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

CEMENTO Y CONCRETO

1. Objetivo del proyecto

2. Justificación

3. Ventajas

4. Estado del arte

5. Generalidades

6. Procedimiento

7. Quemador ciclónico

8. Resultados

9. Conclusiones

Índice

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 arrozson incorporados al cemento o al concreto, en diferentes porcentajes, con el fin demejorar 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.

Adiciones mineralesNaturales

Artificiales

4. Generalidades

PuzolanaMaterial silíceo o sílico-aluminoso, que por si mismo puede tener poca o ninguna actividadhidráulica pero que, finamente dividido y en presencia de agua, reacciona químicamente conel 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 arrozMicrosílice (silica fume):

Subproducto de la reducción del cuarzo de alta pureza con carbón en hornos de arcoeléctrico para la producción de silicio o aleaciones de ferrosilicio. El material que esextremadamente fino es colectado por filtración de los gases de escape del horno, en filtrosde 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 estructurainterna. Se prefiere puzolanas con composición química tal que la presencia de los tresprincipales óxidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3) sea mayor del 70%. Se trata que la puzolana tengauna estructura amorfa.

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

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

• Hay una amplia gama en las características físicas y químicas de la RHA, las cuales resultaninfluenciadas 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 dequemado.

• La sílice en la ceniza experimenta transformaciones estructurales dependiendo de lascondiciones (tiempo, temperatura, etc.) de la combustión. Entre 550°C – 800°C seforma 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

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 losprocesos de combustión concebidos para quemar cascarillas de arroz se mantienen pordebajo 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 aproducir ceniza con alto contenido de carbón, alto contenido de LOI (Loss On Ignition oinquemados) y altas proporciones de ceniza cristalina y amorfa (mezclada). Este tipo deceniza satisface más a la industria del acero, que a la del cemento y los materiales deconstrucción.

• Su uso limitado en cemento se debe en buena medida a la carencia de conocimiento delpotencial 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, quela 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 yestable. Esto a su turno requiere RHA de un ambiente de combustión controlado, paraasegurar una ceniza consistentemente estable. Producir RHA de la calidad correcta puedecostar más que producir la ceniza normal debido a las modificaciones de la caldera aemplear.

• Además del uso de la ceniza, puede ser posible generar Certificados de Reducción deEmisiones CER´S (Bonos de CO2) cuando se sustituyen éstas por cemento Pórtland. Elcemento Pórtland requiere grandes cantidades de calor en su fabricación y evitando elconsumo energético (derivado de los combustibles fósiles) y el CO2 emitido durante sufabricación, 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 representabapara los molinos de arroz un pasivo ambiental, que sólo se utilizaba cruda, como sustratopara 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 losmolinos, con destino al secado del grano. Esto genera ahorros en combustibles, tales comocarbón y gas, en estas instalaciones y produjo una gama de materiales que tienen diferentesgrados de quema y por ende, de usos.

• Se ha podido evidenciar que la cascarilla se quema de manera incompleta, en razón a que elobjetivo de dicha quema es conseguir la temperatura necesaria para el proceso de secadodel 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 obteneruna ceniza de tan buena calidad que se asimila a la sílica fume, producto de alto valoragregado que se conoce ampliamente, para la producción de concretos de alto desempeño.

6. Procedimiento

• Las muestras de cascarilla de arroz que se utilizaron enel proyecto fueron tratadas en laboratorio y a nivelindustrial con diferentes tecnologías para su quemacontrolada, para así poder determinar cual de ellasera la mas adecuada para su producción. Se realizaronpruebas en Colombia y en Canadá.

• El tratamiento térmico se determinó a diferentestemperaturas entre 600°C y 850°C paradeterminar el grado de amorfos.

• Se diseñó y ejecutó un plan de pruebas en laboratorioque permitió establecer las variables críticas aconsiderar para producir un cemento mezclado con laceniza de cascarilla de arroz de alta calidad obtenida alas diferentes temperaturas,

Toma de muestras

Tratamiento térmico

Remplazo en matriz

de cemento

6. Procedimiento

1. Muestreo cascarilla arroz

2. Ensayos de caracterizaciónquímica, física y mineralógica

3. Pruebas de producción de cenizasde alta calidad (tratamientostérmicos) en laboratorio eindustrialmente.

4. Ensayos de caracterizaciónquímica, física y mineralógica de laceniza obtenida.

1. Ensayos como adición en cemento(mezclas con ceniza obtenida y cementopatrón), con material tratadotérmicamente en Colombia.

2. Pruebas con micromolienda (mezclasde adición en cemento) con materialtratado térmicamente en Colombia.

1. Envío muestras de cascarilla crudaa firma canadiense

2. Análisis y recopilación informacióntratamientos muestras en Canadá

3. Recibo muestras tratadas en Canadáy ejecución de pruebas de estematerial, como adición a cemento.

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

Cascarilla de arroz

Adición de cemento

Tratamiento térmico

Colombia

Adición de cemento

Tratamiento térmico

Canadá

6. Horno Ciclónico

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

Esta es la cámara de

Mezcla de aire caliente

y frío (caseta quemador)

Ventilador de aire

primario, suficiente

para la combustión

Quemador con

intercambiador

de calor

Aquí empezaría la torre

secadora

Válvula ajuste

aire caliente

6. Horno Ciclónico

GRACIAS