Carbonatación

Corrosión de la armadura de una pieza de hormigón inducida por carbonatación

La carbonatación es una de las posibles patologías del hormigón. Es un proceso lento en el que la portlandita (cal apagada o hidróxido cálcico) del cemento hidratado y endurecido reacciona con el dióxido de carbono del aire formando carbonato cálcico. Esta reacción necesariamente se produce en medio acuoso, ya que el dióxido de carbono reacciona, en primer lugar, con el agua formando ácido carbónico, y este ácido es el que reacciona después con el hidróxido de calcio produciendo carbonato de calcio y agua. Este proceso produce un notable descenso del pH haciendo que la armadura del hormigón pierda su protección frente a la corrosión. Con el paso del tiempo, la corrosión de las armaduras (fenómeno expansivo) produce daños en el hormigón y merma la capacidad portante de los elementos estructurales afectados. La hidratación del silicato tricálcico del cemento produce bastante más portlandita que la hidratación del silicato bicálcico, por lo que los hormigones fabricados con cementos con altas proporciones de SC3 son mucho más vulnerables a la carbonatación.

El proceso de carbonatación se usa en la producción de azúcar a partir de la remolacha azucarera. Se introduce agua de cal (hidróxido cálcico en suspensión) y gas enriquecido con dióxido de carbono en el «zumo crudo», el líquido rico en azúcar procedente de la etapa de difusión del proceso, para formar carbonato cálcico y precipitar y eliminar impurezas. Todo el proceso tiene lugar en «tanques de carbonatación» y el tiempo necesario varía de 20 minutos a una hora.

La carbonatación implica los siguientes efectos:

• El incremento de la alcalinidad coagula las proteínas del zumo.
• El carbonato cálcico absorbe los colorantes.
• La alcalinidad destruye algunos azúcares monosacáridos, principalmente glucosa y fructosa.

El objetivo es una partícula grande que se asienta rápidamente de forma natural dejando un zumo claro. Al final dicho zumo está aproximadamente a 15 °Bx y tiene un 90 % de sacarosa. El pH del zumo claro producido es un equilibrio entre la eliminación del mucho calcio de la solución y la bajada de pH esperada en el proceso subsiguiente. Si el zumo se vuelve ácido en las etapas de cristalización la sacarosa se descompondrá rápidamente en glucosa y fructosa, que no sólo afectan a dicha cristalización sino que son «melazagénicas», llevándose cantidades equivalentes de sacarosa a la etapa de melaza. El pH del zumo claro obtenido puede ajustarse con sosa y la adición de azufre (sulfatación) antes de pasar a la siguiente etapa, que es la concentración mediante evaporación.

El dióxido de carbono bombeado a la mezcla forma carbonato cálcico. Los sólidos ajenos al azúcar se incorporan a las partículas de carbonato cálcico y se eliminan por sedimentación natural (o asistida) en tanques al efecto.

Hay varios sistemas de carbonatación, bautizados por las compañías que los desarrollaron originalmente. Difieren en la forma de introducir el agua de cal, las temperaturas y duraciones de cada etapa y el método de separación de sólidos del líquido.

• Dorr (también Dorr-Oliver), un proceso continuo que usa dos tanques con reciclaje («1.ª carbonatación») para aumentar el tamaño de las partículas para la floculación natural. La tasa de reciclaje es aproximadamente 7:1. Las partículas se separan por gravedad en una etapa de engrosado en un recipiente llamado «aclarador». El zumo claro se gasifica más entonces en otro tanque («2.ª carbonatación») y se filtra. El lodo concentrado (sedimentos) se filtra y prensa para recuperar más líquido. El proceso Dorr requiere poco mantenimiento y mano de obra pero es vulnerable a las remolachas dañadas por hielo. Es el preferido en el Reino Unido y los Estados Unidos.
• DDS (Det Danske Sukkerfabrik, ‘la fábrica de azúcar danesa’), un proceso multietapa que implica la pre-calcificación, en la que el pH del zumo se incrementa gradualmente para iniciar la precipitación de proteínas, seguida de la adición de más agua de cal y gas. Las partículas se eliminan en cada etapa por filtrado.
• RT (Raffinière Tirlemontoise, ‘refinería de Tirlemont’), otro proceso multietapa con una fase de pre-calcificación. Las partículas también se eliminan por filtrado. Es el preferido, junto con el anterior, en las fábricas europeas.