WO2010136618A2 - Obtención de materiales a partir de residuos procedentes de la industria conservera - Google Patents

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    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Definitions

  • the present invention relates to obtaining products for passive fire protection, mixing constituents from shellfish shells with binders and water-absorbing additives, the proportion of said constituents being more than 40% by weight and dry basis, of the final product.
  • the invention is fundamentally applicable to the field of obtaining fire resistant materials that can be used in a wide spectrum of forms and utilities in the sector of the construction of buildings, warehouses and industrial facilities. These materials can be used in the form of coatings, plastering, gunite and panels, be they flexible, rigid or semi-rigid. Its use can be highlighted in fire-resistant divisions or compartments such as fire doors, partitions, screens, transdos, false ceilings and in the protection of metal structures, either by plates or by projected (gunned).
  • Some of the commercial products used for passive fire protection have a chemical composition and properties that can be expected in mixtures of inorganic components such as those that make up the products described in this patent.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) shells, waste that, in a considerable proportion, is being deposited in landfills.
  • recycling applications of shellfish shells have been described in recent years: in ceramic products and concrete (JP2004323314; NL1000871 C, W05000506ES, KR20020060867, CN1439615, US6248166, CN1872513 ES 2254011 A1 and WO2006 / 035091 A1) in processes for the manufacture of calcium carbonate (ES2 169680 and ES2 190830).
  • the characteristics of the insulating materials obtained from shellfish shell residues described in this patent make them competitive against other commercial products with thermal insulation properties or similar or lower fire resistance.
  • the invention relates to obtaining products with high fire resistance capacity using waste from the canning industry, such as shellfish shells.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26)
  • the present invention makes it possible to use, for the first time, in building elements for insulation and passive fire protection, a material from shellfish shell waste, in a proportion greater than 40% by weight and dry base of the final product.
  • the ground shells can be used, but it is a final product of better properties when the shell residues in addition to grinding are calcined, thereby destroying the remains of organic matter adhered to the shells. Although said organic matter is no serious impediment to this application, with its elimination the aesthetic and mechanical characteristics of the final product are significantly improved.
  • Shell residues can also be subjected to a series of additional pre-treatments such as: acid or base attacks, or advanced grinding after calcination, followed by sieving to achieve a product with a smaller particle size.
  • additional pre-treatments such as: acid or base attacks, or advanced grinding after calcination, followed by sieving to achieve a product with a smaller particle size.
  • the scope of these operations is given by the degree of improvement that is desired in the final material with respect to the following properties: fire resistance, thermal conductivity, density, heat capacity, water storage capacity, acoustic absorption coefficient, resistance to compression, flexion and impact, product stiffness, hardness and color.
  • the material from the shells of previously treated mollusks must be mixed with any of the following components:
  • Binders cement, plaster, lime, plaster, magnesium oxide, alumina or phosphates.
  • Waste with binder and fire resistant properties ashes or slags from the energy valuation of different fuels (coal or biomass).
  • the content of the additives and / or binders will not exceed, on a dry basis, 60% by weight of the final product.
  • the basic manufacturing process consists in obtaining a homogeneous paste, adding the proportion of water required to the mixture of the material from the shell residue, binder and other additives, depending on the properties and
  • the pieces may be subjected, during or after the setting period, to a series of operations that help to improve some of their insulating or mechanical properties, such as:
  • the consolidation usually consists of the immersion of the piece formed once set, in a solution that is introduced into the pores of the piece, creating a mesh that improves the mechanical properties of the product (compressive strength, bending and impact, stiffness and hardness ). This treatment can also be done by brush impregnation or by low pressure spraying (maximum 0.5 bar).
  • a waste from Ia canning industry (cockle shells) were washed and subjected to a heat treatment at 500 0 C for 1 hour and then a milling and sieving, obtaining a product with 90% granulometry less than 63 ⁇ m.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) Table 1. Composition by weight (% w / w) of an insulating product made with treated cockleshells
  • the solids indicated above are placed in a planetary kneader, and mixed for five minutes at an average speed of 140 rpm, until a homogeneous mixture is achieved. Subsequently, the water is added, in the ratio that optimizes the insulating and mechanical properties for this composition, kneading in the planetary kneader for ten minutes, at an average speed of 140 rpm, until a homogeneous paste is obtained.
  • molds are filled with the paste.
  • cylinders 4.2 cm in diameter and 20 cm high have been manufactured.
  • the specimen is allowed to set at room temperature, and is demoulded after 24 hours.
  • the demoulded specimen is allowed to cure at room temperature for a period exceeding 28 days.
  • the cylinder obtained is subjected to the fire resistance test according to standard UNE-EN 1363-1, as shown in Figure 1.
  • the cylinder has been exposed throughout its outer surface to the thermal program which is described in said standard, and temperatures have been recorded both in the exposed surface and in the center of the cylinder.
  • the time it takes to reach the temperature of 55O 0 C (t 550 ) has been measured in the center of the cylinder.

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Abstract

Se refiere la presente invención a la obtención de productos para la protección pasiva contra el fuego, mezclando constituyentes procedentes de conchas de moluscos con aglomerantes y con aditivos absorbentes de agua, siendo la proporción de dichos constituyentes más del 40 % en peso y base seca, del producto final. La invención es aplicable fundamentalmente al ámbito de la obtención de materiales resistentes al fuego utilizables en un amplio espectro de formas y utilidades en el sector de la construcción de edificios, naves e instalaciones industriales. Estos materiales pueden utilizarse en forma de revestimientos, enfoscados, gunitados y paneles, sean estos flexibles, rígidos o semi-rígidos. Se puede destacar su uso en divisiones o compartimentaciones resistentes al fuego como puertas cortafuego, tabiques, mamparas, trasdosados, falsos techos y en la protección de estructuras metálicas, bien mediante placas o bien mediante proyectado (gunitado).

Description

Título
Obtención de materiales a partir de residuos procedentes de Ia industria conservera
Objeto de Ia invención
Se refiere Ia presente invención a Ia obtención de productos para Ia protección pasiva contra el fuego, mezclando constituyentes procedentes de conchas de moluscos con aglomerantes y con aditivos absorbentes de agua, siendo Ia proporción de dichos constituyentes más del 40 % en peso y base seca, del producto final. La invención es aplicable fundamentalmente al ámbito de Ia obtención de materiales resistentes al fuego utilizables en un amplio espectro de formas y utilidades en el sector de Ia construcción de edificios, naves e instalaciones industriales. Estos materiales pueden utilizarse en forma de revestimientos, enfoscados, gunitados y paneles, sean estos flexibles, rígidos o semi-rígidos. Se puede destacar su uso en divisiones o compartimentaciones resistentes al fuego como puertas cortafuego, tabiques, mamparas, trasdosados, falsos techos y en Ia protección de estructuras metálicas, bien mediante placas o bien mediante proyectado (gunitado).
Estado de Ia técnica
Algunos de los productos comerciales empleados para Ia protección pasiva contra el fuego, tienen una composición química y propiedades que pueden esperarse en mezclas de componentes inorgánicos como los que conforman los productos que se describen en esta patente.
Otras patentes (ES2245895)) han demostrado que es posible obtener materiales aislantes térmicos y resistentes al fuego a partir de ciertos residuos industriales sin valor de mercado (cuando no onerosos para el medio ambiente). Las conchas de moluscos son materiales calizos, compuestos fundamentalmente por carbonatos de calcio y magnesio. Sin embargo, dichos componentes pueden tener previsiblemente un comportamiento comparable al de otros compuestos inorgánicos como el silicato calcico.
Por otra parte, Ia elevada producción de Ia industria conservera, ha supuesto en los últimos tiempos un notable incremento de los residuos generados, en forma de
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) conchas, residuos que, en una proporción considerable, se están depositando en vertederos. Como alternativa al vertido se han descrito en los últimos años aplicaciones de reciclado de las conchas de moluscos: en productos cerámicos y hormigones (JP2004323314; NL1000871 C, W05000506ES, KR20020060867, CN1439615, US6248166, CN1872513 ES 2254011 A1 y WO2006/035091 A1) y en procesos para Ia fabricación de carbonato calcico (ES2 169680 y ES2 190830). Las características de los materiales aislantes obtenidos a partir de residuos de conchas de moluscos que se describen en esta patente, los hacen competitivos frente a otros productos comerciales con propiedades de aislamiento térmico o resistencias al fuego similares o inferiores.
Por tanto, con Ia presente invención, además de obtenerse un producto con valor de mercado, se consigue disminuir los problemas medioambientales ocasionados por los residuos procedentes de Ia industria conservera de moluscos, mediante su reciclado, reduciéndose al mismo tiempo el coste de gestión y vertido de las conchas de moluscos generadas en dicho sector.
Descripción de las figuras
A continuación se pasan a describir de manera muy breve Ia figura que ayuda a comprender mejor Ia invención y que se relaciona expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta:
Figura 1.- Ensayo de resistencia al fuego del producto.
Hay que resaltar que durante Ia realización del ensayo no se ha detectado emisión de gases, y el cilindro ha mantenido Ia estabilidad mecánica antes, durante y después del ensayo.
Descripción de Ia invención
La invención se refiere a Ia obtención de productos con alta capacidad de resistencia al fuego empleando residuos procedentes de Ia industria conservera, como las conchas de moluscos.
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) La presente invención permite utilizar, por primera vez, en elementos constructivos de aislamiento y de protección pasiva contra el fuego, un material procedente de residuos de conchas de moluscos, en una proporción mayor del 40 % en peso y base seca del producto final. Se pueden utilizar las conchas molidas, pero resulta un producto final de mejores propiedades cuando los residuos de las conchas además de molerse se calcinan, con Io que se destruyen los restos de materia orgánica adherida a las conchas. Aunque dicha materia orgánica no es ningún impedimento serio para esta aplicación, con su eliminación las características estéticas y mecánicas del producto final se ven mejoradas apreciablemente.
Los residuos de conchas pueden someterse también a una serie de pre-tratamientos adicionales tales como: ataques con ácidos o con bases, o una molienda avanzada tras Ia calcinación, seguida de un tamizado para conseguir un producto con un menor tamaño de partícula. El alcance de estas operaciones viene dado por el grado de mejora que se desee conseguir en el material final con respecto a las siguientes propiedades: resistencia al fuego, conductividad térmica, densidad, capacidad calorífica, capacidad de almacenamiento de agua, coeficiente de absorción acústico, resistencia a compresión, flexión e impacto, rigidez de los productos, dureza y color. Para Ia fabricación del producto final, el material proveniente de las conchas de moluscos previamente tratadas se ha de mezclar con alguno de los siguientes componentes:
• Aglomerantes (cemento, yeso, cal, escayola, óxido de magnesio, alúmina o fosfatos).
• Residuos con propiedades aglomerantes y resistentes al fuego: cenizas o escorias procedentes de Ia valoración energética de distintos combustibles (carbón o biomasa).
• Aditivos capaces de producir reacciones endotérmicas (sales hidratadas, hidróxidos).
• Aditivos que aumentan Ia capacidad de almacenamiento de agua (vermiculita, silica gel, perlita, arlita, geles super-absorbentes de agua).
• Aditivos que pueden aumentar Ia porosidad del producto (polvo de aluminio, agua oxigenada).
• Aditivos que mejoran Ia resistencia mecánica del producto (fibras orgánicas o inorgánicas).
B Aditivos que mejoran Ia presentación de los productos finales (colorantes).
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) - A -
B Aditivos que alteran el tiempo de fraguado del material (cloruro sódico, aditivos fluidificantes o superplastificantes).
En cualquier caso, el contenido de los aditivos y/o aglomerantes no superará, en base seca, el 60% en peso del producto final.
El proceso de elaboración básico consiste en Ia obtención de una pasta homogénea, añadiendo Ia proporción de agua requerida a Ia mezcla del material procedente del residuo de conchas, aglomerante y otros aditivos, en función de las propiedades y de
Ia aplicación que se vaya a dar al producto final.
Adicionalmente, en el caso de productos conformados, las piezas podrán ser sometidas, durante o tras el periodo de fraguado, a una serie de operaciones que ayuden a mejorar alguna de sus propiedades aislantes o mecánicas, tales como:
- La utilización de consolidantes. La consolidación consiste normalmente en Ia inmersión de Ia pieza conformada una vez fraguada, en una solución que se introduce en los poros de Ia pieza, creando una malla que mejora las propiedades mecánicas del producto (resistencia a compresión, flexión e impacto, rigidez y dureza). Este tratamiento puede hacerse igualmente mediante impregnación con brocha o mediante un rociado a baja presión (máximo 0,5 bar).
- Tratamiento con recubrimientos protectores especiales y/o pinturas.
Modo de realización de Ia invención
Para Ia fabricación del producto en un ejemplo de realización práctica, unos residuos procedentes de Ia industria conservera (conchas de berberechos) se lavaron y se sometieron a un tratamiento térmico a 5000C durante 1 hora y a continuación a una molienda y tamizado, obteniéndose un producto con un 90% de granulometría inferior a 63 μm.
El material anterior junto con yeso, fibra de vidrio y vermiculita, se mezcla con agua en las proporciones mostradas en Ia Tabla 1.
Figure imgf000006_0001
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) Tabla 1. Composición en peso (%p/p) de un producto aislante fabricado con conchas de berberecho tratadas
Los sólidos indicados anteriormente se colocan en una amasadora planetaria, y se mezclan durante cinco minutos a una velocidad media de 140 rpm, hasta conseguir una mezcla homogénea. Posteriormente se añade el agua, en Ia relación que optimiza las propiedades aislantes y mecánicas para esta composición, amasándose en Ia amasadora planetaria durante diez minutos, a velocidad media de 140 rpm, hasta que se obtiene una pasta homogénea.
A continuación, se rellenan moldes con Ia pasta. En este ejemplo se han fabricado cilindros de 4,2 cm de diámetro y 20 cm de altura. Una vez relleno el molde, Ia probeta se deja fraguar a temperatura ambiente, y se desmolda a las 24 horas. La probeta desmoldada se deja que finalice su curado a temperatura ambiente durante un periodo superior a 28 días.
Tras este periodo de curado se obtiene un producto con una densidad de 895 kg/m3. La resistencia a flexión alcanza un valor de 2,04 MPa, mientras que Ia resistencia a compresión vale 2,17 MPa.
Finalizado el periodo de curado, el cilindro obtenido se somete al ensayo de resistencia al fuego según norma UNE-EN 1363-1 , como se muestra en Ia Figura 1. Para ello, se ha expuesto el cilindro en toda su superficie exterior al programa térmico que aparece descrito en dicha norma, y se han registrado las temperaturas tanto en Ia superficie expuesta como en el centro del cilindro. Para analizar Ia capacidad aislante del cilindro, se ha medido, el tiempo que tarda en alcanzarse en el centro del cilindro Ia temperatura de 55O0C (t550). Los resultados obtenidos durante Ia realización del ensayo muestran que el tiempo necesario para que se alcance en el centro del cilindro Ia temperatura anterior es de 15 minutos y 43 segundos, el cual es similar al que presentan otros cilindros fabricados con productos comerciales que se han sometido al ensayo en las mismas condiciones (valores de t550 entre 14 y 19 minutos).
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26)

Claims

Reivindicaciones
1.- Obtención de materiales a partir de residuos procedentes de Ia industria conservera, caracterizado porque más del 40% en peso en base seca del material final está constituido por conchas de moluscos con un tamaño de partícula de manera que el 99% sea inferior a 200 μm y el 90% inferior a 100 μm.
2.- Obtención de materiales a partir de residuos procedentes de Ia industria conservera según reivindicación 1 , caracterizado porque las conchas de moluscos son pretratadas mediante calcinación para Ia eliminación de Ia materia orgánica remanente en las conchas.
3.- Obtención de materiales a partir de residuos procedentes de Ia industria conservera según reivindicación 2, caracterizado porque las conchas de moluscos pretratadas se someten a un tratamiento de molienda y tamizado, para Ia utilización de una fracción de menor tamaño de partícula y a ataques con ácidos o bases, para Ia eliminación de residuos indeseables.
4.- Obtención de materiales a partir de residuos procedentes de Ia industria conservera según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material se somete a un tratamiento de consolidación, mejorando las características y propiedades aislantes, mecánicas y físicas del material final.
5.- Utilización del material aislante obtenido según reivindicaciones anteriores, para su uso en elementos destinados a Ia protección pasiva contra el fuego.
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26)
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