donde la relación de peso de suelo es mayor (3 ) se puede observar la presencia de cobalto. En base a estos resultados XRF podemos decir que se produce una eliminación de elementos potencialmente tóxicos en suelos contaminados mediante la aplicación de escorias en mayor proporción.

Con la ayuda de un medidor de pH, CONSORT C 533, se midieron los parámetros importantes del suelo y las soluciones de escoria como: el pH, la conductividad y la salinidad, como se muestra en la Tabla 3. Los datos presentados en la Tabla 3 sugieren que el suelo muestreado tiene el pH = 5,2 corresponde a un suelo medio ácido, que no sostiene una alta fertilidad y no es capaz de ofrecer condiciones adecuadas para los cultivos. Además, el pH del suelo tiene una influencia importante en la fertilidad del suelo, disminuye la disponibilidad de elementos esenciales y la actividad de los microorganismos del suelo que pueden determinar la deficiencia de calcio y magnesio en las plantas y disminuye la disponibilidad de fósforo. El valor de pH de la solución de escoria (12,5) corresponde a un carácter fuertemente básico que es beneficioso en el proceso de mejora de suelos ácidos y la presencia de este tipo de escoria también favorece la mejora de las características del suelo. Para las muestras de suelo-escoria, el valor del pH aumenta con el aumento de la relación en peso de escoria y las mezclas de suelo-escoria obtenidas pueden enmarcarse en la categoría de suelos débilmente alcalinos.

Los datos proporcionados en la Tabla 4 muestran que la humedad del suelo es mayor y disminuye en las muestras de suelo con escoria al agregar contenido de escoria. Los valores de porosidad total del suelo-escoria están entre el 40 y el 50% y depende de la densidad y densidad aparente del suelo siendo influenciados por la composición mineralógica, el contenido de materia orgánica y el grado de compactación y aflojamiento del suelo, la cristalina. Estructura de los minerales del suelo.

Teniendo en cuenta la caracterización estructural y morfológica de las muestras de escoria investigadas, proponemos una receta de escoria de alto horno y de escoria residual vertida en vertedero de acuerdo con la directiva de residuos 2008/98/CE con respecto al objetivo estratégico de la UE de eliminar completamente la eliminación. de desechos. El vertedero de escoria de la planta siderúrgica de Galati contiene una enorme cantidad de escoria residual no utilizada que se puede mezclar con escoria granulada de alto horno, para preservar los recursos naturales utilizados como materia prima en el proceso tecnológico metalúrgico.

La presencia de Ca2+ en la composición de la escoria puede mantener una alta alcalinidad del suelo durante mucho tiempo en el ambiente natural. El pH alcalino del suelo puede contribuir a disminuir la concentración disponible de metales pesados ​​al reducir la movilidad de los metales y unirlos en fracciones más estables. Uno de los objetivos de esta investigación es mejorar la calidad del medio ambiente mediante la utilización de la mezcla de dos escorias diferentes en terrenos agrícolas y su reintroducción en el centro agrícola, especialmente en suelos ácidos. Los suelos ácidos se caracterizan por un pH ácido que se ha extendido en los últimos años debido a un exceso de fertilizantes o a un trabajo demasiado agresivo31. La producción se ve influenciada notablemente, y el tratamiento de suelos ácidos suele realizarse utilizando una serie de materiales naturales (cal, dolomita), siendo el consumo de aprox. 20 t/hectárea dependiendo de la acidez del suelo y de la naturaleza de las plantas cultivadas en las respectivas superficies.

Nuestra investigación consiste en mejorar las características y cualidades de los suelos ácidos y contribuir a su reintroducción en el circuito agrícola transformando un residuo en un nuevo material respetuoso con el medio ambiente, la mezcla de escorias de alto horno y escorias residuales vertidas en vertedero.

En esta investigación, las escorias se recogieron de la mayor empresa siderúrgica integrada de Galati. La planta siderúrgica de Galati produce una amplia gama de productos planos de calidad (placas, bobinas, láminas y bobinas galvanizadas y productos con recubrimiento orgánico), así como productos y suministros tubulares soldados, para clientes de Rumania, los Balcanes y otros lugares de Europa.

Los tipos de escoria utilizados para la caracterización fueron escorias granuladas de alto horno (Muestra 1) y escorias residuales vertidas en vertedero (Muestra 2). Las escorias eran de tamaño grueso y se trituraron y molieron en fracciones de diferentes tamaños en el rango de 1,25 mm a 71 μm.

La escoria granulada de alto horno se obtiene mediante el método de enfriamiento con agua cuando, a un rango de temperatura alta de 1250 a 1650 °C, la escoria de alto horno se trata convencionalmente en agua fría formando un material granular no cristalino que difiere de una fuente a otra en función de la calidad de la materia prima utilizada y el método de producción. La escoria residual vertida en el vertedero de la planta siderúrgica de Galati que se utilizó para este estudio representa una fuente importante de contaminación porque no se recicla. Siguiendo los resultados obtenidos de las muestras enumeradas anteriormente, vimos los beneficios de cada muestra y realizamos una nueva receta de combinación de 50% escoria granulada de alto horno + 50% escoria residual vertida en vertedero (Muestra 3) para la obtención nuevas tendencias y reciclar las escorias vertidas en enormes cantidades. La escoria granulada de alto horno tomada inmediatamente después de enfriarse en agua, con adición de agua, se mezcló con la escoria residual arrojada al vertedero, que previamente fue triturada con un triturador de mortero para obtener la Muestra 3. La combinación de escoria obtenida (Muestra 3) se utilizó en el suelo. -mezcla de escoria para corrección de la acidez del suelo.

La capa superior del suelo (0–0,25 m) se tomó de una comuna del condado de Galati en Rumania (no se requirieron permisos específicos para el muestreo de suelo en este lugar y el campo en este estudio no involucró especies protegidas o en peligro de extinción). La tierra recolectada fue triturada y molida en fracciones de diferentes tamaños. El suelo y la nueva receta de la combinación de los dos tipos de escorias (Muestra 3), mencionada anteriormente, se combinaron en diferentes proporciones, para preparar 3 mezclas, ilustradas en la Fig. 1, con una relación en peso suelo: escoria como 1: 1 (Suelo-escoria 1), 1:3 (Suelo-escoria 2) y 3:1 (Suelo-escoria 3). Las imágenes fotográficas de muestras de escoria de suelo se presentan en la Fig. 6.

Imágenes de mezclas de muestras de suelo-escoria.

La espectroscopía FTIR es una técnica bien establecida para dilucidar la estructura de aluminosilicatos vítreos y cristalinos (vidrios de aluminosilicato y zeolitas, respectivamente). Los espectros infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) de las muestras de escoria se registraron utilizando un ESPECTRÓMETRO FT-IR NICOLET IS50 (THERMO SCIENTIFIC) equipado con un accesorio ATR incorporado, un detector DTGS y un divisor de haz KBr. El rango de escaneo se estableció entre 4000 y 400 cm-1 con una resolución de 4 cm-1 y el número de escaneos fue 32 veces. La referencia tomada para el espectro de fondo antes de cada muestra fue el aire y la placa ATR se limpió con solución de etanol después de cada espectro. Para verificar que no quedara ningún residuo de la muestra anterior, se recolectó un espectro de fondo cada vez y se comparó con el espectro de fondo anterior. El espectrómetro FT-IR se colocó en una cámara con aire acondicionado y temperatura controlada (21 °C).

La morfología y la composición elemental de la escoria investigada se examinaron mediante microscopía electrónica de barrido junto con espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (SEM/EDX) utilizando un MICROSCOPIO FEI Q 200 EN BAJO VACÍO. Antes del examen, las muestras se recubrieron con una capa conductora de Au de 4 nm de espesor utilizando un sistema de recubrimiento por pulverización catódica SPI-Module.

Los espectros de difracción de rayos X (DRX) se registraron utilizando el EQUIPO DRON 3 (BOUREVESTNIK INC., SAN PETERSBURGO, RUSIA) y un ánodo de Cobalto (Co, λKa = 1,790300 Å, con ajuste de: voltaje (U) de 30 kV y una intensidad (I) de 20 mA, con un paso de 0,05 o/s y un rango entre 20 y 65 grados, tiempo de exposición de 3 s, y tiempo total/muestra de 1 h y 13 min.

Las muestras de escoria del suelo se caracterizaron mediante fluorescencia de rayos X (XRF) (INNOV-X-SYSTEMS ALPHA-4000) para una determinación cuantitativa de las concentraciones de elementos principales y traza en el material del suelo utilizando una calibración con estándares de matriz coincidente.

El pH de las muestras de suelo y escoria se determinó con un analizador multiparamétrico CONSORT C 533. El pH se midió en solución con relación en peso suelo/escoria: agua destilada 1:5, decantación por 24 h y filtración.

La humedad, U, de las muestras de suelo-escoria se calculó mediante la ecuación. (1) según Norma SR 648 2002.

donde m es la masa de la muestra tomada en la determinación, en gramos, m1 es la masa de la muestra que queda después de secar durante dos horas a 105 °C, en gramos.

La porosidad del suelo es el volumen de espacio entre las partículas minerales del suelo. La porosidad total, PT, de las muestras de suelo-escoria se calculó mediante la ecuación. (2).

donde D es la densidad y DA es la densidad aparente de las muestras de escoria de suelo tomadas para su determinación en un cilindro graduado.

El pH del suelo es un parámetro muy importante porque juega un papel importante en la movilidad de los metales pesados, y un pH ácido va acompañado de procesos de disolución de minerales y óxidos hidratados de Fe, Mn y Al sobre los cuales se adsorben iones de metales pesados. Sin duda, el pH y sus cambios desempeñan un papel importante en el entorno del suelo porque los metales pesados ​​pueden volverse fácilmente disponibles para las plantas. Los recursos de tierras agrícolas son un problema en todo el mundo y a través de este estudio de investigación demostramos que la mezcla de escoria de alto horno y escoria residual vertida en un vertedero puede ayudar a remediar la acidez del suelo. Los resultados obtenidos de la nueva mezcla de escorias apoyan la mejora de suelos ácidos con efectos positivos sobre las características y cualidades del suelo. Utilizar un porcentaje de los residuos de escoria combinados con escoria granulada puede resolver dos problemas actuales, uno mediante la eliminación de residuos de escoria en vertederos y el segundo es hacerlos útiles en el proceso de mejora de suelos ácidos. Si consideramos el análisis costo-beneficio del medio ambiente futuro en términos de vertederos, la calidad de la salud humana de la población es más sustancial que no se mide financieramente.

Los resultados de este estudio, junto con las cuestiones medioambientales a gran escala, plantean un largo tiempo para futuros estudios que consistan en pruebas de ecotoxicidad de mezclas de suelos y escorias sobre la adsorción e inmovilización de elementos tóxicos potenciales del suelo para la agricultura sostenible.

Todos los datos analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado y sus archivos de información complementarios.

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Esta investigación fue apoyada por el proyecto “Excelencia e implicación en el desarrollo inteligente basado en la investigación y la innovación en la Universidad “Dunarea de Jos” de Galati—DINAMIC”, ID 536/2021. Los autores agradecen a la dirección de Liberty Steel Company de Galati por el apoyo de acuerdo con el protocolo firmado para estudios postdoctorales.

Centro de investigación interdisciplinario en el campo de la eco-nanotecnología y materiales avanzados CC-ITI, Facultad de Ingeniería, Universidad “Dunarea de Jos” de Galati, 47 Domneasca, 800008, Galati, Rumania

Viorica Ghisman, Alina Crina Muresan y Daniela Laura Buruiana

Facultad de Medicina y Farmacia, Universidad "Dunarea de Jos" de Galati, 47 Domneasca, 800008, Galati, Rumania

Elena Roxana Axente

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Conceptualización: [VG y DLB]; Metodología: [VG y DLB]; Análisis e investigación formal: [ACM y ERA; Escritura: preparación del borrador original: [VG y DLB]. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Daniela Laura Buruiana.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Ghisman, V., Muresan, AC, Buruiana, DL et al. Beneficios de las escorias residuales para la corrección de la acidez del suelo. Representante científico 12, 16042 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20528-6

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Recibido: 31 de mayo de 2022

Aceptado: 14 de septiembre de 2022

Publicado: 26 de septiembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20528-6

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