Ingeniería Metalúrgica · 2019
Hacia una economía circular en la fabricación de vidrio espumado y recubrimientos poliméricos a base de PVB a partir de desechos de la industria del vidrio y termoeléctrica
La industria del vidrio y termoeléctrica generan desechos que no son biodegradables, el vidrio laminado y la ceniza volante representan una problemática ambiental creciente. Aplicando el concepto de economía circular, se realizaron tratamientos mecánicos y químicos a los residuos de vidrio laminado para recuperar sus componentes. Se determinó que una combinación de estos tratamientos separa completamente el vidrio del PVB, lo cual hizo viable la recuperación de ambos componentes y su reciclaje para generar productos con valor agregado. Por un lado, el PVB fue disuelto en varios disolventes encontrando que el etanol es útil para desarrollar recubrimientos a base de PVB y micropartículas de alúmina para la protección contra la corrosión. Estos recubrimientos fueron caracterizados por microscopía electrónica de barrido y evaluados por espectroscopia de impedancia electroquímica. Los resultados revelaron que los recubrimientos son homogéneos y libres de grietas. El recubrimiento compuesto de solo PVB tuvo la mayor resistencia a ser oxidado, la cual fue de 2.08 x108 cm2. Por otra parte, se mezclaron en un molino planetario cenizas volantes, carburo de silicio y el vidrio recuperado y con medidas de TGA y DSC se determinaron las condiciones de temperatura para fabricar espumas de vidrio. La mezcla fue tratada a 950 por 20 min, obteniendo una espuma con densidad aparente de 0,365 g/cm3, porosidad del 39.20% y una resistencia a la compresión de 0,64 MPa. Finalmente, se efectuó un análisis de costos de materias primas, mostrándose la posibilidad de redireccionar los desechos de la industria del vidrio y termoeléctrica hacia una economía circular.
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36 páginas con «economía circular»
- p. 1ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 1 Hacia una economía circular en la fabricación de vidrio espumado y recubrimientos poliméricos a base de PVB a partir de desechos
- p. 2ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 4 DEDICATORIA. A Dios por darme la oportunidad de vivir para cumplir mis objetivos. A mis padres, Amparo y Fernando quienes inculcaron
- p. 3ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 5 Agradecimientos Al Laboratorio de Electroquímica del Centro de Investigación Científica y Tecnológica en Materiales y Nanociencias (CMN) de la Universidad Industrial
- p. 4ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 6 Tabla de contenido Introducción ............................................................................................................................. 12 2.Objetivos ............................................................................................................................... 13 2.1Objetivo General ................................................................................................................. 13 2.2Objetivos Específicos .......................................................................................................... 13 3.Antecedentes ......................................................................................................................... 14 3.1Economía circular
- p. 5ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 7 4.2 Preparación de recubrimientos ........................................................................................... 20 4.3Preparación de espumas de vidrio ....................................................................................... 21 5.Resultados y discusión .......................................................................................................... 23 5.1Separación de los componentes
- p. 6ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 8 Lista de Tablas Tabla 1. Parámetros de ajuste para los diagramas de Nyquist de la figura 6. ............................... 28 Tabla 2. Propiedades presentadas
- p. 7ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 9 Lista de Figuras Figura 1. Diagrama de flujo de la metodología seguida. .............................................................. 22 Figura 2. Imágen representativa de microscopia óptica
- p. 8ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 10 Resumen Título: Hacia una economía circular en la fabricación de vidrio espumado y recubrimientos poliméricos a base de PVB a partir
- p. 9ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 11 Abstract Title: Towards a circular economy in the manufacture of foamed glass and polymeric coatings based on PVB from waste from
- p. 10ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 12 Introducción Actualmente los modelos económicos se encuentran enmarcados en un sistema lineal, en el que gran cantidad de los productos son desechados
- p. 11ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 13 1. Objetivos 1.1 Objetivo General Reciclar ceniza volante y cada uno de los componentes de los desechos del vidrio laminado para desarrollar
- p. 12ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 14 2. Antecedentes 2.1 Economía circular El constante deterioro del medio ambiente y el agotamiento de recursos no renovables han impulsado la generación
- p. 13ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 15 estrechamente relacionada con el pH, de tal manera que en un medio alcalino se disminuye la capacidad de adherencia del PVB (Tupy
- p. 14ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 16 Por otra parte, el componente polimérico de vidrio laminado (PVB) ha empezado a tomar importancia en aplicaciones para recubrimientos; así Shahidi
- p. 15ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 17 método de transformada de Fourier, para generar un espectro de reflexión de las bandas de los grupos funcionales que permiten su identificación
- p. 16ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 18 parte real Z’ (Piratoba Morales, Mariño Camargo & Olaya Flórez, 2010), y permiten determinar el comportamiento de una superficie ante la corrosión
- p. 17ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 19 Las técnicas anteriormente mencionadas permiten establecer los intervalos de temperatura adecuados para en tratamiento de las mezclas empleadas en la fabricación
- p. 18ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 20 3. Metodología 3.1 Recuperación y caracterización de los componentes del vidrio laminado Para determinar la forma más adecuada para separar los componentes
- p. 19ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 21 de NaCl. Un electrodo de Ag/AgCl (3.0 M KCl) en un capilar de Luggin lleno con 3M KCl fue usado como electrodo
- p. 20ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 22 Figura 1. Diagrama de flujo de la metodología seguida. Separación de vidrio laminado Fragmentación Polvo de Molino de bolas o anillo Vidrio
- p. 21ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 23 4. Resultados y discusión 4.1 Separación de los componentes del vidrio laminado Con la finalidad de separar la lámina
- p. 22ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 24 vidrio/PVB y la mayor densidad del primero pudieron ocasionar el completo desprendimiento del vidrio. Por tanto, de aquí en adelante se muestran
- p. 23ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 25 Figura 4. Espectros IR de PVB (a) prístino y (b) recuperado mediante tratamiento alcalino. Figura 5. Imágenes de ángulo de contacto para
- p. 24ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 26 resultados del desarrollo de un recubrimiento a base de PVB y una espuma de vidrio obtenida a partir de la integración
- p. 25ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 27 Con el propósito de evaluar si estos recubrimientos pueden retardar la corrosión del acero 1018 en una solución salina, se realizaron medidas
- p. 26ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 28 órdenes de magnitud menores que el del recubrimiento sin adición de alúmina. Esto sugiere que la presencia de alúmina favorece la penetración
- p. 27ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 29 4.4 Espumas de vidrio Las espumas de vidrio se prepararon mezclando el vidrio reciclado, ceniza volante y carburo de silicio como agente
- p. 28ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 30 Partiendo del análisis de las curvas DSC y TGA, se establecieron tres temperaturas 588°C, 950°C y 1050°C para verificar
- p. 29ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 31 A continuación, se presenta un análisis económico de los costos de materias primas y producción de las espumas de vidrio y recubrimientos
- p. 30ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 32 5. Conclusiones Se ensayaron distintas alternativas para separar los componentes del vidrio laminado, logrando la completa separación del vidrio del PVB debido
- p. 31ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 33 6. Recomendaciones Optimizar el tiempo y la relación PVB/etanol para obtener la solución del recubrimiento. Realizar mediciones de adherencia del recubrimiento
- p. 32ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 34 Referencias bibliográficas Bai, J., Yang, X., Xu, S., Jing, W., y Yang, J. (2014). Preparation of foam glass from waste glass
- p. 33ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 35 Mistry, B. D. (2009). Chemistry (UV, JR, PMR, JJCNMR and Mass spectroscopy). A handbook of spectroscopic data, 1. Mittal
- p. 34ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 36 Stewart, B. (2004). Infrared spectroscopy: Fundamentals and applications. Gran Bretaña: John Wiley & Sons. Tupy, M., Mokrejs, P., Merinska, D., Svoboda, P., & Zvonicek
- p. 35ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS 37 Apéndices Apéndice A. Caracterización cualitativa de cenizas volantes obtenidas por difracción de rayos X. Fase Fórmula 2(grados) Intensidad Cuarzo SiO2
- p. 36ECONOMÍA CIRCULAR DEL VIDRÌO Y LAS CENIZAS
Contenido
- Introducciónp. 10
- 2.Objetivosp. 11
- 2.1Objetivo Generalp. 11
- 2.2Objetivos Específicosp. 11
- 3.Antecedentesp. 12
- 3.1Economía circularp. 12
- 3.2Vidrio laminadop. 12
- 3.3Reutilización de vidrio, ceniza y PVBp. 13
- 3.4Caracterización fisicoquímicap. 14
- 3.4.1PVB recicladop. 14
- 3.4.2Recubrimientosp. 15
- 3.4.3Espuma de vidriop. 16
- 4.Metodologíap. 18
- 4.1Recuperación y caracterización de los componentes del vidrio laminadop. 18
- 4.2 Preparación de recubrimientosp. 18
- 4.3Preparación de espumas de vidriop. 19
- 5.Resultados y discusiónp. 21
- 5.1Separación de los componentes del vidrio laminadop. 21
- 5.2Caracterización del componente polimérico recuperadop. 22
- 5.3Recubrimiento polimérico a base de PVBp. 24
- 5.4Espumas de vidriop. 27
- 5.5Estimados de los costos de los productos de valor agregadop. 29
- 6.Conclusionesp. 30
- 7.Recomendacionesp. 31
- Referencias bibliográficasp. 32
- Apéndicesp. 35
- Tabla 1. Parámetros de ajuste para los diagramas de Nyquist de la figura 6p. 26
- obtenidas a 950°C y 1050°Cp. 28
- base de PVBp. 29
- Figura 1. Diagrama de flujo de la metodología seguidap. 20
- separación mecánica. Magnificación: 10xp. 21
- separación asistida químicamentep. 22
- Figura 4. Espectros IR de PVB (a) prístino y (b) recuperado mediante tratamiento alcalinop. 23
- prístina y (b) recuperada mediante tratamiento alcalinop. 23
- partículas de Al2O3 de (b) 0.05, (c) 0.6 y (d) 1.2% p/pp. 24
- 1018 y los recubrimientos de PVB en contacto con una solución al 3% NaClp. 25
- acero 1018 (a) desnudo y (b) recubierto con las películas de PVBp. 26
- Figura 9. Curvas DSC y TGA de la mezcla de vidrio reciclado, ceniza volante y SiCp. 27
- ceniza volante + SiC a la temperatura de (a) 588℃, (b) 950℃ y (c) 1050℃p. 28