Obtención de vitrocerámicos a partir de ceniza volante para su uso en la industria de la construcción

Abstract

The aim of this research was to study the feasibility of a Mexican coal fly ash as raw material to produce glass-ceramics. The coal fly ash from a thermal power plant has a high refractory nature due to the high percentage of silica and alumina, for this reason, other waste material such as slag from BOF process and Na2O were used to obtain a workable mixture able to melt and pour. The glass was melted at 1450°C and kept at this temperature during 1 hour and then poured into water to obtain a glassy frit. The thermal behavior of the original glass was analyzed by means of differential scanning calorimetry (DSC) and by X-ray diffractometry (DRX). The results showed that the major crystallization mechanism was surface crystallization in the glass, with a critical particle size of <100 μm; therefore, it was necessary a sintering-crystallization process to transform the original glass into a glass-ceramic material. Analysis of the Time-Temperature-Transformation diagram (TTT) was carried out to know the crystallization behavior of the glass. From the TTT diagram it was possible to observe the high tendency of the glass to crystallize, since it starts at 750°C after 20 minutes.

El objetivo de esta investigación fue estudiar la viabilidad en la utilización de la ceniza volante, procedente de la carboeléctrica de Petacalco, Guerrero, como materia prima para la obtención de materiales vitrocerámicos. La ceniza volante, presentó una naturaleza altamente refractaria al contener un elevado porcentaje de óxido de silicio y óxido de aluminio, por lo que se utilizaron diferentes mezclas con escoria metalúrgica, de tipo BOF, así como Na2O para facilitar el proceso de fusión y colado. El fundido del vidrio se llevó a cabo a 1450 °C con un tiempo de permanencia de 1 hora y vaciado directamente en agua para obtener una frita. De acuerdo con estudios para determinar la viabilidad del vidrio para la formación de materiales vitrocerámicos utilizando los diagramas del método de Ginsberg, la composición del vidrio base es idónea para la formación de materiales vitrocerámicos, mientras que de acuerdo con Lebedeva, la primera fase que se formaría sería una fase de tipo plagioclasa. El comportamiento térmico del vidrio resultante fue estudiado por medio de calorimetría diferencial de barrido (DSC) y estudios de difractometría de rayos X (DRX). De acuerdo con los resultados, el mecanismo de cristalización predominante del vidrio resultó ser superficial, con un tamaño de partícula crítico menor a 100 μm, de este modo, fue necesario un proceso de sinterización-cristalización del vidrio para poder ser transformado en un material vitrocerámico. Un estudio del diagrama Transformación-Tiempo-Temperatura (TTT) fue llevado a cabo para conocer la tendencia a la cristalización del vidrio base. Del diagrama TTT, se pudo percibir la alta tendencia a cristalizar que presenta el vidrio, ya que el primer signo de cristalización se observa a una temperatura de 750°C a un tiempo de permanencia de 20 minutos.