Propiedades
Propiedades químicas
Las propiedades químicas del residuo dependen en gran medida del tipo de producto que se pretenda obtener (silicio, ferro-silicio u otras silico-aleaciones), pudiéndose distinguir tres tipos:
Procedentes de la fabricación de silicio:
El contenido en SiO2 del humo se sitúa en torno al 92%, aunque puede ser más bajo para productos cargados en carbono o carburo de silicio.
El humo de sílice se condensa de los gases de emisión de los hornos de producción de silicio metal, metaloide utilizado para la fabricación de aleaciones aluminio-silicio, siliconas y silicio para placas solares.
La captación de estos humos para la protección del medio ambiente permite obtener un nuevo producto, del que se deben aprovechar sus particulares propiedades químicas y físicas.
Procedentes de la fabricación de ferro-silicio:
El contenido de Si y de SiC es menor que en el caso anterior. Las impurezas minerales son más altas, pues se utiliza cuarzo y reductores de calidad más baja. El contenido total de impurezas oxidadas puede llegar al 6 o 7%.
En la tabla 2, se recogen los contenidos habituales en SiO2 del humo de sílice, cuando procede de distintas aleaciones ferro-silicio (6). Ahora bien, los casos concretos de composición que detalla la misma fuente están próximos al límite superior del rango mostrado en la tabla.
Tabla 2. Contenido en SiO2 del humo de sílice procedente de aleaciones de ferro-silicio
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Tipo de aleación |
Rango contenido en SiO2 (%) |
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50% ferro-silicio |
74-84 |
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75% ferro-silicio |
84-91 |
|
Metal de silicio (98%) |
87-98 |
Procedentes de la fabricación de aleaciones calcio-silicio:
Provienen de procesos con cargas que contienen altas proporciones de óxidos alcalinotérreos (tipo CaO). Como se trata de humos que reagrupan fabricaciones de diversas silico-aleaciones, hay que esperar composiciones muy heterogéneas. Así, el contenido en CaO puede variar del 3 al 20%. El porcentaje en SiO2 es más bajo que el de los otros humos y además mucho más variable.
En la siguiente tabla se resumen las propiedades de las diferentes clases de humos de sílice, junto a la composición típica del que se produce en nuestro país. (7), (8), (9)
Tabla 3. Composición química del humo de sílice
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* COMPOSICIÓN (%) |
SILICIO |
FERRO-SILICIO |
OTRAS ALEACIONES |
HUMO DE SÍLICE PRODUCIDO EN ESPAÑA. 2022(9) |
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SiO2 |
92 |
92 |
84 |
Min 93,5 |
|
C libre |
2,6 |
2,5 |
1,7 |
- |
|
SiC |
1,8 |
0,2 |
0,5 |
- |
|
MgO |
0,6 |
1,5 |
1,0 |
0,3 |
|
Si libre |
0,3 |
0,1 |
0,1 |
- |
|
Fe2O3 |
0,1 |
0,4 |
1,0 |
0,1 |
|
Al2O3 |
0,2 |
0,5 |
0,3 |
0,21 |
|
CaO |
0,5 |
0,3 |
6,0 |
0,4 |
|
Na2O |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0,15 |
|
K2O |
0,6 |
1,1 |
1,6 |
0,4 |
|
S total |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
- |
|
SO4 |
- |
- |
- |
- |
|
Cl |
- |
- |
- |
0,02 (máx. 0,1) |
|
Pérdida al fuego(1.000ºC) |
2,8 |
3,0 |
4,0 |
2,7 (máx. 4) |
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* En función de la fuente, los rangos varían ligeramente: el humo de sílice procedente de la fabricación de ferrosilicio presenta mayor contenido en sílice en la tabla 3 (fuente francesa-española) que en la labra 2 (datos tomados de ACI) |
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Actividad puzolánica
Se define la actividad puzolánica de un material como la capacidad de fijar hidróxido cálcico a la temperatura ordinaria en presencia de agua, originando productos sólidos, insolubles y dotados de resistencia mecánica.
En presencia de cemento Pórtland hidratado, el humo de sílice desarrolla su actividad puzolánica, al ser un material muy fino rico en sílice (el hidróxido cálcico se combina con la sílice para formar silicato cálcico hidratado).
La actividad puzolánica del humo de sílice es efectiva en los primeros días de edad, aproximadamente al segundo día, y su actividad es tanto mayor cuanto mayor es la edad hasta los 28 días aproximadamente. A los 90 días se ha paralizado prácticamente la actividad puzolánica.
Propiedades físicas
Color
El humo de sílice es un polvo de color variable, desde casi negro a ligeramente blanquecino, en función de su contenido en óxidos de carbono y hierro. En general, cuanto más elevado es el contenido de carbono, más oscuro es el humo de sílice. Cuando se mezcla con agua, el humo de sílice produce una pasta de color negro.
Peso específico
El peso específico del humo de sílice es aproximadamente 2,2 (6), inferior al del cemento Portland que es aproximadamente 3,1, aunque depende del tipo de aleación que se fabrique.
Densidad
El humo de sílice que se produce en nuestro país tiene una densidad real de 2226 kg/m3 y una densidad aparente o de conjunto de 660 kg/m3(8).
Tamaño de las partículas
El humo de sílice consiste en partículas esféricas muy finas con una superficie específica del orden de 20.000 m2/kg. La distribución del tamaño de las partículas de un humo de sílice típico indica que la gran mayoría de estas son menores a 0,5 μm, con un diámetro promedio generalmente entre 0,1 y 0,2 μm, que es menor casi cincuenta veces a la partícula promedio de cemento. En la siguiente tabla se recoge la distribución granulométrica del humo de sílice producido en España (8).
Tabla 4. Distribución granulométrica del humo de sílice
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DIÁMETRO (μm) |
MASA (%) |
|
100-50 |
1,2 |
|
50-20 |
2,0 |
|
20-10 |
0,2 |
|
10-5 |
0,5 |
|
5-2 |
1,4 |
|
2-1 |
1,5 |
|
1-0,5 |
8,3 |
|
0,5-0,2 |
43,0 |
|
<0,2 |
41,9 |