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Cenizas volantes

Cenizas volantes es uno de los residuos generados en la combustión del carbón. Las cenizas volantes se capturan generalmente de las chimeneas de las instalaciones de la generación de energía, mientras que ceniza inferior es, como el nombre sugiere, quitado del fondo del horno. En el pasado, las cenizas volantes fueron lanzadas generalmente en la atmósfera vía el apilado del humo, pero el equipo del control de la contaminación asignado por mandato en décadas recientes ahora requiere que esté capturado antes de lanzamiento. Se almacena generalmente en sitio a lo más LOS E.E.U.U. instalaciones de la generación de la energía eléctrica. Dependiendo de la fuente y del maquillaje del carbón que es quemado, los componentes de las cenizas volantes producidas varían considerablemente, pero todas las cenizas volantes incluyen cantidades substanciales de silicona (dióxido del silicio, SiO2) (amorfo y cristalino) y cal (óxido de calcio, CaO). Las cenizas volantes son de uso general suplir Cemento de Portland en la producción concreta, donde puede traer ventajas tecnológicas y económicas, y está encontrando cada vez más uso en síntesis de geopolymers y zeolitas.

Contenido

Composición química y clasificación

Componente Bituminoso Subbituminous Lignito
SiO2 (%) 20-60 40-60 15-45
Al2O3 (%) 5-35 20-30 20-25
FE2O3 (%) 10-40 4-10 4-15
CaO (%) 1-12 5-30 15-40
LOI (%) 0-15 0-3 0-5

El material de las cenizas volantes solidifica mientras que está suspendido en los gas de escape y se recoge cerca precipitators electrostáticos o bolsos de filtro. Puesto que solidifican las partículas mientras que están suspendidas en los gas de escape, partículas de las cenizas volantes están generalmente esférico en forma y gama de tamaño a partir de 0.5 µm al µm 100. Consisten sobre todo en dióxido del silicio (SiO2), que está presente en dos formas: amorfo, que se redondea y alisa, y cristalino, que es el sostenido, señalado y peligroso; óxido de aluminio (Al2O3) y óxido del hierro (FE2O3). Las cenizas volantes están generalmente altamente heterogéneo, consistiendo en una mezcla de partículas vidriosas con varias fases cristalinas identificables por ejemplo cuarzo, mullite, y vario óxidos del hierro.

Dos clases de las cenizas volantes se definen cerca ASTM C618: Clasifique las cenizas volantes de las cenizas volantes de F y de la clase C. La principal diferencia entre estas clases es la cantidad de calcio, de silicona, de alúmina, y de contenido del hierro en la ceniza. Las características químicas de las cenizas volantes son influenciadas en gran parte por el contenido químico del carbón quemado (es decir, antracita, bituminoso, y lignito).

No todas las cenizas volantes resuelven requisitos de ASTM C618, aunque dependiendo del uso, éste pueden no ser necesarias. La ceniza usada como reemplazo del cemento debe resolver estándares terminantes de la construcción, pero no se ha establecido ningunos estándares ambientales estándares en los Estados Unidos. el 75% de la ceniza deben tener a fineza del µm 45 o de menos, y tenga a carbón contenido, medido por la pérdida en la ignición (LOI), de menos el de 4%. En los E.E.U.U., LOI necesita estar debajo del 6%. La distribución de tamaño de partícula de las cenizas volantes crudas está fluctuando muy a menudo constantemente, debido al funcionamiento que cambia de los molinos del carbón y del funcionamiento de la caldera. Esto hace necesario que las cenizas volantes usadas en concreto necesitan ser procesadas usando el equipo de la separación como los clasificadores de aire mecánicos. Especialmente importante es la verificación en curso de la calidad. Esto es expresada principalmente por los sellos del control de calidad como la marca india de ISI o la marca de DCL del municipio de Dubai.

Cenizas volantes de la clase F

El quemarse de una antracita más dura, más vieja y de carbón bituminoso produce típicamente las cenizas volantes de la clase F. Estas cenizas volantes son pozzolanic en naturaleza, y contiene menos el de 10% cal (CaO). Poseer las características pozzolanic, la silicona vidriosa y alúmina de las cenizas volantes de la clase F requiere a agente de cementación, tal como cemento de Portland, cal viva, o cal hidratada, con la presencia del agua para reaccionar y producir compuestos de cemento. Alternativomente, la adición de un activador químico por ejemplo silicato del sodio (cristal del agua) a una ceniza de la clase F puede conducir a la formación de a geopolymer.

Cenizas volantes de la clase C

Las cenizas volantes produjeron de quemarse de un lignito más joven o el carbón subbituminous, además del tener características pozzolanic, también tiene algunas características de uno mismo-cementación. En presencia del agua, las cenizas volantes de la clase C endurecerán y ganarán fuerza en un cierto plazo. Las cenizas volantes de la clase C contienen generalmente la cal más del de 20% (CaO). Desemejante de la clase F, las cenizas volantes de uno mismo-cementación de la clase C no requieren un activador. Álcali y sulfato (TAN4) el contenido es generalmente más alto en cenizas volantes de la clase C.

Fuentes de la disposición y del mercado

En el pasado, las cenizas volantes producidas de la combustión del carbón fueron arrastradas simplemente adentro humos y dispersado en la atmósfera. Esto creó ambiental y las preocupaciones de la salud que incitaron los leyes que han reducido emisiones de las cenizas volantes a menos el de 1% de la ceniza produjeron. Por todo el mundo, más el de 65% de las cenizas volantes producidas de centrales eléctricas del carbón se dispone adentro terraplenes. En la India solamente, el terraplén de las cenizas volantes cubre un área de 40.000 acres (160 kilómetros de ²).

El reciclaje de las cenizas volantes se ha convertido en una creciente preocupación estos últimos años debido a los costes de aumento del terraplén y al interés actual adentro desarrollo sostenible. En 2005, los E.E.U.U. las centrales eléctricas con carbón divulgaron producir 71.1 millones de toneladas de las cenizas volantes, de las cuales 29.1 millones de toneladas fueron reutilizadas en varios usos.[1] Si casi 42 millones de toneladas de las cenizas volantes inusitadas hubieran sido recicladas, habría reducido la necesidad de los pies de aproximadamente 27.500 acres (³ de 33.900.000 m) de espacio del terraplén.[1][2] Otras ventajas ambientales a reciclar las cenizas volantes incluyen la reducción de la demanda para los materiales virginales que necesitarían el sacar y substituyendo para los materiales que pueden ser energy-intensive crear (por ejemplo Cemento de Portland).

Reutilización de las cenizas volantes

La reutilización de las cenizas volantes como material de la ingeniería proviene sobre todo su naturaleza pozzolanic, forma esférica, y uniformidad relativa. Las cenizas volantes que reciclan, en frecuencia descendente, incluyen uso en:

Cemento de Portland

Debido a su pozzolanic las características, cenizas volantes se utilizan como reemplazo para algo de Cemento de Portland contenido de concreto.[4] El uso de las cenizas volantes como ingrediente pozzolanic fue reconocido desde 1914, aunque el estudio significativo más temprano de su uso era en 1937.[5] Antes de que su uso fuera perdido a las edades oscuras, las estructuras romanas por ejemplo acueductos o Pantheon en Roma ceniza volcánica usada (que posee características similares a las cenizas volantes) como pozzolan en su concreto.[6] Pues pozzolan mejora grandemente la fuerza y la durabilidad del concreto, el uso de la ceniza es un factor dominante en su preservación.

El uso de las cenizas volantes como reemplazo parcial para el cemento de Portland se limita generalmente para clasificar las cenizas volantes de F. Puede substituir el hasta 30% por la masa del cemento de Portland, y puede agregar a la fuerza final del concreto y aumentar su resistencia y durabilidad químicas. El diseño de la mezcla de hormigón para el reemplazo parcial del cemento con las cenizas volantes del alto volumen (50 % del reemplazo del cemento) se ha desarrollado recientemente. Para el rodillo (RCC) [usado en la construcción de la presa] los valores de reemplazo concretos condensados de el 70% se han alcanzado con POZZOCRETE (cenizas volantes procesadas) en el proyecto de la presa de Ghatghar en el Maharashtra, la India. Debido a la forma esférica de las partículas de las cenizas volantes, puede también aumentar el workability del cemento mientras que reduce demanda del agua.[7] El reemplazo del cemento de Portland con las cenizas volantes también reduce gas del invernadero la impresión del pie del concreto, como la producción de una tonelada de cemento de Portland produce aproximadamente una tonelada de CO2. Puesto que se espera que la producción mundial del cemento de Portland alcance casi 2 mil millones toneladas antes de 2010, el reemplazo de el 30% de esta cantidad por las cenizas volantes podría reducir dramáticamente emisiones globales del carbón.

Terraplén

Las características de las cenizas volantes son algo únicas como material de la ingeniería. Desemejante de los suelos típicos usados para la construcción del terraplén, las cenizas volantes tienen consistir en grande el coeficiente de la uniformidad légamo-clasificado partículas. Las características de la ingeniería que afectarán el uso de las cenizas volantes en terraplenes incluyen la distribución de tamaño de grano, características de la compactación, fuerza de esquileo, compresibilidad, permeabilidad, y susceptibilidad de la helada.[7] Casi todas las cenizas volantes usadas en terraplenes son cenizas volantes de la clase F.

Estabilización de suelo

La estabilización de suelo implica la adición de las cenizas volantes para mejorar el funcionamiento de la ingeniería de un suelo. Esto se utiliza típicamente para un subsuelo suave, arcilloso debajo de un camino que experimente muchos cargamentos repetidos. La mejora se puede hacer con las cenizas volantes de la clase C y de la clase F. Si usa cenizas volantes de la clase F, un añadido (tal como cal o cemento) es necesario mientras que la naturaleza de uno mismo-cementación de las cenizas volantes de la clase C permite que sea utilizado solamente.

Terraplén fluido

Las cenizas volantes también se utilizan como componente en la producción de terraplén fluido (también llamado material bajo controlado de la fuerza, o CLSM), que se utiliza como self-leveling, uno mismo-condensando rellene el material en lugar de la tierra condensada o el terraplén granular. La fuerza de las mezclas fluidas del terraplén puede extenderse a partir del 200 a 1.200 ² de lbf/in (1.4 a 8.3 MPa), dependiendo de los requisitos del diseño del proyecto en la pregunta. El terraplén fluido incluye mezclas del cemento de Portland y del material de relleno, y puede contener adiciones mineral. Las cenizas volantes pueden substituir el agregado fino (en la mayoría de los casos, arena del río) como material de relleno. Las altas mezclas del contenido de las cenizas volantes contienen casi todas las cenizas volantes, con un porcentaje pequeño del cemento de Portland y de bastante agua para hacer la mezcla fluida. Las mezclas bajas del contenido de las cenizas volantes contienen un alto porcentaje del material de relleno, y un porcentaje bajo de las cenizas volantes, del cemento de Portland, y del agua. Las cenizas volantes de la clase F son más adecuadas para las altas mezclas del contenido de las cenizas volantes, mientras que las cenizas volantes de la clase C se utilizan casi siempre en mezclas bajas del contenido de las cenizas volantes.[7][8]

Concreto del asfalto

El concreto del asfalto es un material compuesto que consiste en un agregado de la carpeta y del mineral de asfalto. Las cenizas volantes de la clase F y de la clase C se pueden utilizar típicamente como un llenador mineral para llenar los vacíos y para proporcionar puntos de contacto entre partículas agregadas más grandes en mezclas de hormigón del asfalto. Este uso se utiliza en la conjunción, o como reemplazo para, otras carpetas (tales como cemento de Portland o cal hidratada). Para el uso en el pavimento del apshalt, las cenizas volantes deben resolver las especificaciones mineral del llenador contorneadas adentro ASTM D242. La naturaleza hidrofóbica de las cenizas volantes da a pavimentos una resistencia mejor a pelar. Las cenizas volantes también se han demostrado para aumentar la tiesura de la matriz del asfalto, mejorando resistencia rutting y aumentando durabilidad de la mezcla.[7][9]

Geopolymers

Más recientemente, las cenizas volantes se han utilizado como componente adentro geopolymers, donde la reactividad de los cristales de las cenizas volantes se utiliza para generar una carpeta comparable a hidratados Cemento de Portland en aspecto y características, pero con el CO dramáticamente reducido2 emisiones.[10]

Concreto condensado rodillo

Otro nuevo uso está utilizando las cenizas volantes adentro concreto condensado rodillo presas. Esto se ha demostrado en el proyecto de la presa de Ghatghar adentro La India.

Ladrillos

Los ladrillos de la ceniza se han utilizado en la construcción de la casa adentro Windhoek, Namibia desde los años 70. Hay, sin embargo, un problema con los ladrillos en que tienden para fallar o para producir hacer estallar-salidas feas. Esto sucede cuando los ladrillos entran en el contacto con humedad y ocurre una reacción química haciendo los ladrillos ampliarse.

En mayo de 2007, Henrio Liu, 70 años jubilado - viejo americano ingeniero civil, anunciado que él había inventado un nuevo, ambientalmente edificio de los sonidos ladrillo integrado por las cenizas volantes y el agua. Comprimido en 4.000 PSI y curado por 24 horas en un baño de vapor de 150 °F (°C 66), entonces endurecido con arrastre del aire el agente, los ladrillos dura para más de 100 ciclos hielo-deshielo. Debido a la alta concentración de óxido de calcio en cenizas volantes de la clase C, el ladrillo se puede describir como “uno mismo-cementando”. El método de fabricación se dice para ahorrar energía, reduce mercurio la contaminación, y cuesta la fabricación menos que tradicional del ladrillo de la arcilla del 20%. Liu se prepone licenciar su tecnología a los fabricantes en 2008.[11][12]

Gestión de desechos

Usando una metodología propietaria, la compañía N-Viro International Corporation de los E.E.U.U. utiliza las características alcalinas de las cenizas volantes para procesar basura del ser humano camine por el fango en el fertilizante.[13] Semejantemente, los RHENIPAL procesan poseído por el grupo de DIRK utilizan las mezclas de las cenizas volantes para la estabilización del lodo de aguas residuales y de otros lodos tóxicos. Este proceso fue utilizado para estabilizar cantidades grandes de cromo (VI) lodos de cuero contaminados en Portugal (Alcanena)

Problemas ambientales

Las cenizas volantes, como suelo, contienen concentraciones del rastro de muchos metales pesados eso se sabe para ser perjudicial a la salud en suficientes cantidades. Éstos incluyen níquel, vanadio, arsénico, berilio, cadmio, bario, cromo, cobre, molibdeno, cinc, plomo, selenio, uranio, torio, y radio. Aunque estos elementos se encuentran en concentraciones extremadamente bajas en cenizas volantes, su presencia mera ha incitado alguno alarmar del sonido.

LOS E.E.U.U. EPA ha dicho en el pasado que las cenizas volantes del carbón no necesitan ser reguladas como desechos peligrosos.[14] Sin embargo, un gravamen de riesgo revisado puede cambiar la manera que se regula el CCW[15] Estudios por LOS E.E.U.U. Examen geológico y otros concluyen que las cenizas volantes comparan con los suelos o las rocas comunes y no deben ser la fuente del alarmar.[16]

Preocupaciones de la exposición

Silicona cristalina y cal son los componentes principales de la preocupación de la exposición. De por sí, las cenizas volantes son ni tóxicas o venenosas, ni son consideraban peligroso a menos que cuando llegan a ser aerotransportadas. Sin embargo, la silicona cristalina fina presente en cenizas volantes se ha ligado a daño de pulmón, particularmente silicosis. El OSHA permite 0.10 mg/m3, (una diez milésima parte de un gramo por el metro cúbico de aire).

El otro componente de las cenizas volantes de una cierta preocupación es la cal (CaO). Este producto químico reacciona con agua (H2O) para formar el hidróxido de calcio [CA (OH)2], dando a cenizas volantes un pH en alguna parte entre 10 y 12, un medio a la base fuerte. Esto puede también causar daño de pulmón si es presente en suficientes cantidades.

Estos peligros se pueden reducir al mínimo controlando emisiones de las cenizas volantes de operaciones de la manipulación a granel vía sistemas de bombeo cerrados, y el uso del equipo del almacenaje y de dirección con el equipo automatizado aprobado de la contención del derramamiento.

Referencias

  1. ^ a b Asociación americana de la ceniza del carbón. “Producción de CCP y encuesta sobre el uso”.
  2. ^ a b LOS E.E.U.U. Agencia de protección del medio ambiente. “Usando la ceniza en la construcción de la carretera - una guía del carbón a las ventajas y a los impactos”.
  3. ^ LOS E.E.U.U. Administración federal de la carretera. Cenizas volantes.
  4. ^ Scott, Allan N.; Thomas, Michael D. A. (Enero el Feb de 2007). “Evaluación de las cenizas volantes de la Co-Combustión del coque del carbón y del petróleo para el uso en concreto”. Diario de los materiales de ACI 104 (1): 62-70. Instituto concreto americano. 
  5. ^ Halstead, W. (Octubre de 1986), “uso de las cenizas volantes en concreto”, Proyecto de investigación cooperativo nacional de la carretera 127 
  6. ^ Moore, David. El romano Pantheon: El triunfo del concreto. 
  7. ^ a b c d LOS E.E.U.U. Administración federal de la carretera. Hechos de las cenizas volantes para los ingenieros de la carretera.
  8. ^ Hennis, K. W. Y Frishette, C. W. (1993), “una nueva era en terraplén de la densidad del control”, Procedimientos del décimo simposio internacional de la utilización de la ceniza 
  9. ^ Zimmer, F. V. (1970), “cenizas volantes como llenador bituminoso”, Procedimientos del segundo simposio de la utilización de la ceniza 
  10. ^ Duxson, P.; Provis, J.L.; Lukey, G.C. y van Deventer, J.S.J. (2007), “el papel de la tecnología inorgánica del polímero en el desarrollo “del concreto verde””, Cemento e investigación concreta 37 (12): 1590-1597 
  11. ^ Compartimiento popular de la ciencia, CONCESIONES DE LA INVENCIÓN: Un ladrillo verde, Mayo de 2007
  12. ^ National Science Foundation, lanzamiento de prensa 07-058, “Siga camino “verde el” del ladrillo?”, 22 de mayo de 2007
  13. ^ [1] N-Viro internacional
  14. ^ Registro federal. “Aviso de la determinación reguladora en basuras de la combustión de combustibles fósiles”.
  15. ^ Registro federal. “Aviso de la disponibilidad de datos en la disposición de las basuras de Combusion del carbón en terraplenes y el Fed superficial de Impoundments 72. Registro. 49714, agosto. 29, 2007”.
  16. ^ LOS E.E.U.U. Examen geológico. “Elementos radiactivos en carbón y cenizas volantes: Abundancia, formas, y significación ambiental ".

Acoplamientos externos

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