Síntesis de zeolitas a partir de cenizas volantes de centrales termoeléctricas de carbón

Synthesis of zeolites from flying ashes of coal power plants

Los subproductos de combustión del carbón producidos en centrales térmicas,están compuestos generalmente por más de un 70% de mate-rial vítreo aluminosilicatado. Esta composición los hace potencialmente utilizables en obras de ingeniería civil o alternativamente como rellenos inertes en minería, así como adsorbentes, inmovilizadores, fuente alternativa en la extracción de Al,Fe,Si,Ge,Ga,V y Ni, y aditivos en suelos. Las cenizas volantes se caracterizan por una distribución granulométrica fina y altos contenidos en aluminio y silicio y en fases reactivas. Debido a estas propiedades, las cenizas volantes son una excelente materia prima para la síntesis de zeolitas mediante activación hidrotermal alcalina. El presente estudio persigue obtener la optimización de los rendimientos de síntesis de zeolitas a partir de cenizas volantes, mejorar la técnica de conversión y diseñar un proceso viable de aplicación a escala industrial, obteniendo un producto final de alta calidad ambiental. Se han seleccionado 19 cenizas volantes con el fin de cu-brir una amplia gama de tipos existentes (13 españolas, 3 sudafricanas, 3 colombianas y 1 china). Las cenizas volantes seleccionadas fueron sometidas a ensayos de caracterización física, química y mineralógica con el fin de conocer la influencia de estas propiedades sobre su reactividad y para el control ambiental de los potenciales productos finales.

Los estudios de caracterización física realizados incluyen la determinación de los siguientes parámetros: contenido de humedad y pérdidas a la incineración, distribución granulométrica, densidad real y aparente, porosidad y superficie especifica BET. Además de la determinación de parámetros físicos, se ha realizado la caracterización química de las cenizas. La necesidad del estudio de la composición química se deriva de la influencia del contenido de elementos mayoritarios que indica el potencial de aplicabilidad de las cenizas y de las concentraciones de determinados elementos traza sobre el posible impacto ambiental de la aplicación del producto zeolítico obtenido. Complementariamente a la caracterización química es necesario realizar la caracterización mi-neralógica de las cenizas volantes, ya que el rendimiento de síntesis de zeolitas se ve favorecido por un alto contenido en fases vítreas y/o en minerales aluminosilicatados en las cenizas. Los experimentos de síntesis de zeolitas se realizaron en una primera etapa mediante métodos convencionales que incluyen los ensayos de laboratorio a es-cala de gramos y posteriormente a escala de kilogramos. En otra etapa se realizaron ensayos mediante el uso de microondas con el propósito de reducir el tiempo de conversión. Finalmente, se realizó un ensayo a escala de planta piloto para determinar la posible aplicación industrial del proceso.Se realizaron experimentos de síntesis a escala de planta piloto, siendo la primera vez que se realizan estos procesos de síntesis de zeolitas a esta escala. La síntesis se realizó a partir de la de la ceniza volante de Teruel, en un reactor de acero inoxidable de 10 m3 de capacidad en las instalaciones de la empresa CLARIANT S.A.

Como resultado se logró producir 1.4 Tm de producto zeolítico compuesto mayoritariamente por NaP1 (aproximadamente 40%) y algunas trazas de analcima y sodalita. El estudio de las aplicaciones de las zeolitas obtenidas se encaminó a su utilización como intercambiador iónico (en soluciones preparadas en el laboratorio, en aguas residuales reales y en lixiviados provenientes de muestras de suelos contaminados) y a su uso como filtros moleculares para la retención de gases.