Influência do catalizador gasto (Ecat) na substituição parcial do metacaulim em geopolímeros

propriedades mecânicas e microestruturais

Resumen

La producción de cemento Portland consume una gran cantidad de recursos no renovables y energía, genera una considerable cantidad de residuos y es responsable de aproximadamente el 8% de las emisiones globales de CO₂. En los últimos años, los investigadores han estado estudiando materiales alternativos que sean menos contaminantes; en este contexto, se destacan los geopolímeros. Estos materiales se producen mediante la activación alcalina de una materia prima rica en sílice y alúmina. Diversos subproductos y residuos industriales, agrícolas y urbanos pueden utilizarse como materia prima en la formulación de geopolímeros. Durante el proceso de refinación del petróleo, se genera como residuo un catalizador gastado rico en sílice y alúmina, conocido como Ecat, que actualmente se destina a rellenos sanitarios. Buscando una alternativa para este material, este estudio tuvo como objetivo evaluar el potencial de utilización del Ecat en la formulación de matrices geopoliméricas. Para ello, en primer lugar se evaluaron las características físicas y químicas del residuo. Posteriormente, se produjeron matrices geopoliméricas con contenidos de 0% (Ref), 10% (Ecat10%), 20% (Ecat20%), 30% (Ecat30%) y 40% (Ecat40%) de Ecat como sustituto del metacaolín. Se evaluó la influencia del contenido de Ecat en las matrices mediante los siguientes ensayos: absorción de agua, resistencia a la compresión, análisis mineralógico por difracción de rayos X y análisis termogravimétrico. El Ecat presentó características adecuadas para su aplicación como precursor en la síntesis de geopolímeros, tales como: composición química rica en SiO₂ (36,5%) y Al₂O₃ (51,2%), alta área superficial (105 m²/g) y distribución granulométrica similar a la del metacaolín. Los geopolímeros sintetizados con 10% y 20% de Ecat como sustituto del metacaolín alcanzaron el 95,8% de la resistencia mecánica del geopolímero de referencia. Después de la geopolimerización, se observó un cambio significativo en la composición mineralógica de los residuos: las muestras presentaron un aumento en el contenido de fase amorfa conforme se incrementó la incorporación de Ecat. En el análisis termogravimétrico, la muestra con 40% de Ecat presentó la mayor pérdida total de masa (17,4%), lo que indica que la estabilidad térmica también puede verse afectada con mayores contenidos de Ecat. Los resultados revelaron que las muestras con hasta 20% de Ecat presentan un desempeño satisfactorio en los parámetros analizados.