El CSP emula el proceso de formación de rocas sedimentarias en la corteza terrestre y facilita la solidificación de polvos básicos de carbonato e hidróxido de magnesio. Puede usarse como un método para capturar y almacenar dióxido de carbono y utilizarlo para la creación de materiales de construcción. Crédito:Shinobu Hashimoto del Instituto de Tecnología de Nagoya
Los materiales cerámicos son omnipresentes en el mundo de la construcción. Los materiales de construcción como el cemento, los ladrillos, las tejas o los aislantes eléctricos como la porcelana son productos cerámicos de los que dependemos en nuestra vida diaria. Estas cerámicas se fabrican mediante un método llamado sinterización, el proceso de convertir sólidos en polvo en una masa endurecida mediante la aplicación de presión o temperatura. La mayoría de los procesos de sinterización implican temperaturas superiores a los 1000 ºC, lo que hace que este método consuma mucha energía. Además, la alta temperatura también dificulta la sinterización de materias primas como carbonatos e hidróxidos, ya que son propensos a la descomposición térmica a altas temperaturas.
El carbonato de magnesio y los hidróxidos son candidatos emergentes para materiales de construcción debido a su estabilidad termodinámica y su capacidad para endurecerse o sinterizarse, como el yeso de cal apagada. Sin embargo, estos materiales no pueden sinterizarse usando el proceso de sinterización convencional ya que sufren descomposición térmica. Sin embargo, no se sabe mucho acerca de cómo reaccionan estos materiales a una técnica más suave llamada sinterización en frío. Para abordar esta brecha en la investigación, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Nagoya, integrado por el Prof. Shinobu Hashimoto y el Sr. Keitaro Yamaguchi, investigó el mecanismo por el cual los sistemas de Mg–C–O–H se endurecen mediante el proceso de sinterización en frío (o CSP ). Sus hallazgos se resumen en un estudio reciente disponible en línea el 21 de abril de 2022 y publicado en Ceramics International el 1 de agosto de 2022.
La CSP ganó popularidad en los últimos años debido a su baja dependencia energética. Este proceso imita el proceso de formación de rocas sedimentarias que se produce en la corteza terrestre, lo que permite que se produzca la solidificación bajo varios cientos de megapascales de presión, pero a temperaturas más suaves, como 300 ºC o menos. Esto hace que el proceso consuma menos energía y sea ideal para la fabricación de materiales de construcción con bajas temperaturas de descomposición térmica.
"Se ha propuesto el carbonato de magnesio básico, o magnesita, para su uso como material de almacenamiento de carbono junto con su uso como material estructural. Pero la magnesita es difícil de producir con métodos industriales convencionales debido a la influencia de la hidratación durante la producción y la pirólisis a alta temperatura de proceso de sinterización", explica el Prof. Hashimoto. "Nuestro estudio tiene como objetivo comprender si los sistemas de Mg–C–O–H pueden experimentar la solidificación deseable en cerámica de construcción a través de CSP".
El equipo utilizó hidróxido de magnesio y polvos básicos de hidróxido de magnesio como precursores cerámicos y agua como disolvente. Calentaron el primero a 250ºC y el segundo a 150ºC con un 10% en masa de agua, bajo una presión de 270 megapascales (MPa) durante una hora cada uno. Encontraron que los valores de resistencia a la compresión y densidad relativa para el hidróxido de magnesio solidificado fueron 121 MPa y 84 %, respectivamente, mientras que los valores para el carbonato de magnesio básico solidificado fueron 275 MPa y 88 %, respectivamente. El equipo también descubrió que el agua desempeñaba un papel importante en la promoción de la reacción de disolución-precipitación necesaria para la densificación de los polvos durante la CSP. Este fenómeno aseguró que la sinterización para formar masas sólidas ocurriera a temperaturas más bajas.
Los resultados de este estudio brindan una nueva perspectiva sobre la sinterización, que generalmente se considera un proceso de alta temperatura y alta energía. El CSP no solo permite la fabricación cerámica de materiales susceptibles a la descomposición térmica, sino que también asegura excelentes resultados al controlar la microestructura de los productos solidificados.
"La industria de la construcción es uno de los principales consumidores de energía, responsable del 38 % del CO2 relacionado con la energía a nivel mundial. emisiones A través de nuestra investigación, nuestro objetivo es acercarnos un paso más a la construcción de un futuro en el que la fabricación de materiales de construcción sea más sostenible y más ecológica", concluye el profesor Hashimoto. + Explore más
