Materiales vitrocerámicos obtenidos a partir de residuos sólidos tales como cenizas, escorias y vidrio: revisión

El uso de residuos y subproductos industriales como reemplazo parcial o total de materias primas vírgenes para la producción de materiales se ha convertido en una parte vital de la gestión de desechos, lo cual ha dado lugar a tecnologías innovadoras que permiten extender su aplicación al desarrollo de nuevos productos, contribuyendo así a la menor contaminación ambiental y a los conceptos de la economía circular. En los últimos años, la tecnología de vitrificación de residuos se ha considerado un procedimiento atractivo para el tratamiento de diferentes tipos y mezclas de residuos para la obtención de vidrios y vitrocerámicas. El presente artículo hace una revisión de las investigaciones relacionadas con la producción de vitrocerámicas densas realizadas entre 1994 y 2019, específicamente las que han utilizado cenizas, escorias y residuos de vidrio. La revisión revela que se han acumulado considerables conocimientos y experiencia en el proceso de transformación de los desechos base silicatos en productos útiles de vidrio y vitrocerámicas con propiedades similares e incluso superiores a los de materiales convencionales, abriendo nuevos campos de aplicación en ceramicas avanzadas

Production of low-silica zeolites from colombian kaolin

En este artículo se presenta un estudio de la producción de zeolita sintética A de baja sílice por medio de la síntesis hidrotermal a partir de un caolín colombiano. La técnica Metodología de Superficie de Respuesta se emplea con el fin de encontrar las condiciones óptimas de proceso (como las relaciones molares Na2O/SiO2 y H2O/Al2O3, tiempo y temperatura) que garanticen la calidad de las zeolitas obtenidas. El grado de cristalinidad y la capacidad de intercambio catiónico, se usaron como variables de respuesta. La capacidad de intercambio catiónico se determinó a partir de la Norma NTC 5167. La composición mineralógica y la microestructura de las zeolitas producidas se caracterizaron a través de técnicas como microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y resonancia magnética nuclear. Los resultados indican que sí es posible la obtención de zeolitas sintéticas a partir del caolín colombiano evaluado. Zeolita tipo A con capacidad de intercambio catiónico 442 cmol/Kg (valor mayor al obtenido con una zeolita comercial importada empleada en la industria colombiana, 408 cmol/Kg) se obtuvo bajo las siguientes condiciones óptimas de procesamiento: relaciones molares Na2O/SiO2 de 2.7, H2O/Al2O3 de 150, temperatura de 66 °C y tiempo de procesamiento de 8 horasThis paper presents a study of the production of a synthetic zeolite of low-silica content by hydrothermal synthesis from Colombian kaolin. The statistical technique Response-Surface Methodology was used to find the optimum process conditions (i.e., molar ratios Na2O/SiO2 and H2O/Al2O3, time and temperature) and to ensure the quality of the zeolites obtained. The cation exchange capacity and the degree of crystallinity were used as response variables. The cation exchange capacity was determined following Standard NTC 5167. The mineralogical composition and microstructure of the zeolites produced were characterized through the application of scanning electron microscopy, X-ray diffraction and nuclear magnetic resonance. The results indicate that it is possible to obtain a good quality synthetic zeolite from the Colombian kaolin evaluated. A zeolite type A with a cation exchange capacity of 442 cmol/Kg, a value higher than that exhibited by the same type of zeolite imported for applications in the Colombian industry (i.e., 408 cmol/Kg), was obtained with the following processing conditions: molar ratios Na2O/SiO2 of 2.7, H2O/Al2O3 of 150, at temperature 66 °C and processing time of 8 hours; yielde

Manufactura aditiva de materiales basados en suelos: estado actual y perspectivas futuras de esta tecnología de construcción amigable con el ambiente

En los últimos años, se ha generado gran interés en la construcción sostenible, lo que ha llevado a un mayor interés en la impresión 3D o manufactura aditiva. Sin embargo, el uso de esta técnica con materiales convencionales no es suficiente para disminuir el gran impacto ambiental que genera el sector de la construcción. Aunque la mayoría de las investigaciones y avances están centralizadas en la impresión 3D de concreto Portland, esta revisión se ha trabajado orientada hacia la impresión 3D de materiales de construcción basados en suelos y arcillas, los con los cuales se puede proporcionar un enfoque asequible (ya que es un material localmente disponible en muchas regiones del planeta), sostenible ambientalmente, y con bajo costo, lo cual es altamente beneficioso para la construcción de viviendas. Este documento se ha orientado hacia la búsqueda de literatura científica y prototipos que se han elaborado utilizando materiales ancestrales, como son suelos-arcillas-arena-fibras como paja y agua, para elaboración de piezas constructivas tipo muros o adobes impresos en 3D. El objetivo de este documento es cerrar la brecha sobre la utilización de mezclas basadas en suelos, que, aunque parezcan totalmente estudiadas por varios siglos, a la fecha su aplicación en impresión 3D es reducida. Reajustes en propiedades de las mezclas de suelos como la fluidez para el bombeo o extrusión, edificabilidad y buen tiempo de trabajo, son variables que se reportan en este documento. Además, en esta revisión se describen las mezclas que han sido desarrolladas para impresión 3D a partir de suelos y arcillas, y las principales características que se han encontrado. Finalmente, se presentan los desafíos que aún persisten para que las mezclas puedan aplicarse a una escala industrial masiva

Ecological light transmiting concrete made from glass waste and acrylic sheets

In this research, recycling of 100% glass waste was evaluated for the manufacture of self-compacting mortars for applications in translucent building systems. The glass waste (WG) was ground and used as a fine aggregate in mortar mixtures with cement:WG proportion of 1:1.5, 1:1,75 and 1:2.0 with different water/cement (W/C) ratios. Properties such as fluidity, compressive strength, density, porosity, absorption, thermal properties, and characterization of the microstructure by SEM were analyzed. The results showed that as the WG content increases from 1:1.5 to 1:2.0 the compressive strength of the mortar decreases a maximum of 2.8% in samples with W/C:0.47, and this is due to the formation of microcracks and porosities, which cause the formation of a weakened and sparse interfacial zone which could be identified in the SEM tests. Nevertheless, the compressive strengths were between 20.6 MPa − 32.07 MPa, water absorption for mortars was between 12,92–14,74% and porosities from 23.02% to 25.93%. The thermal conductivity of the mortars was between 0.64 and 0.71 W/m.K. Additionally, the results of the spectrophotometry test for light transmission and the simulation in MATLAB allowed to obtain the brightness in the samples, it was possible to observe that the brightness varies according to the shape of the openings of the blocks, being the A design which allowed a greater passage of light (16%), and the materials developed could be classified as green building materials

Preparation of glass–ceramic materials from coal ash and rice husk ash: Microstructural, physical and mechanical properties

Wastes such as coal and rice husk ashes, which are widely available in Colombia, were successfully used to synthesize glass-ceramics in the (Na2O)–CaO–Al2O3–SiO2 system, which are obtained from thermally treating the parent glasses. The raw materials were mechanically conditioned, and the glasses were designed based on the CaO/SiO2 molar ratio, which was varied between 0.25 and 0.39. The glasses were obtained by melting the powders at 1450 °C for 2 h, and the melted powder was then poured into water. To obtain the glass–ceramic material, the temperature of the glass thermal treatment, which was generally lower than 1000 °C in all cases, was determined by differential thermal analysis. The glass-ceramics obtained were microstructurally, physically and mechanically characterized. In addition, the durability was determined in acidic and alkaline environments (HCl and NaOH solutions). Glass–ceramics with densities of 2607–2739 kg/m3, water absorption below 0.1%, Vickers hardness above 600 MPa and elastic modulus of ∼96 GPa were obtained. The fracture toughness Kic was in the range of 0.39–0.59 MPa m1/2. The chemical durability was considered excellent (with mass losses of ∼0.5 mg/cm2), therefore these glass–ceramics can be good candidates for different applications in the construction sector. Resumen: Residuos sólidos como ceniza de carbón y ceniza de cascarilla de arroz, los cuales se encuentran disponibles en grandes cantidades en Colombia, se emplearon para la síntesis (a partir de vidrios parental) de materiales vitrocerámicos dentro del sistema SiO2–Al2O3–CaO(Na2O). Las materias primas se acondicionaron mecánicamente y los vidrios se diseñaron basados en la relación molar CaO/SiO2, la cual varió entre 0,25 y 0,29. Los vidrios se obtuvieron por fusión a 1.450 °C por 2 h y el material fundido se enfrió en agua. Para obtener la vitrocerámica, el vidrio fue analizado por análisis térmico diferencial para identificar la temperatura de cristalización, que fue menor de 1.000 °C para todos los vidrios en estudio. Las vitrocerámicas obtenidas fueron caracterizadas microestructural, física y mecánicamente. Además, la durabilidad fue determinada en ambiente ácidos y básicos en soluciones de HCl y NaOH. Se obtuvieron vitrocerámicas con densidades entre 2.607 y 2.739 kg/m3, con absorción de agua menor al 0,1%, dureza Vickers de 600 MPa y módulo de elasticidad de ∼96 GPa. La tenacidad a la fractura Kic estuvo en el rango de 0,39-0,59 MPa m1/2 y la durabilidad química fue considerada como muy buena debido a las pérdidas de masa de tan solo ∼0,5 mg/cm2. Con estos resultados, las vitrocerámicas obtenidas se consideran buenas candidatas para aplicaciones en el sector de la construcción