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Estudio sobre la depuracin de los lixiviados de vertederos de RSU con cenizas volanteszeolitizadas. 4. Introduccin
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4. INTRODUCCIN.
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4.1 RESIDUOS DE LA COMBUSTIN DEL CARBN.
I. Cenizas volantes.
La primera norma Europea para materiales de construccin (EN450) define
las cenizas volantes como granos de polvo que se componen
principalmente de partculas vtreas esfricas, producidas durante la
combustin de carbn.
Las cenizas volantes estn constituidas fundamentalmente por partculas
vtreas, esfricas o redondeadas, de granulometra muy fina y con
composicin qumica muy similar a la de la materia mineral del carbn, de
la que procede. As pues, sus componentes principales son slice, almina,
xido frrico y cal, en diferentes proporciones segn su origen. Tambin se
encuentran en la ceniza partculas irregulares y angulosas, tanto minerales
como partculas de carbn inquemado (coque)
Segn la Norma de ASTM C618 (American Society for Testing and
Materials), existen principalmente dos tipos de cenizas volantes:
Clase C: Las cenizas volantes que se consideran en este grupo presentan
propiedades cementicias y puzolnicas, obtenidas de lignitos y carbones
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subbituminosos, y que deben tener un contenido mnimo de SiO2+ Al2O3+
Fe2O3del 50% y un mximo en cal del 20% para poder ser empleadas en
hormigones.
Clase F: Son las cenizas volantes normalmente obtenidas en la combustin
de antracitas y carbones bituminosos, con un contenido mnimo de SiO2+
Al2O3 + Fe2O3 del 70% en peso y presentan tambin propiedades
puzolnicas.
Especificaciones para las cenizas segn la Norma ASTM C 618 (Tab.
4.1.I.1)
Clase C Clase F
SiO2+Al2O3+Fe2O3 >50% >70%
CaO >10%
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II. Produccin de cenizas volantes.
La creciente demanda de energa elctrica ha creado la necesidad de
construccin de grandes centrales termoelctricas en donde el carbn es el
principal combustible utilizado.
Diariamente se generan cantidades considerables de cenizas volantes y
escoria debido al alto consumo de carbn y al contenido de materia mineral
del mismo. La combustin de 1 tm de carbn genera un promedio de 80 a
250 kg de residuos dependiendo del tipo de carbn.
La produccin de cenizas volantes de la combustin del carbn en
E.E.U.U. y Europa se estima en 88 y 55 millones de toneladas por ao
respectivamente (Bossart y Newman, 1995; ECOBA, 2001). De esta
produccin, una proporcin muy baja es reciclada (22% en E.E.U.U.Bossart y Newman 1995) y en promedio solo el 50% en la UE
presentndose grandes diferencias de un pas a otro. Espaa tiene una
produccin aproximada de 9 millones de toneladas de las cuales se recicla
aproximadamente un 63%. (Tab 4.1.II.1)
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Tab 4.1.II.1 Produccin y utilizacin de cenizas volantes por pases.
En funcin de la tecnologa de combustin del carbn empleada, podemos
distinguir entre los residuos generados en la combustin de lechofluidizado y los residuos originados a partir del carbn pulverizado que
son, en los que se va a centrar este trabajo.
Los residuos de la combustin en lecho fluidizado se caracterizan por el
contacto entre el combustible y las partculas no combustibles, que se
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mantiene en suspensin mediante un flujo ascendente del aire, a travs del
lecho. La principal ventaja de este sistema es que utiliza como partculas no
combustibles absorbentes del azufre como la caliza, lo que supone, una
considerable ventaja frente a los mtodos convencionales, en los cuales, es
necesario disponer de una instalacin depuradora del SO2 producido. Su
alta capacidad para la retencin in situ del azufre depende
fundamentalmente de la relacin calcio/azufre, temperatura del lecho, tipo
y granulometra de la caliza y tiempo de residencia. Por tanto, las cenizas
que produce este tipo de combustin presentan un elevado contenido en
calcio, hecho que limita la sntesis de zeolitas. Por esta razn, estos
materiales no se han estudiado en el presente trabajo.
El proceso de combustin del carbn pulverizado genera diferentes tipos de
residuos. Las escorias, cenizas de fondo y cenizas volantes se forman
debido a los componentes minerales del carbn.
EL carbn pulverizado se quema a una temperatura entre 1400- 1600 C, y
la materia mineral del carbn se funde en forma de escorias y cenizas de
fondo que salen del combustor en estado fluido y se recogen en la boca del
extractor de escorias. Estas escorias y las cenizas procedentes de la caldera
constituyen como media aproximadamente un 17 % de los residuos totales
generados en la combustin del carbn pulverizado. Este tipo demateriales, debido a sus propiedades fsicas y su mayor granulometra,
tienen usos ms limitados que las cenizas volantes. No obstante, su
utilizacin en fabricacin de cemento, o bien, dependiendo de las
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caractersticas del material, como ridos en rellenos industriales, ridos en
hormign, bases de carreteras, techados, es muy comn.
Los colectores de cenizas volantes pueden ser: ciclones sencillos, ciclones
mltiples, precipitadores electrostticos y filtros textiles. La tecnologa a
utilizar depende de la eficiencia de retencin requerida, pudindose
alcanzar eficiencias del 60 - 70 % en los ciclones y > 99.5 % en los
precipitadores electrostticos y filtros textiles.
En los precipitadores electrostticos, la eficiencia de retencin mejora con
el nmero de campos conectados sucesivamente. Un inconveniente de los
ciclones es que separan principalmente las fracciones de polvo grueso,
dejando fracciones respirables de polvo fino, con mayor impacto potencial
sobre la salud. Los filtros textiles son muy tiles para la separacin de
polvos finos con contenidos elevados en metales pesados.
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III. Utilizacin.
Los residuos de combustin del carbn contienen ms del 70% de material
slico-aluminoso vtreo lo cual hace posible que sean utilizados como
materia prima para rellenos inertes y funcionales, adsorbentes,
inmovilizadores, y materiales de construccin de alto valor. Mientras que
los componentes indeseables como los metales pesados estn presentes tan
solo como trazas, con excepciones muy puntuales.
Tradicionalmente estos productos de combustin son utilizados como
materiales de construccin en obras de ingeniera ya que una de las
propiedades ms importantes de las cenizas volantes es su carcter
puzolnico, es decir, su capacidad para combinarse con la cal para formar
un aglomerado hidrulico. Por ello los cementos a partir de cenizas
volantes tienen un poder de retencin de agua excepcional y un elevado
poder aglomerante. Adems este modo de reutilizacin de las cenizas
volantes permite reducir la emisin de CO2que se generara al producir la
fraccin de cemento sustituido por las cenizas volantes, al mismo tiempo
que se reduce el consumo de materias primas naturales.
La utilizacin de cenizas volantes en la fabricacin de hormign tienecomo finalidad la reduccin de la cantidad de cemento. La sustitucin de
una fraccin del cemento del hormign por cenizas volantes resuelve
satisfactoriamente este problema. As pues, las cenizas volantes pueden
utilizarse en el hormign de dos maneras: como elementos activos,
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aprovechando su carcter puzolnico, o como elemento inerte es decir,
como rido. Las cenizas se incorporan al hormign para mejorar la
granulometra de la arena, para formar parte del conglomerante como
producto cementicio o para ambas finalidades.
Tanto si las cenizas volantes se incorporan para sustituir al cemento, o al
rido, stas deben cumplir todas las normas UNE (UNE 83.275/87, UNE
83.415/87) y adems la Norma UNE 83.414/90 tiene recomendaciones para
la adicin de cenizas volantes a los hormigones.
Tambin pueden utilizarse cenizas volantes como materiales de relleno y
firmes de carreteras solas, o bien mezcladas con cal y ce
