Por medio de un proceso de bajo costo, como la molienda mecánica, este residuo, fuente natural de silicio, puede ser llevado a tamaño nanométrico y adicionarse en una proporción adecuada en el fibrocemento mejorando su resistencia y desempeño funcional.
Así lo determinó, Daniel Hincapié Rojas, del Departamento de Física y Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, quien además destacó que entre los beneficios de aplicar nanosílice en tratamientos especiales de este material de construcción se encuentran la alta impermeabilidad, mayor resistencia y ahorro de costos.
El investigador señala que aunque la cascarilla se comercializa para uso en establos, caballerizas, avicultura y para labores de jardinería, este mercado no posee la capacidad de consumir toda la biomasa disponible, lo que hace que más del 70 % de este producto termine en fuentes hídricas o se queme infructuosamente.
De hecho, se estima que en Colombia los residuos asociados con el cultivo de arroz alcanzan las 400.000 toneladas al año.
La aplicación de nanomateriales –como el sílice– en tratamientos especiales para prevenir que el agua llegue al acero y lo oxide, y al concreto, para sellar sus grietas, ha dado resultados favorables y menos nocivos.
Tratamiento químico
Para obtener las nanopartículas se incineró la cascarilla de arroz, se le hizo un tratamiento químico a la ceniza de remoción de impurezas y, finalmente, se realizó la molienda mecánica de alta energía para la reducción de su tamaño hasta una escala nanométrica.
Los resultados mostraron que entre 150 y 450°C se libera el material orgánico de la cascarilla, y por encima de los 550°C se obtiene ceniza rica en sílice.
“La pureza de este material se incrementó hasta un 98,48 %, usando el tratamiento químico y la reducción del tamaño de partícula por molienda mecánica a 600 revoluciones por minuto –rpm- durante tres horas, permitió llegar hasta el tamaño de nanómetro”, detalla el investigador.
En el proceso de elaboración de las placas de fibrocemento se adicionaron nanopartículas de sílice en diferentes porcentajes -0, 3, 5 y 7 %- en relación con la cantidad de cemento. Después se realizó un curado en aire de 28 días para lograr el fraguado y la reacción entre los componentes y el compactamiento de la placa.
Una vez realizadas las pruebas se encontró que el porcentaje de adición de nanopartículas que optimiza las propiedades funcionales del fibrocemento es del 5 %, debido a mayor generación de tobermorita, uno de los minerales más importantes en el cemento, pues contribuye a mejorar su resistencia mecánica.
“La mejoría es de 120 % en la resistencia mecánica y de 90 % en la resistencia a los agentes agresores. Esto último, a través de la reducción de la porosidad que se presenta dentro del concreto o cemento ya endurecido”, explica el magíster.
La investigación ha permitido concluir que la inclusión de nanopartículas de sílice a la pasta de fibrocemento mejora sus condiciones físicas y químicas. “La resistencia a la flexión aumentó hasta aproximadamente un 19 % y de igual manera el módulo de elasticidad se incrementó hasta en un 27 % en comparación con la muestra sin adición de nanopartículas”, aseguró.
Usos alternativos
Para el desecho del arroz se han encontrado algunos usos que mitigan el impacto ambiental: en biocombustibles, tiene un poder calorífico significativo y también se utiliza como potencial médico como distribuidor de fármacos. Ahora, la investigación de la UNAL Sede Manizales permitirá explorar el potencial como aditivo o ceniza para mejorar propiedades de materiales a base de cemento.
Se trata de usos importantes si se considera que la cascarilla de arroz es uno de los desechos más grandes que existen en la industria alimenticia de Colombia.
