Uso de cenizas de fondo de central térmica como subproducto para la producción de cemento,

hormigón y otros materiales.La presente invención se refiere al uso de un subproducto de centrales térmicas, denominado escoria o ceniza de fondo, preferentemente como añadido para la producción de cemento o como árido fino para la producción de hormigón. La invención también prevé el uso de dichas cenizas de fondo como subproducto para la fabricación de otro tipo de productos tales como morteros, prefabricados de hormigón, bases y sub-bases de carreteras, ladrillos y materiales cerámicos en general para la construcción

Uso de cenizas de fondo de central térmica como subproducto para la producción de cemento, hormigón y otros materiales.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere al empleo de un subproducto de las centrales térmicas de carbón, denominado ceniza o escoria de fondo, preferentemente como añadido al cemento o integrante del hormigón, o bien como subproducto para la fabricación de otro tipos de productos tales como: morteros, prefabricados de hormigón, bases y sub-bases de carreteras, ladrillos y materiales cerámicos en general para la construcción.

Antecedentes de la invención

En una central térmica tradicional para la generación de energía eléctrica, el carbón se alimenta pulverizado a un tamaño de unas 45 micras a la caldera de combustión. Los gases de combustión ceden parte de su calor para al vapor de agua y salen por la chimenea, pasando antes por un equipo de filtración, para recoger las partículas sólidas finas, que son llamadas cenizas volantes.

Hay otras partículas, de idéntica composición química que las cenizas volantes que caen al fondo del cuerpo principal de la caldera, bien por choque con las paredes y tubos, bien por mero efecto de decantación, bien por haberse aglomerado en el proceso de combustión. Estas partículas reciben la denominación de cenizas o escorias de fondo, tienen un tamaño de 1 a 2 mm.

Estas cenizas de fondo son consideradas convencionalmente como un residuo sin ninguna utilidad práctica, por lo que usualmente son llevadas a vertedero.

En otro proceso de combustión del carbón, como el de lecho fluido, el combustible se alimenta no pulverizado, sino a un tamaño de unos 2 a 5 mm. El porcentaje de cenizas de fondo es algo mayor, naturalmente, que en un proceso de caldera tradicional.

La Norma EN 197-1 marca los añadidos que pueden usarse en la fabricación de cementos. En ella no figuran como tales las cenizas de fondo, sino sólo las cenizas volantes (además de puzolanas, escorias de alto horno, esquistos y humo de sílice).

En concreto, la definición de ceniza volante en dicha norma es enormemente limitante y constituye la base para no aceptar las cenizas de fondo en la fabricación de cemento. La Norma las define como obtenidas por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de los hornos alimentados con carbón pulverizado. Cenizas obtenidas por otros métodos no se deberán emplear en los cementos conformes con esta parte de la norma europea.

Las cenizas volantes pueden ser de naturaleza silícica o calcárea. Las primeras, más comunes, tienen propiedades puzolánicas. En cuanto a las exigencias químicas de las cenizas volantes silícicas son: Pérdida por calcinación menor del 7%, contenido en óxido de calcio reactivo, menor del 10% en masa, cal libre menor del 2,5%, y dióxido de silicio reactivo, mayor del 25%.

La puzolanicidad de las cenizas volantes quiere decir que, finamente molidas, y en presencia de agua, reaccionan con el hidróxido de cal disuelto, para formar silicatos de calcio y aluminio, capaces de desarrollar resistencias. Los elementos con los que reaccionar, vienen con el clinker.

Las cenizas de fondo de proceso tradicional no cumplen exactamente los requisitos físicos: no son exactamente pulverulentas, aunque provienen de carbón pulverizado y son recogidas por medios mecánicos (decantación).

En cuanto a las cenizas de fondo de procesos de lecho fluido, tampoco son exactamente pulverulentas, pero además, el carbón no se alimenta al proceso de forma pulverizada.

Descripción de la invención

En la presente invención se ha encontrado que las cenizas de fondo procedentes de cualquier proceso de central térmica y que hoy en día se envían a vertedero, pueden ser usadas como añadido para la producción de cemento o como árido fino para la producción de hormigón, potenciando sus cualidades puzolánicas a través de la molienda, contribuyendo así a abaratar los costes de los procesos, por menor empleo de clinker en la producción de cemento, y por menor empleo de cemento en la producción de hormigón.

Mediante los correspondientes ensayos llevados a cabo con cenizas de fondo de procesos tradicionales, de lecho fluido y de proceso GICC (gasificación intermedia y ciclo combinado), se ha comprobado que las cenizas de fondo cumplen con las mismas exigencias químicas requeridas para las cenizas volantes.

Adicionalmente, las cenizas de fondo cumplen la exigencia de tener características puzolánicas: confieren resistencia, una vez molidas, en presencia de agua, y en contacto con hidróxido cálcico.

Desde el punto de vista ambiental, la invención proporciona considerables ventajas, que podemos resumir como sigue:

- Ahorro de energía térmica por empleo de menos clinker en el cemento

- Ahorro de energía eléctrica por la misma razón

- Descenso de emisiones de CO₂ a la atmósfera.

- Descenso de impacto por explotación de canteras, por empleo de menos clinker en cemento y menos cemento en hormigón.

- Descenso de vertidos, por empleo de unos subproductos que hoy no tienen utilidad alguna.

Realización preferente de la invención

La presente invención se refiere al uso de la escoria o cenizas de fondo procedentes de centrales térmicas, preferentemente como añadido activo para la producción de cemento o como árido fino para la producción de hormigón.

La diferencia fundamental con cementos fabricados con cenizas volantes es que estas se producen directamente en los filtros finales de las centrales térmicas, y no necesitan ser molidas o activadas para su empleo.

En los procesos de producción de cemento, en su etapa final, se lleva a cabo la molienda del clinker, junto con el yeso y los añadidos. En la presente invención se ha previsto el uso de estas cenizas de fondo como dicho añadido al clinker previamente a la molienda de ambos elementos. La molienda conjunta del clinker y las cenizas de fondo, proporciona la finura necesaria de las cenizas de fondo para desarrollar sus propiedades puzolánicas.

En lo que se refiere al hormigón, la Norma EHE 08 no contempla más adición que las cenizas volantes, escorias de alto horno y el humo de sílice. El objetivo principal de las adiciones es disminuir el porcentaje de cemento en el hormigón, con el fin de abaratar el mismo.

Diversos ensayos realizados con cenizas de fondo tal cual, es decir, a su tamaño original de 1 a 2 mm, han mostrado que no son activas, y no pueden reducir el contenido en cemento.

Ahora bien, la norma no pone limitación al empleo de las cenizas de fondo como áridos finos. Aprovechando esta circunstancia, la presente invención prevé moler las cenizas de fondo para su uso como árido fino en la producción de hormigón, obteniendo así excelentes resultados de resistencia del hormigón, pudiendo reducir el porcentaje de cemento, como si fueran cenizas volantes puras.

Preferentemente se muele la ceniza de fondo hasta alcanzar 30-40 micras. La molienda de dicho subproducto se puede realizar por cualquier medio, por ejemplo un molino de bolas o vertical, u otro cualquiera, en solitario, o acompañado en el mismo molino por cualquier otro de los componentes del cemento.

Preferentemente, el uso de las cenizas de fondo comprende su preparación mediante su mezcla con un aditivo que contiene cloro, para mejorar la actividad resistente de las mismas.

Diversas realizaciones prácticas de la invención, se describen en las adjuntas reivindicaciones dependientes.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

1. Uso de cenizas de fondo procedentes de la combustión de carbón de una central térmica, para la fabricación de cemento, caracterizado porque la ceniza de fondo se añade al clinker previamente a la molienda conjunta del clinker y cenizas de fondo.

2. Uso de cenizas de fondo según la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende la preparación de la ceniza de fondo mediante su molienda hasta alcanzar 30 - 40 micras.

3. Uso de cenizas de fondo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende la preparación de la ceniza de fondo mediante su mezcla con un aditivo que contiene cloro.