PROYECTO-SILICIO-T.(1)

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA

FÍSICO-QUÍMICA

PROYECTO FABRICACIÓN DE VIDRIO REFRACTARIO A PARTIR DEL SILICIO OBTENIDO DE LA CASCARA DE ARROZ.

DOCENTE: ING. QCO. MIROSLAV ALULEMA

ESTUDIANTES: ANTÓN LOOR ÁNGEL S. MORALES REINOSO JOSEPH A. ZARATE MORAN JAIR R. PERIODO: ABRIL 2017 – SEPTIEMBRE 2017

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Índice

.................................................................................................................................... 3 Resumen ..................................................................................................................................... ................................................................................................................... ........................................................ 3 Palabras claves: ........................................................... ....................................................................................................................................... ................................................................... 4 Abstract .................................................................... .............................................................................................................................. ................................................................... 4 Keywords: ...........................................................

1 Introducción. .......................................................................................................................... 5 1.1

Pregunta de investigación ..................................................................................... 5

........................................................................................................... 5 1.2 Objetivo general. ............................................................................................................ .................................................................................................. ................................. 5 1.3 Objetivos Específicos..................................................................

2 Marco teórico. ........................................................................................................................ 6 2.1 ¿Qué es lo que se sabe acerca del tema en el cual se enmarca la pregunta de .......................................................................................................................... 7 investigación? ........................................................................................................................... ................ 7 2.2 ¿Cómo se relaciona el estudio con las obras anteriores del área? .................

2.3 ¿Cuáles son los debates, criticas o vacíos existentes en el tema a ............................................................................................................................ 7 abordarse? ............................................................................................................................. 3 Metodología. ........................................................................................................................... .......................................................................................................................... 8

3.1 Procedimiento. ............................................................................................................... 8 3.1.1 Remoción de materia orgánica presente en la cascarilla de arroz. .............. 8 ........................................................ 9 3.2 Proceso de fabricación del vidrio refractario .........................................................

3.2.1 Adaptación de la mezcla: ..................................................................................... 9 4 Resultados del Proceso .................................................................................................... 10 ................................................................................................... .......................................... 11 5 Discusión de resultados .........................................................

6 Conclusiones. ...................................................................................................................... 11 ............................................................................................................ 11 7 Recomendaciones. ............................................................................................................. ............................................................................................................................. 12 Referencias .............................................................................................................................. ................................................................................................................................... 13 ANEXOS ....................................................................................................................................







Resumen En el presente trabajo se muestra la importancia del aprovechamiento de los productos que son rechazados de los procesos primarios en este caso el aprovechamiento de la cascara de arroz luego de ser separada del grano que es el producto de principal interés, sin embargo esta cascarilla que es desechada posee una gran fuente de sílice materia en cuestión que será aprovechada para la fabricación de vidrio con características refractarias previamente a la fabricación de este, se realiza un proceso de activación de dicho compuesto pasando por incineración a temperaturas entre 200 y 250 °C, para después ser sometidas a un tratamiento químico que produce las condiciones necesarias para que los procesos físico-químicos dando como resultado la materia que será empleada en la fabricación del vidrio, los porcentajes teóricos de recuperación por cenizas de la cascarilla es alrededor de 13% y 29% y el porcentaje de sílice en la cenizas es alrededor del 87% y 97% el porcentaje restante corresponde a materia orgánica que es eliminada por tratamiento químico aplicado, para obtener el sílice se trabaja altas temperaturas tales como la de los hornos de ladrilleras los cuales permiten alcanzar la temperatura de 1500°C que es la temperatura de fusión de la mezcla de minerales para formar el vidrio, practicando la prueba de resistencia térmica y la temperatura que logró soportar fue de 825°C y la dureza con respecto a la escala de Mhos es de 7 grados, estas pruebas netamente teóricas son confiables con base al correcto desarrollo de la técnica experimental empleada.

Palabras claves: Proceso Tratamiento Físico-Químico Aprovechamiento







Abstract In the present work shows the importance of the use of the products that rejected of the primary processes in this case the use of the rice husk after separated of the grain that is the t he product of main interest, however this husk that is Discarded possesses A large source of silica matter in question which was used for the manufacture of glass with refractory characteristics prior to the manufacture of this, a process of activation of composite compound is carried out by incineration at temperatures between 200 and 250 ° C, for After being Subjected to a chemical treatment that produces the necessary conditions for the chemical-chemical processes resulting in the material used in the manufacture of glass, the theoretical percentages of ash ash recovery around 13% and 29% Percentage of silica in the ashes about 87% and 97% Stante corresponds to the organic matter that is eliminated by the chemical treatment applied, to get the silica is worked high temperatures such as that of the brick kilns the results reach the temperature of 1500 ° C which is the temperature of the melting of the mixture Of Minerals to form the glass, practicing the test of thermal resistance and the temperature that was able to withstand was 825 ° C and the t he hardness with respect to the scale of Mhos of 7 degrees, these purely theoretical tests ar e reliable based on the correct development The experimental technique used.

Keywords: Process Treatment Physiochemical Exploitation







1 Introducción. El Silicio siendo analizado desde sus propiedades físicas y químicas se lo puede utilizar para la fabricación de otros productos de mayor incidencia tales como el vidrio refractario, revestimiento aislante, cemento, también se utiliza en la agricultura y depende del grado de pureza se puede elaborar estructuras o dispositivos electrónicos, electrónicos, este elemento no se lo encuentra encuentra puro en la naturaleza sino como oxido y silicatos uno de los más representativos es el cuarzo y la amatista, otra fuente son los vegetales en los que este elemento sirve como refuerzo a su estructura y también t ambién sirve como protector de agentes externos por lo general se lo encuentra en las raíces y tallos para darle soporte y resistencia. (Mafla, 2009). Teniendo en cuenta que es un material muy abundante incluso por encima del oxígeno, el objetivo del presente trabajo es el aprovechamiento de los residuos que producen las industrias arroceras la importancia del trabajo reside en la transformación de ese material poco utilizado para la elaboración de un material refractario, la contribución teórica del trabajo se basa en la caracterización de las propiedades físicas y químicas conocidas del material que se pueden utilizar para desarrollar nuevos productos que garanticen una resistencia mayor a la deformación por temperaturas altas. (Iler., 1979).

1.1 Pregunta de investigación investigación ¿Se puede aprovechar los residuos de la cascarilla del arroz para elaborar un producto final de características resistentes?

1.2 Objetivo general. Obtener sílice a partir de las cenizas de la cascara de arroz mediante calcinación, para la fabricación de vidrio refractario.

1.3 Objetivos Específicos. 

Reducir las cascarillas de arroz a cenizas cenizas mediante mediante proceso térmico.



Eliminar restos de materia orgánica orgánica e inorgánica y purificar el silicio







2 Marco teórico. Cuando se somete la cascarilla del arroz a calcinación esta reacción produce una alta cantidad de ceniza, precisamente entre 13 y 29% de su peso inicial, la cual está conformada por un 87-97% de sílices y también tam bién de mínimas cantidades de sales inorgánicas. Además la cascarilla de arroz contiene alrededor de un 85% de material orgánico también, el cual está compuesto por celulosa, lignina y pequeñas cantidades de D-galactosa. D -galactosa. La calcinación de la cascarilla del arroz es utilizada muy comúnmente en fábricas de cemento y también para la preparación de compuestos de silicio como carburo de silicio, nitruro de silicio entre otros compuestos, también se ha empleado en la producción de sílice activada, silicato de sodio, silicato de potasio y silicio grado solar. (Mafla, 2009). El dióxido de silicio llamado también sílice, se lo encuentra naturalmente en el cuarzo, es uno de los componentes principales de la arena, pero en el presente proyecto se lo formara mediante la calcinación de la cascarilla del arroz para la fabricación de un vidrio refractario, como también se lo usa para fabricar cerámicas y cemento, gracias a que es un desecante este absorbe la humedad del lugar donde se encuentre. (Iler., 1979). La cascarilla del arroz también sirve como uso alternativo en la construcción, como dice en el siguiente proyecto se trata de aprovechar la cascarilla del arroz produciendo dióxido de sílices para formar cemento precisamente en Portland, con el fin de reducir los gastos en la fabricación del cemento. (Mafla, 2009). La cascara del arroz también puede ser aprovechada como fuente de sílice en sistemas cementicos de ceniza volante y escoria activados alcalinamente, aquí se trata de un reemplazo del silicato de sodio comercial por la ceniza de la cascarilla del arroz, para la cual se utilizan varias máquinas para obtener materiales activados alcalinamente con resistencias mecánicas. (OvalleCastiblanco A.M. Ramirez-Gomez C.A., 2017).









2.1 ¿Qué es lo que se sabe acerca del tema en el cual se enmarca la pregunta de investigación? i nvestigación? El silicio ha despertado un gran interés desde el siglo pasado desde su utilización como activador de los cultivos también se abre camino en la tecnología de alta siendo una de las materias primas para la elaboración de paneles solares, y por supuesto es altamente utilizado en la fabricación de cemento aunque no se lo encuentra en un estado puro en la naturaleza es un compuesto muy abundante en la corteza terrestre se lo encuentra como silicatos y óxidos. (Santos., 2002). Anteriormente se ha realizado un proyecto acerca de la obtención y caracterización de carburo y nitruro de silicio a partir de la cascarilla del arroz, lo que se relaciona con nuestro proyecto es que también se debe trabajar con elevadas temperaturas para obtener las cenizas, para la obtención del carburo de silicio se trabajó con doble pirolisis, la primera de 800°c y la segunda de 1.400°c, y para la formación del nitruro de silicio. Se ha elaborado trabajos tales como la obtención para fabricar paneles solare como se explica en este documento que que se obtuvo un silicio de grado solar, es es decir de alta pureza (99.9966%), (Maule, 2010). También se logra obtener silicio metalúrgico a partir de mezclas de ceniza de cascarilla de arroz y arena silícea, (Diaz, 2009).

2.2 ¿Cómo se relaciona el estudio con las obras anteriores del área? Por otra parte un documento documento similar a este trabajo es el Producción Producción de carbón carbón activado y sílice a partir de cascarilla de arroz. arroz. Este trabajo detalla la relación relación en la obtención simultánea de ambos materiales mediante una técnica amigable con el ambiente como lo explican los autores. autor es.







3 Metodología. Método: hipotético-deductivo Enfoque: mixto Tipo de investigación: experimental Muestra: cascarilla de arroz para extraer la sílice. Hipótesis: es posible en gran medida fabricar un vidrio con propiedades refractarias partiendo del conocimiento de las propiedades físicas de los componentes seleccionados seleccionados para la fabricación de dicho di cho material. Este tipo de metodología fue evaluado antes de utilizarlo y la evaluación del mismo produjo resultados satisfactorios satisfactorios que tienen coherencia coherencia con investigación planteada. (Santos., 2002).

3.1 Procedimiento. Las muestras de cascara de arroz obtenidas serán recolectadas de una industria arrocera. Esta muestra será lavada e inspeccionada para eliminar residuos sólidos gruesos presentes en la cascarilla; posteriormente se dejará secar a temperatura ambiente. Después de limpiar la cascarilla de arroz, se realizará un análisis de pérdida de peso de la muestra, a diferentes temperaturas, con el propósito de determinar en qué rango de temperatura ocurren los procesos más importantes que conducen a la obtención de SiO2; el tratamiento térmico se realizó en un horno en un rango de temperatura entre 150 y 750 ºC durante dos horas para garantizar el desarrollo completo de los procesos fisicoquímicos que ocurren a la temperatura correspondiente.

3.1.1 Remoción de materia orgánica presente en la cascarilla de arroz. La eliminación de impurezas presentes, se realizará el tratando químicamente la







las muestras secas obtenidas del tratamiento químico con HCl se someterán a tratamiento térmico a 800 º C durante 6 horas con el fin de eliminar la fracción orgánica presente en las mismas y obtener SiO2. (Iler., 1979).

3.2 Proceso de fabricación del vidrio refractario Se seguirá el proceso de acuerdo a las normas y técnicas establecidas para la fabricación de vidrio teniendo en cuenta la composición del material que será fundido. Materiales complementarios para el vidrio refractario: Material

Formula química

% Composición

Sílice (dióxido de silicio)

SiO2

96

Óxido de calcio (cal)

CaO

1.5

Oxido de magnesio

MgO

1

Alúmina

Al2O3

0.5

Tabla 1. Porcentajes experimentales tomados por las propiedades físicas y utilidades de los mismos. Un crisol, molde o tubo hueco resistente al calor Un horno para terminar con la fabricación de vidrio.

3.2.1 Adaptación de la mezcla: La preparación de la mezcla se puede dividir en:







4 Resultados del Proceso Como punto de partida se tomó una cantidad de 750 gr de cascarilla de arroz al ambiente para su próxima calcinación que fue a una temperatura de alrededor de 250 ̊C en nuestro calcinador casero (Véase Anexo N#1). Tomando un tiempo de 1h 38 min acorde a experimentos posteriormente realizados, nuestra muestra de cascarilla de arroz presento una exitosa calcinación. Se le fue dado un tiempo de 20 min para que se ambiente e inmediatamente se le tomó el peso en la balanza gravimétrica arrojando un peso de 187 g hablando de Cenizas, promediando así una pérdida de 75 % del peso original (Véase Anexo N#2). La muestra en esta etapa aún no está totalmente terminada (hay presencia de impurezas), para lo cual se le sometió a un tratamiento químico con Ácido Clorhídrico (HCl) al 0,1M por un tiempo establecido de 4 horas. La muestra ya tratada se le lava repetidas veces con agua destilada y su posterior secado al ambiente. Se tomó nuevamente el peso y se corroboró que con el tratamiento con Ácido Clorhídrico (HCl) al 0,1M y el lavado con agua destilada y su posterior secado al ambiente arrojó un peso 177 g de sílice. Como lo muestra la tabla N°2 Para alcanzar la meta que es el Dióxido de Silicio SO 2 o también sílice se le emplea un segundo tratamiento térmico a 800 ̊C durante 6 horas; con el fin de eliminar la fracción orgánica restante y obtener el sílice (Véase Anexo N#3). Para la fabricación del vidrio se tomó el procedimiento establecido en el







Componentes

%

Gramos utilizados para la mezcla

Sílice (dióxido de silicio)

96

176

Óxido de calcio (cal)

1.5

3

Oxido de magnesio

1

2

Alúmina

0.5

1

Tabla N°3. Porcentajes de composición de la mezcla.

5 Discusión de resultados 6 Conclusiones. 

Por consecuencia consecuencia se determinó que en en el periodo de de 4 horas es mejor tratar a la cascarilla con el HCl a la 0,1M para así eliminar sus impurezas, como metales: Na, K, Ca y restos de materia orgánica.



Por ende como la cascarilla posee en su estructura estructura tres tipos de tejidos, al tratarse con el HCl este afecta a sus estructuras causando rompimientos y desprendimientos entre ellos.



Por lo tanto tanto luego del tratamiento químico de la cascarilla de arroz y posterior a someter a un tratamiento térmico en un horno a una temperatura mayor a 700°c, se obtiene una ceniza blanca que contiene principalmente SiO2.



Luego la cantidad de sílice sílice obtenida fue empleada empleada en la fabricación fabricación de un vidrio refractario*











Las cenizas cenizas de la cascarilla cascarilla del arroz pueden ser utilizadas en fábricas de cemento para reemplazar el silicato de sodio comercial y así llegar a tener menos gasto de dinero.



Se debe realizar el proceso de la formación del vidrio en un horno que que soporte altas temperaturas y así su tiempo t iempo de cocción sea menor.

Referencias

Diaz, L. A. (29 de julio de 2009). laboratorios de polimeros. Obtenido de laboratorios de polimeros: http://www.polimeros.labb.usb.ve http://www.polimeros.labb.usb.ve/RLMM/home.html /RLMM/home.html E. J. Baran. (1995). Química Bio-inorgánica. Madrid, M.-H. I.-2. (1995). Hill Interamericana de España, S. A. pp. 197-205. II, L. D., & ING ALVARADO, M. (s.f.). Iler., R. K. (1979). The Chemistry of Silica. New York. , Inc. pp. 740-747. New York, USA.: John Wiley & Sons Inc. L., C. J. (2000). Investigación cualitativa y cuantitativa. Problemas no resueltos en los debates actuales. La Haban, Cuba: Rev. Cubana Endocrinol.







ANEXOS

Figura N#1 Cascarilla de arroz – calcinador

Figura N#2 Cenizas (con impurezas)

PROYECTO-SILICIO-T.(1)

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