Cerámicos-Materias Primas

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Cerámicos-Materias Primas PROCESAMIENTO DE CERAMICOS Cecilia A. Paredes Ph.D.

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Cerámicos-Materias Primas. PROCESAMIENTO DE CERAMICOS Cecilia A. Paredes Ph.D. Materias Primas -. Evolución (materia prima  proceso) 4 requisitos: Calidad y constancia Mantenimiento composición química y mineralógica y propiedades fisicoquímicas Especificaciones y tolerancias rigurosas - PowerPoint PPT Presentation

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Cerámicos-Materias Primas

PROCESAMIENTO DE CERAMICOSCecilia A. Paredes Ph.D.

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Materias Primas-Evolución (materia prima proceso)4 requisitos:

Calidad y constancia Mantenimiento composición química y mineralógica

y propiedades fisicoquímicas Especificaciones y tolerancias rigurosas

Impurezas, materiales accesorios Granulometría

Cantidad y suministro ininterrumpida “Economicidad”-(cost-effective)

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Materias Primas “Cadena de Calidad”: Materiales varían en:

composición química y mineralógica, pureza, estructura física y química, tamaño de partículas Importancia Proc. Materias P.

Materias Primas: Materiales en crudo (no uniformes, depósitos

naturales)- Materiales de origen mineral Minerales industriales refinados (beneficiados)-

productos quimicos Químicos inorgánicos (procesos de refinamiento)

Materiales Reciclados Selección de materiales:

Costo, factores del mercado, servicios del proveedor, consideraciones técnicas del procesamiento, precio del producto final en el mercado

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Industria Productos mas importantes

Materias Primas minerales mas importantes

Productos quimicos mas importantes

Ceramica Roja Ladrillos, bloques, tejas, canerias

Arcillas

Ceramica Blanca Vajilla, sanitarios, porcelana electrica

Caolin, Feldespato, cuarzo, esteatita

Fritas y pigmentos para esmaltes

Revestimientos Pisos, azulejos Arcillas, feldespato, cuarzo

Fritas y pigmentos para esmaltes

Cemento Cemento Portland Caliza, arcilla, yeso

Vidrio Vidrios Planos, envases, fibras, vidrios especiales

Arena Silicea, feldespato, caliza, dolomita, borax

Carbonato de sodio, sulfato de sodio, colorantes y decolorantes

Refractarios Ladrillos de diversa composicion, crisoles, hormigones

Arcillas refractarias, magnesita, cromita, cuarzo, silimanita, circon

Carburo de silicio, alumina en polvo

Abrasivos Polvos y otras formas Corindon, cuarzo, diamante

Alumina, carburo de silicio

Materiales magneticos Imanes permanentes cerámicos

Compuestos puros de Fe, Ni, etc.

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MATERIAL CRUDO MINERAL: Compuesto

químico que ocurre naturalmente

Incluye una gran variedad

de materiales que representan

los componentes simples de las rocas

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Mineral Industrial: material geológico (roca, mineral, liquido o gas) el cual es obtenido por minería y representa un material no metálico con valor comercial. Arena, grava, rocas, agregados para rellenos Estos materiales requieren muy poco procesamiento Yeso, Cemento, vidrio, ladrillos son producidos

directamente por minerales industriales por medio de calor, quemando o fundiendo.

Otros usos que no se toma en cuenta son los abrasivos utilizados en limpiadores de cocina y baño, pasta de dientes, rellenos para plásticos y papel, en medicinas y detergentes

MATERIAL MAS IMPORTANTE DE TODOS: AGUA

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Water As A Raw Material

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Existen otros minerales utilizados en diferentes aplicaciones.

Minerales de cromo compuestos de solución sólida de espineles (Mg,Fe)(Al,Cr,Fe)2O4 e impurezas como silicatos de magnesio se utilizan en combinación con MgO en refractarios básicos

CaO, y dolomita calcinada (Ca,Mg)O se mezclan con brea se utilizan para revestimientos de hornos metálicos

Circón molido es utilizado como opacificante en esmaltes y para producir pigmentos y como precursores de ZrO2

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QUÍMICOS INORGANICOS INDUSTRIALES Alúmina tabular y calcinada, óxido de magnesio,

carburo de silicio, nitruro de silicio, ferritas duras y suaves, circonia estabilizada, pigmentos

Extensivos tratamientos químicos reducen el contenido de minerales accesorios hasta una pureza de 99.5%.

Al2O3 : uno de los químicos inorgánicos mayormente utilizados en los cerámicos y es producido en cantidades muy grandes para la industria del aluminio y cerámicos utilizando el Proceso Bayer.

Bauxita en presencia de NAOH MgO: óxido de magnesio

Precipitación del hidróxido de magnesio SiC, carburo de silicio

Arena altamente pura y coque de bajo sulfuro

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CERAMICOSTRADICIONALES

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La gran mayoría de composiciones de la cerámica tradicional estan basadas en mezclas de arcillas, feldespatos y sílice

Pisos, Azulejos, Sanitarios

Mullita3Al2O3.2SiO2

Sílice SiO2

LeucitaK2O.Al2O3.4SiO2

1713°

Porcelana Dura(whitewares)

Aisladores Eléctricos

MetacaolínAl2O3.SiO2

PorcelanaDental

Cristobalita

Feldespato

Leuc

ita

Corundum

Mullita

1588°

1810°

1410°

990°

Tridimita

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Sílice: SiO2: (Oxido de silicio) Existen tres formas cristalinas:

Cuarzo Cristobalita Tridimita

1470 C (870 -1470 C)

Cuarzo → Cristobalita ↔ Tridimita Tres formas son estables a temperatura ambiente Inversiones: 573 C expansión debido al enderezamiento de los enlaces Si-O-

Si cuarzo- cuarzo-.

Otras formas del sílice: Gel de sílice: soluciones de sodio acidificadas

se precipita como masa gelatinosa Sílice vitrificado (cuarzo fundido): se calienta por encima de 1710 C y se

enfría rápidamente (cuarzo fundido) Cuarzo, es el segundo material más usado como materia prima en los

cerámicos. Utilizados en las mezclas de vidrio y como ingrediente principal en la

mayoría de esmaltes (glazes) y formulaciones de porcelana. Hornos de ladrillo refractario donde hay altas temperaturas

fabricación de acero (3000 F, 1649 C)

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La gran mayoría de composiciones de la cerámica tradicional estan basadas en mezclas de arcillas, feldespatos y sílice

Pisos, Azulejos, Sanitarios

Mullita3Al2O3.2SiO2

Sílice SiO2

LeucitaK2O.Al2O3.4SiO2

1713°

Porcelana Dura(whitewares)

Aisladores Eléctricos

MetacaolínAl2O3.SiO2

PorcelanaDental

Cristobalita

Feldespato

Leuc

ita

Corundum

Mullita

1588°

1810°

1410°

990°

Tridimita

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Arcillas Significados:

Grupo particular de minerales Mezcla de minerales que tienen alto % arcilla

Arcilla: material básico para la cerámica tradicional Propiedades: moldeabilidad (agua), fuerte al secarse, y al

quemarse fija la masa plástica de manera perdurable Se encuentran en depósitos naturales en todo el mundo Silicatos hidratados de aluminio Alteración de rocas ígneas: feldespatos y granito

Minerales de arcillas estan caracterizadas por su estructura atomica de capas Estas capas consisten en laminas de aluminio y silicio unidos

covalente mente con una coordinación tetraédrica y octaédrica con el oxigeno.

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Existen dos grupos principales de los minerales de arcilla desde el punto de vista mineralógico Caolínes: Al2Si2O5(OH)4

Caolinita (kaolinite), Nacrita (nacrite), Dicquita (dickite) y Haloisita (halloysite)

Montmorilonitas: Al2Si2O5(OH)4. 2H2O Montomorilonita (montmorillonite),

Nontronita, Beidelita, Hectorita, Saponita

Halloysite

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Caolinita Grupo del Caolín:

Capa de átomos de Si-O (capa de sílice, o de tetrahedrones) unidas por medio de los átomos de oxígeno con una capa similar de átomos de Al-O llamado “gibbsite” (capa octahedral)

Mineral está compuesto por muchas unidades (capa de sílice + capa de aluminio).

Valencias Satisfechas: unión entre unidades por medio de enlace de hidroxilos.

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Montmorilonita Grupo de las Montmorilonitas o

tambien conocidos como esmectitasEstructura cristalina de dos capas de sílice condensada con una de aluminio (gibbsite)

Al2Si4O10(OH)2 Mineral: Pirofilita (Pyrophyllite)

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Cuando una capa de magnesia (óxido de magnesio) se condensa con dos de sílice el mineral resultante es el TALCO: Mg2Si4O10(OH)2

El Oxígeno es el Ion que forma el esqueleto de estos minerales. Los cationes pueden ser sustituidos por minerales de tamaño similar: sustitución isomórfica.

Mineral montomorilonita es derivado de la pirofilita por medio del reemplazo del Al por Mg. Al hacer la sustitución, existe un desbalance en carga, el cual es satisfecho por cationes externos; en este caso específico el Na. Na0.33[Al1.67Mg0.33] Si4 O10 (OH)2

Mineral Fórmula EmpíricaMontmorilonita Na0.33[Al1.67Mg0.33] Si4 O10 (OH)2

Nontronita Na0.33.Fe[Al0.33Si3.67] O10 (OH)2

Beidelita Na0.33.Al2(Si3.67 Al0.33] O10 (OH)2

Hectorita Na0.33[Li0.33Mg2.67] Si4 O10 (OH)2

Saponita Na0.33.Mg3 [Si3.67Al0.33] Si4 O10(OH)2

nontronite Montmorillonite

talco

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Unidades de este grupo están unidas por medio de enlaces débiles llamados: Van der Waals Fuerzas causadas por desplazamientos menores de las cargas eléctricas

dentro de los átomos. Debido a que estas fuerzas son débiles entre los enlaces, el agua penetra

fácilmente entre las unidades provocando un hinchamiento MICAS

No son minerales de arcillas, pero ocurren en ellas. Derivadas del talco o pirofilitas por sustitución isomórfica. 1 Al reemplaza

a 4 Si, creando una deficiencia en carga satisfecha por iones como el K K+. Al2(Si4Al) O10(OH)2 o Kal3Si3O10(OH)2

“mica de potasio” o “muscovite” Ca: Ca2+. Al2(Si2Al2 )2- O10(OH)2

“mica de calcio” o “margarite” Las micas también pueden ser derivadas del talco

Phlogopita, K+. Mg3(Si3Al)O10(OH)2; Lepidolita, K(AlLi2)Si4O10(OH)2

CLORITAS (chlorites) Estructuralmente relacionadas con las micas. Capa de talco similar a las micas, con la deficiencias satisfecha por una

capa de brucita (brucite, hidróxido de magnesio): Mg5Al2Si3O10(OH)8

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ILITAS (illites) Estructuralmente parecidos a las micas, pero contienen menos

potasio y son más combinadas con el agua: micas hidratadas o “serecitas”

Estructura no ha sido determinada, pero se ha sugerido que son formadas de las micas por el reemplazo del K, Na o Ca por un hidrógeno hidratado (OH3)

Ocurren como materiales de tipo accesorio en las arcillas (40%)

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Sustancia mineral plástica compuesta principalmente de silicatos de aluminio hidratados.

Formaciones rocosas. Adquisición

Plásticos: Caolín, arcilla.

No Plásticos: Cuarzo, arena, pegmatita.

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Alfarera.

Losa. (gres, refractarias, porcelana)

Terracota.Color rojo o amarillo.Textura porosa.Cuecen entre 900º y 1000ºPasta de grano fino (plasticidad).

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Color blanco o marfil. Textura porosa. Muy plásticas. Sinterizan (cuecen) hasta 1200º.

Color amarillo, gris. Vitrificado, con textura poco porosa. Añade materia no plástica. Resiste a altas temperaturas. Disminuye la reducción de tamaño de pieza en secado y cocción.

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Todos los tipos de arcilla, en el tiempo de secado y de cocción, sufren un proceso de encogimiento, de reducción de tamaño. Esta disminución de tamaño es mayor, cuanto menor sea el contenido de materias no plásticas de la arcilla

Color blanco semitransparente. Textura impermeable. Cerámicos a base de caolín, feldespato y cuarzo.Aspecto vitrificado.

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El yeso

Es el producto resultante de la deshidratación parcial o total del algez o piedra de yeso, reducido a polvo y amasado con agua, recupera el agua de cristalización, endureciéndose.

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Generalidades Se encuentra muy abundante en la naturaleza, en los

terrenos sedimentarios, presentándose bajo dos formas: cristalizado, anhidro (SO4Ca), llamado anhidrita, y con dos moléculas de agua (SO4Ca . 2H2O), denominado piedra de yeso o algez.

La anhidrita es incolora o blanca, cuando esta pura, y coloreada en azul, gris, amarillo o rojiza, cuando contiene arcillas, oxido de hierro, sílice, etc. Su densidad es igual a 2.46

El algez o piedra de yeso se presenta cristalizado, formando rocas muy abundantes, y según su estructura hay las siguientes variedades:

 

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Variedades Yeso fibroso

Formado por el SO4Ca . 2H2O puro, cristalizado en fibras sedosas confusamente. Abundan mucho en España, sobre todo en las cercanías de Madrid, con el se obtiene un buen yeso para mezclas.

  Yeso espejuelo

Cristaliza en voluminosos cristales, que se exfolian fácilmente en laminas delgadas y brillantes. Proporciona un buen yeso para estucos y moldeados.

  Yeso en flecha

Con el se obtiene yeso excelente para el vaciado de objetos muy delicados.

  Yeso sacarino o de estructura compacta

Cuando es de grano muy fino recibe el nombre de alabastro, y es usado para decoración y escultura. Este alabastro se diferencia del calizo por no producir efervescencia con los ácidos.

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Características El yeso se adhiere poco a las piedras y

maderas, y oxida al hierroNo puede usarse a la intemperie, porque la

humedad y el agua lo reblandece y degrada.

Es un buen aislante del sonido y protege las maderas y el hierro contra el fuego, porque su deshidratación lenta absorbe calor en grandes cantidades.

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Clasificación Los yesos se clasifican en

semihidratados y anhidros, siendo los primeros los de mayor empleo en construcción, y a los que pertenecen los yesos negros o blancos. Al segundo, la anhidrita, yesos hidráulicos y alúmbrico.

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PRINCIPALES USOS Construcción

En productos prefabricados como bases de revestimiento, plafones, lienzos (tablaroca) y planchas de yeso y fieltro; láminas de yeso, placas acústicas, cartón enyesado para revestir casas y tablas de fibra prensada para paredes.

 En plastas en pared dura, en fabricación de tabiques, para aislar mezclas usadas como resanes en tuberías, calderas, techos y como absorbente de aceites de pisos en fábricas, como relleno.

Como material de enjarre de edificios, divisiones y techos. Puede ser usado como roca de construcción. Al mezclarse con resinas sintéticas suele utilizarse como aislante.

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PRINCIPALES USOS Obras mineras

 En la elaboración de polvos que se aplican en los cruces de galerías en minas de carbón para reducir explosiones y riesgos de silicósis.

 Papel  Como relleno en el papel.

 Pinturas  Como pigmento en papel, algodón y pinturas.

 Tratamiento del agua  Para mejorar la calidad del agua.

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PRINCIPALES USOS  Agroquímicos

En la fabricación de fertilizantes y de fosfoyesos que se aplican en la agricultura

 Química Para producir azufre, dióxido de azufre, ácido sulfúrico

y sulfato de amonio. Como agente de secado para gases y químicos. Puede ser convertido en una espuma que se usa en materiales de construcción aislantes del sonido

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PRINCIPALES USOS  Cerámica

 En molduras de cerámica, en arcilla vaciada, litógrafos, moldes y esculturas, en la elaboración de productos como portalibros, lámparas, ceniceros, cajas para embonar relojes, utensilios de mesa como tasas, vasos, platos, etc.

Fundición Forma parte de los fundentes de minerales de níquel.

Ortopedia En la elaboración de moldes para ortopedia.

Dental Piezas vaciadas de estuco para dentistas, elaboración

de moldes dentales

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Explotación en el mundo  Los principales productores de yeso en el mundo

son, en orden de importancia, Estados Unidos, China, Irán, Tailandia, Canadá, España, México, Japón y Francia.

En estados unidos la industria del yeso es favorecida por las altas tasas de construcción y la autorización del gobierno para mejorar el sistema carretero en los próximos años.

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Preparación de Arcillas

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Ejercicio

HOMOGENIZACION DE LAS ARCILLAS

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La gran mayoría de composiciones de la cerámica tradicional están basadas en mezclas de arcillas, feldespatos y sílices

Sílice SiO2

LeucitaK2O.Al2O3.4SiO2

Mullita3Al2O3.2SiO2

1713°

Porcelana Dura(whitewares)

Pisos, Azulejos, Sanitarios

Aisladores Eléctricos

MetacaolínAl2O3.SiO2

PorcelanaDental

Cristobalita

FeldespatoLe

ucita

Corundum

Mullita

1588°

1810°

1410°

990°

Tridimita

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Feldespatos Constituyente importante de las rocas magmáticas Composición oscila entre la de la ortoclasa (silicato

aluminio potásico) KAlSi3O8, la albita (silicato aluminio sódico) NaAlSi3O8 y la anortita (silicato aluminio cálcico) CaAl2Si2O8 que pertenecen a la subclase de los tectosilicatos

Los feldespatos se emplean generalmente en la industria cerámica para la fabricación de porcelana, lozas, en la industria de vidrios, de esmaltes (molido muy fino, se mezcla con caolín y cuarzo), y en la industria de abrasivos. Se utilizan como ligas en las pastas cerámicas. Al quemarse la pasta, el feldespato se funde y forma vidrio líquido

que une a las partículas de arcilla. Se extrae en forma maciza. A bajas temperaturas se comporta como refractario, a altas

temperaturas como fundente

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FELDESPATOS El Feldespato es un grupo extenso

de minerales compuesto por aluminosilicatos de potasio, sodio, calcio o, a veces, bario.

Aproximadamente, el 60% de los feldespatos se halla en las rocas eruptivas; alrededor del 30% corresponde a las

rocas metamórficas, principalmente esquistos cristalinos;

los demás 10 – 11% se halla más que nada en las areniscas y conglomerados donde los feldespatos aparecen en granos rodados o forman parte de los casquijos.

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ALUMINA: Al2O3 52.9% Al, 47.1% O

Producto intermedio de la obtención de aluminio a partir de la bauxita.

El óxido de aluminio cristalino se llama corindón y es utilizado sobre todo como abrasivo.

Naturaleza: El corindón transparente se llama rubí cuando es rojo y zafiro en los otros casos, utilizándose en joyería y en los emisores de rayos láser.

Insoluble al agua, difícilmente soluble en ácido o bases fuertes Material refractario Aumenta la tensión superficial, viscosidad, elasticidad y dureza de

esmaltes Se lo puede utilizar hasta los 1900C Construir hornos, crisoles y aislantes

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La alúmina es un material de color blanco tiza de consistencia similar a la arena fina.

La industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita.

La alúmina es vital para la producción de aluminio–

2 TONS de alúmina1 TON aluminio-.

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La bauxita se lava y se disuelve en sosa cáustica (hidróxido de sodio) a una presión y temperatura alta (100 C). El resultado es un “licor” que contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita sin disolver que contienen hierro, silicio y titanio. Estos residuos se hunden gradualmente hasta el fondo del tanque y son removidos. Son comúnmente conocidos como "barro rojo". La solución de aluminato de sodio clarificada es bombeada dentro de del precipitador. Se añaden finas partículas de alúmina con el fin de inducir la precipitación de partículas de alúmina puras, una vez que el líquido se enfría. Las partículas se depositan en el fondo del tanque, se remueven y luego son sometidas a 1100°C en un horno o calcinador, a fin de eliminar el agua que contienen, producto de la cristalización. El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La soda cáustica es devuelta al comienzo del proceso y usada nuevamente.

PROCESO BAYER

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Productos Pavimentos y revestimientos

Baldosas se clasifican en:1. Pavimento gresificado: Extrusión o Prensado, Cocidas sobre

1000C, Esmaltadas o no Gres Rústicos Baja absorción de agua (fase vítrea) Elevada Resistencia Mecánica Productos de mas alta gresificacion: fachadas y pavimentos

exteriores Productos menos gresificacion (semigres): baldosas rusticas,

baldosín (sin esmaltarse, extrusión)2. Gres porcelanico: Altos % feldespato (33%), aspecto similar

a porcelana Absorción agua baja (0 - <0.5%) Resistencia Mecánica muy elevada Admite pulido (reemplazo de piedra natural) Cocción: 1230 C

Page 47: Cerámicos-Materias Primas

3. Revestimiento Poroso: Baldosas de menor resistencia mecánica 900 C Vitrificación Incompleta Aplicaciones: paredes interiores Prensado (esmaltado)

Clasificación de baldosas según norma ASTM

Page 48: Cerámicos-Materias Primas

Clasificación de las baldosas cerámicas españolas según Norma ASTM

Conformado Absorción de agua

ImpermeableE<0.5%

Vítreo0.5%<E<3%

Semi-vítreo3%<E<6%

PorosoE>6%

Prensado -Gres Porcelanico-Esmaltado/sin esmaltar >39 cm2

-Gres natural esmaltado-Pavimento de gres < 39 cm2

-Semi gres

-Baldosín catalán

-Azulejo esmaltado <18 %

Extrusión -Gres Porcelanico-Esmaltado/sin esmaltar

-Gres rustico-Gres esmaltado y sin esmaltar-Baldosa Cerámica

Page 49: Cerámicos-Materias Primas

Comité Europeo de Normalización (CEN) clasifica pavimentos y revestimientos cerámicos en 12 grupos Según el tipo de conformado

Prensado Extrusión Colado

Porosidad abierta absorción de agua (E)

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Clasificación de las baldosas cerámicas según Norma EN 87

Conformado Absorción de agua

ImpermeableE<3%

Vítreo3%<E<6%

Semi-vítreo6%<E<10%

PorosoE>10%

Extrusión (A)Prensado (B)Colado ( C )

A-IB-IC-I

A-IIaB-IIaC-IIa

A-IIbB-IIbC-IIb

A-IIIB-IIIC-III

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AGREGADOS Y MATERIALES DE CONSTRUCCION

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MATERIALES DE CONSTRUCCIONExiste una gran variedad de minerales

industriales que son parte del día a día y no se le da la importancia que se merece.

Arena, grava, rocas, agregados para rellenos Estos materiales requieren muy poco

procesamiento Arena es utilizada como materia prima en la

industria del vidrio Caliza y dolomita son utilizados para la

manufactura del cemento o del vidrio. en general se los utiliza como agregados en la industria de la construcción.

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QUE ES REQUERIDO DE UN AGREGADO? Propiedad Importante: Resistencia (strength) Para aplicaciones de relleno se necesitan resistencia y

forma (shape) para ajustarse a las circunstancias particulares

Para los agregados que son utilizados para concreto necesitan unirse bien al cemento y deben ser estables, sin quebrarse o encogerse o reaccionar en el uso.

AGREGADOS PARA LAS CARRETERAS La estructura de las carretaras se realiza en capas, para dar una

base de capas con diferentes propiedades. Se comenzaron a construir de esta manera desde James

Macadam (1756-1836) El pavimento de carreteras debe ser lo suficientemente fuerte

para resistir el desgaste y dar una resistencia adecuada a la fricción para dar el suficiente “grip” agarre a los automoviles.

Page 54: Cerámicos-Materias Primas

FORMA Y TAMAÑO: Para maximizar la unión: formas ásperas Para agregados sueltos, deben ser lisos y redondeos Tamaño de los agregados: se dividen en dos fracciones, los

agregados gruesos (>5 mm) y los finos (<5 mm). En la construcción de carreteras se utilizan los agregados de

diferentes tamaños: <38mm para la base <19-25mm para la capa de desgaste >0.075

Capa de Desgaste (13-38 mm) BoundAsfalto (30% agregado grueso)

Capa Base (38-76 mm) Bound

Carretera Base (102-204 mm) Bitumen-bound or unboundCoarse aggreg

Sub-base (grosor variable) Unbound drainage layer6-38 mm crushed rock

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RESISTENCIA: Idealmente debe resistir fuerzas impuestas por

el trafico Se mide por combinación de experimentos

diseñados para simular las condiciones de uso: Valor de impacto del agregado (AIV) Valor de quebrantamiento del agregado (ACV) Valor de finos del 10% Basados en la cantidad de material que pasa por una

malla de 2.36 mm.DURABILIDAD MECANICA

Deben ser durables bajo diferentes condiciones climáticas y ambientales (agua y heladas)

Valor de piedra pulida (PSV) Valor de abrasión del agregado (AAV)

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DURABILIDAD FISICO-QUIMICA Resistencia a las heladas es importante en ciertos

lugares: Habilidad de materiales de resistir los cambios de volumen asociados con el ingreso del agua, su congelamiento y diferentes temperaturas

En la practica existen pocos agregados que cumplen con todas las especificaciones ideales para diferentes tipos de construcciones

Siempre se deben considerar costos: Agregados locales de baja calidad se pueden utilizar

para las sub-bases o carretera base, dejando los de mejor calidad para la capa base. Los agregados en la capa de desgaste deben ser lo de mejor e ideal propiedades.

Page 57: Cerámicos-Materias Primas

AGREGADOS PARA CONCRETO Concreto se hace de mezclas de cemento y

agregados en una razón de 1 parte de cemente a 5 partes de agregados (finos y gruesos)

El agregado imparte resistencia y relleno, pero la resistencia del concreto se mide por el material final (compuesto) y la del agregado

Propiedades: Densidad: en general (1200-1800 kg/m3)

agregados livianos (500-1000 kg/m3) Textura: superficies ásperas (mejor unión) Absorción de agua: baja (<1%, hasta 5%) Reactividad: nula

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Mapa del Potencial No-Metálico del Ecuador

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Propiedades Físicas de los Minerales de Arcilla

Tamaño y Forma: Caolinita, Nacrita y Dickita tienen cristales en forma de platos hexagonales: 0.1-2 μm Haloisita: partículas en forma de tubos alongados Montmorilonitas: cristales planos en forma de platos, finos y tan

pequeños que son difíciles de discernir con un microscopios poderosos como el SEM

Valores estimados son entre 0.01-2 μm de diámetro Ilitas: minerales de granos muy Finos, 0.05 μm de radio

Gravedad Específica: 2.6 (difícil de medir en la montmorilonitas) Efecto del calor en las arcillas: Mayoría de los minerales hidratados

pierden agua cuando son calentados. Caolines, nacritas o dickitas al calentarlos sobre los 450C:

450C Al2Si2O5(OH)4 Al2Si2O7 + 2 H2O

Caolin Metacaolin

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Sobre los 1000 C3 Al2Si2O7 Al6Si2O13 + 4 SiO2

Meta-Caolín Mulita Sílice Todas las arcillas al aplicarle calor comienzan a fusionarse formando un

líquido viscoso el cual consiste principalmente en exceso de sílice, junto a otras impurezas como Na2O, K2O, CaO y MgO . Estos óxidos bajan la temperatura de fusión del sílice (forma un líquido) a temperaturas relativamente bajas: 1200 C

Al enfriarse, el líquido se cristaliza completamente, solidificándose en forma de vidrio

Durante la quema, el líquido formado llena los poros en la arcilla, disminuyendo el volumen (encogimiento).

La disminución de la porosidad por la formación del líquido durante la quema se conoce como Vitrificación

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Tipos de Arcilla Caolines (china clay): Quimicamente Inerte. Mas

blancas entre todas las arcillas (bajo % Fe). Se la utiliza como principal ingrediente en la loza blanca (whiteware) y de las pastas de porcelana. No son muy plásticos, tienen poca dureza de secado y que son extremadamente refractarios. Generalmente se lo utiliza mezclado con otras arcillas. Tiene particular valor como pigmento en papel brillante blanco (30%)

Arcillas de Bola, o “Ball Clay”: Comercializaba en forma de bolas. Zonas Reducidas en KC, TN, y al sur de EN. Tienen grano fino, altamente plásticas, alta fuerza en el secado. Registran gran encogimiento, y por esta razón no pueden usarse solas. Color grisáceo. Las “ball clays” son casi siempre agregadas a las pastas de loza blanca para mejorar sus condiciones de moldeado, mas debido a que reducen o perjudican a la translucidez se usan raramente en pastas de porcelana.

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Bentonitas: Reactivas fisica y quimicamente. Se encongen o se “hinchan” en respuesta a su habilidad para acoger o rechazar el agua entre las capas atomicas. Exhibe propiedades como intercambio cationico y adsorcion quimica. Es ideal para aplicaciones donde la adsorcion es importante.

Otras Arcillas: Arcillas Compactas (Stoneware): Son arcillas de tipo plástico que se

funden alrededor de 1200-1300 C. Se usa generalmente con otros materiales como feldespatos y arcilla de bola para ajustar la temperatura y la plasticidad respectivamente. El color de esta arcilla varía mucho, desde tonos de blanco puro y hasta gris pardo y negro rojizo..

Arcillas de Ladrillo Rojo: Son las empleadas en la fabricación de ladrillos. Estas arcillas conceden buenas condiciones de practicabilidad cuando se usan como agregado de pasta de quema a baja temperatura.

Arcillas refractarias: compuestas por varias clases de arcillas que son resistentes a temperaturas altas. Su plasticidad es muy variable. Utilizadas en forma de chamota (arcilla refractaria, cocida y molida). Esto ayuda a reducir el encogimiento y a mejorar la fuerza mecánica del producto.

a. Greda: Tipo de arcilla de quema blanca y poca plasticidadb. Terracota: Denominación para la arcilla roja común. Se emplea para

objetos de tamaño grande como relieves y jardineras. c. Ocre, umbra y siena: tipos de arcillas con gran contenido de

combinaciones férreas y de manganeso. Debido a la presencia de partículas de óxidos metálicos se pueden emplear para colorear algunos tipos de vidrio (celedones).

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Caolines, arcillas de bola y las bentonitas son las “arcillas industriales” dominantes y son explotadas para una gran variedad de usos Caolín: Recubrimiento de papel, como relleno en

plásticos, pinturas y farmacéuticos; componente en las formulaciones para cerámicos

Arcilla de Bola: Materia prima producción de cerámica de mesa, pisos, sanitaria y ladrillos; también como materiales de sello en depósitos de basura (waste disposal sites)

Bentonitas: Formulaciones de fluidos para oilfield drilling; cat litter, productos para criar animales; productos para producir barreras hidráulicas (waste disposal applications)

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CaolinesCompuestos primordialmente por kaolinita,

y como minerales secundarios ilitas e impurezas

Ocurren como minerales primarios: “in situ” Fracción de caolín se encuentra en una matriz

de minerales no arcillosos en el sitio de su formación

Secundarios: Depósitos formados como consecuencia de la

acumulación de las arcillas transportadas desde los yacimientos primarios o “in situ”

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Caolines mas valiosos “comercialmente” son los mas blancos (mas puros)

Impurezas: Óxidos de hierro Hidróxidos (productos descoloridos) Esmectitas (afectan la fluidez de las mezclas) Contaminantes: silica, feldespatos (erosión)

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Arcillas de BolaOcurren como arcillas secundarias, no-

marinas Predominantemente caolinitas con minerales

como ilitas y esmectitas en baja proporción La fracción no-arcillosa puede contener

minerales de hierro (pirita), cuarzo, rutilo (TiO2) y materia orgánica.

Estos minerales accesorios pueden afectar el comportamiento de la arcilla en el quemado.

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Bentonitas Compuestas predominantemente por minerales

arcillosos pertenecientes al grupo de las esmectitas o montmorillonitas. Bentonita de sodio: compuesta de montmorilonita de

sodio“Wyoming bentonite” – “swelling bentonite” Bentonita de calcio: montmorilonita de calcio- “non-

swelling bentonite” Bentonita ingenieril: bentonita de calcio artificialmente

tratada para obtener una bentonita de sodio (intercambio cationico)

Son de origen volcánico Mat. Accesorios: esmectitas, cristobalitas y circón.

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Para poder ser utilizadas en los diferentes procesamientos de productos las arcillas deben pasar por una selección, caracterización y mezclado cuidadoso (según las necesidades del cliente)

Arcillas industriales requieren de un proceso de beneficiamiento “costoso” y se diferencian de las arcillas utilizadas con propositos artesanales (ladrillos, tejas, etc)

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Arcillas Rojas Industrias: Ladrilleras, tejas, pavimentos,

revestimientos cerámicosRequerimientos de industrias:

Tipo de horno (factor decisivo): 30% costo de producción de piezas es energía

Hornos (horno monocapa de ciclo rápido) Calidad de materia prima mejores y mas

estrictas Mejor selección del material en canteras Proceso de preparación previo mas riguroso

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Tendencia: desarrollo de líneas de reciclado de arcillas atomizadores, reutilización de chamota fabricación de ladrillos a partir de lodos de

plantas de tratamiento de aguas residuales

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Arcillas de coccion blanca Industrias: pavimentos gresificados,

porcelanatos, revestimiento poroso, esmaltes, engobes, porcelana, cerámica sanitaria

Aseguramiento de calidad de arcillas segun necesidades especificas Extracción minerales Sondeos geológicos orientados al futuro producto Controles diarios

Exploración Explotación Almacenaje Distribución