Caracterización de las cenizas volantes de una planta termoeléctrica para su posible uso como aditivo en la fabricación de cemento
Resumen
En este trabajo se presentan los resultados de la caracterización de Cenizas Volantes, CV, producto de la combustión del carbón, las cuales fueron producidas en la estación termoeléctrica Termopaipa IV, de la región de Boyacá, Colombia. Las técnicas empleadas para la caracterización fueron: Fluorescencia de Rayos X , Difracción de Rayos X, Microscopía Óptica (Sección Delgada Pulida), Microscopía Electrónica de Barrido y Espectroscopía de Fotoelectrones de rayos X. Se observa que las cenizas presentan principalmente contenido de compuestos de aluminio y silicio, además, fases de hierro en menor escala como son Hematita y Limonita. La morfología revela inquemados de carbón y esferas de diferente tamaño y composición. A partir de las características encontradas en este estudio como son: composición química, mineralogía y características superficiales, se determina que las CV son un material puzolánico artificial con carácter ácido lo cual influye sobre la reactividad de las cenizas que se basa en el aspecto químico de la fijación de la cal y cumplen con los requerimientos para su utilización en la industria cementera.
Palabras clave
ceniza volante, propiedades fisicoquímicas y morfológicas, reactividad superficial, actividad puzolana, industria cementera.
Biografía del autor/a
William Alexander Bautista-Ruiz
Físico
Mercedes Díaz-Lagos
Física, Doctora en Física de la Materia Condensada y Nanotecnología
Segundo Agustín Martínez-Ovalle
Licenciado en Física y Matemáticas, Doctor en Bioingeniería y Física Médica
Referencias
- Ahmaruzzaman, M. (2010). A review on the utilization of fly ash. Progress in Energy and Combustion Science, 36, 327–363. doi: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2009.11.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2009.11.003
- Alhozaimy, A., Soroushian, P., & Mirza, F. (1996). Effects of curing conditions and age on chloride permeability of Fly Ash mortar. American concrete Institute Materials Journal, 93, 87-95. DOI: https://doi.org/10.14359/9800
- American Society for Testing and Materials (ASTM), C¬618 (2005). Standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete.
- Ampadu, K. O., & Torii, K. (2002). Chloride ingress and steel corrosion in cement mortars incorporating low quality Fly Ashes. Cement and Concrete Research, 32, (6) 893-901. doi: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)00721-4 DOI: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)00721-4
- Aperador, W., Ruíz, E., & Delgado, A. (2014). Electrochemical Impedance Spectroscopy Analysis on Steel Embedded in a Concrete Alkali Exposed on the Chloride Media. International Journal of Electrochemical Science, 9, 7506 – 7517.
- Baoyi, L., Yuping, D., & Shunhua, L. (2012). The electromagnetic characteristics of fly ash and absorbing properties of and Building cement-based composites using fly ash as cement replacement. Construction and Build Materials Journal, 27, 184–188. doi: https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa7025 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.07.062
- Chujiang, C., Shen, Z., Wang, M., ma, S., & Xing, Y. (2003). Surface metallization of cenospheres and precipitators by electroless plating. China particuology, 1(4), 156-161. doi: https://doi.org/10.1016/S1672-2515(07)60133-X DOI: https://doi.org/10.1016/S1672-2515(07)60133-X
- Fauzi, A., Fadhil M. N., B, M. A., & Al Bakri, A. M. (2016). Study of Fly Ash Characterization as a Cementitious Material. Procedia Engineering 148, 487 – 493. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.535 DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.535
- Fly Ash India Pvt. Ltd. (2014). Recuperado de: flyashindia.com.
- Jegadeesan, G., Souhail, R., Abed, A., & Pinto, P. (2008). Influence of trace metal distribution on its leachability from coal fly ash. Fuel, 87 (10-11), 1887-1893. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2007.12.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2007.12.007
- Goma, F. (1975). El cemento portland y otros aglomerantes, Barcelona España: Editores técnicos asociados s, a.
- Gómez-Rojas, O., Díaz-Lagos, M., Blandón-Montes, A., & Martínez-Ovalle, S. (2016). Presencia de elementos contaminantes como Cd, As, Pb, Se y Hg en carbones de la zona Cundiboyacense, Colombia. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 7 (1), 141-150. doi: http://dx.doi.org/10.19053/20278306.v7.n1.2016.5604 DOI: https://doi.org/10.19053/20278306.v7.n1.2016.5604
- Gopalan, M. K. (1996). Sorptivity of fly ash concretes. Cement and Concrete Research, 26 (8), 1189-1197. doi: 10.1016/0008-8846(96)00105-6 DOI: https://doi.org/10.1016/0008-8846(96)00105-6
- Ha, T.H., Muralidharan, S., Bae, J.H., Ha, Y.C., Lee, H.G., Park, K.W., & Kim, D.K. (2005). Effect of unburnt carbon on the corrosion performance of fly ash cement mortar. Construction and Build Materials Journal, 19 (7) 509–515. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2005.01.005 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2005.01.005
- Hemalatha, T., & Ramaswamy, A. (2017). A review on fly ash characteristics e Towards promoting high volume utilization in developing sustainable concrete. Journal of Cleaner Production 147, 546-559. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.01.114 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.01.114
- Jensen, A. D., & Rasmussen, M. S. (2008). A review of the interference of carbon containing fly ash with air entrainment in concrete. Progress In Energy and Combustion Science, 34, 135–154. doi: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2007.03.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2007.03.002
- Lieberman, R. N., Green, U., Segev, G., Polat, M., Mastai, Y., & Cohen, H. (2015). Coal fly ash as a potential fixation reagent for radioactive wastes. Fuel, 153, 437-444. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.02.111
- López, J. C., & González, C. J. (1995). Manual de reutilización de residuos de la industria minera, siderometalúrgica y termoeléctrica. Instituto Tecnológico Geominero de España, Rivadeneyra, SA.
- Lorenzo-García, M. P. (1993). Influencia de dos tipos de cenizas volantes españolas en la microestructura y durabilidad de la pasta de cemento portland hidratado (tesis de doctorado). Universidad complutense de Madrid, Madrid, España.
- Martínez-Bernal, M. S. (2013). Determinación de la productividad y competitividad de la pequeña minería del distrito minero del norte de Boyacá. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 3 (2), 72-86. doi: 10.19053/20278306.2168 DOI: https://doi.org/10.19053/20278306.2168
- Martínez-Ovalle, S., Reyes-Caballero, F., & González-Puin, L. X. (2013). Protección radiológica a trabajadores y público en instalaciones que operan radioisótopos industriales. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación, 3 (2), 120-124. doi: 10.19053/20278306.2166 DOI: https://doi.org/10.19053/20278306.2166
- Mehta, P. K. (1989). Pozzolanic and cementitious by products in concrete. Another look [online]. International Concrete Abstracts Portal, 114, 1-44. doi: 10.14359/1835 DOI: https://doi.org/10.14359/1835
- Nassara, R. U. D., Soroushian, P., & Ghebrabc, T. (2013). Field investigation of high-volume fly ash pavement concrete. Resources Conservation and Recycling, 73, 78– 85. doi: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2013.01.006 DOI: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2013.01.006
- Naik, T., Singh, S. H., & Ramme, B. (1998). Mechanical properties and durability of concrete made with blended fly ash. ACI Materials Journal, 95 (4), 454–62. DOI: https://doi.org/10.14359/388
- Nir, L. R., Green, U., Segev, G., Polat, M., Mastai, Y., & Cohen, H. (2015). Coal fly ash as a potenctial fixation reagent for radioactive wastes. Fuel, 153 (1), 437-444. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.02.111 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.02.111
- Norma Técnica colombiana NTC 3493, (1993). Ingeniería civil y arquitectura. Cenizas volantes y puzolanas naturales, calcinadas o crudas, utilizadas como aditivos minerales en el concreto de cemento pórtland.
- Murayama, N., Yamamoto, H., & Shibatia, J. (2002). Mechanism of zeolite synthesis from coal fly ash by alkali hidrotermal reaction. International Journal of mineral processing, 64, 1-17. doi: https://doi.org/10.1016/S0301-7516(01)00046-1 DOI: https://doi.org/10.1016/S0301-7516(01)00046-1
- Pedraza, S. P., Pineda, Y., & Gutiérrez, O. (2015). Influence of the unburned residues in fly ash additives on the mechanical properties of cement mortars. Procedia Materials Science 9, 496 – 503. doi: https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.05.022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.05.022
- Querol, X., Alastuey, A., Turiel, J. L. F., & López, S. A., (1995). Synthesis of zeolites by alkaline activation of ferro-aluminous fly ash. Fuel, 74, 1226-123. doi: https://doi.org/10.1016/0016-2361(95)00044-6 DOI: https://doi.org/10.1016/0016-2361(95)00044-6
- Querol, X., Moreno, N., Umaña, J. C., Alastuey, A., Hernández, E., López, S. A., & Plana, F. (2002). Synthesis of zeolites from coal fly ash: an overview. International Journal Of Coal Geology, 50, 413-423. doi: https://doi.org/10.1016/S0166-5162(02)00124-6 DOI: https://doi.org/10.1016/S0166-5162(02)00124-6
- Raghu, B. K., Eskandari, B. V. H., & Reddy, B. V. V. (2009). Prediction of compressive strength of SCC and HPC with high volume fly ash using ANN. Construction and Building Materials, 23, 117-128. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2008.01.014 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2008.01.014
- Reyes-Caballero, F., Martínez-Ovalle, S. A., & Moreno-Gutiérrez, M. (2015). Mossbauer characterization of feed coal, ash and fly ash from a termal power plant. Hyperfine Interactions, 232 (1-3), 141-148. doi: 10.1007/s10751-015-1140-1 DOI: https://doi.org/10.1007/s10751-015-1140-1
- Reyes-Caballero, F., Fernández-Morales, F., & Duarte, J. (2016). Panorama energético. revista de investigación, desarrollo e innovación, 7 (1), 151-163. doi: http://dx.doi.org/10.19053/20278306.v7.n1.2016.5605 DOI: https://doi.org/10.19053/20278306.v7.n1.2016.5605
- Sahmaran, M. I., Yaman, I. O., & Tokyay, M. (2009). Transport and mechanical properties of self-consolidating concrete with high volume fly ash. Cement and concrete composites, 31, 99-106. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.12.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.12.003
- Santaella-Valencia, L.E. (2001). Caracterización física química y mineralógica de las cenizas volantes. Ciencia e Ingeniería Neogranadina, 10, 47-62. DOI: https://doi.org/10.18359/rcin.1379
- Szumiata, T., Brzozka, K., Gorka, B., Gawronski, M., Gzik-Szumiata M., Swietlik R., & Trojanowska M., (2014). Iron speciation in coal fly ashes chemical and Mossbauer analysis. Hyperfine Interactions, 226, 483-487. DOI 10.1007/s10751-013-0950-2. DOI: https://doi.org/10.1007/s10751-013-0950-2
- Valderrama, C. P., Agredo, J. T., & de Gutiérrez, R. M. (2011). Características de desempeño de un concreto adicionado con cenizas volantes de alto nivel de inquemados. Ingeniería e Investigación, 31, 39-46.
- Van der Merwe, E. M., Mathebula, C. L., & Prinsloo, L. C. (2014). Characterization of the surface and physical properties of South African coal fly ash modified by sodium lauryl sulphate (SLS) for applications in PVC composites. Powder Technology, 266, 70–78. Doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.06.008 DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.06.008
- Vassilev, S. V., & Vassileva, C. G. (2005). Methods for Characterization of Composition of Fly Ashes from Coal Fired Power Stations: A Critical Overview. Energy Fuels, 19, 1084–1098. DOI: 10.1021/ef049694d DOI: https://doi.org/10.1021/ef049694d
- Vasileva, N. G., Anshits, N.N., Sharonova, O.M., Burdin, M.V., & Anshits, A. G. (2005). Immobilization of cesium and Strontium Radionuclides in Framework Aluminosilicates with the Use of Porous Glass-Ceramic Matrices Based on Coal Fly Ash Cenospheres. Glass Physics and Chemistry., 31, 637-647. DOI: https://doi.org/10.1007/s10720-005-0108-7
- Wang, S., & Wu, H. (2006). Enviromental Benong utilization of fly ash as low cost adsorbents, Journal of Hazardous Materials, 136, 482-501. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.01.067 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.01.067
- Wu, Y., Wang, C., Tan, Y., Jia, L., & Anthony, E. J. (2011). Characterization of ashes from a 100 kWth pilot-scale circulating fluidized bed with oxy-fuel combustion. Applied Energy, 88, 2940–2948. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.03.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.03.007
- Yua, J., Lib, X., Fleming, D., Meng, Z., Wang, D., & Tahmasebia, A. (2012). Analysis on Characteristics of Fly Ash from Coal Fired Power Stations Energy. Energy Procedia, 17, 3–9. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.02.054 DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.02.054
- Zyryanov, V. V., Petrov, S. A., & Matvienko, A. A. (2011). Characterization of spinel and magnetospheres of coal fly ashes collected in power plants in the former USSR. Fuel, 90, 486–492. Doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.10.006
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