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PROYECTO BENEFICIO Y UTILIZACIÓN DE LAS CENIZAS DE CASCARILLA DE ARROZ EN CEMENTO Y CONCRETO


Índice 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Objetivo del proyecto Justificación Ventajas Estado del arte Generalidades Procedimiento Quemador ciclónico Resultados Conclusiones


1. Objetivo • Evaluar la viabilidad técnica y económica de beneficiar la cascarilla de arroz cruda, que se produce en los molinos de Neiva y Tolima, para generar una ceniza de alto valor agregado que sirva como adición para cemento y concreto con el fin de generar valor agregado al negocio del inversionista interesado.

Cascarilla de arroz cruda

Ceniza de alta calidad


2. Justificación

El sector de la construcción debe empezar a modificar su forma de trabajo, dando lugar a un nuevo paradigma que contemple la satisfacción del usuario, el menor consumo de material / energía y el menor impacto medioambiental que permita solucionar la división existente entre producción y consumo sostenible.


3. Ventajas Los materiales inorgánicos como las cenizas beneficiadas de la cascarilla de arroz son incorporados al cemento o al concreto, en diferentes porcentajes, con el fin de mejorar sus propiedades. •

 

Mejores propiedades: - Mayor durabilidad. - Menor calor de hidratación. - Mayores resistencias. Ahorro de energía no renovable Protección del medio ambiente - Reducción de la emisión de CO2, SO2, NOx. - Uso de subproductos industriales. Naturales

Adiciones minerales Artificiales


4. Generalidades Puzolana Material silíceo o sílico-aluminoso, que por si mismo puede tener poca o ninguna actividad hidráulica pero que, finamente dividido y en presencia de agua, reacciona químicamente con el hidróxido de calcio para formar compuestos que poseen propiedades hidráulicas. Naturales:

- Cenizas volcánicas - Tufos o tobas volcánicas (zeolitas) - Tierras de diatomeas (diatomitas) Artificiales: - Cenizas volantes - Arcillas activadas térmicamente - Microsílice (silica fume)

- Cenizas de cáscara de arroz Microsílice (silica fume): Subproducto de la reducción del cuarzo de alta pureza con carbón en hornos de arco eléctrico para la producción de silicio o aleaciones de ferrosilicio. El material que es extremadamente fino es colectado por filtración de los gases de escape del horno, en filtros de mangas.


4. Generalidades •

La cascarilla de arroz cuando es quemada adecuadamente, se obtiene un residuo (CENIZA) mineral rico en sílice y alúmina, cuya estructura depende de la temperatura de combustión.

Las propiedades de las puzolanas dependen de la composición química y la estructura interna. Se prefiere puzolanas con composición química tal que la presencia de los tres principales óxidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3) sea mayor del 70%. Se trata que la puzolana tenga una estructura amorfa.

La forma más viable de mejorar sus propiedades es realizar una quema controlada en, donde se controla la temperatura de combustión, y el tiempo de residencia del material. Si la temperatura de combustión está en el rango entre 400-800 ºC, hay garantía de que la sílice se forma en fases amorfas, de mucha reactividad. Para temperaturas superiores comienzan a formarse fases cristalinas de sílice, poco reactiva a temperatura ambiente.


5. Estado del arte •

Rice Husk Ash (RHA) es un término general que describe todos los tipos de ceniza producidos de cascarillas quemadas de arroz.

Hay una amplia gama en las características físicas y químicas de la RHA, las cuales resultan influenciadas por la química del suelo, la variedad del arroz paddy y el uso de fertilizantes.

En la práctica, el tipo de ceniza varía considerablemente de acuerdo con la técnica de quemado.

La sílice en la ceniza experimenta transformaciones estructurales dependiendo de las condiciones (tiempo, temperatura, etc.) de la combustión. Entre 550°C – 800°C se forma la ceniza amorfa y a temperaturas mayores que ésta, se forma ceniza cristalina. Estos tipos de sílice tienen diferentes propiedades y usos.


5. Estado del arte •

El cambio de estado amorfo a cristalino de la ceniza ocurre a 800ºC aproximadamente, aunque el proceso es a menudo “incompleto” hasta que se alcanzan los 900ºC. Todos los procesos de combustión concebidos para quemar cascarillas de arroz se mantienen por debajo de 1440ºC, que es la temperatura de fusión de la RHA.

Las calderas de uso más generalizado se basan en las tecnologías de rejilla fija, que tienden a producir ceniza con alto contenido de carbón, alto contenido de LOI (Loss On Ignition o inquemados) y altas proporciones de ceniza cristalina y amorfa (mezclada). Este tipo de ceniza satisface más a la industria del acero, que a la del cemento y los materiales de construcción. Su uso limitado en cemento se debe en buena medida a la carencia de conocimiento del potencial que estas cenizas tienen y la calidad misma del producto.


5. Estado del arte •

La industria del cemento requiere la ceniza amorfa, a diferencia de la industria del acero, que la requiere cristalina, siendo esta última, una forma cancerígena para la salud humana.

La industria del cemento tiene que producir un producto consistente, de alta calidad y estable. Esto a su turno requiere RHA de un ambiente de combustión controlado, para asegurar una ceniza consistentemente estable. Producir RHA de la calidad correcta puede costar más que producir la ceniza normal debido a las modificaciones de la caldera a emplear.

Además del uso de la ceniza, puede ser posible generar Certificados de Reducción de Emisiones CER´S (Bonos de CO2) cuando se sustituyen éstas por cemento Pórtland. El cemento Pórtland requiere grandes cantidades de calor en su fabricación y evitando el consumo energético (derivado de los combustibles fósiles) y el CO2 emitido durante su fabricación, se podría generar un ingreso adicional para los productores de RHA.


5. Estado del arte •

En Colombia, hace un par de años, la cascarilla de arroz se disponía en patios y representaba para los molinos de arroz un pasivo ambiental, que sólo se utilizaba cruda, como sustrato para cultivos y como material para el suelo en las avícolas.

Actualmente se utiliza la cascarilla de arroz para la generación de calor al interior de los molinos, con destino al secado del grano. Esto genera ahorros en combustibles, tales como carbón y gas, en estas instalaciones y produjo una gama de materiales que tienen diferentes grados de quema y por ende, de usos.

Se ha podido evidenciar que la cascarilla se quema de manera incompleta, en razón a que el objetivo de dicha quema es conseguir la temperatura necesaria para el proceso de secado del arroz y no la producción de cascarilla bien quemada.

Cenizas bien quemadas que sirven como sustituto parcial del clínker en el cemento.

También se ha encontrado información de tecnologías de punta que han permitido obtener una ceniza de tan buena calidad que se asimila a la sílica fume, producto de alto valor agregado que se conoce ampliamente, para la producción de concretos de alto desempeño.


6. Procedimiento Toma de muestras

Las muestras de cascarilla de arroz que se utilizaron en el proyecto fueron tratadas en laboratorio y a nivel industrial con diferentes tecnologías para su quema controlada, para así poder determinar cual de ellas era la mas adecuada para su producción. Se realizaron pruebas en Colombia y en Canadá.

Tratamiento térmico

El tratamiento térmico se determinó a diferentes temperaturas entre 600°C y 850°C para determinar el grado de amorfos.

Se diseñó y ejecutó un plan de pruebas en laboratorio que permitió establecer las variables críticas a considerar para producir un cemento mezclado con la ceniza de cascarilla de arroz de alta calidad obtenida a las diferentes temperaturas,

Remplazo en matriz de cemento


6. Procedimiento Adición de cemento Tratamiento térmico Colombia

Cascarilla de arroz 1. Muestreo

1.

cascarilla arroz

2.

Ensayos de caracterización química, física y mineralógica

3. Pruebas de producción de cenizas de alta calidad (tratamientos térmicos) en laboratorio e industrialmente. 4. Ensayos de caracterización química, física y mineralógica de la ceniza obtenida.

Adición de cemento Tratamiento térmico Canadá

1.

Ensayos como adición en cemento (mezclas con ceniza obtenida y cemento patrón), con material tratado térmicamente en Colombia.

2.

Pruebas con micromolienda (mezclas de adición en cemento) con material tratado térmicamente en Colombia.

Envío muestras de cascarilla cruda a firma canadiense

2.

Análisis y recopilación información tratamientos muestras en Canadá

3.

Recibo muestras tratadas en Canadá y ejecución de pruebas de este material, como adición a cemento.

4.

Pruebas con micromolienda (mezclas de adición en cemento) con material tratado en Canadá.


6. Horno Ciclónico La presión estática en este punto debe ser de 1 a 1.2” de C.A.

Válvula ajuste aire caliente Quemador con intercambiador de calor Aquí empezaría la torre secadora

Esta es la cámara de Mezcla de aire caliente y frío (caseta quemador) Ventilador de aire primario, suficiente


6. Horno Cicl贸nico


GRACIAS

Aprovechamiento de ceniza de cascarilla  

Ceniza de alta calidad para cementeras

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