Entidad financiadora: Programa i-coop 2020: Proyecto COOPA20454
Duración: 2021 - 2022
Investigador(es) principal (es): Mª Teresa Blanco Varela e Inés García Lodeiro
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Resumen

La fabricación de cemento Portland (OPC) conlleva un elevadísimo consumo energético y de materias primas que contribuye a la contaminación del aire (CO₂, SO₂, NOx), representando el 7% del CO2 antropogénico (0.87t CO₂ / t clinker).

El uso de tecnología de activación alcalina no solo permite desarrollar nuevos Eco-cementos con bajas emisiones de CO₂, sino que también contempla la valorización de subproductos, evitando la sobreexplotación de los recursos naturales. Los cementos alcalinos suelen constar de dos componentes principales: un precursor (subproductos secundarios, como las cenizas volantes de carbón (FA) o las escorias de alto horno (BFS), pero también materias primas como arcillas de aluminosilicatos (C) y feldespatos (F) y una sal alcalina como activador. La combinación de estos materiales permite desarrollar un conglomerante y elaborar morteros y hormigones compactos, con excelentes propiedades de ingeniería.

Este proyecto propone el uso de arcillas amarillas como materia prima (precursora) para producir un nuevo cemento activado con álcalis, con una huella de CO₂ mucho menor que el cemento Portland ordinario (OPC). Las arcillas amarillas provienen de las minas de fosfato marroquíes, como roca estéril y se almacenan en grandes vertederos dentro del sitio de la mina. Estudios previos del grupo marroquí en activación alcalina, utilizando arcillas amarillas como un precursor, revelan que están compuestos principalmente por montmorillonita, dolomita y cuarzo (como fases principales). La activación térmica de la arcilla amarilla (obligada para incrementar su reactividad) permite la amorfización de la estructura de la montmorillonita, y se forman nuevas fases como la periclasa (MgO) y gehlenita (Ca2Al2SiO7). Se ha demostrado la idoneidad de la arcilla amarilla para ser activada con álcali, además, el 27Al – 29Si MAS-NMR y el análisis XRD de los materiales activados confirmaron la formación de dos geles cementosos; Gel C-A-S-H (un hidrato de aluminosilicato de calcio) y gel N-A-S-H (hidrato de aluminosilicato de sodio) (Mabroum et al 2020). El procedimiento de lixiviación de características de toxicidad (TCLP) no mostró la existencia de contaminantes, pero aún no se ha determinado su radiactividad natural.

Sin embargo, la formación de periclasa (MgO) (debido al proceso de calcinación) puede producir algunos problemas mecánicos y de durabilidad. MgO es una fase hidráulica que puede inducir problemas de expansión cuando está en contacto con agua, en hormigones ya fraguados y endurecidos. Por otro lado, las resistencias mecánicas se reducen considerablemente con el aumento del contenido de silicato sódico (activador). Para un correcto desarrollo de nuevos cementos, utilizando la arcilla amarilla (YC) como un precursor, se requieren estudios adicionales con el fin de: i) optimizar las condiciones de activación, ii) determinar su radiactividad natural (materiales radiactivos naturales (NORM)) y iii) mejorar las resistencias mecánicas y la durabilidad.

Se trata de la investigación en colaboración entre el marroquí y equipos españoles y permitirá la formación de investigadores, incluidos los jóvenes matriculados en programas de doctorado en la Universidad de Cadi Ayyad (UCA) (Marrakech) bajo una gestión de colaboración entre los dos equipos (CSIC y UCA).

Listado de palabras clave: Geopolímero; activación alcalina; valorización de residuos; arcillas amarillas; lodos de fosfato