Activación alcalina para mezclas secas

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Estudio de la utilización de las cenizas de cenicero de centrales termoeléctricas de carbón como adición del cemento portland : análisis comparativo con las cenizas volantes

El empleo de nuevas adiciones en el cemento se plantea como una vía para que éste sea un material más sostenible. En este contexto, las cenizas de fondo o cenicero de las centrales termoeléctricas de carbón actualmente se están llevando a vertederos creando un problema medioambiental o se están empleando con usos minoritarios. Sin embargo, la presente Tesis doctoral demuestra cómo este material puede ser empleado como un componente principal de los cementos portland mezclado en una proporción optimizada con las cenizas volantes o solo. Por tanto, este estudio se puede considerar como un trabajo prenormativo que cubre las demandas de la sociedad tanto económicas como ambientales. Se han estudiado las propiedades químicas, físicas y mecánicas de las cenizas de fondo o cenicero de las centrales termoeléctricas de carbón como una adición potencial de los cementos portland (con adiciones) en comparación con los cementos portland con cenizas volantes. En consecuencia, el objeto de la presente Tesis Doctoral es el análisis de las prestaciones de morteros elaborados con clínkeres de cemento portland y cenizas de fondo o cenicero con cenizas volantes de las centrales termoeléctricas de carbón en unos porcentajes similares a los correspondientes a los CEM II/A-V, CEM II/B-V y CEM IV/A (V) de la UNE-EN 197-1:2011. La caracterización de las cenizas de fondo o cenicero y de las cenizas volantes de las centrales termoeléctricas de carbón se ha realizado mediante las técnicas analíticas de FRX, ICP, análisis químicos, DRX, densidad, granulometría láser, superficie específica Blaine, ATD, TG, puzolanicidad, MEB y EDX; mientras que la caracterización de las mezclas se ha realizado mediante análisis químico (análisis químico, FRX e ICP y), DRX, MIP, granulometría láser, puzolanicidad, MEB y EDX, agua de consistencia normal, inicio y final de fraguado, estabilidad de volumen, colorimetría, calor de hidratación, DTA y TG, asícomo ensayos de resistencia; resistencia a flexión y compresión y ensayos de durabilidad (carbonatación natural, resistencia al hielo-deshielo, resistencia a la acción de los sulfatos y resistencia a la reacción árido-álcali). Finalmente, se han comprobado las propiedades de las cenizas de cenicero y cenizas volantes en hormigones, realizando ensayos de resistencia a compresión y resistividad. Los resultados obtenidos indican que la sustitución parcial o completa de las cenizas volantes por las de cenicero no tiene un efecto tecnológicamente importante en las propiedades ni mecánicas ni durables, incluso los mejora en determinados aspectos. Por tanto, se recomienda la normalización de las cenizas de fondo o cenicero de las centrales termoeléctricas de carbón como componente principal de los cementos portland comunes de la UNE-EN 197-1:2011. Actualmente, la mayoría de las cenizas de fondo se consideran como un residuo que no tiene un posible uso. Sólo se han encontrado algunos datos relativos a la aplicación de este material combinado con cenizas volantes como un componente principal de los cementos portland. Por tanto, la realización de un estudio integrado considerando aspectos que van desde la caracterización de las cenizas hasta las mezclas de conglomerante y la hidratación de éstas, desarrollo de resistencias y demás prestaciones y durabilidad (carbonatación natural, resistencia al hielo-deshielo, resistencia a la acción de los sulfatos y resistencia a la reacción árido-álcali), así como los ensayos de resistencia en hormigón es totalmente novedoso. Como resultado final se propone incorporar estas nuevas adiciones en aplicaciones particulares y en la norma más apropiada para ello. Los resultados han demostrado que la sustitución completa o parcial de las cenizas volantes por cenizas de fondo o cenicero de las centrales termoeléctricas de carbón en cementos de los tipos CEM II/A-V, CEM II/B-V y CEM IV/A no afecta de forma significativa en la resistencia a compresión a 1, 3 ,7, 28 ni 90 días ni a la durabilidad. En parte esto se debe a que la composición química de ambas cenizas es muy similar en la mayoría de los elementos tales como Fe2O3, TiO2, P2O5, SrO2, aunque en algún caso, como en el ZnO, se encuentra alguna ligera diferencia. Por tanto, se pueden esperar unas ligeras diferencias en el mecanismo de hidratación de las diferentes mezclas estudiadas. La presencia de los óxidos mencionados afectará a la composición de la fase acuosa y, en consecuencia, podrían ser elementos lixiviables. Asimismo, influyen de distinta manera en propiedades tales como los tiempos de fraguado y en la durabilidad. New additions to the cement are needed to achieve a more sustainable construction material. Within this context, bottom ashes produced in coal-fired power stations are currently wastes which are dumped provoking an environmental problem. Only in few cases are being used in minor applications. However, the present PhD Thesis shows how this material can be used as a main constituent of Portland cement when it is mixed in an optimised proportion with fly ashes or added to the Portland clinker alone. Therefore, this study may also be considered as a pre-standardization work which covers both the environmental and economic demands of society. Chemical, physical and mechanical characteristics of pulverized coal combustion bottom ash used as a potential constituent of Portland cements (with additions) are studied in comparison to Portland cements with fly ashes. Therefore, the aim of this experimental PhD Thesis is the analysis of the performance of mortars made of clinker of Portland cement and bottom and/or fly ashes in similar proportions to those of CEM II/A-V, CEM II/B-V and CEM IV/A (V) according to EN 197-1:2011. Characterisation of bottom and fly ashes has been done by XRF, ICP, chemical analyses, XRD, density, laser granulometry, Blaine, ATD, TG, pozzolanity, SEM and EDS. Characterisation of bottom and fly ashes mixes has been perform by chemical analyses, XRF, ICP, XRD, MIP, laser granulometry, pozzolanity, SEM, EDS, setting time, soundness, colorimetric test, heat of hydration, ATD, TG, compressive strength, and durability tests (natural carbonation, frost-thaw resistance, sulphate resistance and silica-alkali resistance). In conclusion, it can be established that partial or complete replacement of fly ash by bottom ash has neither significant effect on mechanical nor durability properties. Even, they are improved in several aspects. Therefore, it is recommended to standardise the bottom ash as a main cement constituent of the European standard EN 197-1:2011. Nowadays, most bottom ashes are considered as waste without any potential re-use. Only a few papers deal with the study of this material and its use mixed with fly ashes to be employed as a main constituent of Portland cement. Therefore, the execution of an integrated study considering together aspects from the initial characterization of the ashes and blinder mixes to the hydration steps, strength achievement, leading behaviour and durability (natural carbonation, sulphate attack, aggregate-alcali reaction and freeze-thaw resistance) is totally new. As result, it is proposed to include this new addition for particular applications in the appropriate cement standard. The results have shown that with regard to the compressive strength at 1, 3, 7, 28 and 90 days, partial or complete replacement of fly ash by bottom ash in CEM II/A-V, CEM II/B-V and CEM IV/A has no more significant effects. Partially, this can be explained because the bottom ash contains a similar amount of most of the elements, Fe2O3, TiO2, P2O5, SrO2, and so on, instead of ZnO. Therefore, slight hydration differences are expected. The presence of such oxides might have a significant effect on pore solution concentration and so will be leachable constituents. They will also play an important role in the cement properties such as setting times and durability.

Estudio de la evolución de las fases de hidratación de cementos con adición de cenizas de fondo mediante mediante caracterización eléctrica y DRX

La caracterización eléctrica de materiales polifásicos cuya composición evoluciona en el tiempo permite el estudio de los fenómenos implicados. Para obtener resultados adecuados con cambios rápidos es necesario establecer un compromiso entre el rango de frecuencias seleccionado y el tiempo de medida. Los cementos evolucionan muy rápidamente en los primeros minutos de hidratación, por tanto la caracterización de los productos formados requiere la utilización de técnicas versátiles con elevada sensibilidad. También, tanto la velocidad de hidratación como los productos formados se modifican cuando se sustituye parcialmente el clinker por adiciones, como las cenizas volantes o las escorias. En el presente trabajo se utiliza la caracterización eléctrica para evaluar el comportamiento durante la hidratación de cementos con sustitución parcial de cenizas de fondo, procedentes de centrales térmicas de carbón. Actualmente estos subproductos se envían mayoritariamente a vertederos, lo que hace muy interesante su valorización como constituyente del cemento. Distintos cementos, con adición parcial de cenizas de fondo, han sido analizados en comparación con cementos equivalentes con cenizas volantes y con un cemento sin adición. Por último, la caracterización eléctrica se ha complementado con el análisis evolutivo de los compuestos cristalinos mediante difracción de rayos X.

Evaluación de las propiedades mecánicas de materiales compuestos elaborados a partir de cenizas volantes y polímeros reciclados

En el presente artículo se evalúan las propiedades mecánicas de los materiales compuestos basados en cenizas volantes de carbón de la central termoeléctrica de Termozipa combinadas con los película extensible (Stretch film), polietilenos de baja densidad lineal de pos-consumo y polímero termoplástico parcialmente cristalino pos- industrial. Se obtuvieron mezclas variando el contenido de cenizas volantes de 0 a 50 % en peso en cada uno de los tres materiales poliméricos, dentro de una máquina mezcladora tipo Brabender. Las propiedades mecánicas evaluadas fueron: resistencia a la tracción, dureza Shore D, y absorción de energía. Los resultados obtenidos indican que en todos los casos a medida que se agrega ceniza volante las propiedades mecánicas aumentan.

Evaluación de la eficacia del carbón vegetal activado y la gelatina como agentes clarificantes, y sus efectos en la limpidez del vino de piña (Ananas comosus)

El estudio “Evaluación de la eficacia del carbón vegetal activado y la gelatina como agentes clarificantes, y sus efectos en la limpidez del vino de piña (Ananas comosus L)” se desarrolló en la Estación Experimental y de Prácticas (EEP) de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de El Salvador, ubicada en el Municipio de San Luis Talpa del Departamento de La Paz, en donde se elaboraron 75 litros de mosto para la fermentación y obtención del vino como materia prima para realizar la investigación. Se evaluó la eficacia de carbón vegetal activado y la gelatina como agentes clarificantes en la limpidez del vino de piña (Ananas comosus L), a fin de estudiar los aspectos que permitan la obtención de una bebida límpida a un nivel de confianza del 5% (p≤0.05). Se determinó la densidad, contenido de extracto seco, cenizas, y transmitancia previo y posterior a la clarificación; lo cual permitió estimar la eficacia de los agentes clarificantes en estudio a fin de determinar el mejor agente clarificante para vino de piña. La investigación se realizó de agosto 2015 a febrero 2016, regida por el método hipotético deductivo; obteniendo como principales hallazgos que ambos agentes clarificantes produjeron similares efectos en la eficacia de la clarificación del vino, obteniendo un aumento de la transmitancia considerándose tres longitudes de onda (445 nm, 495 nm y 550 nm). No obstante, la dosis de gelatina 0.2 g/L y la dosis de carbón vegetal activado 0.1 g/L se comportaron diferentes entre sí y similar al resto. Independientemente del agente clarificante utilizado, se mejoró considerablemente la limpidez (transmitancia) del vino de piña y los demás parámetros físicos evaluados: densidad, extracto seco y cenizas. Palabras clave: vino, piña, carbón vegetal activado, gelatina, clarificante, eficacia, limpidez

Efectos de la aplicación de cenizas de caldera de biomasa en el modelo jerárquico de agregación de un suelo forestal bajo condiciones oceánicas

Se ha estudiado los efectos que tiene la aplicación de cenizas de caldera de biomasa, en el modelo jerárquico de agregación (Tisdall y Oades, 1982) y en la estabilización del C orgánico en un suelo forestal situado en la zona templada del País Vasco. Para ello, se aplicaron 3 tratamientos con diferentes dosis de ceniza en muestras de suelo tamizadas a 250 μm procedentes de un huerto semillero de pinus radiata. Estas muestras fueron incubadas durante 3 meses y fraccionadas los días 29, 44, 64, 78 y 92 con la intención de separar los macroagregados grandes (LMagg), de los macroagregados pequeños (Magg), microagregados (magg), limos (silt) y arcillas (clay). Todas las fracciones fueron analizadas para determinar su contenido en C orgánico. Los resultados mostraron que con la aplicación de cenizas, el modelo jerárquico de agregación de suelo se cumple para las fracciones LMagg, Magg y magg, pero no para la fracción silt. Además se ha observado que las cenizas promueven la formación de microagregados aumentado así la capacidad de secuestro de C del suelo, pero en cambio disminuye la proporción de macroagregados, hecho que podría acarrear una disminución en la calidad estructural del suelo.

Estudio cinético de la descomposición catalizada de peróxido de hidrógeno sobre carbón activado

The kinetic study of decomposition of hydrogen peroxide catalyzed by activated carbon was carried out. The effect of concentrations of reactants and temperature were experimentally studied. Kinetic data were evaluated using differential method of initial rates of reaction. When a typical kinetic law for reactions in homogeneous phase is used, first order of reaction is obtained for hydrogen peroxide and activated carbon, and activation energy of 27 kJ mol-1 for the reaction was estimated. Experimentally was observed that surface of activated carbon is chemically modified during decomposition of hydrogen peroxide, based on this result a scheme of reaction was proposed and evaluated. Experimental data fits very well to a Langmuir- Hinshelwood kinetic model and activation energy of 40 kJ mol-1 was estimated for reaction in heterogeneous phase.

Aumento del contenido de ácidos húmicos en un carbón de bajo rango a través de la oxidación con aire y con peróxido de hidrogeno o ácido nítrico

Low-rank coals are an important source of humic acids, which are important in retention processes of water and nutrients in plants. In this study coal samples of Montelibano, Colombia, were oxidized with air at different temperatures and subsequently with H2O2 and HNO3. The materials were characterized by FTIR, proximate and elemental analysis, and quantification of humic acids. The oxidation process led to an increased content of oxygenated groups and humic acids in the carbonaceous structure. The solid oxidized with air at 200 ºC for 12 h and re-oxidized with HNO3 for 12 h showed the highest percentage of humic acids (85.3%).

ESTUDIO TEÓRICO DE LA REACTIVIDAD QUÍMICA DEL CARBÓN ACTIVO

We used conceptual DFT to study global and local reactivity of both nonfunctionalized and functionalized activated carbons, with groups -OH,-CHO, -NH2, -COOH, and -CONH2. Electron-withdrawing groups were observed to increase the reactive surface, while electro-donating groups increase stability as reactivity of the activated carbon decreases. Descriptor groups were used to study the reactivity of structural fragments of activated carbons. The electrophilic and nucleophilic sites indicate that the carbon surface has an amphiphilic behavior that allows it to be used as an adsorbent material for a variety of molecules.

Sistema productivo del carbón mineral y sus residuos

Tesis (Maestro en Ciencias de la Administración con Especialidad en Sistemas) UANL, 1999.

Métodos estadísticos aplicados en el análisis de carbón por Fernando Flores Escobedo.

Tesis (Maestría en Ciencias de la Administración con Especialidad en Producción y Calidad) - U.A.N.L, 2000

Productividad de la energía en minas de carbón

Tesis (Maestro en Ciencias de la Administración con Especialidad en Producción y Calidad) UANL, 2000

Implementación de ingeniería industrial en la explotación de carbón

Tesis (Maestría en Ciencias de la Administración con Especialidad en Producción y Calidad) - U.A.N.L, 2000

Recuperación de carbón para uso térmico para la generación de electricidad en las plantas carbo eléctricas de la Comisión Federal de Electricidad a partir de pilas de desperdicio en carbonífera de San Patricio S.A. de C.V.

Tesis (Maestro en Ciencias de la Administración con Especialidad en Producción y Calidad) U.A.N.L.

Inmovilización de una metaloporfirina de Níquel en un electrodo de carbón vítreo para ser utilizado como sensor de compuestos clorados

Tesis (Maestro en Ciencias Químicas con Especialidad en Química Analítica) U.A.N.L.