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Usos de la Ceniza Volcánica–Actuales y Potenciales
En el pasado, y hasta muy recientemente, el jefe de los usos de la ceniza volcánica se han basado en sus propiedades físicas de tamaño fino y angularidad de las partículas, friabilidad, y el color de la luz, como se ilustra en su uso como abrasivo y como topping para bituminoso matt carreteras., En los últimos años se ha prestado cada vez más atención a las propiedades químicas o piroquímicas de la ceniza volcánica como fundente de silicato de aluminio alcalino en cerámica y como aditivo puzolánico para el cemento en mezclas de concreto. En los Estados Unidos en 1934 la cantidad empleada para su uso en Abrasivos era ocho veces mayor que la utilizada como agregado de cemento y mezcla puzolánica. En 1945 las cantidades empleadas en estos dos usos principales eran casi iguales. En 1947, la cantidad utilizada con cemento era cuatro veces y media mayor que la utilizada con fines abrasivos (Barr, 1949)., El uso más extenso de pumicita o ceniza volcánica en concreto ha sido en la costa oeste. Sólo pequeñas cantidades se han utilizado en Kansas para este propósito, y el tonelaje no aparece en las estadísticas sobre la producción de Kansas. En la medida en que la producción comercial en Kansas es en gran medida para usos abrasivos, la cantidad utilizada para estos fines se muestra claramente en las estadísticas publicadas. Las primeras cifras disponibles sobre la producción de Kansas son para el año 1916 cuando se produjeron 23.804 toneladas. La producción máxima se alcanzó en 1923 con un total de 51.907 toneladas y de 1923 a 1940 fue bastante estable., La producción reportada osciló entre 35.385 toneladas en 1925 y 49.760 toneladas en 1929, y la producción promedio para el período de 17 años fue de 41.953 toneladas. Después de un año Casi promedio de 39,215 toneladas en 1940, la producción de 1941 disminuyó a 23,659 toneladas, pero para 1945 se había recuperado a 47,484 toneladas, superando el promedio anterior de 17 años. Desde 1945 la producción ha disminuido drásticamente. Como se dijo anteriormente, estas estadísticas de producción solo están disponibles en la producción comercial y es probable que el tonelaje utilizado por el Departamento de Carreteras del Estado exceda sustancialmente el extraído por los productores comerciales., En un solo depósito estimamos que al menos 25,000 toneladas han sido retiradas por el Departamento de carreteras para su uso en carreteras de techo negro.
abrasivos
La ceniza volcánica se ha utilizado como abrasivo en los Estados Unidos durante aproximadamente 50 años. En 1903 toda la producción de 885 toneladas en este país era de Nebraska. En 1911 la ceniza volcánica fue reportada por el Servicio Geológico de los Estados Unidos como extraída en Kansas, pero las cifras de producción se ocultaron bajo el título de artículos varios. En 1916 se dio una cifra de 23.804 toneladas Para Kansas. Sin duda, la mayor parte de este tonelaje se utilizó en Abrasivos.,
como ceniza volcánica abrasiva se adapta para su uso como agente de pulido, fregado y limpieza debido a su finura, angularidad y dureza moderada (5.5 a 6.0 en la escala de Mohs). Una gran proporción de ceniza volcánica utilizada como abrasivo se ha ido a los compuestos de fregado como Old Dutch Cleanser. Anteriormente, estos compuestos estaban compuestos en gran parte de ceniza volcánica mezclada con pequeñas cantidades de jabón en polvo u otros detergentes. La ceniza volcánica también se usa como abrasivo en jabones de pasta mecánica, jabones abrasivos para manos y borradores de goma., La ceniza muy fina se utiliza en algunos dentífricos y polvo, y la ceniza de malla menos-200 se ha utilizado para pulir el vidrio de la placa. Se podría utilizar ceniza volcánica en lugar de piedra pómez en polvo siempre que este último material sea adecuado. Estos usos incluyen el pulido de metales, madera y acabados de madera barnizada. Otros usos abrasivos incluyen polvos de pulido para hueso, celuloide y caucho duro, y en cinta para dentistas.
El Procesamiento de cenizas volcánicas para usos abrasivos comúnmente incluye solo el secado y la detección de partículas gruesas, agregados de partículas y contaminantes incidentales., Esta práctica es posible debido a la finura natural del material. Los análisis de pantalla en 96 muestras (Tabla 4) muestran que un promedio de 93.6 por ciento pasa una pantalla de 100 mallas y que un promedio de 76.3 por ciento pasa una pantalla de 200 mallas. El material de malla menos-200 constituye más del 80 por ciento en 34 de las 96 muestras. Los análisis Subsieve en 12 muestras (Tabla 3) indican que el diámetro medio de las partículas promedia 34 micras, lo que equivale a menos de 400 mallas. La clasificación del aire se utiliza en algunos casos, particularmente cuando se requieren grados de malla 200 o más finos., Aunque la ceniza volcánica rara vez se somete a molienda con el fin de reducir el tamaño de partícula, es fácilmente susceptible a la molienda en seco en un molino de bolas o guijarros.
cerámica
la ceniza volcánica, o pumicita, se compone de fragmentos diminutos de vidrio volcánico que corresponden aproximadamente a una frita compuesta de feldespato y cuarzo. Es sorprendente que un material con esta composición haya recibido tan poca atención por parte de los trabajadores en el campo de la cerámica., El laboratorio de cerámica del Servicio Geológico estatal realizó una serie de pruebas durante 1937 y 1938 utilizando ceniza volcánica en esmaltes y cuerpos cerámicos, y el trabajo fue resumido brevemente por Plummer (1939). Antes de este tiempo, el único trabajo realizado sobre los usos cerámicos de la ceniza volcánica en los Estados Unidos fue reportado por Preston (1935) sobre el uso de ceniza volcánica en lotes de vidrio. Después de la publicación del informe de Plummer de 1939, se llamó nuestra atención sobre el hecho de que un trabajo similar había sido publicado en el Journal of the Canadian Ceramic Society por Worcester (1934)., Worcester utilizó ceniza volcánica Canadiense en cuerpos y esmaltes cerámicos con resultados algo similares a los obtenidos con ceniza de Kansas en el laboratorio de prospección. Carey (1948) informó brevemente sobre experimentos adicionales con esmaltes de ceniza volcánica de Kansas. Durante los últimos tres años se han llevado a cabo una serie de pruebas en esmaltes de ceniza volcánica y cuerpos cerámicos. Los resultados se publicarán en un boletín de estudios geológicos en una fecha posterior.
La ceniza volcánica de Kansas se fusiona a una temperatura más baja que el feldespato., El equivalente de cono pirométrico de feldespatos varía del cono 4 al cono 10, con un promedio general de cono 8 a 9 (2240° a 2280° F.). Las muestras de ceniza volcánica de Kansas probadas tienen un equivalente de cono pirométrico que va del cono 06 al cono 4, con un promedio general en el vecindario del cono 03 al 01 (1975° a 2030° F.). Esta diferencia en la temperatura de fusión le da a la ceniza volcánica una clara ventaja económica, y en el campo del arte cerámico permite el uso de las temperaturas más bajas consideradas deseables.,
esmaltes cerámicos
la composición química de la ceniza volcánica de Kansas de los diversos depósitos es notablemente uniforme, como se puede observar en los análisis de 54 muestras dadas en la Tabla 2. Es probable que las variaciones encontradas se deban en gran medida a contaminantes como el cuarzo, la calcita y la arcilla.
La Ceniza Volcánica de un depósito en el Condado de Lincoln (LV-1) se ha utilizado ampliamente en pruebas de esmaltes y cuerpos cerámicos porque está fácilmente disponible y tiene una composición química que es aproximadamente un promedio de los depósitos de ceniza de Kansas. La composición de esta ceniza se da a continuación.,
The molecular formula, or ratio of the molecular weights of the various groups of oxides in this volcanic ash, is as follows.
| K2O | 0.6608 |  |
Al2O3 | 0.8999 | |
SiO2 | 9.5894 |
| Na2O | 0.2296 | |
Fe2O3 | 0.0604 | |
TiO2 | 0.0540 |
| CaO | 0.,0961 | |
|
||||
| MgO | 0.0135 | |
|
The formula weight of the above is 794.30. Feldspar from Keystone, South Dakota, has the following molecular formula.
| K2O | 0.751 | |
Al2O3 | 1.,1300 | |
SiO2 | 6.230 |
| Na2O | 0.231 | |
Fe2O3 | 0.0015 | |
||
| CaO | 0.018 | |
|
The formula weight of this feldspar is 577.72., Debido al hecho de que la ceniza volcánica tiene una mayor proporción de sílice a alúmina y el grupo RO, no es posible sustituir un peso igual de ceniza volcánica por feldespato. Aproximadamente 100 partes en peso de ceniza volcánica pueden sustituirse por 70 partes de feldespato y 30 partes de pedernal de alfareros. En el cuadro 5 figura un método más exacto de sustitución. Esta tabla se basa en las proporciones moleculares de óxidos en ambos materiales, y requiere sacar feldespato, pedernal y merlán, y agregar ceniza volcánica y arcilla de bolas.
Cuadro 5.,– Cenizas volcánicas y arcilla necesarias para una sustitución exacta de Feldespato, pedernal y merlán en esmaltes o cuerpos cerámicos. Partes por cien en el lote total de esmaltes, por peso.
los cálculos se hicieron para el feldespato Keystone, la ceniza volcánica del Condado de Lincoln (Lv-1) y una arcilla de bola de Kansas (o-38-4) que contiene 64.67 por ciento de sílice, 22.38 por ciento de alúmina, 1.58 por ciento de óxido de hierro, 1.32 por ciento de óxido de titanio, 0.27 por ciento de óxido de calcio, 0.66 por ciento de óxido de magnesio, 1.11 por ciento de óxido de potasio y 0.55 por ciento de óxido de sodio. Cualquier arcilla de bola similar podría ser utilizado., Se observará que si un total de 100 por ciento de Feldespato, pedernal y merlán se extrajeran de un esmalte o cuerpo, se agregaría un total de 103.38 por ciento de ceniza volcánica y arcilla como reemplazo. Esto se debe al hecho de que la ceniza y la arcilla contienen un mayor porcentaje de ingredientes inactivos. Aunque estos altos porcentajes de Feldespato o ceniza volcánica no se utilizan en esmaltes y cuerpos cerámicos, hemos preparado un esmalte utilizable que contiene 95 por ciento de ceniza volcánica., Normalmente, sin embargo, el porcentaje de ceniza incluido en un lote de esmalte no excederá el 75 por ciento, y en la mayoría de los casos, los cuerpos cerámicos no se mejoran con adiciones de más del 25 por ciento de ceniza volcánica.
a few volcanic ash glazes of proven worth are given below as an illustration of the range of compositions possible. El esmalte siguiente madura dentro del rango de cono 02-1.
el esmalte anterior se utilizó con una mancha amarilla comercial del 5 por ciento para producir un buen tono de amarillo. Sin la mancha se produce un esmalte opaco.,
un esmalte muy simple dentro del rango de cono 04 a cono 10 tiene la siguiente composición.
| ceniza Volcánica | 70 partes por peso |
| Colemanite | 30 partes por peso |
| Bentonita | 5 partes por peso |
Este esmalte tiene un lugar fangoso color debido a que el contenido de óxido de hierro de la ceniza volcánica. La adición de un 5 por ciento de merlán mejorará la transparencia del esmalte., Si el esmalte se va a utilizar como base para esmaltes de colores, la adición de un 5 por ciento de un opacificador como el silicato de circonio producirá un blanco cálido adecuado para este propósito.
un esmalte de plomo crudo que se ha utilizado con mucho éxito en varios tipos de cuerpo dentro del rango de temperatura del cono 07 al cono 04 se da a continuación. Es probable que el esmalte podría ser utilizado en un rango mucho más largo.
| el plomo Rojo | 35.2 por ciento |
| ceniza Volcánica | 51.4 |
| Whiting | 8.,4 |
| óxido de Zinc | 1.0 |
| Florida caolín | 4.0 |
Una alta temperatura de esmalte que ha producido excelentes resultados en un silíceas cuerpo es la siguiente. Este esmalte se utilizó en el cono 7 y el cono 9, pero debe ser utilizable desde el cono 6 hasta el 10. Los esmaltes de colores se pueden hacer agregando los óxidos o manchas correctas.
| ceniza Volcánica | 39,9 por ciento |
| Whiting | 8.4 |
| carbonato de Magnesio | 7.3 |
| carbonato de Bario | 4.,9 |
| Ball clay (O-38-4) | 28.5 |
| Flint | 10.0 |
Los esmaltes de ceniza volcánica se utilizan en al menos tres alfarerías en el estado y en varias escuelas. La principal ventaja en el uso de ceniza volcánica es el bajo costo, aunque hay las ventajas añadidas de un rango de cocción inusualmente largo y el hecho de que los colores en los esmaltes de ceniza volcánica son algo más suaves que los obtenidos con los materiales convencionales. Las alfarerías de Kansas también encuentran que la publicidad del uso de esmaltes de ceniza volcánica atrae a los clientes.,
cuerpos cerámicos
La sustitución de ceniza volcánica en esmaltes cerámicos por cantidades equivalentes de otros materiales produce muy poca diferencia en el esmalte final, aunque la temperatura de cocción puede ser ligeramente inferior debido a la sorprendentemente baja temperatura de fusión de la ceniza. En los cuerpos cerámicos, sin embargo, los resultados no son tan predecibles. En general, los resultados son más beneficiosos de lo que cabría esperar., Un número de cuerpos de prueba con diferentes tipos de arcillas y esquisto y con cantidades variables de ceniza volcánica indican que de 7 a 15 por ciento de adiciones de ceniza volcánica a un cuerpo de esquisto o arcilla de cocción roja disminuye la temperatura de vitrificación, aumentando el rango de cocción para un cuerpo maduro, y produciendo una mayor rigidez en la cerámica a la temperatura máxima., Estas cualidades producidas por las adiciones de cenizas volcánicas permiten una economía en el uso del combustible y reducen las pérdidas en el horno debido a los requisitos de rango de temperatura menos críticos y la capacidad de la cerámica para soportar su propio peso a las temperaturas máximas alcanzadas en el horno. No todas las arcillas y esquistos reaccionan con resultados igualmente favorables. Algunos materiales se benefician solo en que la temperatura de cocción se reduce. Los beneficios de las adiciones de cenizas volcánicas a los cuerpos de las tuberías de alcantarillado han recibido una atención considerable., Un grupo de operadores de plantas de arcilla patrocinó un proyecto en la Estación Experimental de ingeniería de la Universidad Estatal de Ohio para probar el valor de las adiciones de ceniza volcánica a los cuerpos de tuberías de alcantarillado. J. O. Everhart, profesor de investigación a cargo de este proyecto, nos informó que se obtuvieron beneficios definitivos mediante el uso de cenizas volcánicas., En una carta que acompaña al informe, Everhart resume los efectos de la ceniza volcánica de la siguiente manera: «parece tener una influencia algo estabilizadora en la mezcla a la que la agregamos, y podría tener un valor considerable para su uso en mezclas locales de arcilla y esquisto con un rango de disparo corto. Atribuimos esta influencia al hecho de que forma un vidrio muy viscoso que permanece así en un largo rango de temperaturas.»F. K. Pence (comunicación personal) de la Universidad de Texas informa que se obtienen resultados muy beneficiosos del uso de ceniza volcánica en un cuerpo de tubería de alcantarillado en una planta de Texas.,
resultados algo similares se obtienen con adiciones de ceniza volcánica a los cuerpos de cerámica o vajilla blanca, aunque en este caso el color cocido del cuerpo se oscurece ligeramente por el contenido de hierro de la ceniza. El uso de cenizas volcánicas en cantidades que van del 10 al 25 por ciento reduce la temperatura de cocción requerida, o para mirar la materia desde otro ángulo, hace posible que el alfarero de arte cuya temperatura máxima se limita a producir artículos de cocción dura que no gotean o enloquecen. En general, las propiedades de fundición de los cuerpos de cerámica se mejoran con la adición de ceniza volcánica., Esto se debe en gran medida al tamaño y la forma de las partículas. Al menos una cerámica en Kansas está utilizando ceniza volcánica con arcilla de Kansas en el cuerpo de fundición y produce una cerámica vitrificada en el cono 4.
esmaltes de vidrio y Vítreo
La ceniza volcánica realiza la misma función en vidrio y en esmaltes vítreos que en esmaltes cerámicos. Debido al óxido de hierro de alrededor del 1,5 por ciento, el uso de ceniza volcánica en estos productos es limitado. La ceniza volcánica se ha considerado seriamente como un ingrediente en lotes de fibra de vidrio y en vidrio de espuma donde el ligero oscurecimiento del color es de menor importancia., Si se utiliza en la producción de fibra de vidrio, el problema de evitar la desintegración de las matrices de platino por el hierro presente en la ceniza tendría que ser resuelto.
los ensayos de laboratorio con ceniza volcánica como ingrediente en el esmalte vítreo fueron realizados por uno de los principales fabricantes de artículos sanitarios. El laboratorio informó que los esmaltes de color crema y marfil producidos con adiciones de ceniza volcánica eran ligeramente superiores a los producidos con feldespatos, pero que debido a la distancia, la ceniza tendría que ser enviada a sus plantas no se lograría un ahorro en el costo.,
agregados ligeros y bloques celulares
El Servicio Geológico de Oklahoma ha investigado la posibilidad de producir productos celulares similares a Foamglas y un agregado extremadamente ligero que consiste en partículas individuales hinchadas de ceniza volcánica (Burwell, 1949). El producto celular se producía calentando cenizas volcánicas a alta temperatura en moldes refractarios. El producto resultante, que fue nombrado «pumicell» por la Encuesta de Oklahoma, es un vidrio que contiene pequeñas células de aire desconectadas. Tiene un alto valor aislante, y puede ser aserrado o clavado., La densidad aparente del producto varía de 45 a 90 libras por pie cúbico en comparación con una gravedad específica real de 2.34 a 2.48, que corresponde a una densidad de 146 a 155 libras por pie cúbico. El volumen de células cerradas en el producto fue de hasta el 56,8 por ciento del total.
hinchazón Experimental de ceniza volcánica de Kansas en el laboratorio del Servicio Geológico Estatal de Kansas indica que la ceniza de Kansas tiene las mismas características de hinchazón que el material de Oklahoma.,
el agregado ligero producido en el laboratorio del Servicio Geológico de Oklahoma es similar a la perlita expandida, aunque el método utilizado para «pop» la ceniza volcánica no fue el mismo que el utilizado para expandir la perlita. La ceniza volcánica se expandió introduciendo una corriente de ceniza volcánica en la entrada de aire de un quemador de gas tipo inspirador. El producto consiste en perlas vítreas que contienen una o más burbujas. La gravedad específica de la ceniza volcánica «popped» oscila entre 0.22 y 0.088, correspondiendo a una densidad aparente que oscila entre 5.5 y 13.7 libras por pie cúbico., Los productos hechos de este material aíslan contra la transmisión de calor, sonido y electricidad. Se puede utilizar en yesos acústicos y aislantes, tableros de pared, bloques livianos y losas.
El Servicio Geológico Estatal de Kansas ha sido capaz de producir un producto similar expandido o» reventado » a partir de cenizas volcánicas de Kansas del Pleistoceno. Los intentos de producir un producto similar a partir de cenizas del Plioceno no tuvieron éxito. Se planean pruebas adicionales, y los resultados se publicarán en un boletín de encuestas en 1952.,
un producto de ceniza volcánica expandida similar a la perlita se está produciendo en Hutchinson, Kansas, bajo el nombre comercial Mira-Colite. El método utilizado para la producción de este material no se conoce en detalle.
hormigón
hace unos 1.800 años los romanos fabricaron un cemento compuesto por dos partes por volumen de ceniza volcánica y una parte de cal apagada. Seaworks construido con este cemento puzolánico están en uso hoy en día. El cemento romano o puzolánico es extremadamente lento si se hace con cal apagada. Para evitar esta característica objetable, los cementos puzolánicos modernos se fabrican con cemento Portland., Los cementos de este tipo son de especial interés porque resisten la desintegración por el agua de mar y en algunos casos minimizan la reacción de algunos tipos de agregados silíceos con los álcalis presentes en el cemento Portland. La ceniza volcánica, además de sus propiedades naturales de cementación, sirve para un agregado fino que llena los vacíos entre el agregado de arena fina y el cemento. En concreto hecho con ceniza volcánica, hasta el 50 por ciento del cemento puede ser reemplazado por la ceniza, aunque se usa una proporción más pequeña.
según Barr (1949, P., 752) el uso principal de la ceniza volcánica (pumicita) es para el agregado de concreto y su uso como mezcla en cemento para concreto está alcanzando una importancia creciente. En 1945 se produjeron cantidades casi iguales de ceniza volcánica y piedra pómez para su uso en Abrasivos y en concreto. En 1947, 4,5 veces más de estos mismos materiales se utilizaron en concreto que se emplearon para fines abrasivos.,
usos diversos
La ceniza volcánica se utiliza como ingrediente principal en algunos compuestos de barrido, como aislamiento en tuberías de agua y vapor de embalaje, calderas rezagadas y como aislamiento de relleno suelto en paredes y techos. También se utiliza como relleno o diluyente en pintura y como portador de insecticidas. La ceniza volcánica se ha utilizado para la purificación y clarificación de aceites por filtración. Es probable que la ceniza volcánica parcialmente alterada se utilice para este último propósito.,
en los últimos años, el Departamento de Carreteras del Estado ha producido grandes cantidades de ceniza volcánica de al menos ocho pozos en Kansas. Esto se utiliza en gran medida para el aderezo en» top negro » o carreteras mate bituminosas. Es probable que en Kansas se utilice más ceniza para este propósito que en cualquier otro estado.