Ceramic wastes as raw materials in portland cement clinker fabrication: characterization and alkaline activation

F. Puertas; A. Barba; M. F. Gazulla; M. P. Gómez; M. Palacios; S. Martínez-Ramírez

doi:10.3989/mc.2006.v56.i281.94

Autores/as

F. Puertas Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (CSIC). Madrid
A. Barba Instituto de Tecnología Cerámica. Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas. Universitat Jaume I. Castellón
M. F. Gazulla Instituto de Tecnología Cerámica. Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas. Universitat Jaume I. Castellón
M. P. Gómez Instituto de Tecnología Cerámica. Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas. Universitat Jaume I. Castellón
M. Palacios Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (CSIC). Madrid
S. Martínez-Ramírez Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (CSIC). Madrid

DOI:

https://doi.org/10.3989/mc.2006.v56.i281.94

Palabras clave:

fabricación de cemento, residuos cerámicos, caracterización, activación alcalina y puzolanicidad

Resumen

La industria cementera mundial está buscando vías experimentales que permitan desarrollar cementos que precisen menor energía en su formación, degraden menos los entornos y emitan menos gases contaminantes a la atmósfera. Esta línea, en España y Europa, coincide plenamente con el concepto de sostenibilidad y alcanzar el cumplimiento del Protocolo de Kioto. El empleo de diferentes residuos y subproductos industriales como materiales alternativos en la fabricación de cemento se ha revelado como un medio muy efectivo para alcanzar, en gran parte, esa sostenibilidad. Estos materiales alternativos pueden ser incorporados en el proceso de fabricación de cemento, por la sustitución parcial de los combustibles convencionales y/o de las materias primas del crudo y por la incorporación de adiciones activas al cemento y/o clínker.
En el presente trabajo se exponen los resultados preliminares obtenidos al estudiar la composición y activación alcalina de seis residuos cerámicos cocidos con vistas a su viabilidad de sustituir, parcialmente, algunas materias primas, utilizadas en la preparación de un crudo de cemento.
Los resultados obtenidos han mostrado que los seis residuos tienen una composición química y mineralógica adecuada para su posible empleo como materia prima alternativa de un crudo de cemento Portland. No son ni tóxicos ni radioactivos. Como era de esperar estos residuos tienen capacidad puzolánica. A la edad de estudio (8 días) la activación alcalina de los residuos es baja. El contenido en fase amorfa y la naturaleza del activador no parecen ser factores que influyan en dicho proceso de activación. El estudio de caracterización realizado sobre las pastas activadas ha demostrado que las fases feldespáticas son las más susceptibles de disolución y reacción con las disoluciones alcalinas.

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Citas

(1) F. Rougemont, «Sustainable development in the cement industry: The South African record». 11th ICCC, Durban, 2003, pp. 9-18.

(2) F. Puertas, M. T. Blanco-Varela, «Empleo de combustibles alternativos en la fabricación de cemento. Efecto en las características y propiedades de clínkeres y cementos», Mater. Construcc./ na 274 (2004), pp. 51-64.

(3) Norma UNE-ENV 197-1/2002.%,

(4) F. Puertas, M. T. Blanco-Varela, A. Palomo, T. Vázquez, «Reactivity and burnability of raw mixes made with crystallized blastfurnace slag. Part 1», Zement Ka/k Gips/ 8 (1988) pp. 398-402.

(5) F. Puertas, M. T. Blanco-Varela, A. Palomo, T. Vázquez, «Reactivity and burnability of raw mixes made with crystallized blastfurnace slag. Part 1», Zement Ka/k Gips/ 12 (1988), pp. 628-631.

(6) F. Puertas, M. T. Blanco-Varela, A. Palomo, T. Vázquez, «Reactividad y aptitud a la cocción de crudos de cemento que contienen escorias cristalizadas de horno alto», Cemento y Hormigón/ 854 (2003), pp. 4-10.

(7) A. Monshi, M. Kasiri, «Producing portland cement from iron and steel slags and limestone», Cem. Concr. Res. Vol. 29 (1999), pp. 1373-1377. doi:10.1016/S0008-8846(99)00028-9

(8) H. Hirao, S. Yokohama, «Behaviour of chloride ions in hardened ecoment: New type of Pórtland cement made from municipal waste incinerator ash». 11th ICCC, Durban (2003), pp. 1271-1281.

(9) P. H. Shih, J. E. Chang, L. C. Chiang, «Replacement of raw mix in cement production by municipal solid waste incineration ash», Cem. Concr. Res./ Vol. 23 (2003), pp.1831-1836.' doi:10.1016/S0008-8846(03)00206-0

(10) S. Goñi, A. Guerrero, M. A. Macías, R. Peña, E. Fernández-Escalante, «Empleo de materiales secundarios como materia prima de nuevos tipos de cementos», Mater. Construcc. nº 263-254 (2001), pp. 71-84.

(11) M. T. Blanco-Varela, T. Vázquez, A. Palomo, «Utilización de cenizas volantes y mineralizadores como materia prima en la fabricación de cemento», Mater. Construcc. 188 (1983), pp. 45-53.

(12) M. T. Blanco-Varela, «Reactivity of fly-ashes when they are used as constituent of Portland cement raw mixes», TIZ-Fachberichte, 5 (1984), pp. 304-307.

(13) M. T. Blanco-Varela, F. Puertas, A. Palomo, T. Vázquez, P. Artola, I. Alfaro, «Aptitud a la cocción de crudos de cemento Pórtland usando PavaI como materia prima», Cemento y Hormigón, 809 (2000), pp. 358-377.

(14) F. Puertas, M. T. Blanco-Varela, T. Vázquez, «Behaviour of cement mortars containing an industrial waste from aluminium refining. Stability in Ca(OH)2 solutions», Cem. Concr. Res. Vol. 29 (1999), pp. 1673-1680. doi:10.1016/S0008-8846(99)00157-X

(15) M. Singh, S. N. Upadhayay, P.M. Prasad, «Preparation of special cements from red mud», Waste Managemen~ 16 (1996), pp. 665-670. doi:10.1016/S0956-053X(97)00004-4

(16) A. Diouri, A. Boukhari, J. Aride, F. Puertas, T. Vázquez, «Stable Ca2Si03 solid solutio containing manganeso and phosphorus», Cem.'•",Concr. Res., Vol. 27 (1997), pp. 1203-1212. doi:10.1016/S0008-8846(97)00110-5

(17) A. Diouri, A. Boukhari, J. Aride, F. Puertas, T. Vázquez, «Elaboración de un clínker belítico fosfático con L-C2S- Estudio de su actividad hidráulica», Mater: Construcc., 249 (1998), pp. 23-32.

(18) M. Singh, M. Garg, «Making of anhydrite cement from waste gypsum», Cem. Concr: Res., Vol. 30 (2000), pp. 571-577. doi:10.1016/S0008-8846(00)00209-X

(19) A. Hauser, U. Eggenberger, T, Mumenthaler, «Fly ash from cellulose industry as secondary raw material in autoclaved aerated concrete», Cem. Concr: Res., Vol. 29 (1999), pp. 297-302. doi:10.1016/S0008-8846(98)00207-5

(20) J. E. Enrique, E. Monfort, «Situación actual y perspectivas de futuro de los residuos de la industria azulejera», Cerámica información, 221 (1996), pp. 20-34.

(21) J. E. Enrique, E. Monfort, G. Busani et al., Tratamiento de emisiones gaseosa~ efluentes líquidos y residuos sólidos de la industria cerámica, Instituto de Tecnología Cerámica-AlCE, Castellón, 1992.

(22) E. Monfort, J. E. Enrique, M. F. Gazulla et al., «Caracterización de residuos de la industria azulejera», Técnica Cerámica, 222 (1994), pp. 238-246.

(23) E. Criado, E. Sánchez, M. Regueiro, «AII tiled up: Spanish ceramics and glass», Ind. Miner:, 444 (2004), pp. 48-55.

(24) E. Criado, E. Sánchez, M. Regueiro, «La industria cerámica española, ¿ante un cambio de ciclo?», Bol. Soco Esp. Ceram. Vidr:, 43 (2004), pp. 85-10l.

(25) E. Monfort, M. Monzo, J. C. Jarque et al., «Recycling red-fired tile scrap in red-firing floor and wall tile compositions», Tile Brick Int., 16 (2000), pp. 420-427.

(26) E. Monfort, M. Monzo, J. C. Jarque et al., «Reciclado de tiesto en composiciones de pavimento y revestimiento rojo (1) », Técnica Cerámica, 292 (2001), pp. 450-458.

(27) E. Monfort, M. Monzo, J. C. Jarque et al., «Reciclado de tiesto en composiciones de pavimento y revestimiento rojo (11) », Técnica Cerámica, 293 (2001), pp. 629-633.

(28) J. E. Enrique, E. Monfort, J. V. Agramunt et al., «Gestión de vertidos en la fabricación de baldosas cerámicas», Técnica Cerámica, 246 (1996), pp. 478-485.

(29) M. H. Young, K. K. Hyng, «A research on the recycling of ceramic wastes as an aggregate for concrete», Chawon Rissaikuring, 10 (2001), pp. 41-49.

(30) M. 1. Sánchez-Rojas, M. Frías, J. Rivera et al., «Waste products from prefabricated ceramic materials as pozzolanic addition». 11th ICCC, Durban, 2003, pp. 935-943.

(31) M. 1. Sánchez-Rojas, M. Frías, J. Rivera, «Study on the pozzolanic and calorimetric behaviour of industrial products and wastes for use as calcined natural pozzolans in the manufacture of portlandcement CEM/A and B-Q», Cemento y Hormigón, 837 (2002), pp. 12-21.

(32) Ay N, Ü. M., «The use of waste ceramic tile in cement production», Cem. Concr: Res., Vol. 30 (2000), pp. 497-499. doi:10.1016/S0008-8846(00)00202-7

(33) A. Barba, M. F. Gazulla, M. P. Gómez et al., «Chemical characterization of geological raw materials used in traditional ceramics», Geostandards and Geoanalytical Research, 28 (2004), pp. 203-212. doi:10.1111/j.1751-908X.2004.tb00737.x

(34) A. Barba, M. F. Gazulla, M. P. Gómez et al., «A methodology for characterizing ceramic wastes: management of Environmental Quality», An International Journal, 14 (2003), pp. 333-343.

(35) A. Barba, M.F. Gazulla, M.P. Gómez et al., «Preparation of reference materials for frit chemical analysis», Glastech. Ber.-Glass Sci Technol, 75 (2002), pp. 184-190.

(36) A. Barba, M. F. Gazulla, M. P. Gómez et al., «Characterization of chromium-containing ceramic pigments by XRF and XRD», X-ray Spectrometry, 33 (2004), pp. 431-438. doi:10.1002/xrs.745

(37) A. Barba, M. F. Gazulla, M. P. Gómez et al., «Characterisation of ceramic oxide refractories by XRF and XRD», X-ray Spectrometry, 33 (2004), pp. 421-430. doi:10.1002/xrs.743

(38) A. Barba, M. F. Gazulla, M. P. Gómez et al., «Physico-chemical characterisation of silicon carbide refractories», J. Europ. Ceram Soc., (in press).

(39) A. Barba, S. Maestre, E. Bou. et al., «Using the hot stage microscope for estimating frit sealing temperature», Cfi (Ceramic Forum International)/Ber: DKG, 78 (2001), E36-E39.

(40) Orden Ministerial del 13 de octubre de 1989, apéndice IV (BOE nº 270, de 10 de noviembre de 1989).

(41) UNE-EN ISO 11348.

(42) Documento de la Unión Europea: «RPl12 Radiological protection principies concerning the natural radioactivity of building materials».

(43) EN 196-5, «Métodos de ensayos de cementos. Ensayo de puzolanicidad para cementos puzolánicos».

(44) M. 1. Sánchez de Rojas, M. Frías, J. Rivera et al., «Investigación sobre la reactividad puzolánica de materiales de desecho procedentes de arcilla cocida», Mater. Construcc., 262 (2001).

(45) A. Palomo, A. Fernández-Jiménez, M. Criado, «Geopolímeros: Una única base química y diferentes microestructuras», Mater. Construcc., 275 (2004), pp. 77-9l.

(46) A. Fernández-Jiménez, J. G. Palomo, F. Puertas, «Alkali-activated slag mortars: mechanical strength behaviour», Cem. Concr. Res., Vol. 29 (1999), pp. 1313-132l. doi:10.1016/S0008-8846(99)00154-4

(47) H. W. van der Marel, H. Beutelspacher, Atlas of Infrared spectroscopy of c1ay minerals and their admixtures, Ed Elsevier, 1976.

(48) G. Engelhardt, D. Michel, High resolution solid-state ofsilicates and zeolites, Ed. John Wiley and Sons, 1987.