Por Jill Staggert, Directora de Desarrollo de Mercado
Los combustibles alternativos se utilizan cada vez más en los hornos de cemento para sustituir a los combustibles fósiles y contribuir a un proceso de fabricación de cemento más respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, es necesario acondicionar y validar estos combustibles alternativos para garantizar su idoneidad en los hornos y el cumplimiento de las normas sobre emisiones. (Pueden ser líquidos, sólidos, lodos de naturaleza inorgánica u orgánica y pueden representar una química compleja de tratar.
La fluorescencia de rayos X (FRX) es una de las técnicas analíticas más adecuadas para el análisis elemental de estos diversos materiales antes de que sean calificados para su incineración en hornos de cemento. El análisis de elementos tóxicos o pesados, elementos indeseables, para el control de calidad del cemento puede lograrse fácilmente utilizando XRF con poca o ninguna preparación de la muestra.
Acerca de la producción de cemento y los combustibles alternativos
Los hornos de cemento son hornos de alta temperatura fundamentales para la producción de cemento. El proceso del cemento comienza triturando y mezclando materias primas como piedra caliza, arcilla y esquisto para formar una harina cruda. Esta harina se calienta en el interior del horno, provocando reacciones químicas que la transforman en clínker. El clínker se enfría rápidamente para mantener su calidad. A continuación, el clínker enfriado se muele hasta obtener un polvo fino y se mezcla con yeso para mejorar sus propiedades. El cemento en polvo resultante se almacena, envasa y distribuye para su uso.
Según la EPA, la «principal fuente de emisiones de tóxicos atmosféricos de una planta de cemento Portland es el horno. Las emisiones proceden de la quema de combustibles y del calentamiento de los materiales de alimentación. También se emiten tóxicos atmosféricos en las fases de molienda, refrigeración y manipulación de materiales del proceso de fabricación. Los contaminantes regulados por esta norma son las partículas, los HAP (contaminantes atmosféricos peligrosos) orgánicos, los metales mediante el control de partículas, el mercurio, los gases ácidos y las dioxinas/furanos».
Los hornos de cemento modernos suelen incorporar tecnologías avanzadas para mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones, como el uso de combustibles alternativos como la biomasa o los materiales de desecho. Estos avances pretenden que el proceso de fabricación del cemento sea más sostenible, económico y respetuoso con el medio ambiente.
Los combustibles alternativos pueden incluir combustibles de residuos sólidos, coque de petróleo («petcoke»), residuos de papel, residuos de caucho, lodos de pasta de papel, neumáticos usados, cajas de baterías, residuos plásticos, residuos de madera, basura doméstica, tamo de arroz, combustible derivado de residuos, cáscaras de frutos secos, suelos oleaginosos e incluso lodos de depuradora. También se utilizan combustibles líquidos residuales, que pueden consistir en alquitrán, residuos químicos, residuos de destilación, disolventes residuales, aceites usados, suspensiones de cera, residuos petroquímicos, lodos de asfalto, residuos de pintura y lodos de aceite.
Los biocombustibles, como el biodiésel fabricado a partir de aceite de cocina usado, pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, tienen una menor huella de carbono y contribuyen a la gestión de residuos al utilizar materiales de desecho orgánicos.
Sin embargo, los combustibles alternativos, incluidos los biocombustibles, deben ser aptos para la incineración.
Cuidado con los contaminantes de los combustibles alternativos
El uso de combustibles alternativos en hornos de cemento implica la preparación del combustible, la cocombustión o la sustitución total, la combustión y el control de las emisiones. Los combustibles alternativos se procesan y optimizan para la combustión. Pueden mezclarse con los combustibles tradicionales o sustituirlos por completo. Para cumplir la normativa sobre calidad del aire, los hornos de cemento están equipados con sistemas de control de emisiones que capturan los contaminantes.
Cabe señalar de nuevo que el uso de combustibles alternativos en hornos de cemento requiere una cuidadosa selección, manipulación y supervisión para garantizar una combustión estable y eficiente, manteniendo al mismo tiempo la calidad deseada del producto. Los fabricantes de cemento colaboran estrechamente con expertos y siguen las mejores prácticas del sector para implantar el uso de biocombustibles de forma segura y eficaz. Muchos de esos expertos utilizan tecnologías de laboratorio como EDXRF y WDXRF para analizar esos materiales.
Análisis XRF
El análisis por fluorescencia de rayos X (XRF ) es una tecnología que utiliza la interacción entre los rayos X y la materia. Los átomos están formados por un núcleo rodeado de electrones en capas que equilibran la carga positiva del núcleo. Cuando los rayos X de alta energía inciden en un átomo, un electrón de la capa interna es expulsado, creando una vacante. Un electrón de una capa superior llena entonces esta vacante, emitiendo rayos X secundarios con una diferencia de energía entre los estados cuánticos del electrón. Cada elemento emite señales de rayos X únicas, formando una huella elemental o espectro durante el análisis XRF.
EDXRF (XRF de energía dispersiva) permite un análisis rápido y sencillo incluso de muestras irregulares con poca o ninguna preparación de la muestra. En el análisis EDXRF, los rayos X característicos de los distintos elementos presentes en una lectura se separan en un espectro de energía de fluorescencia completo utilizando excitación directa (óptica 2D) o indirecta (óptica 3D). La tecnología EDXRF está diseñada para procesar simultáneamente grupos enteros de elementos para análisis cualitativos o cuantitativos y puede utilizarse en formatos portátiles y de laboratorio. Como resultado, el EDXRF puede acomodar muestras de casi cualquier forma y tamaño.
Un espectrómetro EDXRF puede proporcionar la cuantificación de elementos mayores, menores y trazas en la más amplia gama de muestras, incluidos sólidos a granel, gránulos, polvos sueltos o prensados, perlas fundidas, películas finas, pastas y líquidos.
El WDXRF (XRF de dispersión por longitud de onda), por su parte, es el método de ensayo estándar para una amplia gama de aplicaciones debido a su extraordinaria sensibilidad y alta resolución. Un espectrómetro WDXRF puede ayudar a satisfacer los exigentes requisitos de análisis de materiales con la caracterización cualitativa y cuantitativa de todo tipo de muestras desconocidas conductoras y no conductoras.
Resumen
Los combustibles alternativos, incluidos los biocombustibles, pueden combinarse con los combustibles tradicionales para mejorar la eficiencia energética y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Su uso se ajusta a la normativa medioambiental y a los objetivos de sostenibilidad, lo que permite a los fabricantes de cemento cumplir los objetivos de reducción de emisiones y mostrar su compromiso con las prácticas sostenibles.
El uso de la espectrometría XRF puede ayudar a realizar análisis de elementos tóxicos y pesados en combustibles alternativos, acercando a los operadores de cemento un paso más hacia operaciones cementeras más ecológicas y respetuosas con el medio ambiente.
Recursos adicionales
- Nota de aplicación: Hacer que el cemento sea más ecológico y limpio
- Espectrómetro WDXRF Thermo Scientific™ ARL™ OPTIM’X
- Espectrómetro EDXRF Thermo Scientific™ ARL™ QUANT’X
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