Preparation of glass–ceramic materials from coal ash and rice husk ash: Microstructural, physical and mechanical properties

[EN]: Wastes such as coal and rice husk ashes, which are widely available in Colombia, were successfully used to synthesize glass-ceramics in the (Na2O)–CaO–Al2O3–SiO2 system, which are obtained from thermally treating the parent glasses. The raw materials were mechanically conditioned, and the glasses were designed based on the CaO/SiO2 molar ratio, which was varied between 0.25 and 0.39. The glasses were obtained by melting the powders at 1450 °C for 2 h, and the melted powder was then poured into water. To obtain the glass–ceramic material, the temperature of the glass thermal treatment, which was generally lower than 1000 °C in all cases, was determined by differential thermal analysis. The glass-ceramics obtained were microstructurally, physically and mechanically characterized. In addition, the durability was determined in acidic and alkaline environments (HCl and NaOH solutions). Glass–ceramics with densities of 2607–2739 kg/m3, water absorption below 0.1%, Vickers hardness above 600 MPa and elastic modulus of ∼96 GPa were obtained. The fracture toughness Kic was in the range of 0.39–0.59 MPa m1/2. The chemical durability was considered excellent (with mass losses of ∼0.5 mg/cm2), therefore these glass–ceramics can be good candidates for different applications in the construction sector.
[ES]: Residuos sólidos como ceniza de carbón y ceniza de cascarilla de arroz, los cuales se encuentran disponibles en grandes cantidades en Colombia, se emplearon para la síntesis de vitrocerámicos dentro del sistema SiO2–Al2O3–CaO(Na2O) a partir del tratamiento térmico de vidrios parentales. Las materias primas se acondicionaron mecánicamente y los vidrios se diseñaron basados en la relación molar CaO/SiO2, la cual varió entre 0,25 y 0,29. Los vidrios se obtuvieron por fusión a 1.450 °C por 2 h y el material fundido se enfrió en agua. Para obtener la vitrocerámica, el vidrio fue analizado por análisis térmico diferencial para identificar la temperatura de cristalización, que fue menor de 1.000 °C para todos los vidrios en estudio. Las vitrocerámicas obtenidas fueron caracterizadas microestructural, física y mecánicamente. Además, la durabilidad fue determinada en ambiente ácidos y básicos en soluciones de HCl y NaOH. Se obtuvieron vitrocerámicas con densidades entre 2.607 y 2.739 kg/m3, con absorción de agua menor al 0,1%, dureza Vickers de 600 MPa y módulo de elasticidad de ∼96 GPa. La tenacidad a la fractura Kic estuvo en el rango de 0,39-0,59 MPa m1/2 y la durabilidad química fue considerada como muy buena debido a las pérdidas de masa de tan solo ∼0,5 mg/cm2. Con estos resultados, las vitrocerámicas obtenidas se consideran buenas candidatas para aplicaciones en el sector de la construcción.