Ingeniera Civil / La presente investigación estudia la factibilidad de producir hormigón geopolimérico a base de ceniza volante con bajo contenido de calcio proveniente de la central termoeléctrica Ventanas. Se intenta replicar y transferir la experiencia y desarrollo alcanzado para la producción de este material a nivel internacional, particularmente basándose en investigaciones australianas. El trabajo preliminar desarrollado siguiendo las pautas de la práctica australiana dejó no obstante, en evidencia la existencia de incompatibilidades en las materias primas disponibles a nivel industrial en el país (fuente de aluminosilicatos, solución alcalina y agregados). Lo anterior obligó a ajustar la metodología del estudio a las condicionantes impuestas por los materiales, principalmente la ceniza volante, componente básico del geopolímero que presentaba un alto contenido de carbón residual, superior al 20%, determinado mediante el ensayo de pérdida por calcinación. Se debió partir por mejorar el comportamiento de la fuente de aluminosilicatos para lo que se recurrió por una parte a mejorar la ceniza volante disponible mediante tamizado y a recurrir a la incorporación de otras adiciones como escoria de alto horno y microsílice. Por otra parte, se procedió a ajustar experimentalmente las relaciones solución alcalina/fuente de aluminosilicatos, que originalmente era igual a 0,35 aumentándola a 0,65. También se modificó el proporción de áridos en la mezcla. Para estudiar cómo afecta la variación de algunos parámetros en las propiedades de la pasta geopolimérica se fabricaron probetas a escala de laboratorio. Dentro de los parámetros en estudio, se analizó la variación de porcentaje de pérdida por calcinación de la ceniza, la granulometría de los áridos, el contenido de agua extra, entre otros. Resultando en resistencias a compresión de aproximadamente 20 MPa a los 7 días en morteros geopoliméricos a base de ceniza volante que aumentó a 30 MPa con adición de un 30% de escoria de alto horno. Los resultados verifican la potencial utilización del hormigón geopolimérico como un nuevo material en el rubro de la construcción, ya que es una alternativa sustentable que presenta propiedades y resistencias mecánicas similares o mejores que el hormigón convencional. En la industria de los elementos prefabricados este material debido al desarrollo de resistencias tempranas que presenta, tendría significativas ventajas con relación al hormigón convencional, ya que puede ser desmoldado al término del curado térmico y además alcanza su resistencia final a los 7 días. Por otro lado, se propone seguir investigando sobre las tecnologías que se utilizan para mejorar la calidad de la ceniza volante, de modo de conseguir una mayor reducción del contenido de carbón residual y así obtener un significativo mejoramiento de las propiedades mecánicas del material.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / En el presente estudio se describe una investigación sobre tecnologías utilizadas para reducir el contenido de carbón residual en la ceniza volante generada en la combustión de carbón en plantas termoeléctricas y permitir disponer de un material cementiceo suplementario de calidad aceptable como adición al clinker en la fabricación de cementos de mayor eficiencia y mejor comportamiento medio ambiental que el cemento portland. Esa reducción en el contenido total de clinker de en los cementos con adición de ceniza volante, representa una efectiva mejor huella de carbono asociada a la construcción en hormigón, a nivel nacional. La necesidad de abordar este estudio surge de la constatación de los altos contenidos de carbón residual presente en la ceniza volante recuperada de las distintas plantas termoeléctricas del mundo, y en particular para esta investigación la proveniente de la central termoeléctrica de AESGENER ubicada en Ventana, la que posee cenizas con pérdidas por calcinación ensayo que caracteriza la calidad de la ceniza en cuanto al contenido de carbón residual el cual bordea el 22%, lo cual es superior al valor límite establecido por la norma para su uso. En una primera etapa, este estudio contempla efectuar una recopilación de antecedentes sobre las centrales termoeléctricas existentes en el país, y sobre metodologías existentes para la reducción del contenido de carbón de las cenizas obtenidas de estas, con la finalidad de reducir el contenido de clinker de los cementos utilizados a nivel nacional y con ello la huella de carbono del hormigón. Finalmente se efectúa la determinación de las propiedades mecánicas de morteros, por medio del ensayo de probetas rilem, variando la composición del cemento (relación cemento/adición de ceniza), y la calidad de la ceniza variando el contenido de carbón residual (22%, 16%, 12% y 7%), con la finalidad de determinar el porcentaje óptimo de remplazo y pureza necesario, evaluando su comportamiento a edades de 7, 28 y 56 días.

El problema de la corrosión de las armaduras, especialmente en estructuras ubicadas en ambiente marino, viene siendo estudiado desde hace décadas, dadas las implicaciones que comporta. Este trabajo, pretende aportar información a este respecto desde tres puntos de vista. En primer lugar, mediante un estudio del comportamiento frente a la corrosión de un cemento comercial con adiciones. Por otro lado, a partir del estudio de la viabilidad del empleo de una técnica no destructiva, diferente a las tradicionales, para la detección temprana de fisuras originadas por la corrosión de armaduras. Por último, se ha llevado a cabo una campaña de toma de datos de una estructura portuaria que permite realizar un análisis, a 13, 20 y 30 años, de la evolución del hormigón empleado para su construcción. Los datos recopilados de estas tres campañas se han empleado para realizar una estimación de la vida en servicio de dicha estructura a partir de un modelo probabilístico de cálculo de vida útil. La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) pone de manifiesto la necesidad de contribuir a la sostenibilidad. Una manera de hacerlo, desde el punto de vista de la construcción, es mediante el empleo de cementos con adiciones. La producción de una tonelada de cemento genera de entre 600 y 700 kilos de CO2. Los cementos con adiciones, poseen menos cantidad de clínker, contribuyendo así a reducir las emisiones de dióxido de carbono. En este trabajo, los cementos empleados contienen adición de cenizas volantes, las cuales son un residuo pulverulento de las centrales de combustión de carbón. En este sentido, se ha estudiado la viabilidad del empleo de un cemento con alto porcentaje de sustitución de clínker por ceniza volante en una zona ubicada en ambiente marino. El problema particular de las estructuras de hormigón armado expuestas al ambiente marino es la corrosión de las armaduras producida por la llegada de los cloruros provenientes del agua de mar hasta las barras de acero. Las características que los cementos con cenizas volantes confieren al hormigón ha venido estudiándose durante años, sin embargo, algunos aspectos relacionados con su exposición marina están menos explorados. El parámetro por excelencia, empleado para el estudio del transporte de dichos iones, es el coeficiente de difusión. El uso de este coeficiente al hablar del transporte en ambiente marino implica suponer que la difusión es el mecanismo predominante de entre todos los que se pueden dar. La mayor parte de los trabajos dedicados a la realización de ensayos para la obtención del coeficiente de difusión, parten de un curado mínimo de 28 días para el material estudiado. Sin embargo, es muy común que las estructuras ubicadas en ambiente marino se hormigonen in situ, entrando en contacto con el agente agresivo desde el inicio, sin poder disponer de un curado previo. Además, la mayoría de estudios emplean dicha adición pero sin superar el 30% de sustitución del clínker por ceniza volante. En este estudio, se han empleado dos cementos comerciales con dos grados de sustitución de clínker por cenizas volantes, CEM II (25%) y VEM IV(45%). Se ha estudiado su comportamiento en difusión desde edades tempranas a partir de ensayos de migración forzada, así como los posibles cambios microestructurales que tienen lugar desde el fraguado hasta los 75 días de edad. En vista del buen comportamiento en difusión del cemento tipo IV a partir de los 75 días, y del refinamiento de la microestructura que supone el uso de esta adición, se han complementado estos resultados con un estudio del transporte de cloruros del cemento con mayor contenido en ceniza volante (CEM IV) frente a uno portland ordinario (CEM I) pero tras un curado de 90 días. En este caso, el transporte por difusión se dio en combinación con el transporte por capilaridad. Los resultados muestran que, respetando este tiempo de curado, la difusividad del cemento tipo IV es menor que la del cemento tipo I, sin embargo el avance de cloruros por capilaridad es más rápido en el cemento tipo IV. Por último, se ha realizado un estudio comparativo del comportamiento en corrosión de dos hormigones, uno elaborado con cemento tipo IV y otro con cemento tipo I y poniendo el material en contacto con el agresivo a muy temprana edad (7 días de curado). Se ha observado que el cemento con adiciones presenta valores de intensidad de corrosión iguales o ligeramente menores que el portland ordinario incluso a edades iniciales. En todos los casos, la contaminación por cloruros se hizo sumergiendo las probetas parcialmente en una disolución de NaCl al 3% simulando el contacto con agua de mar. Los resultados revelan la viabilidad del empleo de un cemento con alto contenido de ceniza volantes para estructuras en ambiente marino, desde edades tempranas. Dada la importancia de la corrosión de las armaduras que presentan las estructuras ubicadas en ambiente marino, se ha planteado la posibilidad del empleo de ultrasonidos como técnica no destructiva capaz de detectar la microfisuración inical debida a la corrosión de las armaduras. Para poder detectar fisuras de dimensiones tan pequeñas, en lugar de llevar a cabo un análisis de la Velocidad del Pulso Ultrasónico, se ha realizado un estudio de la evolución de los fenómenos de segundo orden frente a la corrosión. La relación entre los subarmónicos parece ser un buen indicativo de la aparición de fisuras por corrosión. Por último, se ha llevado a cabo una campaña de toma de muestras en el muelle 17 del Puerto de Alicante (año 2014), complementando así las dos campañas previas realizadas en los años 1997 y 2004. Los resultados indican que existe una relación entre la cantidad de cloruros que han penetrado en el hormigón y la orientación de las distintas partes de la estructura. En concreto, existe una relación entre la cantidad de cloruros y los vientos predominantes, así como el oleaje más significativo de la zona. El coeficiente e difusión por el contrario, no parece presentar una relación clara con la orientación. El valor de vida útil estimado a partir del modelo probabilístico empleado en este trabajo está comprendido entre 5 y 13 años.

La ceniza de bagazo de caña de azúcar es un subproducto natural que, en estado calcinado, puede aplicarse en materiales cementantes por sus propiedades puzolánicas. Esta investigación el efecto producido por la ceniza de bagazo de caña de azúcar (CBCA), en las propiedades mecánicas y durabilidad del concreto, comparando a los efectos producidos con Diatomita y Ceniza Volante, al exponer a una solución de Na2SO4. La investigación se basó en reemplazar el cemento en 5%, 7% y 10%, para hallar el porcentaje de CBCA que reemplazase a estás puzolanas de forma eficiente y hacer una reducción en costos. Después de realizar los ensayos se obtuvo que la CBCA al 5% y 10%, iguala comportamiento de estás puzolanas en durabilidad y resistencia a la compresión con 30 MPa y 28MPa respectivamente, en durabilidad se encontró una reducción del 18% en expansión por sulfatos y se determinó una reducción de costo S/22.81.

Aquest estudi es centra en la síntesi de zeolites a partir de cendres volants de carbó i les aplicacions ambientals dels materials zeolítics resultants. La síntesi de zeolites es va desenvolupar mitjançant dos processos diferenciats: a) extracció de Si de la cendra volant i la subseqüent síntesi de zeolita pura mitjançant la combinació del extracte resultant amb una solució rica en Al, i b) la zeolitizació de la cendra volant per conversió directa. Aquest estudi s'ha realitzat amb 23 cendres volants de diferents centrals elèctriques europees, amb SiO2 i Al2O3 com components majoritaris.La recerca del tractament hidrotermal de les cendres volants emprant calentament convencional i microones suggereixen que la dissolució de Si i Al de les cendres volants depèn principalment dels següents factors: a) tipus de fases de Al-Si que la composen, b) tipus i concentració de la solució extractant, c) temperatura, d) relació solució extractant/cendra volant, e) agitació i f) temps. El alts continguts de Al, Si i Na en els lixiviats donen lloc a la saturació i precipitació de fases zeolítiques en el residu d'extracció. Per tant, en el disseny del procés d'extracció cal tenir en compte les següents finalitats: a) obtenir una extracció alta de Si, i b) convertir simultàniament el residu d'extracció en un producte zeolític amb aplicació industrial (amb una CIC ???1 meq/g).Els millors rendiments d'extracció de sílice de les cendres volants, tenint en compte les condicions estudiades, foren les següents:- 405 g SiO2/kg en una etapa de extracció (equivalent a 1216 g zeolita A pura/kg)- 368 g SiO2/kg en una etapa de extracció amb microones (equivalent a 1104 g zeolita A pura/kg)- 250 g SiO2/kg en una etapa de extracció amb previ tractament tèrmic (equivalent a 750 g zeolita A pura/kg)- 210 g SiO2/kg en dos etapes de extracció (equivalent a 630 g zeolita A pura/kg)Els resultats experimentals d'extracció i caracterització han mostrat que els paràmetres que afavoreixen l'extracció de Si de les cendres originals són: a) alts continguts de Si, b) alta proporció de SiO2 en la matriu vítrea i en altres fases altament solubles, com sílice opalina, i c) una relació SiO2/Al2O3 alta.A partir dels extractes de sílice (de la cendra volant de Meirama) i d'una aigua residual d'anoditzat d'alumini (Alumet) es va sintetitzar un material zeolític amb el 97 % de puresa, tal i com es dedueix de la seva alta CEC (4.7 meq/g, equivalent a la dels productes comercials), que era una mescla (50:50) de zeolita A i X. Si als extractes de sílice obtinguts (entre 210 i 405 g de sílice/kg cendra) se li aplica aquest rendiment de síntesi, s'obté un rendiment net d'entre 611 i 1178 g de zeolita A/X/kg de cendra volant.La selecció d'una cendra volant apropiada per la zeolitizació mitjançant conversió directa ve determinada pels següents factors: a) alts continguts de Al2O3 i SiO2, b) alts continguts en matriu vítria i c) una relació SiO2/Al2O3 baixa. De manera que, a partir d'una cendra volant amb una composició del 78 % de Al2O3 + SiO2, 86 % de matriu vítria i una relació SiO2/Al2O3 = 2.4 s'obtingué un producte zeolític amb un contingut en zeolita del 65 % en tan sols 8 hores. En canvi, utilitzant una cendra amb un 63 % de vidre es va sintetitzar un material amb tan sols el 45 % de zeolita en 24 hores. Les condicions òptimes de conversió per la cendra volant de Narcea es fixaren en: 3 M NaOH, 125 oC, 8 h, 2 L/kg amb un rendiment de síntesis de 700 g de zeolita/kg cendra. L'experiment a escala de laboratori fou extrapolat a escala de planta de pilot i s'obtingueren 2.2 tones d'un producte amb una CEC de 2.7 meq/g. A més, les zeolites amb alta CEC, tal com la NaP1, s'obtenen preferencialment a partir de cendres amb SiO2/Al2O3 <1.5.Els experiments de retenció de metalls realitzats amb les mostres d'aigües amb altes concentracions en metalls pesats van mostrar que les dosis òptimes de material zeolític oscil·len entre 5 i 40 g/L, depenent del rang de concentració de metalls i de la CEC del material zeolític emprat. Aquests resultats demostren que les zeolites A i NaP1 tenen una afinitat major per els metalls que per Ca2+ i Mg2+. A partir d'una avaluació qualitativa dels resultats obtinguts, s'obtingué la la següent afinitat pels cations estudiats: Fe3+??Al3+ ???Cu2+ ???Pb2+ ???Cd2+=Tl+ ???Zn2+ ???Mn2+???Ca2+= Sr2+ ???Mg2+. Les solucions que contenen fins 600 mg/L d'aquests metalls pesats i fins 800 mg/L de Ca2+ poden tractar-se amb zeolites A, X iNaP1 per tal de reduir el contingut de metall a <0.5 mg/L, amb nivells relativament alts de Ca2+ en solució.Aquest estudi ha premés provar la eficàcia del material zeolític sintetitzat a escala de planta pilot com a material immobilitzador de metalls en sòls contaminats pel abocament tòxic d'Aznalcóllar (Sud d'Espanya). Es van afegir entre 0 i 54 tones de producte zeolític/hectàrea i després d'un any s'observà que la dosi de 15 tones/hectàrea era suficient per immobilitzar > 99 % dels elements lixiviables més problemàtics. Després de dos de l'addició, es mantenia el mateix grau d'inmmobilització.Les capacitats d'adsorció mesurades per SO2 i NH3 foren 297 i 111 mg/g, respectivament, amb el material 4A-X sintetitzat a partir d'extractes de sílice. En canvi, amb els productes sintetitzats per conversió directa s'obtingueren valors d'adsorció d'un ordre de magnitud menor. Tot i que els resultats demostren que la major part de la capacitat de retenció es deu fisisorció, la presència de vapor d'aigua en el gas pot reduir apreciablement la capacitat de retenció d'aquestes zeolites en aplicacions industrials reals. Conseqüentment, les aplicacions potencials d'aquests materials en el tractament de gasos poden ser la captació de vapor d'aigua la retenció de SO2 o NH3 d'efluents gasosos amb poca quantitat d'aigua. / Este estudio se centra en la síntesis de zeolitas a partir de cenizas volantes de carbón y las aplicaciones ambientales de los materiales zeolíticos resultantes. La síntesis de zeolitas se realizó utilizando dos procesos diferentes: a) la extracción de Si de la ceniza volante y la subsiguiente síntesis de zeolita pura mediante la combinación del extracto resultante con una solución rica en Al, y b) mediante la zeolitización de la ceniza volante por conversión directa. Este estudio se ha realizado con 23 cenizas volantes de diferentes centrales eléctricas europeas, con SiO2 y Al2O3 como componentes mayoritarios.El estudio del tratamiento hidrotermal utilizando calentamiento convencional y microondas sugieren que la disolución de Si y Al de las cenizas volantes depende de los siguientes factores: a) tipo de fases de Al-Si que la componen, b) tipo y concentración del extractante, c) temperatura, d) relación solución extractante/ceniza volante, e) agitación y f) tiempo. Los contenidos altos de Al, Si y Na en los lixiviados dan lugar a la saturación y precipitación de fases zeolíticas en el residuo de extracción. Consiguientemente, para el diseño del proceso de extracción deben considerarse las finalidades siguientes: a) alcanzar una extracción alta de Si, y b) convertir simultáneamente el residuo de extracción en un producto zeolítico con aplicación industrial (con una CIC ???1 meq/g).Los mejores rendimientos de extracción de sílice de las cenizas volantes, en función de las condiciones estudiadas, fueron los siguientes:- 405 g SiO2/kg en una etapa de extracción (equivalente a 1216 g zeolita A/kg)- 368 g SiO2/kg en una etapa de extracción con microondas (equivalente a 1104 g zeolita A/kg)- 250 g SiO2/kg en una etapa de extracción con previo tratamiento térmico (equivalente a 750 g zeolita A pura/kg)- 210 g SiO2/kg en dos etapas de extracción (equivalente a 630 g zeolita A pura/kg) Los resultados experimentales de extracción y caracterización mostraron que los parámetros que favorecen la extracción de Si de las cenizas originales son: a) alto contenido de Si, b) alta proporción de SiO2 en la matriz vítrea y en otras fases altamente solubles, como sílice opalina, y c) una relación SiO2/Al2O3 alta.A partir los extractos de sílice (de la ceniza volante de Meirama) y de una agua residual de anodizado de aluminio (Alumet) se sintetizó un material zeolítico con una pureza del 97 %, deducida de su alta CEC (4.7 meq/g, equivalente a la de los productos comerciales), que era una mezcla (50:50) de zeolita A y X. Si sobre los extractos de sílice obtenidos (entre 210 y 405 g de sílice/kg ceniza) se aplica este rendimiento de síntesis, se obtiene un rendimiento final de entre un 611 y 1178 g de zeolita A/X/kg de ceniza volante.La selección de una ceniza volante apropiada para la zeolitización por conversión directa viene determinada por los siguientes criterios: a) alto contenido de Al2O3 y SiO2, b) alto contenido en matriz vítrea y c) una relación SiO2/Al2O3 baja. Así, utilizando una ceniza volante con una composición del 78 % de Al2O3 + SiO2, 86 % de matriz vítrea y una relación SiO2/Al2O3 = 2.4 se obtuvo un producto zeolítico con un contenido en zeolita alrededor del 65 % en tan sólo 8 horas. Sin embargo, utilizando una ceniza con un 63 % en vidrio se sintetizó un material con tan sólo el 45 % zeolita en 24 horas. Las condiciones óptimas de conversión se fijaron para la ceniza volante de Narcea en: 3 M NaOH, 125 oC, 8 h, 2 L/kg con un rendimiento de síntesis de 700 g de zeolita/kg ceniza. Las pruebas de laboratorio se reprodujeron a escala de planta de piloto y se obtuvieron 2.2 toneladas de un producto con una CEC de 2.7 meq/g. Además, las zeolitas con alta CEC, tal como NaP1, se obtienen preferencialmente a partir de cenizas con SiO2/Al2O3 <1.5. Los experimentos de retención de metales realizados con muestras de agua con altas concentraciones en metales mostraron que las dosis de zeolita óptimas oscilan entre 5 y 40 g/L, dependiendo de la concentración de metales y de la CEC de la zeolita utilizada. Así, las zeolitas A y NaP1 tienen mayor afinidad para los metales que para Ca2+ y Mg2+. A partir de una evaluación cualitativa de los resultados obtenidos, se obtuvo la siguiente afinidad para los cationes estudiados: Fe3+??Al3+ ???Cu2+ ???Pb2+ ???Cd2+=Tl+ ???Zn2+ ???Mn2+???Ca2+= Sr2+ ???Mg2+. Las soluciones con hasta 600 mg/L de estos metales pesados y hasta 800 mg/L de Ca2+ pueden tratarse con zeolitas A y NaP1 para reducir el contenido de metal a <0.5 mg/L, permaneciendo en solución niveles relativamente altos de Ca2+.Este estudio ha permitido probar la eficacia del material zeolítico obtenido a escala de planta piloto como material inmovilizador de metales en suelos contaminados por el vertido tóxico de Aznalcóllar (Sur de España). Se adicionaron entre 0 y 54 toneladas de producto zeolítico/hectárea y después de un año se observó que la dosis de 15 toneladas/hectárea era suficiente para inmovilizar > 99 % de los elementos lixiviables más problemáticos. Dos años después de la adición, persistía el mismo grado de inmovilización.Las capacidades de adsorción medidas para SO2 y NH3 fueron 297 y 111 mg/g, respectivamente, con el material el 4A-X sintetizado a partir de extractos de sílice. En cambio, con los productos sintetizados por conversión directa se alcanzaron valores de adsorción un de orden de magnitud menor. Aunque los resultados demuestren que la mayor parte de la capacidad de retención se debe a la adsorción física, la presencia de vapor de agua en el gas puede reducir apreciablemente la capacidad de retención de estas zeolitas en aplicaciones industriales reales. Consiguientemente, las principales aplicaciones potenciales de estos materiales en el tratamiento de gases pueden ser la captación de vapor de agua o la retención de SO2 o NH3 de efluentes gaseosos con poca agua. / This study is focused on the synthesis of zeolites from coal fly ashes and on the environmental applications of the zeolitic materials obtained. The synthesis of zeolites was carried out using two processes: a) the extraction of Si from fly ash and subsequent synthesis of pure zeolites by combining the resulting extract with a high Al-solution, and b) the direct conversion of fly ash into zeolite. This study was carried out with 23 fly ashes from different European power plants, having SiO2 and Al2O3 as major components.The research developed by hydrothermal treatment of fly ashes using conventional and microwave heating suggests that the dissolution of the Si and Al from fly ashes depends on the following factors: a) type of Al-Si hosting phases, b) extractant type and concentration, c) temperature, d) extractantant solution/fly ash rates, e) stirring and f) time. The high Al, Si and Na contents in the leachate result in the saturation and subsequent precipitation of zeolitic phases in the extraction residue. Consequently, the design of the extraction process has to strike a balance between two major goals: a) to reach high Si-extraction yields, and b) to simultaneously convert the extraction residue into a second grade zeolitic product with an industrial application (at least CEC ??1 meq/g).Of all the results obtained from the silica extraction experiments, the best extraction yields as a function of the conditions tested were as follows:- 405 g SiO2/kg with a single extraction (equivalent to 1216 g of pure A zeolite/kg)- 368 g SiO2/kg with a single microwaves assisted extraction (equivalent to 1104 g of pure A zeolite/kg)- 250 g SiO2/kg with a single extraction with a previous thermal treatment (equivalent to 750 g of pure A zeolite/kg)- 210 g SiO2/ kg with two step extraction (equivalent to 630 g of pure A zeolite/kg)Comparison of the experimental data from the extraction tests with the results of the characterisation shows that the main parameters governing the Si extraction are: a) a high bulk Si content in the starting fly ash, b) a raised proportion of the bulk SiO2 present in easily degradable glass matrix and as highly soluble opaline silica, and c) a high bulk SiO2/Al2O3 ratio of the fly ash.From fly ash silica extracts (of Meirama fly ash) and an Al-waste solution (Alumet) was synthesised a high purity blend (50:50) of A and X zeolite with a zeolite content of 97 %, as deduced from the high CEC (4.7 meq/g, similar to equivalent commercial products).This efficiency applied to the highest silica extraction yields (210 to 405 g silica/kg fly ash) results in the synthesis of at least 611 to 1178 g of 4A-X zeolite / kg of fly ash.The results demonstrate that the most important criteria for the selection of a fly ash for direct conversion are: a) a high content of Al2O3 and SiO2, b) a raised glass content and c) a low SiO2/Al2O3 rate. Approximately 65 % of zeolite content in the final product was reached in 8 hours using a fly ash with 78 % Al2O3 + SiO2, 86 % of glass content and SiO2/Al2O3 = 2.4. However, only 45 % of zeolite content was reached in the low glass (63 %) fly ash in a 24 h conversion process. Optimal conversion conditions were fixed for the Narcea fly ash to: 3 M NaOH, 125 oC, 8h, 2 L/kg with a synthesis yield of 700 g of zeolite/kg fly ash. The results from the laboratory tests were reproduced at pilot plant scale in such a way that 2.2 tonnes of a product with a CEC of 2.7 meq/g were obtained. In addition, high CEC zeolites, such as NaP1 zeolite, are preferentially obtained from fly ashes having SiO2/Al2O3 <1.5. Thus, in contrast to the silica extraction, low Si/Al ratios are preferred for direct conversion.The sorption of heavy metals from acid mine waters using the zeolitic products obtained in this study demonstrates that the optimal zeolite doses for the extraction of heavy metals from the polluted acid mine waters range between 5 to 40 g/L, depending on the CEC of the zeolitic material and the concentration of pollutans. These results demonstrate that A and NaP1 zeolites have a higher affinity for metal ions than for Ca2+ and Mg2+. A tentative order for the sorption of the different ions was deduced: Fe3+?Al3+ ??Cu2+ ??Pb2+ ??Cd2+=Tl+ ??Zn2+ ??Mn2+??Ca2+= Sr2+ ??Mg2+. Solutions containing up to 600 mg/L of these heavy metals and up to 800 mg/L of Ca2+ can be treated with A and NaP1 zeolites to reduce the metal content down to <0.5 mg/L, with relatively high levels of Ca2+ remaining in the solution.Very good results were obtained by employing the pilot plant product for the immobilisation of metals in soils from several experimental fields around a sulphide mining area in Southern Spain. Doses from 0 to 54 tonnes of zeolitic product / hectare were applied and after one year a dose of 15 tonnes / hectare was enough to immobilise > 99 % of problematic leachable metals. Two years after the addition the same immobilisation persisted. Measured sorption capacities for SO2 and NH3 for the 4A-X zeolitic product synthesised from silica extracts attained 297 and 111 mg/g, respectively. The measured sorption capacities for the direct conversion products reached values that were one order of magnitude lower. Although the results demonstrated that most of this retention capacity is due to physical adsorption, the presence of water vapour in the flue gas may considerably reduce the gas uptake capacity of these zeolites in industrial applications. Consequently, the potential applications of this zeolitic material for gas treatment may be either the water vapour uptake or the SO2 or NH3 sorption from low water gaseous effluents.

Tesis por compendio / [ES] Esta tesis englobada dentro del programa de doctorado en ingeniería de la construcción sigue la línea de investigación en sostenibilidad y gestión de la construcción. Las investigaciones se han centrado en el desarrollo de cementos de activación alcalina (CAA) obtenidos a partir de residuos con el fin de reducir tanto el coste económico como medioambiental. Este hecho implicaría la reducción en el uso tanto de materias primas, en el caso de los precursores, como de reactivos químicos en el caso de los activadores. La tesis doctoral que se presenta estudia el uso de diferentes mezclas de residuos como precursores: cerámica sanitaria, catalizador gastado de craqueo catalítico, escoria de alto horno y ceniza volante de central térmica en la preparación de morteros. Así mismo, utiliza también CAA, obtenidos a partir de residuos en la estabilización de suelos. En este último caso también se han usado residuos en la preparación de activadores como son las cenizas obtenidas en la combustión de biomasa. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto la viabilidad en el uso de residuos para la preparación de CAA, y la posibilidad incluso de ser usados en contextos de subdesarrollo. / [CA] Aquesta tesi englobada dins del programa de doctorat en enginyeria de la construcció segueix la línia d'investigació en sostenibilitat i gestió de la construcció. Les investigacions s'han centrat en el desenvolupament de ciments d'activació alcalina (CAA) obtinguts a partir de residus amb la finalitat de reduir tant el cost econòmic com mediambiental. Aquest fet implicaria la reducció en l'ús tant de matèries primeres, en el cas dels precursors, com de reactius químics en el cas dels activadors. La tesi doctoral que es presenta estudia l'ús de diferents mescles de residus com a precursors: ceràmica sanitària, catalitzador gastat de craqueig catalític, escòria d'alt forn i cendra volant de central tèrmica en la preparació de morters. Així mateix, utilitza també CAA, obtinguts a partir de residus en l'estabilització de sòls. En aquest últim cas també s'han usat residus en la preparació d'activadors com són les cendres obtingudes en la combustió de biomassa. Els resultats obtinguts posen de manifest la viabilitat en l'ús de residus per a la preparació de CAA, i la possibilitat de ser usats fins i tot en contextos de subdesenvolupament. / [EN] This doctoral thesis encompassed within the doctoral program in construction engineering follows the research line in sustainability and construction management. The research has focused on the development of alkaline activated cements (AAC) obtained from waste to reduce the economic and environmental cost. This fact would imply a reduction in the use of raw materials in the case of precursors, and chemical reagents in the case of activators. The doctoral thesis that is presented studies the use of different waste mixtures as precursors: sanitary ceramics, spent fluid cracking catalyst, blast furnace slag and fly ash from thermal power plants in the preparation of mortars. Likewise, also is used CAA obtained from residues in soil stabilization. In the latter case, residues have also been used in the activators preparation, such as the ashes obtained in the combustion of biomass. The results obtained show the viability in the use of residues for CAA preparation, and the possibility of being used even in underdeveloped contexts. / Agradecer al Ministerio de Ciencia e Innovación por el soporte a mi investigación, mediante los fondos del proyecto APLIGEO BIA2015-70107-R y los fondos FEDER. También a las empresas: Ideal Standard por suministrar residuos de cerámica sanitaria, Omya Clariana S.A. por suministrar catalizador gastado del craqueo catalítico, a Balalva S.L. por suministrar cenizas volantes, a Cementval por suministrar escorias de alto horno, a Heineken España S.A. por el suministro de residuo del filtrado de cerveza (tierras diatomeas), a DACSA GROUP por la ceniza de cáscara de arroz, y a PAVASAL por suministrar suelo de tipo dolomítico. Támbien al servicio de Microscopía electrónica y al Instituto de Ciencia y Técnología del Hormigón de la Universitat Politècnica de València. / Cosa Martínez, J. (2022). Utilización de mezclas de residuos para la obtención de cementos de activación alcalina: aplicación en morteros y suelos estabilizados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185221 / Compendio