Cascarilla de arroz como fuente de nanomaterial para dopar mortero de cemento

CAMILO ORRABALIS; RICARDO MARTÍNEZ GARCÍA

Bahía Grande

Congreso; IX CONGRESO ARGENTINO DE INGENIERÍA QUÍMICA; 2017

En este documento se analiza, desde el punto de vista estructural, la materia prima (cáscara de arroz) y el producto obtenido (nanosílice), además, se presenta una caracterización preliminar de algunas aproximaciones en el cambio de propiedades de morteros fabricados con cemento, derivados de cascarillas de arroz, arena, agua. La provincia de Formosa ocupa el 4to puesto en producción de arroz, unas 55.000 toneladas. Esta producción origina unas 11.000 toneladas de cáscara de arroz como subproducto. En la provincia, ell uso de la cáscara de arroz en aplicaciones industriales es inexistente y no se producen materiales derivados de ella. El objetivo de este trabajo fue obtener nanosílice a partir de la cáscara y utilizarlo en diferentes proporciones para obtener morteros de cemento. De la cáscara se obtuvo un 24.77 ± 1.02 % de cenizas, del cual alrededor del 90% es nanosílice (SiO2 con tamaño de cristalita menor a 100 nm). Mediante termogravimetría (TGA) se analizó la pérdida de peso de la cascara por descomposición en función de la temperatura del tratamiento térmico (entre temperatura ambiente y 800ºC), esto indicó las temperaturas críticas asociadas al cambio de composición del material. A partir de estos resultados y para extraer el dióxido de silicio nanométrico se utilizó un método de descomposición térmica. La cáscara de arroz entera y molida fue sometida a tratamientos térmicos controlados, donde las variables fueron la velocidad de calentamiento, la temperatura máxima, y el tiempo de calcinado. Se obtuvieron nanopartículas de sílice, que en función de la temperatura de obtención, son amorfas o cristalinas. Los patrones DRX indican que el rango de temperatura comprendido entre los 400°C y 800ºC no aporta la energía térmica necesaria para que se ordenen espacialmente la mayoría de las esferas de coordinación Si-O. En tal rango de temperatura sólo el 5% de las nanopartículas más grandes, o situadas en ?puntos calientes? de la muestra (por ejemplo en la superficie), se ordenan para formar cristales. Estos nanocristales de SiO2 se manifiestan en el patrón DRX mediante un pico de difracción situado aproximadamente en los 27º en 2θ. Sólo a partir de los 1000 ºC, el material es casi totalmente cristalino (nanopartículas con tamaño promedio de 25 nm). Se concluye que los procesos de molienda de la cáscara previo al calcinado y los tratamientos térmicos posteriores (entre 400ºC a 800°C) no afecta la formación de nanosílice amorfa. Para minimizar la cantidad de carbono, que aparece como fase secundaria producto de la calcinación, se selecciona, para su mezcla con cemento, la muestra obtenida a 450ºC. Esta es una temperatura relativamente baja, lo que conlleva a un gasto menor de energía, donde la cantidad de carbono en la muestra es menor al 10%. Se realizaron diferentes formulaciones de morteros que incluyen variantes como agregado de cáscara molida sin tratar y tratada, y también cascara entera. En las formulaciones ensayadas se reemplazó cemento en un rango entre el 25% y el 40 %. Sobre las probetas se realizaron ensayos de resistencia a compresión, cambios de densidad, y capacidad de absorción de agua. Los resultados obtenidos demuestran la factibilidad técnica de utilizar cenizas de cascarilla de arroz y cáscara entera como materiales complementarios en el desarrollo de morteros para ciertas aplicaciones, en las cuales no se requiera de una alta resistencia a la compresión. Las formulaciones, comparadas con la estándar, tienen ventajas en cuanto a la densidad, pues se obtiene un material más ligero suficientemente resistente para determinadas aplicaciones.