DESARROLLO DE UN GRES PORCELÁNICO INCORPORANDO ARCILLAS …

DESARROLLO DE UN GRES PORCELÁNICO INCORPORANDO

ARCILLAS COLOMBIANAS SOMETIDAS A UN PROCESO DE BLANQUEAMIENTO

YUDI ESTER RAMÍREZ CALDERÓN

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería

Doctorado en Ingeniería – Ciencia y Tecnología de Materiales

Bogotá, Colombia

2020

DESARROLLO DE UN GRES PORCELÁNICO INCORPORANDO

ARCILLAS COLOMBIANAS SOMETIDAS A UN PROCESO DE BLANQUEAMIENTO

YUDI ESTER RAMÍREZ CALDERÓN

Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de:

Doctora en Ingeniería – Ciencia y Tecnología de Materiales

Director:

Prof. Dr. JUAN BAUTISTA CARDA CASTELLÓ

Departamento de Química Inorgánica y Orgánica

Universidad Jaime I de Castellón (España)

Codirector:

Prof. Dr. JESÚS SIGIFREDO VALENCIA RÍOS

Departamento de Química

Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería

Doctorado en Ingeniería – Ciencia y Tecnología de Materiales

Bogotá, Colombia

2020

Esta tesis de doctorado está dedicada a mis padres,

hermanas, sobrinos y a Carlos, porque son lo que

más amo en la vida, porque siempre han estado

conmigo brindándome su amor sincero e

incondicional.

«Los sueños parecen al principio imposibles,

luego improbables, y luego, cuando nos

comprometemos, se vuelven inevitables»

«Nuestra recompensa se encuentra en el

esfuerzo y no en el resultado.

Un esfuerzo total es una victoria completa.»

Mahatma Gandhi

Agradecimientos

Quiero expresar los más sinceros agradecimientos a todas las personas y entidades que

hicieron posible la realización de esta tesis de doctorado y en especial:

A los profesores Juan Bautista Carda Castelló y Jesús Sigifredo Valencia Ríos, directores

de esta tesis, por su gran apoyo, sugerencias, comentarios y por brindarme un espacio

para asesorías.

A la Escuela Superior de Cerámica de L’Alcora en Castellón (España) por abrirme sus

puertas para el desarrollo de la parte experimental de esta tesis. En especial quiero

agradecer a los profesores Isaac Nebot, Jorge Llop y María Dolores Notari, por sus

valiosos aportes, por su gran amabilidad y acogida durante mi estancia en España.

Al Grupo de Investigación en Química del Estado Sólido de la Universidad Jaime I en

Castellón, España, en especial a la doctora Ester Barrachina Albert por su ayuda

incondicional, amabilidad y disposición.

A Cerámica San Lorenzo Colombia S.A por aportarme las materias primas y por la

disponibilidad de los equipos de laboratorio.

A Carlos Alberto Nieto Rangel por su apoyo y ayuda incondicional, por sus importantes

ideas y comentarios que fueron fundamentales para esta investigación.

A mis padres, hermanas y sobrinos por su gran amor y por su constante motivación para

la culminación de esta etapa académica.

Resumen y Abstract VII

Resumen

El objetivo de este trabajo ha sido el desarrollo de pastas de gres porcelánico con

materias primas de origen colombiano, con las mismas características técnicas que

actualmente poseen este tipo de productos en el contexto internacional. Para ello, se han

estudiado diferentes materias primas, comprendidas entre arcillas caoliníticas,

feldespatos y puzolanas naturales, procedentes de la zona centro de Colombia,

específicamente de las regiones de Boyacá, Cundinamarca y Santander. Algunas de

estas materias primas poseen contenidos de óxido de hierro por encima del 1%, por lo

que han sido sometidas a procesos de beneficio tanto físicos como químicos con el

propósito de disminuir la cantidad de este óxido colorante. El método de apilamiento y

posterior lixiviación con ácido oxálico, ha presentado los mejores resultados, con una

reducción en contenido de óxido de hierro de un 60% en peso. En este trabajo también

se ha utilizado una puzolana natural de la región de Boyacá, la cual ha mostrado mayor

fundencia y reactividad, comparada con un feldespato nacional. Además, se ha

estudiado la adición de fundentes como la nefelina y vidrio reciclado. Con estas materias

primas, se han desarrollado composiciones de pasta de gres porcelánico, obteniendo

valores de absorción de agua inferiores a 0,5%, en un rango de temperaturas

comprendidas entre 1160ºC y 1200ºC.

Palabras clave: Blanqueamiento, fundentes, gres porcelánico, absorción de agua.

VIII Desarrollo de un gres porcelánico incorporando arcillas colombianas sometidas a un

proceso de blanqueamiento

Abstract

The objective of this work has been the development of porcelain stoneware pastes with

raw materials of Colombian origin, with the same technical characteristics that currently

have this type of products in the international context. For this purpose, different raw

materials, including kaolinitic clays, feldspars and natural pozzolanas, have been studied

from the central area of Colombia, specifically from the regions of Boyacá, Cundinamarca

and Santander. Some of these raw materials have contents of iron oxide above 1% and

have been subjected to both physical and chemical benefit processes in order to reduce

the amount of this coloring oxide. The heap leaching method with oxalic acid has

presented the best results, with a reduction in iron oxide content of 60 wt%. In this work a

natural pozzolana of the Boyacá region has also been used, which has shown a greater

fluxing and reactivity behavior, compared to national feldspar. In addition, the

incorporation of fluxes such as nepheline and recycled glass has been studied. With

these raw materials, porcelain stoneware compositions have been developed, obtaining

water absorption values lower than 0,5%, in a temperature range between 1160°C and

1200°C.

Keywords: Bleaching, fluxes, porcelain stoneware, water absorption.

Contenido IX

Contenido

Pág.

Resumen..........................................................................................................................VII

Lista de figuras..............................................................................................................XII

Lista de tablas...............................................................................................................XV

1. Introducción ............................................................................................................. 1

2. Objetivos ................................................................................................................... 5 2.1 Objetivo general ................................................................................................. 5 2.2 Objetivos específicos ......................................................................................... 5

3. Estado del arte.......................................................................................................... 7 3.1 Materias primas para gres porcelánico ............................................................... 8

3.1.1 Arcillas Caoliníticas .......................................................................................... 8 3.1.2 Cuarzo ............................................................................................................. 8 3.1.3 Materias primas fundentes ............................................................................. 10

Feldespatos .................................................................................................. 10 Vidrio reciclado ............................................................................................. 13 Nefelina ........................................................................................................ 14 Puzolanas ..................................................................................................... 15

3.2 Métodos para la eliminación de hierro .............................................................. 17 3.2.1 Tamizado ....................................................................................................... 17 3.2.2 Sedimentación ............................................................................................... 18 3.2.3 Lixiviación ...................................................................................................... 20

Lixiviación por lotes ...................................................................................... 21 Lixiviación con ácido oxálico ......................................................................... 21

3.3 Técnicas de caracterización de las materias primas ......................................... 23 3.3.1 Fluorescencia de rayos X .............................................................................. 23 3.3.2 Difracción de rayos X ..................................................................................... 24 3.3.3 Microscopia electrónica de barrido (MEB) ...................................................... 25 3.3.4 Microscopía de calentamiento ....................................................................... 26 3.3.5 Espectrofotometría UV–Visible en la modalidad de reflectancia difusa ......... 28

3.4 Proceso de fabricación del gres porcelánico .................................................... 29 3.4.1 Dosificación y mezcla .................................................................................... 29 3.4.2 Molienda ........................................................................................................ 30 3.4.3 Atomización ................................................................................................... 31

X Desarrollo de un gres porcelánico incorporando arcillas colombianas sometidas

a un proceso de blanqueamiento

3.4.4 Prensado ........................................................................................................32 3.4.5 Secado ...........................................................................................................32 3.4.6 Esmaltado y decoración .................................................................................33 3.4.7 Cocción ..........................................................................................................33 3.4.8 Clasificación ...................................................................................................34

4. Procedimiento experimental ..................................................................................35 4.1 Fase 1. Selección materias primas ................................................................... 35 4.2 Fase 2. Caracterización materias primas .......................................................... 36

4.2.1 Caracterización química .................................................................................36 4.2.2 Caracterización mineralógica .........................................................................36 4.2.3 Caracterización microestructural ....................................................................36 4.2.4 Caracterización cerámica ...............................................................................37

Densidades aparentes ................................................................................... 39 Absorción de agua ........................................................................................ 39 Contracción lineal .......................................................................................... 40 Resistencia a la flexión .................................................................................. 40

4.2.5 Caracterización colorimétrica .........................................................................41 4.3 Fase 3. Aplicación tratamientos de beneficio .................................................... 42 4.4 Fase 4. Caracterización materias primas beneficiadas ..................................... 42 4.5 Fase 5. Desarrollo de formulaciones de pasta de gres porcelánico .................. 43 4.6 Fase 6. Definición condiciones de procesamiento ............................................. 43

5. Resultados y Discusión ..........................................................................................44 5.1 Resultados ........................................................................................................ 44

5.1.1 Selección materias primas .............................................................................44 Depósitos cuaternarios (Qd) .......................................................................... 45 Formación Tilatá ............................................................................................ 46 Formación Bogotá ......................................................................................... 47 Andesitas del Terciario .................................................................................. 48

5.1.2 Caracterización materias primas ....................................................................49 Análisis químico de las materias primas ........................................................ 49 Análisis mineralógico de las materias primas ................................................ 50 Análisis por microscopio de calefacción de las materias primas fundentes ... 53 Análisis cerámico de las materias primas ...................................................... 53 Densidades aparentes ................................................................................... 57 Resistencia a la flexión .................................................................................. 57

5.1.3 Aplicación de los tratamientos de beneficio ....................................................58 Tamizado en húmedo .................................................................................... 59 Sedimentación libre ....................................................................................... 59 Lixiviación por lotes ....................................................................................... 60

5.1.4 Caracterización materias primas beneficiadas ...............................................61 Análisis químico de las materias primas beneficiadas ................................... 61 Análisis mineralógico de las materias primas beneficiadas ........................... 63 Análisis colorimétrico de las materias primas beneficiadas ........................... 65 Análisis cerámico de las materias primas beneficiadas ................................. 71

5.1.5 Desarrollo de composiciones ..........................................................................73 Desarrollo de composiciones de pasta con la incorporación de materias primas tratadas ..................................................................................................... 74 Análisis químico ................................................................................................... 75

Contenido XI

Análisis mineralógico ........................................................................................... 75 Análisis cerámico ................................................................................................. 77 Resistencia a la flexión ........................................................................................ 80 Análisis colorimétrico ........................................................................................... 81 Densidad Aparente .............................................................................................. 84 Análisis por microscopía electrónica de barrido (MEB) ........................................ 84 Desarrollo de composiciones de pasta con la incorporación de materiales fundentes ............................................................................................................. 87 Análisis químico ................................................................................................... 87 Análisis mineralógico ........................................................................................... 88 Análisis cerámico ................................................................................................. 89 Resistencia a la flexión ........................................................................................ 92 Análisis colorimétrico ........................................................................................... 93 Densidades aparentes ......................................................................................... 96 Análisis por microscopía electrónica de barrido (MEB) ........................................ 96 Desarrollo de composiciones de pasta con la incorporación de materias primas desgrasantes como chamote cerámico y arena sílice .............................. 98 Análisis químico ................................................................................................... 99 Análisis mineralógico ........................................................................................... 99 Análisis cerámico ................................................................................................100 Resistencia a la flexión .......................................................................................101 Análisis colorimétrico ..........................................................................................102 Densidad aparente .............................................................................................104 Análisis por microscopía electrónica de barrido (MEB) .......................................104

5.1.6 Condiciones de Procesamiento ................................................................... 105 5.2 Discusión ........................................................................................................106

6. Conclusiones y recomendaciones ...................................................................... 109 6.1 Conclusiones ...................................................................................................109 6.2 Recomendaciones ...........................................................................................110

Contenido XII

Lista de figuras

Pág.

Figura 1-1 Cifras de importaciones de gres porcelánico en Colombia ........................... 2

Figura 3-1 Diagrama ternario de la representación química de los feldespatos .......... 11

Figura 3-2 Diagrama del proceso de fabricación del gres porcelánico ........................ 29

Figura 3-3 Proceso de dosificación y mezcla .............................................................. 30

Figura 3-4 Proceso de molienda ................................................................................. 30

Figura 3-5 Proceso de atomización ............................................................................. 31

Figura 3-6 Proceso de prensado ................................................................................. 32

Figura 3-7 Proceso de secado .................................................................................... 33

Figura 3-8 Proceso de esmaltado ............................................................................... 33

Figura 3-9 Proceso de cocción.................................................................................... 34

Figura 3-10 Proceso de clasificación ......................................................................... 34

Figura 4-1 Descripción de las fases del procedimiento experimental .......................... 35

Figura 4-2 Molinos planetarios .................................................................................... 37

Figura 4-3 Estufa de secado ....................................................................................... 37

Figura 4-4 Prensa uniaxial .......................................................................................... 38

Figura 4-5 Horno de gradiente de seis cámaras ......................................................... 38

Figura 4-6 Cámara de medida de densidades aparentes ............................................ 39

Figura 4-7 Baño termostático ...................................................................................... 39

Figura 4-8 Calibrador vernier LCD digital .................................................................... 40

Figura 4-9 Equipo ME-3 .............................................................................................. 41

Figura 4-10 Espectrofotómetro Konica Minolta CM–3600d ........................................ 41

Figura 4-11 Diagrama de los tres tratamientos de beneficio. ..................................... 42

Figura 5-1 Localización de las materias primas .......................................................... 44

Figura 5-2 Difractograma de la arcilla AO ................................................................... 51

Figura 5-3 Difractograma de la arcilla AT .................................................................... 51

Figura 5-4 Difractograma de la arcilla AR ................................................................... 51

Figura 5-5 Difractograma de la arcilla AS .................................................................... 52

Figura 5-6 Difractograma del feldespato FD................................................................ 52

Figura 5-7 Difractograma de la puzolana PZ ............................................................... 52

Figura 5-8 Curva de sinterización de los materiales fundentes ................................... 53

Figura 5-9 Curva de gresificación de la arcilla AO....................................................... 54

Figura 5-10 Curva de gresificación de la arcilla AT .................................................... 54

Figura 5-11 Curva de gresificación de la arcilla AR ................................................... 55

Contenido XIII

Figura 5-12 Curva de gresificación de la arcilla AS ................................................... 55

Figura 5-13 Curva de gresificación de la puzolana PZ .............................................. 56

Figura 5-14 Curva de gresificación del feldespato FD ............................................... 56

Figura 5-15 Densidades aparentes de las materias primas ...................................... 57

Figura 5-16 Resistencia a la flexión de las materias primas ...................................... 58

Figura 5-17 Proceso de tamizado ............................................................................. 59

Figura 5-18 Proceso de sedimentación ..................................................................... 60

Figura 5-19 Proceso de lixiviación ............................................................................ 60

Figura 5-20 Difractograma de la arcilla AT beneficiada ............................................. 64

Figura 5-21 Difractograma de la arcilla AR beneficiada ............................................ 64

Figura 5-22 Difractograma de la arcilla AS beneficiada ............................................ 64

Figura 5-23 Difractograma de la puzolana PZ beneficiada ........................................ 65

Figura 5-24 Parámetros colorimétricos de la puzolana PZ ........................................ 66

Figura 5-25 Cambio de tonalidad de la puzolana PZ ................................................ 66

Figura 5-26 Parámetros colorimétricos de la arcilla AT ............................................. 67

Figura 5-27 Cambio de tonalidad de la arcilla AT ..................................................... 68

Figura 5-28 Parámetros colorimétricos de la arcilla AR ............................................ 69

Figura 5-29 Cambio de tonalidad de la arcilla AR ..................................................... 69

Figura 5-30 Parámetros colorimétricos de la arcilla AS ............................................. 70

Figura 5-31 Cambio de tonalidad de la arcilla AS ..................................................... 71

Figura 5-32 Curvas de gresificación de la arcilla AT original y tratada ...................... 72

Figura 5-33 Curva de gresificación de la arcilla AR original y tratada........................ 72

Figura 5-34 Curva de gresificación de la arcilla AS original y tratada ........................ 73

Figura 5-35 Curva de gresificación de la puzolana PZ original y tratada ................... 73

Figura 5-36 Difractograma de la composición C1 ..................................................... 76





Figura 5-41 Curva de gresificación de la composición C1 ......................................... 78





Figura 5-46 Resistencia a la flexión de las composiciones C1, C2, C3, C4 y C5 ...... 81

Figura 5-47 Parámetros colorimétricos de las composiciones C1 y C2 ..................... 82

Figura 5-48 Parámetros colorimétricos de las composiciones C3, C4 y C5 .............. 83

Figura 5-49 Probetas cocidas de las composiciones C1, C2, C3,C4 y C5 ................ 83

Figura 5-50 Densidades aparentes de las composiciones C1, C2, C3, C4 y C5 ....... 84

Figura 5-51 Micrografías de las composiciones C1, C2, C3, C4 Y C5 ...................... 85

Figura 5-52 Análisis estadístico de las composiciones C1, C2, C3, C4 Y C5 ............ 86




XIV Desarrollo de un gres porcelánico incorporando arcillas colombianas sometidas

a un proceso de blanqueamiento

Figura 5-56 Difractograma de la composición C9 ...................................................... 89





Figura 5-61 Resistencia a la flexión de las composiciones C6, C7, C8 y C9 ............. 93



Figura 5-64 Probetas cocidas de las composiciones C6, C7, C8 y C9 ...................... 95

Figura 5-65 Densidades aparentes de las composiciones C6, C7. C8 y C9 .............. 96

Figura 5-66 Micrografías de las composiciones C6, C7, C8 y C9 .............................. 97

Figura 5-67 Análisis estadístico de las composiciones C6, C7, C8 Y C9 ................... 98

Figura 5-68 Difractograma de la composición C10 .................................................. 100

Figura 5-69 Difractograma de la composición C11 .................................................. 100

Figura 5-70 Curva de gresificación de la composición C10 ..................................... 101

Figura 5-71 Curva de gresificación de la composición C11 ..................................... 101

Figura 5-72 Resistencia a la flexión de las composiciones C10 y C11 .................... 102

Figura 5-73 Parámetros colorimétricos de las composiciones C10 y C11 ............... 103

Figura 5-74 Probetas cocidas de las composiciones C10 y C11 ............................. 103

Figura 5-75 Densidades aparentes de las formulaciones C10 y C11....................... 104

Figura 5-76 Micrografías de las composiciones C10 y C11 ..................................... 105

Figura 5-77 Análisis estadístico de las composiciones C10 y C11 .......................... 105

Contenido XV

Lista de tablas

Pág.

Tabla 3-1 Clasificación de las baldosas cerámicas según norma ISO13006-NTC919 . 7

Tabla 5-1 Materias primas utilizadas y su identificación en el texto ........................... 45

Tabla 5-2 Análisis químico por fluorescencia de rayos X de las materias primas ...... 49

Tabla 5-3 Análisis mineralógico por difracción de rayos X de las materias primas .... 50

Tabla 5-4 Análisis químico de la arcilla AT con los tratamientos de beneficio ........... 61

Tabla 5-5 Análisis químico de la puzolana PZ con los tratamientos de beneficio ...... 62

Tabla 5-6 Análisis químico de la arcilla AR con los tratamientos de beneficio ........... 62

Tabla 5-7 Análisis químico de la arcilla AS con los tratamientos de beneficio ........... 63

Tabla 5-8 Análisis mineralógico de las materias primas beneficiadas ....................... 64

Tabla 5-9 Composiciones de pasta C1, C2, C3, C4 y C5 .......................................... 74

Tabla 5-10 Caracterización química de las composiciones C1, C2, C3, C4 y C5 ........ 75

Tabla 5-11 Composiciones de pasta C6, C7, C8 y C9 ................................................ 87

Tabla 5-12 Caracterización química de las composiciones C6, C7, C8 Y C9 .............. 88

Tabla 5-13 Composiciones de pasta C10 y C11 ......................................................... 99

Tabla 5-14 Caracterización química de las composiciones C10 y C11 ....................... 99

1. Introducción

El gres porcelánico es un producto cerámico que se caracteriza principalmente por

valores de absorción de agua muy bajos (< 0,5%) por lo que, según la norma ISO 13006

- NTC 919, se clasifica en el grupo Bla, que corresponde a materiales gresificados,

prensados en seco y con valores de porosidad inferiores a 0,5%, expresados en términos

de absorción de agua. Esta característica hace que el gres porcelánico sea un material

de alto desempeño y con elevadas características técnicas, como por ejemplo alta

resistencia a las manchas, al desgaste y al impacto; además, es de gran durabilidad,

adaptabilidad y versatilidad.

Actualmente, el gres porcelánico tiene una gran demanda en el mercado, donde compite

estéticamente no sólo con los materiales cerámicos tradicionales, sino también con

materiales como el mármol y el granito, dado que se pueden obtener diseños que se

asemejan a estas rocas naturales, además de ser elegante, vistoso e higiénico, lo que

exige muy poco mantenimiento. Las últimas tendencias del gres porcelánico han sido el

desarrollo de grandes formatos, llegando a alcanzar dimensiones de 160 x 320 cm. Las

características antes mencionadas hacen que el gres porcelánico sea un producto muy

usado en la pavimentación de zonas con alto tránsito peatonal, espacios residenciales y

recubrimientos de edificios.

La producción mundial de gres porcelánico ha experimentado una expansión importante,

esta ganancia de espacio, cada vez mayor en el comercio, se debe no solamente al buen

desempeño que ha tenido en el sector constructor, especialmente en la línea de

acabados y la remodelación, sino también a sus elevadas características técnicas y a su

constante evolución estética.

2 Introducción

Con respecto a Colombia, el mercado del gres porcelánico es atractivo y dinámico. Lo

cual se puede evidenciar en las cifras de importaciones de este producto de los últimos

diez años que se muestran en la figura 1-1, las cuales pasan de 4,772,990 m2 en el año

2009 a 8,829,238 m2 en el año 2019 (Matias, T. 2017). Teniendo un pico máximo en el

año 2014, con cerca de 12 millones de metros cuadrados.

Figura 1-1 Cifras de importaciones de gres porcelánico en Colombia

Con estas cifras de mercado, se puede pensar que Colombia tiene gran potencial en

ventas de este producto; pero a pesar de estos importantes datos, la pregunta que surge

es: ¿Por qué no se produce más gres porcelánico en Colombia?, una de las repuestas a

este interrogante está enmarcada principalmente, en la ausencia o poca presencia de

materias primas nacionales que cumplan con las características técnicas para el

desarrollo de este producto. Entre las características técnicas más importantes se

pueden resaltar principalmente dos; la primera de ellas es el elevado grado de blancura

que deben poseer estas materias primas, es decir valores de óxidos pigmentantes por

debajo del 1%, ya que éstas sustancias colorean las piezas después del proceso de

cocción y debido sobre todo a las exigencias del mercado, y a que los consumidores

tienen la idea que los productos de coloración blanca son de mayor calidad y le atribuyen

mejores prestaciones técnicas; en general, el mercado del gres porcelánico está centrado

principalmente en la producción de baldosas de coloración clara.

Introducción 3

Recientemente ha entrado con gran fuerza en el mercado el gres porcelánico esmaltado

en el cual la coloración del soporte cocido es menos estricta, ya que el esmaltado y la

decoración final que se le da al soporte cerámico ocultan en gran medida la coloración

original. En este sentido, se puede pensar en que las arcillas nacionales que se utilizan

recientemente y que son adecuadas solamente para la fabricación de soportes cerámicos

de coloración roja, pueden ser utilizadas como materia prima para la fabricación de gres

porcelánico, de coloración clara, si son sometidas a tratamientos previos y

acondicionamientos necesarios para tal fin. De esta forma, se mejorarían las

prestaciones y se obtendrían productos de mayor valor agregado y con un menor

impacto ambiental, ya que no se harían explotaciones mineras diferentes a las ya

existentes.

La segunda característica técnica que deben cumplir las materias primas para el

desarrollo de un gres porcelánico, es el alto grado de sinterización que deben alcanzar,

debido a la necesidad de obtener bajos niveles de porosidad en el producto acabado;

esta baja porosidad se logra mediante la formación de fase líquida durante la cocción en

donde los agentes fundentes desempeñan un papel fundamental. Uno de los agentes

fundentes comúnmente utilizados en la fabricación de gres porcelánico es el feldespato.

En Colombia la presencia de minas de este mineral es baja y la calidad del mismo no es

la mejor, siendo principalmente potásicos, con un bajo proceso de beneficio, lo que hace

necesario pensar en reemplazar esta materia prima por otros materiales que cumplan

con las mismas características fundentes.

Por otra parte, hay que resaltar que la tendencia mundial, que existe en este momento,

es considerar el empleo de diferentes residuos y subproductos industriales reciclados

como una nueva fuente de materia prima; y al mismo tiempo mejorar la calidad de los

productos reduciendo las emisiones nocivas y el uso de energía, todo ello respetando el

medio ambiente. En particular, la industria cerámica, durante el proceso de fabricación,

va generando diferentes residuos, los cuales últimamente están siendo reutilizados, pero

muchas veces sin tener una caracterización previa de los mismos, por lo que, si cada uno

de estos residuos se valora adecuadamente, permitiría un ahorro de materias primas y

un menor consumo energético para obtener materiales con buenas prestaciones.

4 Introducción

El gres porcelánico en el mercado colombiano se ha convertido en un producto de alta

demanda, con mayor valor agregado, que en muchos casos puede superar ampliamente

el precio de la cerámica tradicional, razón por la cual las industrias cerámicas

colombianas deben llevar al mercado hacia la innovación y la diferenciación; por lo tanto

este estudio tiene como propósito general el desarrollo de un gres porcelánico con

materias primas de procedencia nacional, intentando mantener constantes las

propiedades técnicas requeridas en los productos actualmente comercializados, como

son la baja absorción de agua, alta resistencia mecánica y, a su vez, mejorar el grado de

blancura, por lo que se considerarán diferentes materias primas disponibles en la

industria cerámica, las cuales serán sometidas a un proceso de beneficio para poder ser

usadas en pastas cerámicas de gres porcelánico de coloración clara. Además de

incorporar residuos industriales, lo que aumentaría la competitividad del producto y

disminuiría los costos manteniendo la calidad del producto final.

Con este estudio se podrán sentar las bases para continuar hacia un nivel industrial,

logrando así aportar en el conocimiento de las condiciones de proceso que se deben

configurar para producir gres porcelánico con materias primas colombianas, lo cual

permitirá ofrecer este producto en el mercado nacional e internacional y así abrir nuevos

campos de desarrollo para el país que permitirán obtener un mayor valor agregado a las

materias primas colombianas y permitir la utilización de nuevas fuentes de materias

primas y de igual manera sustituir parte de la importación de este producto.

A nivel de conocimiento, se sabe que los materiales cerámicos ocurren por reacciones en

estado sólido, por lo que este estudio permitirá conocer el comportamiento en la

reactividad entre diferentes óxidos, conocer los mecanismos de formación de fases

cristalinas a partir de los elementos de partida y abrir aún más los campos de aplicación

a nivel de control proceso, para las técnicas de caracterización que comúnmente son

empleadas para la caracterización de sólidos, como lo son la fluorescencia de rayos X, la

difracción de rayos X, la microscopia electrónica de barrido, entre otros. Buscando una

mayor integración universidad–industria.

2. Objetivos

2.1 Objetivo general

Caracterizar y beneficiar materias primas colombianas con el fin de reducir sus

contenidos de hierro e impurezas, para su utilización en el desarrollo de un gres

porcelánico de coloración clara.

2.2 Objetivos específicos

Caracterizar química, mineralógica y cerámicamente materias primas distribuidas entre

arcillas, arenas, feldespatos, puzolanas y residuos industriales.

Tratar mediante técnicas de beneficio, tanto físicas como químicas, las materias primas

con contenidos moderados de óxidos de hierro, con el fin de obtener una disminución

significativa de este óxido pigmentante.

Caracterizar química, mineralógica y cerámicamente cada una de las materias primas

sometidas a los tratamientos de beneficio.

Desarrollar formulaciones de pasta de gres porcelánico, incorporando las materias

primas tratadas previamente y caracterizar cerámicamente cada una de estas

formulaciones obtenidas.

Definir las condiciones de procesamiento a nivel productivo.

3. Estado del arte

El gres porcelánico se puede definir a partir de las dos palabras que componen su

denominación. La palabra “gres” indica un material de masa muy compacta, constituida

por varias fases cristalinas inmersas en una matriz vítrea. El adjetivo “porcelánico” posee

una raíz etimológica en la palabra porcelana, el cual es un material cerámico

tradicionalmente blanco, translúcido, compacto y muy duro (Sacmi, 2004, p.322). El gres

porcelánico es un producto cerámico que se caracteriza principalmente por valores de

absorción de agua muy bajos (<0,5%) por lo que, según la norma ISO 13006-NTC 919,

se clasifica en el grupo Bla, que corresponde a materiales gresificados, prensados en

seco y con valores de porosidad inferiores a 0,5%, expresados en términos de absorción

de agua, como se puede observar en la tabla 3-1.

Tabla 3-1 Clasificación de las baldosas cerámicas según norma ISO13006-NTC919

Método de conformación

Capacidad de Absorción de Agua = A

Grupo I A ≤ 3%

Grupo IIa 3% < A ≤ 6%

Grupo IIb 6% < A ≤ 10%

Grupo III A > 10%

A Baldosas Extruidas

AI Absorción de

agua baja

AIIa Absorción de

agua media-baja

AIIb Absorción de

agua media-alta

AIII Absorción de

agua alta

B Baldosas

prensadas en seco

BIa E ≤ 0.5%

Absorción de agua muy baja BIIa

Absorción de agua media-baja

BIIb Absorción de

agua media-alta

BIII Absorción de

agua alta BIb 0.5% < E ≤ 3% Absorción de

agua baja

8 Desarrollo de un gres porcelánico incorporando arcillas colombianas sometidas a

un proceso de blanqueamiento

3.1 Materias primas para gres porcelánico

Los soportes de gres porcelánico usualmente contienen materias primas distribuidas

entre arcillas caoliníticas, cuarzo y agentes fundentes, tales como feldespatos, talcos,

nefelinas, etc. Cada una de estas materias primas juega un papel fundamental y le aporta

una característica de interés a la pasta. A continuación, se describe con más detalle cada

una de las materias primas que conforman la pasta de un gres porcelánico y la función

que cumple cada una de ellas:

3.1.1 Arcillas Caoliníticas

Las arcillas caoliníticas están compuestas principalmente de caolinita, el cual es un

mineral de arcilla cuya formula es Al2O3.2SiO2.2H2O. Son materiales de baja plasticidad,

cocción blanca y alta refractariedad. Las arcillas caoliníticas tienen dos funciones

principales en la formulación de pasta de gres porcelánico: La primera de ellas es conferir

blancura a la pasta, ya que su color en cocido es esencialmente blanco, debido a su bajo

contenido de óxidos colorantes principalmente hierro y titanio. La segunda función es

proporcionar la plasticidad necesaria para que después de la etapa de prensado, las

piezas tengan una alta resistencia mecánica en seco para facilitar la manipulación y

transporte del producto sin cocer (Restrepo, 2011, p. 91).

Según Biffi, (2002), además de proporcionar blancura a la masa cerámica, la caolinita es

portador básico de óxido de aluminio (Al2O3), que durante la fase de vitrificación, regula el

equilibrio de las reacciones. De hecho, la alúmina puede participar en la formación de

una fase vítrea aluminosa de silicio en asociación con elementos fundentes o también se

encuentran predominantemente al final del proceso de mullita (3Al2O3·2SiO2), que debido

a su morfología de agujas, actúa como un "esqueleto" de los productos obtenidos que

contribuyen a aumentar la resistencia mecánica.

3.1.2 Cuarzo

El cuarzo es la forma cristalina predominante de la sílice (SiO2), se adiciona como

materia prima para el soporte, en forma de arena cuarcífera finamente dividida. Las

funciones del cuarzo en las pastas de gres porcelánico son múltiples, en donde se puede

destacar: Actuar como un indicador importante de la relación correcta entre SiO2 y Al2O3

Capítulo 3 9

para la formación de mullita, que según Biffi, (2002) es una etapa de neoplasia de gran

importancia porque aumenta la resistencia mecánica de las piezas; disminuir la

plasticidad y el tiempo de secado; aumentar la permeabilidad de la pieza cruda, la

compacidad y el coeficiente de dilatación de la pieza cocida; así como evitar que ésta se

deforme o contraiga demasiado tanto en el secado como en la cocción. El cuarzo está

presente en la mayor parte de las pastas empleadas en cerámica, ya sea introducido con

las arcillas naturales o como materia prima separada.

Una mayor proporción de este mineral en las pastas empleadas en la fabricación de gres

porcelánico, reduce de modo significativo, la contracción de cocción e incrementa la

porosidad de las piezas cocidas, a igualdad de temperatura. Así mismo, una cantidad

excesiva de sílice disminuye, en todos los casos, la resistencia mecánica de la pieza

tanto cruda como cocida e incrementa el coeficiente de dilatación del producto cocido,

pudiendo causar durante la etapa de enfriamiento de la pieza tras su cocción, la rotura

denominada microfisura, como consecuencia de las enormes tensiones producidas por la

inversión β → α de esta especie cristalina. La función del cuarzo, es formar el "esqueleto"

del soporte cerámico, una función no plástica y estructural necesaria para controlar los

cambios en las dimensiones del producto durante las etapas de secado y cocido

(Restrepo, 2011, p. 91).

El gres porcelánico exige que las materias primas utilizadas sean de muy buena calidad y

de elevada pureza, por lo que la mayoría de países que no cuentan con materias primas

de coloración blanca, de alta calidad y/o en cantidades suficientes, deben importar

grandes cantidades de materias primas de otros países en especial de Ucrania y Turquía

lo que trae consigo, un aumento en el costo de producción de estos productos y

disminución en la competitividad. Las fuentes de estas materias primas de alto grado y

calidad han empezado a escasear, siendo así necesario pensar en fuentes alternativas

de materiales que cumplan con las características adecuadas para el desarrollo de gres

porcelánico.

Es por esta razón que se han llevado a cabo varias investigaciones en diferentes países

cuyo propósito es estudiar la viabilidad de materias primas de origen local en el uso de

formulaciones de gres porcelánico. Dentro de estas investigaciones se pueden resaltar

las realizadas por: Abadir et al., (2002), quienes trabajan con materias primas egipcias;



Andreola et al., (2009), estudian materias primas italianas y bentonitas; Galos, (2011),

caracterizan diferentes arcillas de Polonia; Hevia et al., (2008), utilizan materias primas

de Argentina; Lázaro et al., (2012); Llop et al., (2011); Sánchez et al., (2002), analizan

materias primas de origen español; Kamseau et al., (2007), caracterizan dos arcillas de

Camerún; Matthew, (2014), utilizan un feldespato de Nigeria; Sousa et al., (2008),

trabajan con materias primas de Brasil; Ríos, (2009) y Céspedes, (2014), estudian

materias primas de Colombia. El propósito de estas investigaciones ha sido el estudio y

caracterización de materias primas de origen local, con las cuales han desarrollado

formulaciones de pasta de gres porcelánico, obteniendo composiciones que alcanzan

una alta sinterización, una baja porosidad y que cumplen con las características técnicas

que deben poseer este tipo de productos.

3.1.3 Materias primas fundentes

Feldespatos

De acuerdo a Biffi, (2002) Los feldespatos se definen como aluminatos de silicio de

metales alcalinos y alcalinotérreos. La composición de feldespatos constituyentes de

rocas corresponde a un sistema ternario compuesto por:

Feldespato potásico (KAlSi3O8) (ortoclasa)

Feldespato sódico NaAlSi3O8 (albita)

Feldespato cálcico CaAl2Si2O8 (anortita)

Feldespatos con una composición química entre anortita y albita se llaman plagioclasas,

en cambio los feldespatos con una composición entre albita y ortoclasa se llaman

feldespatos alcalinos. Los miembros de ambos grupos tienen los nombres específicos

como se indican en la figura 3-1. Las composiciones químicas de los feldespatos en este

sistema ternario, se expresan generalmente en función de los porcentajes moleculares

de Ortoclasa (Or), Albita (Ab) y Anortita (An).

https://es.wikipedia.org/wiki/Minerales_constituyentes

https://es.wikipedia.org/wiki/Minerales_constituyentes

https://es.wikipedia.org/wiki/Potasio

https://es.wikipedia.org/wiki/Potasio

https://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

https://es.wikipedia.org/wiki/Oxigeno

https://es.wikipedia.org/wiki/Plagioclasa

Capítulo 3 11

Figura 3-1 Diagrama ternario de la representación química de los feldespatos

Estos tipos de feldespatos presentan varios estados polimórficos y pueden formar

cristales mixtos, por lo que su comportamiento frente al calor es intermedio respecto a los

cristales puros. Generalmente, inician su descomposición a 1160°C y la terminan a

1290°C. La elevada cantidad de álcalis que presentan estas materias primas determina

su facilidad para fundir y reaccionar con otros componentes. Los feldespatos alcalinos

son los más empleados en la industria cerámica. La albita, NaAlSi3O8, presenta un punto

de fusión congruente a 1090°C. Por el contrario, la ortosa, KAlSi3O8, muestra una fusión

incongruente a 1180°C transformándose en leucita KAlSi2O6, y un vidrio silíceo de alta

viscosidad. A medida que aumenta la temperatura va disminuyendo muy lentamente la

viscosidad del vidrio formado. Evidentemente, la viscosidad de la albita es más baja que

la de la ortoclasa hasta los 1180°C, ya que esta última no ha comenzado a fundir. La fase

amorfa desarrollada a partir de la ortosa proporciona un amplio intervalo de cocción

debido a su alta viscosidad. Dicho intervalo se extenderá desde 1180°C a 1530°C, en

esta última temperatura es donde se produce la fusión completa de la leucita. Por el

contrario, el intervalo de cocción será más reducido cuando el feldespato empleado sea

la albita ya que la viscosidad de la fase amorfa es más baja. (Barba et al., 2002, p.175).



Los feldespatos juegan un papel fundamental en las formulaciones de pastas de gres

porcelánico, dado que actúan como fundentes, produciendo abundante fase líquida, la

cual, es indispensable para obtener las excelentes características técnicas del gres

porcelánico. Su función principal es facilitar la fusión y reactividad de la pasta, lo que

hace que se reduzca la temperatura de cocción necesaria para alcanzar valores bajos de

absorción de agua. La acción de los feldespatos sódicos es más efectiva que la de los

feldespatos potásicos, lo que implica mayores pendientes en las curvas de contracción

lineal - absorción de agua - temperatura y la obtención de bajas absorciones de agua e

hinchamiento de las piezas a temperaturas inferiores. Por otro lado, los feldespatos

actúan como desgrasantes mejorando la compacidad y permeabilidad de las piezas

conformadas.

Debido a la necesidad de lograr un alto grado de sinterización, se han desarrollado

diferentes estudios en donde han sido incorporados en composiciones de pastas de gres

porcelánico, diferentes materiales como por ejemplo: escoria de alto horno, escorias

metalúrgicas, residuos de vidrio, entre otros, con el fin de reemplazar al feldespato y de

estudiar el efecto de esta incorporación sobre las propiedades técnicas del producto

cocido. Dentro de estos estudios se pueden destacar la investigación realizada por

Andreola et al., (2001), en donde se ha estudiado la posibilidad de utilizar residuos

sólidos de la incineración de desechos municipales, usando tres diferentes tipos de

cenizas en las formulaciones de pasta de productos cerámicos. De esta investigación se

puede concluir, que dos de los tipos de cenizas no son aptos para ser utilizados como

materia prima en la industria cerámica ya que generan defectos en el producto final, por

el contario una de las cenizas utilizadas si es introducida hasta el 20% en peso en la

formulación de pasta, no cambia sustancialmente el comportamiento mineralógico y

térmico del producto cerámico.

En la investigación de Pal et al., (2016), se han formulado composiciones de pasta de

gres porcelánico utilizando escoria de industrias metalúrgicas reemplazando parte del

feldespato. En los resultados obtenido se ha encontrado que la adición de escoria que

reemplaza parte del feldespato trae una vitrificación temprana y una resistencia a la

flexión superior en comparación con la composición estándar, por lo tanto se pueden

producir baldosas de porcelana vitrificada de bajo costo, donde los principales residuos

Capítulo 3 13

sólidos generados por las industrias del hierro y el acero, pueden utilizarse como fuente

alternativa de materias primas en la industria cerámica.

En la investigación realizada por Caligaris et al., (2000), se evalúa la reutilización de

diversos residuos: Vidrio, aisladores eléctricos y cenizas volantes en las formulaciones de

pasta de productos cerámicos. Entre los resultados obtenidos de este estudio se puede

resaltar que la introducción de estos materiales de reciclado, en la formulación de pastas,

puede aportar la fundencia complementaria al feldespato y además pueden reducir la

temperatura de sinterización. Por lo tanto, desde un punto de vista exclusivamente

técnico es posible reutilizar estos residuos en el propio proceso de producción de

baldosas.

En la investigación realizada por Guzmán et al., (2013), se estudia la utilización de una

ceniza de tamo de arroz como substituto del feldespato en la fabricación de productos

cerámicos de tipo triaxial. Para esto se han preparado mezclas, donde la ceniza sustituye

al feldespato en volúmenes distintos, evaluando las propiedades físicas y mecánicas de

los productos cerámicos obtenidos. De esta investigación se puede concluir que la ceniza

de tamo de arroz es un posible reemplazo parcial del feldespato en la elaboración de

productos cerámicos. Encontrando como resultados que la porosidad y la absorción de

agua disminuyen y la resistencia a la compresión de las piezas cocidas aumentan con

adiciones de hasta un 75% en reemplazo del feldespato. No obstante, para valores de

sustitución superiores al 50%, se observa el fenómeno de hinchamiento.

Vidrio reciclado

Puede provenir de diferentes fuentes como por ejemplo de botellas, pantallas de

televisor, lámparas, ventanas, entre otros artefactos, lo que define su naturaleza la cual

puede ser sódico-cálcica, borosilicato o aluminosilicato. Su uso depende de la

composición y de la distribución granulométrica, siendo los de naturaleza sódico-cálcica

la más utilizada en la industria cerámica, en donde es incorporado en el desarrollo

composiciones de soportes, engobes y esmaltes cerámicos, con la idea de ayudar en el

proceso de sinterización. La idea de incorporar vidrio reciclado en materiales cerámicos

se da principalmente porque este material es capaz de generar una fase líquida de baja

viscosidad a partir de los 1116ºC, lo que ayuda a la sinterización, actuando como un



material fundente lo que ayuda a disminuir la porosidad y su vez mejorar la resistencia

mecánica en cocido de los materiales cerámicos.

La incorporación de materiales de desecho en el ciclo productivo es una alternativa de

interés en la industria moderna, que conduce tanto a un beneficio económico como a una

considerable reducción del impacto sobre el medio ambiente. Con respeto al uso del

vidrio reciclado en las formulaciones de pasta del gres porcelánico, en las investigaciones

realizadas por Bernardo et al., (2008); Chitwaree et al., (2018); Delvasto et al., (2015);

Lázaro et al., (2012); Luz & Ribeiro, (2007); Njindam et al., (2018); Rambaldi et al.,

(2007); Silva et al., (2018) y Tucci et al., (2005), se utilizan diferentes tipos de vidrio para

sustituir parcialmente al feldespato que es el material fundente comúnmente utilizado en

una pasta de gres porcelánico. Para esto, se desarrollan diferentes composiciones de

pasta de gres porcelánico, en donde se reemplaza en diferentes cantidades al feldespato

y se observa sus efectos en las propiedades técnicas cerámicas. De los resultados más

relevantes de estas investigaciones, se puede resaltar que el uso del vidrio logra una

disminución significativa en la temperatura de sinterización del gres porcelánico obtenido.

Además se observa una disminución en la absorción de agua y un aumento en la

resistencia a la flexión, ya que se logra una mayor cristalización con una microestructura

más homogénea.

Nefelina

Según Dana-Hurlbut, (1960) la composición de la nefelina es silicato alumínico de potasio

y sodio (AlSiO4) (Na,K). Aparece en algunas lavas recientes en cristales vítreos, por

ejemplo, en las lavas del Vesubio y es un constituyente esencial, de rocas como la

fonolita, sienta y basalto nefelínico. Es un mineral que es ampliamente utilizado en la

industria cerámica como un fundente para las fritas y los esmaltes, y se utiliza en

pequeñas cantidades en los cuerpos vitrificados como un flujo energético. En cuerpos de

gres porcelánico se utiliza, sólo en pequeñas proporciones (3-5%), como un fundente

para reducir la temperatura de cocción y para mejorar la fusión, reduciendo el nivel de

porosidad y aumentado el contenido de álcali en la fase vítrea, (Rogers, 2003). El punto

de fusión de la nefelina es más bajo que el de los feldespatos, comienza a fundirse desde

los 940ºC, esta fusión tiene lugar de forma controlada, ya que es portadora de álcali (Na),

lo que disminuye la viscosidad y contribuye a aumentar la tasa de densificación dando

Capítulo 3 15

como resultado un aumento en la cantidad de cristales de mullita y por consiguiente un

aumento en la densidad aparente y la resistencia a la flexión (Ustundag et al., 2006)

La nefelina también ha sido estudiada con el fin de determinar su uso como agente

fundente en las formulaciones de pastas de gres porcelánico. Dentro de estos estudios

se pueden resaltar los realizadas por Salem et al., (2010); Esposito et al., (2005) y

Kamseu et al., (2007), en donde tomando una formulación estándar, el feldespato es

reemplazado en diferentes cantidades por la nefelina con el objetivo de determinar su

efecto sobre las propiedades tecnológicas como contracción, absorción de agua,

resistencia y porosidad. De acuerdo a los resultados obtenidos en cada una de estas

investigaciones se establece que la presencia de nefelina tiene una gran influencia en las

propiedades técnico cerámicas, ya que aumenta la contracción, disminuye la porosidad y

por ende la absorción de agua y aumenta la resistencia a la flexión. Este comportamiento

es atribuido a que la microestructura de los productos de gres porcelánico obtenidos es

más homogénea, brindando mejores propiedades.

Puzolanas

Puzolana es un material silíceo o silito-alumínico, que contribuye al desarrollo de las

resistencias de los cementos e igualmente evita su disolución o ataque por causa de los

medios agresivos exteriores, dando lugar a una mayor resistencia química y durabilidad.

(Cepeda & Pardo, 2014, p. 7). Las puzolanas, según su origen, se pueden clasificar en:

Puzolanas naturales y puzolanas artificiales. Las puzolanas naturales que han sido las

utilizadas en este estudio, según lo expresado por Salazar, (2002), son productos de

transformación del polvo y “cenizas” volcánicas que, como materiales piroclásticos

incoherentes procedentes de erupciones explosivas, ricos en vidrio y en estado especial

de reactividad, son aptos para sufrir acciones endógenas (zeolitización y cementación) o

exógenas (argilización). Los materiales puzolánicos naturales están constituidos

principalmente por rocas eruptivas y en particular efusivas y volcánicas, y dentro de

éstas, por extrusivas.



Con respecto al uso de la puzolana se han desarrollado investigaciones mostrando su

capacidad fundente, por ejemplo en las investigaciones de Bozkurt et al., (2006) y

Pazniak et al., (2018), se ha estudiado el posible uso de la traquita y riolita

respectivamente, como agentes fundentes alternativos en una pasta cerámica. La

diferencia entre estas dos rocas volcánicas es que la traquita presenta dentro de su

composición feldespato potásico y plagioclasa, mientras que la riolita está compuesta

casi en su totalidad por feldespato potásico. Los resultados preliminares de estas dos

investigaciones muestran que es posible incorporar la traquita y la riolita en una

formulación de pastas cerámicas como un agente de flujo y obtener propiedades

tecnológicas significativas.

En la investigación realizada por Naga et al., (2012), se ha evaluado el uso de la

granodiorita, la cual es una roca ígnea plutónica con textura fanerítica parecida al granito,

pero con la diferencia que contiene más plagioclasas que ortosa, como agente fundente

en una pasta de gres porcelánico. Para esto, se sustituye completamente al feldespato y

se obtienen baldosas cerámicas con propiedades similares a los productos

comercializados. El estudio evalúa la dependencia de la microestructura y las

propiedades mecánicas de las baldosas cerámicas de gres con el contenido de

granodiorita, mostrando que al aumentar el contenido de granodiorita, aumenta la

resistencia a la flexión.

En el estudio realizado por Serra et al., (2015), se ha demostrado que la ceniza volcánica

puede reemplazar al feldespato y actuar como agente fundente en la formulación de

materiales cerámicos a base de arcilla, ya que muestra propiedades texturales y

mecánicas adecuadas en comparación con los materiales producidos con feldespato,

esto da lugar a una disminución en el consumo de energía relacionada con la producción

de feldespato. La desventaja de emplear este mineral es la mayor presencia de

impurezas y la falta de homogeneidad del tamaño de partícula inicial.

En la investigación realizada por Pazniak et al., (2018) se ha llevado a cabo el estudio del

potencial fundente de residuos de roca granítica y basaltos y su efecto sobre las

propiedades y la microestructura de un gres porcelánico. De los resultados de esta

investigación se puede concluir que los basaltos muestran el comportamiento térmico

Capítulo 3 17

más favorable, debido a la formación de una fase vítrea de baja viscosidad con una

temperatura inicial de sinterización de 1150–1160°C y que la adición del basalto en una

cantidad de 7.5% en peso en la formulación de una pasta de gres porcelánico, conduce a

un mejor comportamiento en cuanto a densificación y valores de absorción de agua por

debajo del 1%.

En muchos casos, las materias primas poseen alto contenido de óxido de hierro por lo

que son sometidas a tratamientos y acondicionamientos con el fin de reducir la cantidad

de este óxido colorante. Para esto se han utilizado diferentes técnicas físicas y químicas,

dentro de las cuales se pueden resaltar: Flotación de espuma, tamizado, separación por

gravedad, separación magnética, tratamientos con diferentes ácidos, entre otros. A

continuación se describen los tres tratamientos que han sido utilizados en este estudio.

3.2 Métodos para la eliminación de hierro

3.2.1 Tamizado

Es un proceso estadístico, esto es, existe siempre un elemento de probabilidad en cuanto

a si una partícula puede pasar o no a través de una abertura dada. Únicamente puede

conseguirse reproducibilidad, normalizando el tiempo y el método de tamizado. Al fin de

eliminar el elemento humano en el tamizado existen cierto número de dispositivos

mecánicos de agitación o vibración para la realización de los análisis de tamizado. Estos

soportan un juego de tamices de ensayos clasificados junto con un fondo y una tapa, y

vibran durante un tiempo dado en una forma reproducible, se accionan por medio de un

motor de potencia menor de un caballo (Singer, 1976, p. 325).

La determinación de tamaño de partículas, se efectúa comúnmente por tamizado (en

seco o en húmedo), siendo el tamizado en húmedo preferible al tamizado en seco debido

a que debe tenerse un gran cuidado de utilizar material realmente seco a fin de impedir

toda formación de bolas, en cuyo caso puede perder polvo. Utilizando una serie de

tamices de aberturas cuadradas, la progresión de aberturas entre los diversos tamices,

obedece a ciertas normas internacionales o de uso común. Los tamices normados son

construidos con diámetros y con grosores de alambres estándar y su abertura entre un

tamiz y el inmediatamente siguiente de la serie, tiene una razón de “raíz de 2”. Las



aberturas se expresan en mm (milímetros), micrones (milésimas de milímetro), en

pulgadas o en número de malla de las series Tyler (de aplicación frecuente), ASTM o a

veces USBS. Los tamices más finos empleados para tamizaje de productos de molienda

fina son de 200 mallas, 325 mallas, o rara vez, de 400 mallas por pulgada lineal,

equivalente a 37μm. El resultado de las determinaciones granulométricas, como los

pesos de las fracciones retenidas sobre un tamiz experimental, son tabulados y

frecuentemente, se calculan y tabulan los pesos acumulativos que pasan por o

alternativamente quedan encima de una malla determinada (Cari & Castro, 2014).

3.2.2 Sedimentación

Es el asentamiento en un medio fluido de partículas sólidas, bajo la fuerza de la

gravedad. Existen dos tipos de sedimentación: Sedimentación simple cuando las

partículas que se asientan son discretas, o sea partículas que no cambian de forma,

tamaño o densidad durante el descenso en el fluido y la sedimentación inducida cuando

las partículas que se sedimentan son aglomerables, o sea que durante la sedimentación

se aglutinan entre sí cambiando de forma, tamaño y aumentando de peso específico. La

sedimentación depende del hecho de que partículas de la misma densidad pero diferente

tamaño caen en el seno de agua a diferentes velocidades. Esto se expresa mediante la

ley de Stokes (Singer, 1976, p. 326):

𝑣 =2𝑔𝑟2

9∗

(𝜌𝑝 − 𝜌𝑙)

𝜂

Donde

𝑣 = velocidad de la partícula que cae

𝑟 = radio de la partícula

𝜌𝑝= densidad de la partícula

𝜌𝑙 = densidad del líquido

𝜂 = viscosidad del líquido

𝑔 = gravedad

Capítulo 3 19

La ley de Stokes se aplica a cuerpos esféricos de superficie lisa. Las partículas de arcilla

son discos aplastados. Los resultados obtenidos por aplicación de la ley de Stokes a la

sedimentación de arcillas son por lo tanto, radios equivalentes empíricos, es decir el radio

de una esfera que caería a la misma velocidad que la partícula de arcilla. (Singer, 1976,

p. 327).

Para un sólido en suspensión dado, y un medio líquido dado, a una temperatura

determinada (𝜌𝑝−𝜌𝑙)

𝜂 es constante y puede ser determinado. La fórmula se transforma

entonces en:

𝑣 = 𝐶 ∗ 𝑟2

La velocidad de caída de una partícula está dada también por la ecuación:

𝑣 = ℎ

𝑡

Donde ℎ es la altura que ha caído la partícula en el tiempo 𝑡. Si se sustituye esta

ecuación en la ecuación de Stokes, se obtiene la relación entre los radios equivalentes y

el tiempo, una vez fijada ℎ, esto es:

𝑟 = {9

2𝑔∗

ℎ

𝑡∗

𝜂

(𝜌𝑝 − 𝜌𝑙)}

1/2

Se han llevado a cabo diferentes investigaciones en donde utilizan diferentes métodos

tanto físicos como químicos para beneficiar materias primas, específicamente arcillas

caoliníticas y feldespatos, en donde dependiendo de las características de estas materias

primas unos procesos de beneficio sirven más que otros. Por ejemplo en la investigación

realizada por Barrachina et al., (2017), se utilizan los métodos físicos de tamizado,

sedimentación por hidrociclón y separación magnética para eliminar el hierro presente en

tres arcillas de origen español, obteniendo reducciones en el contenido de hierro de

hasta el 80% en peso. Con estas materias primas beneficiadas se han formulado

composiciones de pasta de gres porcelánico, las cuales son capaces de sustituir la

formulación estándar de gres porcelánico que es formulada con arcillas importadas.



En el estudio llevado a cabo por Laverde et al., (2004), se han aplicado procesos de

beneficio de separación magnética para eliminar los óxidos de hierro, y de flotación para

separar el cuarzo a una arena feldespática del municipio de Sardinata (Norte de

Santander - Colombia). Las pruebas de separación magnética se realizan con equipos de

baja intensidad en seco y alta intensidad en húmedo y en seco. Las pruebas de flotación

se llevan a cabo en una celda de flotación Denver, con tanques de acero inoxidable de 1,

2 y 3 litros. De los resultados obtenidos en esta investigación se puede concluir que se

obtienen mejores comportamientos en los procesos de separación magnética de alta

intensidad, tanto en seco como en húmedo y con el proceso de flotación, para la

separación del cuarzo, se logran buenos resultados.

En la investigación realizada por Llop et al., (2010), se han utilizado los métodos de

beneficio de tamizado a 63μm y 150μm, separación magnética mediante un imán

permanente de 0.6T y ataque ácido con HCl, con el objetivo de reducir su contenido en

óxidos cromóforos (Fe2O3, TiO2) de una arcilla de origen español. Las conclusiones

obtenidas en esta investigación resaltan que los tratamientos de beneficio utilizando

métodos físicos no son suficientes para lograr una reducción significativa del hierro,

mientras que el tratamiento químico si lo logra. Esto es debido a que el hierro se

encuentra formando parte de la estructura del propio mineral arcilloso, lo que hace difícil

la separación por medio de métodos físicos.

Pérez, et al., (2010), por su parte han beneficiado una arcilla caolinítica santandereana,

aplicando los métodos de beneficio de tamizado en húmedo, sedimentación y lixiviación

con el fin de eliminar la mayor cantidad posible de cuarzo y hierro. El proceso de

separación del cuarzo mediante tamizado y sedimentación no ha sido eficiente, dado que

éste presenta un tamaño de partícula muy fino, similar a la de las especies arcillosas. Sin

embargo, mediante lixiviación a 90°C con solución de ácido oxálico 0,4 M, se ha

eliminado cerca del 98% del hierro de la arcilla, lográndose el blanqueo de la misma.

3.2.3 Lixiviación

La palabra lixiviación viene del latín “Lixivia, -ae” que significa lejía, la cual hacía

referencia al agua caliente mezclada con cenizas, que se empleaba en las lavanderías

Capítulo 3 21

romanas para blanquear. La lixiviación según la RAE, (2019), está definida como la

acción y efecto de lixiviar, es decir, de tratar una sustancia compleja, como un mineral,

con un disolvente adecuado para separar sus partes solubles de las insolubles. La

lixiviación es una técnica ampliamente utilizada en metalurgia extractiva que convierte los

metales en sales solubles en medios acuosos.

Lixiviación por lotes

El procedimiento que se sigue normalmente para la lixiviación por lotes consiste en

formar un terraplén (lote) de 2 a 8 m de altura, con el material a tratar que inicialmente ha

sido triturado y curado. Sobre este lote y cubriendo toda su área, se instala un sistema de

riego por goteo y aspersores a través de los cuales se vierte una solución ácida o básica

de agua en las superficies de los lotes, este riego se hace generalmente por 45 a 60

días. Bajo los lotes de material a lixiviar se instala previamente una membrana

impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenaje que permite recoger las

soluciones que se infiltran a través del material.

Lixiviación con ácido oxálico

En los procesos de disolución del hierro se ha estudiado el método de lixiviación

utilizando ácidos tanto inorgánicos como orgánicos. Dentro de los ácidos orgánicos se

encuentra el ácido oxálico, el cual ha presentado una alta eficiencia en la lixiviación y

reducción del hierro cuando se utiliza en el proceso de beneficio de caolines, logrando

altos índices de blancura. Según Panias et al., (2000) el mecanismo de disolución de

óxidos de hierro en ácidos orgánicos se compone de tres etapas: (1) adsorción de

ligandos orgánicos en la superficie de óxido de hierro; (2) disolución no reductiva y (3)

disolución reductiva. A su vez, la disolución reductiva involucra dos etapas: Un periodo

de inducción y un periodo de autocatálisis. En soluciones poco acidas (pH < 3) los únicos

complejos iónicos bivalentes y trivalentes de hierro estables termodinámicamente

son:[𝐹𝑒2+(𝐶2𝑂4)2]2− y [𝐹𝑒3+(𝐶2𝑂4)2]3−. El ion 𝐹𝑒2+ puede ser identificado solo en

soluciones ácidas, mientras que el ion 𝐹𝑒3+ es muy probable que no se forme en

solución. En el rango de pH de 1 a 2 los complejos iónicos [𝐹𝑒3+(𝐶2𝑂4)2]− y [𝐹𝑒3+𝐶2𝑂4]+

[(𝐶2𝑂4)2]− y [𝐹𝑒𝐶2𝑂4]

+ son estables, mientras que a pH menores que 1, el

[𝐹𝑒3+𝐻(𝐶2𝑂4)2]2+ es el único que se forma.



Según Lee et al., (2006) la disolución de hematita con ácido oxálico ocurre a través de la

oxidación de oxalato y la reducción de hematita, que puede ser expresada como se

muestra a continuación:

𝐻+ + 𝐹𝑒2𝑂3 + 5𝐻𝐶2𝑂4− = 2𝐹𝑒(𝐶2𝑂4)2

2− + 3𝐻2𝑂 + 2𝐶𝑂2

En los tratamientos de beneficio por métodos químicos se han utilizado ácidos

inorgánicos, orgánicos y reactivos complejantes para el beneficio de materias primas y la

disolución del hierro. Dentro de los ácidos y reactivos utilizados se pueden destacar las

investigaciones realizadas por González, (2006); Llop et al., (2010) y Orosco et al.,

(2010), quienes utilizan el ácido clorhídrico. Hernández et al., (2016), trabajan con el

ácido fosfórico. Muñoz, (2010), analiza el uso el ditionito de sodio. Veglio, (1997) estudia

el efecto de tiourea en ácido sulfúrico. Varadachari et al., (2006), observa el desempeño

del ditionito-citrato-bicarbonato. Estas investigaciones han sido realizadas sobre arcillas

caoliníticas y se centran en los mecanismos de disolución de la hematita, utilizando

diferentes condiciones químicas y experimentales. Los resultados experimentales de

todas estas investigaciones muestran una gran mejora en el color de las arcillas,

obteniendo una notable blancura.

El ácido oxálico es uno de los ácidos más utilizados para el blanqueamiento de arcillas

en donde se pueden resaltar las investigaciones realizadas por Baba et al., (2015);

Legorreta et al., (2015); Mandal et al., (2013); Nwoye, (2010); Ocampo et al., (2013);

Taran, (2015) y Vapur et al., (2016). En estos estudios se ha investigado el nivel de

mejora en la blancura de caolines mediante lixiviación con ácido oxálico, teniendo en

cuenta parámetros como, la concentración de ácido, la temperatura de reacción, el

tiempo de agitación y el tamaño de partícula. De estas investigaciones se puede concluir

que el ácido oxálico, es eficaz para la eliminación de hierro y que la blancura del mineral

aumenta al aumentar la concentración de ácido, la temperatura de reacción y al disminuir

el tamaño de partícula.

Capítulo 3 23

3.3 Técnicas de caracterización de las materias primas

El conocimiento de la influencia de las características físicas, químicas y mineralógicas

sobre las propiedades de las diferentes materias primas empleadas en la fabricación de

pastas de gres porcelánico, permite comprender mejor su comportamiento ante las

diferentes etapas del proceso de fabricación. A continuación, se realiza una descripción

de las técnicas de caracterización que se han utilizado en este estudio y que han

permitido determinar las características anteriormente mencionadas, de las materias

primas utilizadas.

3.3.1 Fluorescencia de rayos X

El análisis químico de las materias primas permite conocer cuáles son los elementos

presentes y en qué proporción se encuentran, es una herramienta útil para el control de

las variaciones que se producen en la composición de una materia prima. La técnica de

fluorescencia de rayos X, es el método más utilizado para determinar la composición

química de los materiales cerámicos. Esta técnica se basa en determinar la intensidad y

longitud de onda de las radiaciones electromagnéticas emitidas por los elementos

químicos (radiaciones secundarias o fluorescentes) cuando esos son sometidos a un haz

de rayos X de alta energía (rayos X primarios). Las longitudes de onda de las radiaciones

secundarias o fluorescentes son características de los elementos que las emiten y se

deben a los cambios electrónicos que sufren los electrones de las capas más internas

cuando son irradiados por una radiación electromagnética de alta energía. Los resultados

del análisis químico de cualquier sustancia se expresan normalmente en óxidos y para

los materiales cerámicos se suelen presentar 8 principales: Dióxido de silicio (SiO2),

trióxido de aluminio (Al2O3), dióxido de titanio (TiO2), trióxido de hierro u óxido férrico

(Fe2O3), óxido de calcio (CaO), óxido de magnesio (MgO), óxido de sodio (Na2O) y óxido

de potasio (K2O). Del resultado del análisis químico, que se da en forma de porcentaje en

peso de los óxidos, se puede obtener la siguiente información (Barba et al., 2002, p. 131-

132):

%SiO2: Su valor es indicativo del porcentaje de sílice libre o cuarzo que posee la

muestra.

%Al2O3: Normalmente su valor está relacionado con la proporción de mineral arcilloso y

feldespato.



%CaO: El calcio se encuentra normalmente en forma de carbonatos alcalinotérreos

(calcita y dolomita)

%MgO: Este óxido se asocia a la presencia de dolomita y clorita

%K2O: Indica la presencia de illita, mica o feldespato potásico.

%Na2O: Indica la presencia de feldespato sódico.

Pérdida por calcinación: Normalmente se debe a la descomposición de los minerales

arcillosos y los carbonatos y, en menor medida, a la combustión de la materia orgánica.

A pesar de la información que proporciona evaluar el tipo y cantidad de elementos

presentes en una muestra, la identificación y cuantificación de los minerales presentes

tiene una mayor utilidad en la industria cerámica. Muchas propiedades de las arcillas y

las otras materias primas cerámicas, dependen del tipo y de proporción de los varios

minerales que los componen, por lo que la identificación de estos minerales es de una

importancia fundamental.

3.3.2 Difracción de rayos X

Las materias primas empleadas en la fabricación de baldosas cerámicas, están

compuestas normalmente por diferentes especies mineralógicas que se han mezclado

íntimamente durante el proceso de formación. Debido a ello, sus propiedades dependen

de la naturaleza de los minerales presentes, de su estado de degradación y de las

proporciones en las que éstos se encuentran. El método más utilizado para determinar la

mineralogía de las materias primas cerámicas es la difracción de rayos X. Este método

posibilita la identificación de los minerales presentes y las características cristaloquímicas

de dichos minerales. La técnica consiste en hacer incidir un haz de rayos X, previamente

colimado y de longitud de onda conocida, sobre una fina lámina de polvo, que gira en el

centro de un goniómetro. Como consecuencia de ello, la radiación X incidente en la

muestra, oportunamente filtrada de modo de poder obtener la monocromaticidad,

interacciona con el retículo cristalino de la misma, dando lugar a configuraciones de

difracción que se correlacionan, por la ecuación de Bragg: 𝑛𝜆 = 2𝑑𝑠𝑒𝑛𝜃, donde, 𝜆 es la

longitud de onda de los rayos X, 𝜃 es el ángulo de difracción (medido con respecto a los

planos de difracción), 𝑑 es la separación entre planos y 𝑛 es el orden de reflexión.

Capítulo 3 25

El fenómeno de la difracción de rayos X puede ser producido en diferentes modalidades

y permite obtener información del ordenamiento cristalino de los materiales. Entre los

instrumentos de laboratorio basados en esta técnica, se encuentra el difractómetro de

polvo, en el que un detector rota en sincronía con el ángulo 𝜃 rotado entre el haz de

rayos X incidente y la muestra en polvo plana, de modo que, si la muestra rota un ángulo

el detector rota 2𝜃 en esta geometría, la superficie de la muestra forma ángulos iguales

con el haz incidente y el haz difractado. El gráfico obtenido se denomina difractograma y

es una representación de la intensidad de radiación difractada (𝐼) en función del ángulo

(𝜃) de incidencia. En un difractograma aparecen las líneas de difracción

correspondientes a cada uno de los minerales presentes. Las intensidades de estas

líneas (expresadas en número de cuentas), aunque dependen en gran medida del grado

de cristalinidad y de la especie mineralógica, pueden proporcionar una idea aproximada

del contenido en un determinado mineral en la muestra analizada. (Barba et al., 2002, p.

133).

A partir del análisis químico y del análisis mineralógico de una materia prima, se pude

calcular, de una forma aproximada, el contenido en forma porcentual de cada uno de los

minerales. Este método de cálculo se denomina análisis racional y consiste en asignar a

las distintas especies mineralógicas presentes, identificadas mediante DRX, los

porcentajes de óxidos obtenidos a partir del análisis químico.

3.3.3 Microscopia electrónica de barrido (MEB)

Las propiedades mecánicas de las baldosas de gres porcelánico están muy influenciadas

por la microestructura que éstas adquieren durante el proceso de sinterización. (Dondi et

al., 1999). Una de las técnicas más utilizadas para observar la microestructura de los

materiales cerámicos, es la microscopía electrónica de barrido, esta técnica utiliza un

microscopio electrónico de barrido en el cual se hace incidir un delgado haz de

electrones acelerados, con energías desde unos cientos de eV hasta unas decenas de

keV, sobre una muestra gruesa, opaca a los electrones. Este haz se focaliza sobre la

superficie de la muestra de forma que realiza un barrido de la misma, siguiendo una

trayectoria de líneas paralelas.



La interacción del haz de electrones con la muestra produce diversas señales (electrones

secundarios, electrones retrodispersados, emisión de rayos X, etc.), que son recogidas

por distintos detectores, permitiendo obtener información topográfica, estructural y

química de la muestra. Los electrones secundarios, son electrones de baja energía que

resultan de la emisión por parte de los átomos constituyentes de la muestra, debido a la

colisión con el haz incidente, con estos electrones se obtiene una imagen de apariencia

tridimensional de la muestra, aportando información topográfica, en donde las zonas más

brillantes corresponden a montículos y las zonas más oscuras a valles. Los electrones

retrodispersados, son electrones del haz incidente que han interaccionado (colisionado)

con los átomos de la muestra y han sido reflejados. Una imagen originada por los

electrones retrodispersados brinda información estructural y la intensidad de emisión de

estos electrones está directamente relacionada con el número atómico medio de los

átomos de la muestra, en donde las zonas más brillantes corresponden a elementos

pesados y las zonas más oscuras a elementos livianos. En cuanto a la emisión de rayos

X: Cuando los electrones de niveles internos son expulsados por la interacción de los

electrones primarios, hay transiciones entre los niveles de energía con emisión de rayos

X, esta energía y longitud de onda están relacionadas con la composición elemental de la

muestra, permitiendo realizar análisis químicos mediante espectroscopia por dispersión

de energía y de longitud de onda (EDS y WDS por sus siglas en inglés).

3.3.4 Microscopía de calentamiento

Cuando una materia prima cerámica se calienta sufre diferentes transformaciones físicas

y químicas que pueden dar lugar a toda una serie de variaciones en la forma y

dimensiones de la probeta ensayada. La microscopía de calentamiento que hace uso del

microscopio de calefacción permite la observación de las variaciones morfológicas y

dimensionales que sufre una materia prima al ser calentada, en donde se puede

determinar los intervalos de temperatura en los que se produce la contracción y fusión de

la materia prima estudiada, lo mismo que la evolución de la viscosidad. Es un

procedimiento útil para evaluar la aptitud de las materias primas fundentes como los

feldespatos para ser utilizadas en las formulaciones de pasta de gres porcelánico, dado

que identifica una serie de formas y temperaturas características que son claves para la

optimización de los procesos de fabricación. Las temperaturas características que el

Capítulo 3 27

sistema puede identificar automáticamente son el comienzo de la sinterización, el

ablandamiento, la esfera, la media esfera y la fundición/fusión. A continuación se

describe cada una de ellas:

Sinterización

En esta fase las dimensiones de la muestra se reducen, pero no cambia de forma. La

temperatura en la que la muestra presenta variación en sus dimensiones corresponde a

la temperatura de sinterización.

Ablandamiento

En esta fase ya se empieza a notar un cambio en la forma de la muestra, presentando un

redondeo de los ángulos y una atenuación de la rugosidad en la parte superior. Este

cambio de forma se da cuando las fases líquidas que se forman en la muestra emergen a

la superficie.

Esfera

Tiene su nombre por la semejanza que tiene la muestra a esta temperatura con una

esfera, en donde su forma está controlada por la tensión superficial. A esta temperatura

la muestra está constituida principalmente por fases líquidas.

Media Esfera

Esta temperatura se obtiene cuando la altura de la muestra corresponde a la mitad de la

anchura de la base.

Fusión

En esta fase la muestra está completamente fundida y su temperatura se establece

cuando la altura de la muestra se encuentra por debajo de un tercio de la altura inicial y

la relación entre la base de la muestra y la altura supera un valor máximo.



3.3.5 Espectrofotometría UV–Visible en la modalidad de reflectancia difusa

El color de los soportes cerámicos después de ser sometidos a cocción es una de las

propiedades que más interesa en la industria cerámica, pues el color en cocido permite

clasificar el producto cerámico en productos de pasta blanca y productos de pasta roja. El

color en cocido de las materias primas depende fundamentalmente de su contenido de

minerales de hierro, no obstante, la presencia de otros elementos cromóforos, como el

titanio, el ambiente oxidante o reductor del horno, el grado de cocción, el tipo de fases

que se generen y la presencia de compuestos solubles, son factores que influyen en el

color final obtenido. Uno de los métodos de análisis para determinar el color en la

industria cerámica es la espectrofotometría UV–Visible en la modalidad de reflectancia

difusa.

La espectrofotometría UV-visible se fundamenta en la absorción electrónica de la

radiación electromagnética cuando esta interacciona con la materia en el rango de

longitudes de onda entre 190nm y 800nm. La reflectancia difusa se define como la

fracción de radiación incidente que es reflejada en todas las direcciones por la muestra.

El espectro resultante se suele obtener como un porcentaje de reflectancia frente a la

longitud de onda, fijando como 100% de reflectancia, la obtenida para una muestra de

referencia que no absorba luz en el rango de longitudes de onda utilizado (Gomez, 2013).

El espacio de color CIE 1976 L*, a* y b* también llamado CIELAB, es uno de los espacios

de color uniformes definidos por la comisión internacional de iluminación (CIE por sus

siglas en inglés) en 1976. Es actualmente uno de los espacios más populares para medir

el color de los objetos y se utiliza ampliamente en casi todos los campos. Este espacio de

color se basa en representar en coordenadas rectangulares las magnitudes L*, a* y b*.

La unidad de medida es una estimación de la diferencia de color mínima que puede

detectar el ojo humano. En este espacio, L* indica luminosidad y a* y b* son las

coordenadas de cromaticidad. L* = 100 indica blanco: L* = 0 indica negro, a* y b* indican

direcciones de colores: +a* es la dirección del rojo, -a* es la dirección del verde, +b* es la

dirección del amarillo y -b* es la dirección del azul. El centro es acromático; a medida que

los valores de a* y b* aumentan y el punto se separa del centro, la saturación del color se

incrementa.

Capítulo 3 29

3.4 Proceso de fabricación del gres porcelánico

El gres porcelánico es el resultado de un proceso de producción, el cual, en términos

generales, es muy similar al utilizado en la fabricación de cualquier producto cerámico.

En la figura 3-2 se muestra un diagrama del proceso de fabricación del gres porcelánico y

a continuación, se describe cada etapa del ciclo de producción (dosificación y mezcla,

molienda, atomización, prensado, secado, esmaltado y decoración, cocción y

clasificación).

Figura 3-2 Diagrama del proceso de fabricación del gres porcelánico

3.4.1 Dosificación y mezcla

Esta primera etapa del proceso de fabricación de un producto cerámico, específicamente

de un gres porcelánico, inicia con la selección de las materias primas que van a hacer

utilizadas en la composición de la pasta, las cuales han sido previamente explotadas de

mina. Independientemente del sistema utilizado en la producción, para la fabricación de

cualquier producto cerámico se parte de una mezcla de materias primas, denominada

comúnmente pasta, la cual sufre diversas transformaciones fisicoquímicas hasta alcanzar

las propiedades requeridas por el producto acabado. Una vez se tienen seleccionadas

las materias primas a utilizar, se procede a la dosificación y mezcla de estas materias

primas como se muestra en la figura 3-3, lo que da origen a la composición final de la

pasta de gres porcelánico.

DOSIFICACIÓN Y MEZCLA

MOLIENDA ATOMIZACIÓN PRENSADO

SECADO ESMALTADO Y DECORACIÓN

COCCIÓN CLASIFICACIÓN



Figura 3-3 Proceso de dosificación y mezcla

3.4.2 Molienda

Una vez realizada la mezcla, ésta es sometida a un proceso de molturación, la cual es la

etapa que permite reducir las dimensiones de los materiales. Para la producción del gres

porcelánico se utiliza generalmente la molienda en húmedo porque permite alcanzar

tamaños de partícula más finos, que permitirá incrementar la reactividad de las partículas

con la temperatura y obtener un material más homogéneo. En esta etapa la mezcla ya

dosificada de las diferentes materias primas es introducida en un molino de bolas que

puede ser continuo como el que se muestra en la figura 3-4, o discontinuo, junto con

agua y un aditivo que permite su defloculación, la relación entre sólido y agua se

encuentra generalmente entre 70% y 30% respectivamente.

Figura 3-4 Proceso de molienda

Capítulo 3 31

El tiempo de molienda debe ser el suficiente para alcanzar una granulometría con un

residuo sobre malla 230 entre 0,5% y 1%. A la suspensión resultante se le llama

barbotina, la cual debe poseer una densidad y viscosidad adecuada. Después de la

molienda la barbotina se pasa por una serie de tamices para eliminar el material grueso

que pudo haber quedado y posteriormente es almacenada en balsas.

3.4.3 Atomización

Es la etapa que permite obtener a partir del material acuoso (barbotina) de la etapa de

molienda, un material con un contenido de humedad controlado, con una forma y

granulometría ideal que permite un correcto llenado de las prensas. El equipo utilizado en

esta etapa es un atomizador como el que se muestra en la figura 3-5, en el cual la

barbotina procedente de las balsas de almacenamiento, es bombeada por medio de

bombas de pistón al sistema de pulverización en donde como su nombre lo indica la

barbotina es pulverizada en finas gotas y al entrar en contacto con aire caliente se

obtiene un material sólido llamado gránulo el cual es más o menos esférico, hueco en su

interior, con características muy uniformes y con una humedad entre el 6% y el 7%. Una

vez obtenido el producto atomizado, este es descargado en silos de almacenamiento en

donde permanece por aproximadamente 24 horas.

Figura 3-5 Proceso de atomización



3.4.4 Prensado

Una vez pasado el tiempo en los silos de almacenamiento, el material granulado

mediante un sistema de alimentación con cintas transportadoras es dirigido a la etapa de

conformado, el cual se realiza por prensado unidireccional en seco, utilizando prensas

hidráulicas como la que se muestra en la figura 3-6. En esta etapa el polvo atomizado se

comprime entre dos superficies a presiones entre 350 y 500 kg cm–2. Tales presiones

causan reacomodo y deformación parcial en el polvo, lo que permite un alto grado de

compactación en la pieza prensada.

Figura 3-6 Proceso de prensado

3.4.5 Secado

El proceso de secado tiene la función de eliminar el agua de la pieza prensada, la cual

fue necesaria en el momento de su moldeo. Esta eliminación se hace por evaporación es

decir por conversión del agua del estado líquido al estado de vapor, para esto las piezas

conformadas se introducen en secaderos continuos que pueden ser horizontales como el

que se muestra en la figura 3-7 o verticales, con el fin de reducir su humedad hasta

niveles por debajo de 0,5% lo que permite que aumente la resistencia mecánica, que

servirá para su transporte a las demás etapas del proceso cerámico.

Capítulo 3 33

Figura 3-7 Proceso de secado

3.4.6 Esmaltado y decoración

Las piezas recién salidas del secadero se recubren con una o varias capas de engobe,

esmalte y tintas. La aplicación del esmalte sobre el soporte se hace mediante diferentes

técnicas pero la más común es la de campana, mientras que la aplicación de las tintas se

aplica en su mayoría por inyección, como se muestra en la figura 3-8.

Figura 3-8 Proceso de esmaltado

3.4.7 Cocción

La cocción es la etapa más importante del proceso de producción de cualquier producto

cerámico, ya que es el momento en el que las piezas, previamente moldeadas, sufren

una modificación fundamental en sus propiedades, dando lugar a un material duro,



resistente al agua y a los productos químicos. La cocción del producto se realiza en

hornos monoestrato de rodillos como el que se muestra en la figura 3-9.

Figura 3-9 Proceso de cocción

3.4.8 Clasificación

En esta etapa las piezas cocidas son sometidas a procesos de control de calidad,

también denominado clasificación (figura 3-10), seguido de esto las piezas se embalan

utilizando cartón, palets y polietileno. Una vez conformado el palet, se almacena en la

zona de logística de la planta para poder ser distribuido.

Figura 3-10 Proceso de clasificación

4. Procedimiento experimental

Para llevar a buen término este estudio y cumplir con los objetivos planteados, la

metodología se ha dividido en seis fases, las cuales se han desarrollado por una serie de

actividades. En la figura 4-1 se muestra un diagrama en donde se describen las fases y

las actividades desarrollas en cada una de ellas.

Figura 4-1 Descripción de las fases del procedimiento experimental

4.1 Fase 1. Selección materias primas

En esta etapa se han seleccionado materias primas pertenecientes a los departamentos

de Boyacá, Cundinamarca y Santander, que contaban con minas activas y de las cuales

algunas de ellas son actualmente usadas en la fabricación de soportes cerámicos de

coloración roja. Dentro de estas materias primas se encuentran cuatro arcillas caoliníticas

identificadas como AO, AR, AS y AT, una puzolana natural identificada como PZ, un

Fase 1

Selección materias primas

Boyacá, Cundinamarca y Santander

Minas activas

Actualmente utilizadas

Fase 2

Caracterización materias primas

originales

Análisis Químico (FRX)

Análisis Mineralógico

(DRX)

Análisis Colorimétrico

Análisis Cerámico

Fase 3

Aplicación tratamientos de

beneficio

Tamizado

Sedimentación

Lixiviación

Fase 4

Caracterización materias primas

beneficiadas

Análisis Químico (FRX)

Análisis Mineralógico

(DRX)

Análisis Colorimétrico

Análisis Cerámico

Fase 5

Desarrollo y caracterización formulaciones

Selección materias primas

Formulación de pasta

Análisis Cerámico

Fase 6

Definición condiciones de procesamiento

Selección mejor

formulación

Análisis de resultados

Definición condiciones



feldespato identificado como FD y dos materias primas que son usadas como fundentes:

Nefelina identificada como NF y vidrio reciclado identificado como VR.

4.2 Fase 2. Caracterización materias primas

4.2.1 Caracterización química

Para esta caracterización se ha utilizado un espectrómetro de fluorescencia de rayos X,

marca Bruker-AXS, modelo S4 Explorer, equipado con un ánodo de Rodio, potencia de 4

kW. La preparación de las muestras ha sido: Cada una de las materias primas es secada

a 110ºC, una vez secas, se añade a cada una de las muestras un 27% en peso de ácido

bórico el cual actúa como agente compactante, seguido de esto se realiza una

molturación y homogenización en un molino de anillos, para luego realizar el prensado en

forma de pastillas circulares y así realizar la medición en el equipo previamente calibrado.

4.2.2 Caracterización mineralógica

Para esta caracterización se ha utilizado un equipo de difracción de rayos X (DRX),

marca Bruker, modelo D4 Endeavor, equipado con un ánodo de cobre, con un rango

variable de grados 2θ, con pasos de 0,05º y 3s, a través del método de distribución de

muestras en polvo al azar. Las condiciones de trabajo han sido: Intensidad de 30 mA,

voltaje de 40 kV, intervalo típico de 2θ de 2 a 60°, velocidad de 2°/min. Para la

identificación y análisis mineralógico de forma cualitativa se utilizó el software X’pert High

Score y base de datos PDF2. Para el análisis cuantitativo se ha utilizado un análisis

racional.

4.2.3 Caracterización microestructural

Para esta caracterización se ha utilizado un microscopio electrónico de barrido, marca

JEOL, modelo 7001F, dotado de un espectrómetro para la realización del microanálisis

mediante dispersión de energías de rayos X (EDX) de Oxford y un programa informático

INCA 350/Wave 200. El análisis por microscopía electrónica de barrido se ha llevado a

cabo teniendo en cuenta las siguientes características: Aumentos X300, voltaje 15 kV,

detector de retrodispersados y distancia de trabajo 10 m.

Capítulo 4 37

4.2.4 Caracterización cerámica

Para esta caracterización se sigue el siguiente procedimiento: Molturación en un molino

planetario como el que se muestra en la figura 4-2, con un 60% en peso de sólidos, un

40% en peso de agua y un 0,7% en peso de defloculante, obteniendo densidades en las

barbotinas de 1,70 g cm–3, con el tiempo necesario para alcanzar residuos menores al

1% después de ser pasadas por un tamiz de 63μm.

Figura 4-2 Molinos planetarios

La barbotina obtenida de cada materia prima ha sido secada en un horno o estufa de

secado, como el que se muestra en la figura 4-3, a 110ºC durante 24 horas.

Figura 4-3 Estufa de secado



Con las barbotinas ya secas y para simular las condiciones industriales de prensado,

cada una de estas ha sido homogenizada y humectada con agua al 7% en peso, para

luego ser prensadas uniaxialmente a 350 kg cm–2 durante 3 segundos, con un molde

rectangular de 30 x 80 mm. Usando una prensa de laboratorio uniaxial marca Nannetti,

modelo SS/EA como la que se muestra en la figura 4-4.

Figura 4-4 Prensa uniaxial

Las piezas obtenidas se secan en una estufa de secado a 110°C hasta peso constante y

luego son cocidas en un horno de gradiente de seis cámaras marca Nannetti, modelo

GR-98 como el que se muestra en la figura 4-5, usando cada cámara con una

temperatura diferente. Se han utilizado seis temperaturas 1100°C, 1120°C, 1140°C,

1160°C, 1180°C y 1200°C.

Figura 4-5 Horno de gradiente de seis cámaras

Capítulo 4 39

Densidades aparentes

Este análisis ha sido realizado mediante el principio de Arquímedes, utilizando para ello

una cubeta con mercurio, ya que su elevada tensión superficial impide su penetración a

través de la porosidad abierta de las piezas. En la figura 4-6 se muestra la cámara de

medida de esta propiedad.

Figura 4-6 Cámara de medida de densidades aparentes

Absorción de agua

La determinación de la absorción de agua se ha llevado a cabo siguiendo la normativa

UNE-EN ISO 10545-3. Para la obtención de este parámetro a cada probeta cocida y

completamente seca se le toma su peso y luego se sumerge en agua hirviendo durante 2

horas utilizando un baño termostático SBS TBN-12-100 como el que se muestra en la

figura 4-7.

Figura 4-7 Baño termostático



Posteriormente cada probeta es pesada nuevamente y se obtiene el dato de acuerdo a la

siguiente ecuación:

Absorción de agua = Peso probeta sumergida en agua − Peso probeta cocida seca

Peso probeta cocida seca× 100%

Contracción lineal

El cálculo de la contracción en cocido a cada temperatura se hace midiendo la longitud

de las probetas cocidas tomando como base la norma técnica ISO 10545-2, utilizando un

calibrador vernier LCD digital como el que se muestra en la figura 4-8. Esta variable se

determina por medio de la siguiente ecuación:

Contracción Lineal = Longitud probeta en seco − Longitud probeta en cocido

Longitud probeta en seco× 100%

Figura 4-8 Calibrador vernier LCD digital

Resistencia a la flexión

Para de la resistencia a la flexión en cocido a cada temperatura se toma como base la

norma técnica ISO 10545-4. Esta variable se determina utilizando un equipo ME-3 como

el que se muestra en la figura 4-9. El cálculo de la resistencia se realiza mediante la

siguiente ecuación:

σ = 3 Fd

2bh2 N

mm2⁄

Donde:

𝐹 = Carga de rotura de la tableta (N)

𝑑 = Longitud de los apoyos (mm)

Capítulo 4 41

𝑏 = Largo de la tableta (mm)

ℎ = Espesor de la tableta (mm)

Figura 4-9 Equipo ME-3

4.2.5 Caracterización colorimétrica

Las propiedades de color se miden mediante espectrofotometría UV–Vis en la modalidad

de reflectancia difusa. Para esto se ha utilizado un espectrofotómetro marca Konica

Minolta, modelo “CM–3600d” como el que se muestra en la figura 4-10, utilizando como

iluminante el D65, y un observador Standard 10º. Las coordenadas cromáticas utilizadas

han sido las correspondientes al sistema CIE L*a*b*.

Figura 4-10 Espectrofotómetro Konica Minolta CM–3600d



4.3 Fase 3. Aplicación tratamientos de beneficio

En esta fase se han aplicado los diferentes tratamientos de beneficio a cada una de las

materias primas que según el análisis químico presentan contenidos de óxido de hierro

por encima del 1%. Los tratamientos para la eliminación del hierro e impurezas han sido:

Tamizado a 100μm y 150μm, sedimentación libre y lixiviación por lotes con ácido oxálico.

En la figura 4-11 se muestra un diagrama en donde se describe el procedimiento seguido

para cada uno de los tres tratamientos.

Figura 4-11 Diagrama de los tres tratamientos de beneficio.

4.4 Fase 4. Caracterización materias primas beneficiadas

En esta fase se ha llevado a cabo la caracterización de las materias primas beneficiadas

utilizando las mismas técnicas y procedimientos descritos anteriormente para caracterizar

las materias primas originales, con el fin de conocer los cambios sufridos en las materias

primas después de cada uno de los tratamientos. Por lo que se ha realizado nuevamente

una caracterización química por fluorescencia de rayos X, para establecer la cantidad de

óxidos colorantes removida, una caracterización mineralógica por medio de difracción de

rayos X, con el fin de determinar las fases presentes después de aplicar los tratamientos

TAMIZADO EN HÚMEDO

•Preparación de barbotinas: 50% sólidos, 50% agua, 0,58 % defloculante.

•Desleído: Agitador mecánico de laboratorio por un tiempo de 30 minutos.

•Tamizado: Tamices de 100μm y 150μm.

•Lavado con agua hasta obtener rechazos de distinta granulometría.

SEDIMENTACIÓN LIBRE

•Vasos de precipitado de 500 mL.

•Mezcla de cada materia prima con agua mediante agitación mecánica.

•Tiempo de sedimentación de 120 minutos.

•Separación de la fracción sólida suspendida por medio del sistema sifón.

LIXIVIACIÓN

POR LOTES

•Formación de lotes de tratamiento con 5 kg de cada materia prima.

•Riego por aspersión con una disolución de 0,4M de ácido oxálico por 60 días. (Tiempo de maduración de las arcillas explotadas en minas).

•Movimiento mecánico para permitir la ventilación y homogenización.

Capítulo 4 43

de beneficio, una caracterización colorimétrica para observar el cambio de color y una

caracterización cerámica para determinar si las propiedades técnico-cerámicas son

afectadas por la aplicación de los tratamientos de beneficio.

4.5 Fase 5. Desarrollo de formulaciones de pasta de gres porcelánico

En esta fase se han seleccionado las materias primas con los mejores resultados en

cuanto a la disminución significativa del hierro y en cuanto a comportamiento cerámico,

que junto a las arcillas que no son beneficiadas y a las materias primas fundentes, se han

desarrollado composiciones de pasta de gres porcelánico, con la idea que cumplan en

cada una de las etapas del proceso cerámico con las características técnicas requeridas.

Inicialmente se desarrollaron cinco formulaciones de composiciones de pasta de gres

porcelánico utilizando las materias primas nacionales que no han sido beneficiadas y las

materias primas que han obtenido el mejor resultado en cuanto a la disminución

significativa del hierro, es decir las del tratamiento de blanqueamiento más efectivo.

Tomando como base estas primero cinco formulaciones y con la idea de mejorar la

reactividad, se desarrollaron otras cuatro formulaciones de composiciones de pasta de

gres porcelánico en las cuales se ha sustituido el feldespato potásico FD en su totalidad

por la puzolana natural PZ y por compuestos como la nefelina NF y el vidrio reciclado VR.

Con la idea de darle estabilidad a la pasta y bajar la contracción, se han desarrollado dos

formulaciones más de composiciones de pasta de gres porcelánico, incorporando

materias primas que cumplen con esta función, como lo es la arena sílice y el chamote

cerámico, con el fin de analizar su influencia en el proceso, además de permitir su

reutilización y aprovechar así los residuos del sector cerámico.

4.6 Fase 6. Definición condiciones de procesamiento

Con los resultados obtenidos anteriormente, se ha seleccionado la mejor composición de

pasta de gres porcelánico y se han establecido las condiciones de proceso que se deben

configurar para obtener un producto con características uniformes y con las mejores

prestaciones tecnológicas en cada una de las etapas del proceso cerámico: Molienda,

prensado y cocción.

5. Resultados y Discusión

5.1 Resultados

La presentación de resultados se hace con base en las actividades desarrolladas en

cada una de las fases presentadas en el procedimiento experimental.

5.1.1 Selección materias primas

Las materias primas utilizadas para la realización de este estudio, pertenecen a

diferentes unidades geológicas de los departamentos de Boyacá, Cundinamarca y

Santander. En la figura 5-1 se observa el mapa de Colombia en donde se resaltan los

departamentos donde pertenecen las materias primas utilizadas.

Figura 5-1 Localización de las materias primas

Algunas de estas materias primas son actualmente usadas en la fabricación de soportes

cerámicos de coloración roja. Dentro de estas materias primas se encuentran cuatro

Capítulo 5 45

arcillas caoliníticas, de las cuales dos son consideradas como arcillas blancas,

identificadas como AO y AT y dos consideradas como arcillas rojas, identificadas como

AR y AS, una puzolana natural identificada como PZ. En la tabla 5-1 se pueden observar

las materias primas utilizadas, así como su respectiva identificación en el texto.

Tabla 5-1 Materias primas utilizadas y su identificación en el texto

Nombre

comercial Identificación Departamento Municipio Unidad geológica

Arcilla Oiba AO Santander Oiba Depósito Cuaternario

Arcilla MER AT Boyacá Tunja Formación Tilatá

Arcilla Rivera AR Cundinamarca Nemocon Formación Bogotá

Arcilla Sarmiento AS Cundinamarca Cogua Formación Bogotá

Puzolana PZ Boyacá Paipa Andesitas del

Terciario

Se han utilizado como materias primas fundentes: Un feldespato identificado en el texto

como FD, comercializado por la empresa Cerámicos Asociados; una nefelina identificada

en el texto como NF comercializada por la empresa Suministros Industriales; y vidrio

reciclado de naturaleza sódico-cálcica identificado en el texto como VR, comercializado

por la empresa Camacho Recycling (Caudete-Albacete).

Como se puede observar en la tabla 5-1, las materias primas utilizadas pertenecen a

varias unidades geológicas que presentan características litológicas diferentes, las cuales

se describen a continuación:

Depósitos cuaternarios (Qd)

Según la reseña explicativa del mapa geológico preliminar de la plancha 151 Charalá,

Pulido, (1985) identifica los depósitos como un cuaternario de derrubio, el cual reposa de

forma discordante sobre las rocas de las formaciones Cumbre y Rosablanca del



Cretácico inferior en el Anticlinal de Cerro Negro. En el área de la muestra AO la unidad

está constituida por un conjunto de arcillolitas caoliníticas de color blanco a gris claro,

estratificadas horizontalmente en capas muy gruesas de 5 m de espesor, presentan

laminación plano paralela, de carácter plástico; a nivel lateral las capas tienen

variaciones en sus espesores.

Formación Tilatá

La Formación Tilatá, Scheibe, (1934), Hubach, (1957), se trata de “un conjunto de

areniscas de grano grueso con lechos de cascajo. Los granos de arenisca y los guijarros

de los lechos cascajosos consisten en cuarzo y plaeners, de modo que el cuarzo

prevalece normalmente; en los lechos cascajosos sin embargo, prevalecen a veces los

guijarros de plaeners. La arenisca, friable en lo general, se vuelve dura por infiltraciones

de limonita. Su ancho puede ser variable y su inclinación y rumbo varían. El conjunto de

estas areniscas representa un piso especial, separado de los pisos de Guadalupe y

Guaduas por superposición discordante”. El nombre original utilizado por Scheibe es el

de Piso de Tilatá; nombre que más tarde pasó a Formación Tilatá (Hubach, 1957a;

Scheibe, 1938). Hubach (1957a) considera que la localidad tipo de la unidad está

ubicada en la región desde la Represa del Sisga hasta Villapinzón, en el norte. La

describe como una unidad formada alternativamente de gredas, arenas y capas arenosas

y cascajos, con unos 100 metros de grueso visible.

Entre Tunja y Duitama se extiende sobre una vasta superficie como un conjunto formado

por areniscas conglomeráticas, conglomerados de gravas a cantos bien redondeados,

arcillas y esporádicos lignitos. En el área de la muestra AT, la unidad está compuesta por

arcillolitas limosas de color gris claro a gris oliva claro, con moteados naranjas en capas

gruesas de 3 m a 4 m de espesor, intercaladas con algunas capas de cuarzoarenitas de

grano fino, muy bien calibradas de color naranja amarillento, en capas gruesas de 2 m de

espesor. La Formación Tilatá yace discordantemente sobre unidades Paleógenas y

Cretácicas. Hubach (1957a) menciona para la base de la unidad la presencia en la base

de la unidad, floras tropicales de nivel del mar, mientras que en su parte media Van Der

Hammen (1957) considera que la mayor parte de la unidad es de edad pliocena, aunque

los horizontes superiores podrían ser de edad pleistocena y encontró en su parte media

Capítulo 5 47

floras tropicales, por lo que se puede asumir, que el depósito de la unidad es sincrónico

con el levantamiento de los Andes.

Formación Bogotá

La Formación Bogotá, Hettner, (1892), Hubach, (1945,1957), fue creada para reducir la

Formación Guaduas que en el sentido de Hettner (1892, p. 16) abarcaba todo lo que se

superponía a la Formación Guadalupe. Los autores posteriores a Hettner empiezan a

subdividir el Guaduas, así Scheibe (1934) lo divide en tres conjuntos numerados de abajo

a arriba, colocando el Cacho en la parte superior del conjunto II, da Scheibe (1934, pp.

34) indica ya como en el Conjunto III del Guaduas, es decir por encima del Cacho, no se

encuentran capas de carbón. Esto hace que más adelante se distinga en el Guaduas

entre conjunto productivo y conjunto improductivo, hasta que Hubach (1945), restringe el

nombre de Guaduas al conjunto productivo inferior y crea el nombre de Bogotá para el

conjunto improductivo superior. Hubach (1957) se asigna como sección tipo el flanco W

del Sinclinal de Usme a lo largo de la Quebrada Zo Grande. El límite inferior está

señalado por un conjunto de areniscas de grano grueso de la Formación Areniscas de

Cacho y su límite superior está señalado por las areniscas de Formación La Regadera.

La Formación Bogotá se encuentra expuesta al oriente de Bogotá y se extiende hacia el

norte hacia las poblaciones de Tausa y Chocontá con una dirección preferencial NE-SW.

Está conformada en la parte inferior por una sucesión alternante de areniscas

subfeldespáticas a sublitoarenitas, de grano medio a fino de color gris verdoso a gris

azuloso, en capas gruesas a muy gruesas y hacia la base gris-café, interestratificadas

ocurren lodolitas y arcillolitas, color verdoso, con moteados gris claro y en menor

proporción gris rojizo. La parte superior está constituida por una sucesión alternante de

arcillolitas y limolitas abigarradas, intercaladas esporádicamente con capas de

cuarzoarenitas, de grano medio a grueso, en capas muy gruesas. En el área de la

muestra AR la unidad está compuesta por arcillolitas arenosas de color naranja

amarillento de carácter macizo. El área de la muestra AS se caracteriza por la presencia

de arcillolitas grises y arcillolitas limosas de carácter macizo en capas muy gruesas de 15

m, con intercalaciones de areniscas de grano muy fino hacia la base.



Van Der Hammen (1958) le asigna al Bogotá una edad del Paleoceno superior - Eoceno

inferior, basado en datos palinológicos a partir de capas algo carbonosas situadas por

encima del Cacho. Hoorn (1988) cita la presencia de Faveotriletes margaritae,

Proxarpertites aperculatus y Faveotricilpites perforatus, y le asigna una edad Paleoceno

Tardio – Eoceno Temprano.

Andesitas del Terciario

Las Andesitas del terciario según la descripción que da Renzoni (1967, pp. 46) al sur de

Paipa en la localidad de Olitas afloran dos cuellos volcánicos, las rocas presentes, muy

alteradas de tipo andesítico, cruzan la Formación Churuvita y la Formación Conejo y

subyacen a la Formación Tilatá. En localidad de Aguascalientes aflora otro cuerpo

extrusivo: recolectamos una muestra de ignimbrita riolítica. Cruza la parte inferior de la

Formación Labor y Tierna¨. En la cartografía escala 1:25.000 de INGEOMINAS Cepeda &

Pardo, (2004), el cuerpo volcánico de Paipa comprende principalmente flujos

piroclásticos por colapso de columnas, compuestos por flujos de pómez y ceniza. Los

domos afloran principalmente en la cuenca de la quebrada de Olitas y en las faldas del

Alto Los Volcanes, donde alcanzan una altura de 50 m sobre la base de la quebrada

Olitas; existe otro domo muy pequeño al lado derecho oriental de la quebrada Honda.

Las rocas que afloran en el área de la muestra PZ corresponde a un conjunto de riolitas

con tonalidades grises claro en la roca fresca y de tono rosa a rojizos en las rocas más

meteorizadas, con una textura porfirítica donde se identifican fenocristales de

plagioclasa, que se presentan con una estructura masiva con algunas fracturas que

presentan óxidos de hierro; la parte meteorizada son principalmente caolinitas.

Renzoni (1967), infiere que las pequeñas masas volcánicas se hayan emplazadas en

tiempos post - Formación Bogotá y pre – Formación Tilatá. INGEOMINAS Cepeda &

Pardo (2004), reportan el único dato publicado de 2,5 Ma + 0,06 (Geotermia Italiana-

CONTECOL-OLADE 1981; K/Ar), y se seleccionó una muestra de un fragmento juvenil

de domo traquítico; que arrojó una edad Ar/Ar entre 2,1 a 2,4 Ma. Ello permite estimar

una edad Plioceno tardío para la emisión de los domos de Olitas.

Capítulo 5 49

5.1.2 Caracterización materias primas

Análisis químico de las materias primas

Esta caracterización se realiza en cada una de las materias primas, con el fin de conocer

el porcentaje de los principales óxidos y en especial de los óxidos colorantes (hierro

principalmente), lo que ha servido como dato de partida en la investigación para conocer

las materias primas que poseen altos contenidos de estos óxidos a las cuales se les

aplica los tratamientos de beneficio. En la tabla 5-2 se muestra la composición química

de cada una de las materias primas en forma porcentual.

Tabla 5-2 Análisis químico por fluorescencia de rayos X de las materias primas

SiO

2 Al

2O

3 Fe

2O

3 TiO

2 K

2O Na

2O MgO CaO P2O5 SO

3 MnO PPC

Arcilla AO 62,61 23,32 0,49 0,90 3,04 0,12 1,58 0,03 0,02 0,00 0,00 7,89

Arcilla AT 76,59 13,48 1,52 0,75 0,81 0,11 0,37 0,13 0,13 0,00 0,00 6,11

Arcilla AR 68,95 16,90 5,46 0,82 1,40 0,30 0,37 0,13 0,16 0,04 0,08 5,39

Arcilla AS 62,06 21,12 4,71 1,01 1,83 0,27 0,44 0,13 0,08 0,22 0,01 8,13

Feldespato FD 76,10 14,29 0,10 0,05 4,75 3,73 0,01 0,54 0,00 0,00 0,00 0,43

Puzolana PZ 67,30 17,11 2,93 0,35 4,76 3,94 0,18 0,24 0,06 0,33 0,00 2,80

Nefelina NF 55,94 24,54 0,24 0,20 9,14 7,94 0,19 1,14 0,03 0,00 0,00 0,64

Vidrio VR 70,70 1,30 0,10 0,05 0,30 13,80 3,60 9,60 0,01 0,20 0,00 0,34

*PPC: pérdida por calcinación expresada en %peso

De acuerdo a los resultados mostrados en la tabla 5-2 se puede observar que la arcilla

AT y el feldespato FD tienen contenidos de SiO2 altos, que se relacionan con altos

contenidos de cuarzo, lo que hace que baje su reactividad con la temperatura. Estas dos

materias primas tienen los más bajos contenidos de Al2O3, lo que hace que la proporción

alúmina/sílice sea muy baja, estando en 0,18 y 0,19 respectivamente. La arcilla AO es la

que presenta el contenido de Al2O3 más alto de todas las arcillas, teniendo una

proporción de alúmina/sílice de 0,37. Este parámetro es importante para la formación de

fase mullita durante el proceso de cocción. Su contenido de K2O mayor al de las demás

arcillas, le confiere un comportamiento más plástico y reactivo con la temperatura.

También se puede observar que la arcilla AT, AR, AS y la Puzolana PZ tienen

porcentajes de óxidos de hierro mayores al 1%, razón por la cual han sido sometidas a



procesos de beneficio para disminuir este valor. Los materiales fundentes como la

puzolana y el feldespato poseen la proporción de óxidos alcalinos (Na2O y K2O) muy

similar entre los dos. La nefelina y el vidrio reciclado poseen una elevada proporción de

Na2O, en especial el vidrio y según su análisis químico también tiene bajo contenido de

Al2O3, lo que indica una mayor capacidad fundente.

Análisis mineralógico de las materias primas

En la tabla 5-3 se muestran los resultados de los análisis mineralógicos por difracción de

rayos X de las arcillas AT, AO, AR y AS, el feldespato FD y la puzolana PZ, en donde se

describe los principales minerales constituyentes de cada una de estas materias primas y

la cantidad de los mismos en forma porcentual.

Tabla 5-3 Análisis mineralógico por difracción de rayos X de las materias primas

Materia Prima Composición Mineralógica (%)

Caolinita Illita Cuarzo Albita Ortoclasa Microclina Hematita

AO 42,36 22,41 31,27

AT 34,10 60,71

AR 35,10 10,32 47,26 5,46

AS 43,43 13,49 34,85 4,71

FD 7,62 32,70 31,55 28,06

PZ 13,86 19,74 33,33 28,12

En las figuras 5-2 a 5-7 se muestran los difractogramas obtenidos para cada una de

estas materias primas. De acuerdo a estos resultados se puede observar que la arcilla

AO además de tener cuarzo y caolinita como mineral común entre todas las demás

arcillas, tiene illita, lo cual le permite tener un comportamiento más plástico y más

reactivo con la temperatura y explica la presencia de K2O como se muestra en figura 5-2.

La arcilla AT presenta solamente cuarzo y caolinita como parte de su mineralogía como

se muestra en la figura 5-3, lo que hace que sea una materia prima con un

comportamiento refractario. Este comportamiento es asociado con la dificultad de

alcanzar un bajo nivel de porosidad, factor que influye en la resistencia mecánica. Las

arcillas AR y AS tienen la misma composición mineralógica, conformada por cuarzo,

caolinita, hematita e illita, como se observa en la figura 5-4 y en a figura 5-5. Según la

composición química (tabla 5-2) estas arcillas poseen altos contenidos de óxidos de

Capítulo 5 51

hierro, presentando hematita como mineral, lo que les da una coloración rojiza después

de quema. El contenido de illita les permite tener un comportamiento más plástico y más

reactivo con la temperatura.

Figura 5-2 Difractograma de la arcilla AO

Figura 5-3 Difractograma de la arcilla AT

Figura 5-4 Difractograma de la arcilla AR



Figura 5-5 Difractograma de la arcilla AS

Los materiales fundentes como la puzolana y el feldespato tienen una mineralogía muy

similar, teniendo como minerales comunes el cuarzo, la caolinita, la albita y un mineral

perteneciente al grupo de los feldespatos, que en el caso del feldespato FD es ortoclasa

como se observa en la figura 5-6 y en el caso de la puzolana PZ es microclina. El

difractograma de puzolana de la figura 5-7 muestra la presencia de una fase amorfa

mayor que el feldespato lo que está relacionado con su origen volcánico.

Figura 5-6 Difractograma del feldespato FD

Figura 5-7 Difractograma de la puzolana PZ

Capítulo 5 53

Análisis por microscopio de calefacción de las materias primas fundentes

En la figura 5-8 se muestra la curva de sinterización obtenida por medio del microscopio

de calefacción de los materiales fundentes utilizados en este estudio. En esta figura se

puede observar que el vidrio reciclado es un fundente muy enérgico frente al resto de

fluidificantes, como se observa en su curva de sinterización (curva naranja de la figura). A

partir de 700ºC empieza a sinterizar de forma abrupta hasta los 1150ºC. Sin embargo, el

resto de fluidificantes aparecen en una zona muy próxima a partir de los 1150ºC y un

rango máximo de sinterización del 60%. La puzolana destaca por su final en forma de U,

mientras que los 2 materiales de naturaleza feldespática (feldespato y la nefelina) son los

más refractarios, si bien la nefelina es la que más tarda en sinterizar de los 4 materiales

fluidificantes estudiados.

Figura 5-8 Curva de sinterización de los materiales fundentes

Análisis cerámico de las materias primas

En la figura 5-9 y en la figura 5-10 se muestran las curvas de gresificación de las

materias primas AO y AT, en ellas se puede observar que la arcilla AO presenta menor

absorción de agua, por debajo del 2%, a los 1200ºC, comparada con la arcilla AT, la cual

muestra un comportamiento más refractario a diferentes temperaturas, que se manifiesta

al observar que al aumentar la temperatura, la contracción se mantiene casi constante y

la absorción de agua disminuye levemente llegando a un valor de 6,49%.



Figura 5-9 Curva de gresificación de la arcilla AO

Figura 5-10 Curva de gresificación de la arcilla AT


materias primas AR y AS respectivamente, en ellas se puede observar que la arcilla AS

presenta una absorción de agua de 2,08%, a los 1200ºC, comparada con la arcilla AR, la

cual muestra un comportamiento bastante refractario, con una absorción de agua de

9,25% a los 1200ºC. Estas curvas de gresificación revelan que la reactividad de la arcilla

AR con la temperatura, es muy baja presentando un comportamiento refractario, que se

Capítulo 5 55

manifiesta al observar que al aumentar la temperatura, la contracción se mantiene casi

constante y la absorción de agua disminuye levemente.

Figura 5-11 Curva de gresificación de la arcilla AR

Figura 5-12 Curva de gresificación de la arcilla AS

Con respecto a los materiales fundentes la puzolana PZ y el feldespato FD, en la figura

5-13 se observa que la puzolana presenta un comportamiento más reactivo, lo cual la

hace más sensible a los cambios de temperatura, obteniendo valores de absorción de



agua por debajo de 0,5% a partir de los 1160ºC comparada con el feldespato que entre

las temperaturas 1100ºC y 1140ºC actúa como un desengrasante, a los 1160ºC presenta

un cambio muy brusco en sus propiedades ya que alcanza su punto de sinterización a

esta temperatura. Por encima de esta temperatura presenta un comportamiento

fundente, obteniendo el valor de absorción de agua menor a 0,5% a los 1200ºC, como se

observa en la figura 5-14.

Figura 5-13 Curva de gresificación de la puzolana PZ

Figura 5-14 Curva de gresificación del feldespato FD

Capítulo 5 57


Las densidades aparentes de las materias primas en cada una de las seis temperaturas

se muestran en la figura 5-15, en donde se puede observar que la arcilla AO presenta la

densidad aparente más alta de todas las demás materias primas en cada una de las

temperatura y la arcilla AR es la materia prima que presenta las más bajas densidades

aparentes de todas las materias primas. Con estos resultados se puede establecer que

las arcillas AO, AS y los fundentes FD y PZ son los materiales más adecuados para

fabricar un gres porcelánico porque alcanzan altas densidades aparentes con la

temperatura lo que permite obtener bajos porcentajes de absorción de agua.

Figura 5-15 Densidades aparentes de las materias primas


En la figura 5-16 se muestran las resistencias a la flexión de las materias primas. En esta

figura se puede observar que la puzolana es la materia prima que más alta resistencia a

la flexión tiene, lo que indica que al ser utilizada en la formulación de pasta de un gres

porcelánico ayuda al aumento de la resistencia a la flexión de este producto. Las demás

materias primas van aumentando gradualmente su resistencia a la flexión a medida que

aumenta la temperatura, encontrándose en porcentajes mayores a 40 N mm–2 a los

1200ºC. La presencia de cantidades altas de cuarzo lleva a una disminución de la



resistencia mecánica como se puede observar en los valores de resistencia a la flexión

de las arcillas AT y AR. El alto contenido de sílice de estas materias primas podría

explicar los valores tan bajos de resistencia a la flexión, ya que según Gamal, (2001) “Un

aumento en el porcentaje de silicio lleva a una disminución de la resistencia mecánica del

material”. Acompañado de una baja formación de fase amorfa “Las diferencias entre la

expansión térmica correspondiente a los granos de cuarzo y la fase líquida causan

esfuerzo mecánico, el cual puede producir micro grietas”.

Figura 5-16 Resistencia a la flexión de las materias primas

5.1.3 Aplicación de los tratamientos de beneficio

Como se ha podido observar en los resultados de la composición química de las materias

primas (tabla 5-2), las arcillas AT, AR, AS y la puzolana PZ, tienen contenidos de óxidos

de hierro mayores al 1%, por lo tanto, han sido sometidas a tres tratamientos de beneficio

(tamizado a 100μm y 150μm, sedimentación libre y lixiviación por lotes con ácido

oxálico), con el fin de reducir el porcentaje de este oxido colorante y poder ser utilizadas

en la formulación de pasta de gres porcelánico de coloración clara. A continuación se

describe el procedimiento seguido en cada uno de los tratamientos de beneficio.

Capítulo 5 59

Tamizado en húmedo

Para este proceso se han preparado barbotinas con las arcillas AT, AR, AS y la puzolana

PZ, con contenidos en sólidos del 50% y en agua del 50%, además de la adición de

0,58% de defloculante líquido, el cual se calcula sobre el contenido de sólidos. Cada una

de estas barbotinas ha sido desleída utilizando un agitador mecánico de laboratorio, por

un tiempo de 30 minutos. Se han preparado dos barbotinas por materia prima, de las

cuales una de ellas ha sido pasada por un tamiz de 100μm y la otra por un tamiz de

150μm, en seguida se realiza un lavado con agua, hasta que el agua del cernido sea

completamente transparente, obteniendo así dos rechazos de distinta granulometría, el

primero de ellos con tamaño de partícula superior a 100μm y el segundo con tamaño de

partícula superior a 150μm. Para si poder comparar con cuál de los dos tamices se

elimina la mayor cantidad de hierro. En la figura 5-17 se muestra el procedimiento.

Figura 5-17 Proceso de tamizado

Sedimentación libre

Este procedimiento se ha llevado a cabo utilizando vasos de precipitado de 500 ml, en

donde han sido mezcladas cada una de las materias primas con agua, mediante una

agitación mecánica, para luego ser dejadas sedimentando libremente por un tiempo de

120 min, como se observa en la figura 5-18. Pasado este tiempo se procede a separar la

fracción sólida suspendida empleando un sistema sifón. Las muestras así obtenidas se

secan en estufa a 100°C.



Figura 5-18 Proceso de sedimentación

Lixiviación por lotes

Para este tratamiento se ha utilizado el método de lixiviación por lotes con ácido oxálico.

Para iniciar con el proceso se forman cuatro lotes de tratamiento, uno por cada materia

prima, usando 5 kg de cada una de las materias primas, a las cuales se les realiza un

riego por aspersión con una disolución 0,4 M de ácido oxálico durante 60 días. Se

escoge este tiempo por ser el utilizado para maduración de las arcillas explotadas en

minas. Para la recolección de los lixiviados se realiza un montaje de tal manera que cada

materia prima se le pudiera recoger sus respectivos lixiviados. Durante la primera

semana los lotes no son movidos, después de este tiempo, el material se mueve

mecánicamente para permitir la ventilación y homogenización; este movimiento se realiza

dos veces por semana. En la figura 5-19 se muestra el montaje realizado.

Figura 5-19 Proceso de lixiviación

Capítulo 5 61

5.1.4 Caracterización materias primas beneficiadas

Análisis químico de las materias primas beneficiadas

Los resultados de la caracterización química por medio de fluorescencia de rayos X de

las materias primas beneficiadas se muestran en las tablas 5-4, 5-5, 5-6 y 5-7, en forma

porcentual. En la tabla 5-4 se muestran los resultados de la composición química de la

arcilla AT, en ella se puede observar que con cada uno de los tratamientos de beneficio

se logra reducir el porcentaje de óxido de hierro. El contenido de óxido de hierro de la

arcilla original es decir, sin ningún tipo de tratamiento es de 1,52%, al aplicarle el

tratamiento de tamizado en húmedo a 100μm este contenido pasa a 1,48% obteniendo

una reducción del 2,63%. Con el tratamiento de sedimentación este contenido pasa a

1,31% logrando reducir un 13,82%. Al aplicar el tratamiento de tamizado a 150μm se

logra una reducción del 18,42% pasando a tener un contenido de óxido de hierro de

1,24%. El tratamiento de lixiviación con ácido oxálico logra la mayor reducción, siendo el

tratamiento de beneficio que mejor funciona, quedando la arcilla con un contenido de

óxido de hierro de 1,06%, alcanzando una reducción del 30,26%.

Tabla 5-4 Análisis químico de la arcilla AT con los tratamientos de beneficio

ARCILLA AT SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O Na2O MgO CaO P2O5 SO3 MnO PPC

Original 74,59 15,48 1,52 0,75 0,81 0,11 0,37 0,13 0,13 0,00 0,00 6,11

Tamizado 100 μm 73,95 16,02 1,48 0,74 0,85 0,12 0,39 0,14 0,13 0,00 0,00 6,18

Sedimentación 73,31 15,16 1,31 0,65 0,68 0,85 0,38 0,27 0,16 0,00 0,00 7,23

Tamizado 150 μm 73,98 15,02 1,24 0,75 0,85 0,11 0,35 0,14 0,10 0,00 0,00 7,46

Lixiviación ácido oxálico 74,62 14,83 1,06 0,76 0,85 0,13 0,34 0,12 0,09 0,00 0,00 7,20

En la tabla 5-5 se muestran los resultados de la composición química de la puzolana PZ

con cada uno de los tratamientos de beneficio, en ella se puede observar una reducción

significativa en el porcentaje de óxido de hierro con cada uno de ellos. Por ejemplo, en el

tratamiento de tamizado en húmedo a 100μm el contenido de óxido de hierro pasa a

2,17% comparado con el contenido de óxido de hierro de la puzolana original el cual es

de 2,93%, obteniendo una reducción del 25,94%. En el tratamiento de sedimentación

libre este contenido pasa a 2,14% logrando reducir el óxido de hierro un 26,96%. En el

tratamiento de tamizado a 150μm se logra una reducción del 32,42% pasando a tener un



contenido de óxido de hierro de 1,98%. El tratamiento de lixiviación con ácido oxálico

también logra la mayor reducción de todos los tratamientos de beneficio, alcanzando una

reducción del 64,16%, quedando con un contenido de óxido de hierro final de 1,05%.

Tabla 5-5 Análisis químico de la puzolana PZ con los tratamientos de beneficio

PUZOLANA PZ SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O Na2O MgO CaO P205 SO3 MnO PPC

Original 67,30 17,11 2,93 0,35 4,76 3,94 0,18 0,24 0,06 0,33 0,00 2,80

Tamizado 100 μm 67,95 17,31 2,17 0,17 4,80 4,46 0,00 0,25 0,06 0,07 0,03 2,73

Sedimentación 65,09 20,33 2,14 0,24 3,28 4,69 0,07 0,16 0,05 0,02 0,11 3,82

Tamizado150 μm 68,94 17,21 1,98 0,33 4,33 4,04 0,14 0,12 0,05 0,07 0,00 2,79


*PPC: pérdida por calcinación expresada en %peso.

En la tabla 5-6 se muestran los resultados de la composición química de la arcilla AR con

cada uno de los procesos de beneficio, con los cuales se logra reducir el porcentaje de

óxido de hierro. El contenido de óxido de hierro de la arcilla original es de 5,45%, al

aplicarle el tratamiento de tamizado en húmedo a 100μm este contenido pasa a 3,81%,

con una reducción del 30,09%. Con el tratamiento de sedimentación este contenido llega

a 3,58%, logrando reducir un 34,31%. Al aplicar el tratamiento de tamizado a 150μm se

logra una reducción del 49,54%, pasando a tener un contenido de óxido de hierro del

2,75%. El proceso de lixiviación con ácido oxálico logra la mayor reducción, siendo el

tratamiento de beneficio que mejor funciona, quedando la arcilla con un contenido de

óxido de hierro de 2,40%, alcanzando una reducción del 55,96%.

Tabla 5-6 Análisis químico de la arcilla AR con los tratamientos de beneficio

ARCILLA AR SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O Na2O MgO CaO P205 SO3 MnO PPC

Original 68,96 16,90 5,45 0,82 1,40 0,30 0,37 0,13 0,16 0,04 0,08 5,39

Tamizado 100 μm 67,52 19,21 3,81 0,93 1,62 0,33 0,37 0,06 0,18 0,03 0,03 5,91

Sedimentación 68,75 17,67 3,58 0,87 1,58 0,33 0,40 0,06 0,20 0,07 0,01 6,48

Tamizado 150 μm 69,01 18,63 2,75 0,92 1,60 0,30 0,37 0,05 0,14 0,10 0,01 6,11


*PPC: pérdida por calcinación expresada en % peso.

Capítulo 5 63

En la tabla 5-7 se muestran los resultados de la composición química de la arcilla AS con

cada uno de los tratamientos de beneficio. Por ejemplo, en el tratamiento de tamizado en

húmedo a 100μm, el contenido de óxido de hierro pasa a 4,71% comparado con el

contenido de óxido de hierro de la arcilla original el cual es de 5,57%, obteniendo una

reducción del 15,44%. En el tratamiento de sedimentación este contenido pasa a 4,59%,

logrando reducir el óxido de hierro un 17,59%. En el tratamiento de tamizado a 150μm se

logra una reducción del 26,57% pasando a tener un contenido de óxido de hierro de

4,09%. El tratamiento de lixiviación con ácido oxálico fue el tratamiento que logra la

mayor reducción de todos los procesos de beneficio utilizados, alcanzando una reducción

del 35,01%, quedando con un contenido de óxido de hierro final de 3,62%.

Tabla 5-7 Análisis químico de la arcilla AS con los tratamientos de beneficio

ARCILLA AS SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O Na2O MgO CaO P205 SO3 MnO PPC

Original 62,64 21,22 5,57 1,01 1,87 0,26 0,48 0,12 0,08 0,05 0,05 6,65

Tamizado 100 μm 62,06 21,12 4,71 1,01 1,83 0,27 0,44 0,13 0,08 0,22 0,01 8,12

Sedimentación 63,24 21,42 4,59 1,03 1,74 0,27 0,46 0,11 0,08 0,16 0,00 6,90

Tamizado 150 μm 64,63 21,50 4,09 1,00 1,75 0,25 0,47 0,14 0,08 0,05 0,01 6,03


*PPC: pérdida por calcinación expresada en % peso.

Análisis mineralógico de las materias primas beneficiadas

En la tabla 5-8 y en las figuras 5-20, 5-21, 5-22 y 5-23 se muestran los resultados de la

caracterización mineralógica por medio de difracción de rayos X de las materias primas

beneficiadas por medio del tratamiento de lixiviación con ácido oxálico. De acuerdo a

estos resultados se puede observar que las materias primas AT y PZ beneficiadas no

presentan cambios en su composición mineralógica, comparada con la materia prima

original, quedando con la misma composición mineralógica de cuarzo y caolinita para la

arcilla AT y cuarzo, caolinita, albita y microclina para la puzolana PZ. Excepto las arcillas

AR y AS que después del tratamiento de beneficio, no presentan el mineral hematita,

como si se presenta en la arcilla original, quedando con la composición mineralógica de

cuarzo, caolinita e illita.



Tabla 5-8 Análisis mineralógico de las materias primas beneficiadas

MATERIA PRIMA COMPOSICIÓN MINERALÓGICA

AT Cuarzo, caolinita.

AR Cuarzo, caolinita, illita.

AS Cuarzo, caolinita, illita.

PZ Cuarzo, caolinita, albita, microclina.

Figura 5-20 Difractograma de la arcilla AT beneficiada

Figura 5-21 Difractograma de la arcilla AR beneficiada

Figura 5-22 Difractograma de la arcilla AS beneficiada

Capítulo 5 65

Figura 5-23 Difractograma de la puzolana PZ beneficiada

Análisis colorimétrico de las materias primas beneficiadas

En la figura 5-24 se muestran los resultados de los análisis colorimétricos de la puzolana

PZ original y la puzolana PZ beneficiada químicamente por medio del tratamiento de

lixiviación con ácido oxálico, después de ser cocidas a las 6 temperaturas utilizadas en

este estudio (1100ºC, 1120ºC, 1140ºC, 1160ºC, 1180ºC y 1200ºC). En esta figura se

puede observar claramente que en cada una de las temperaturas, la puzolana tratada,

presenta un aumento significativo en cada una de las coordenadas L*, a* y b* con

respecto a la puzolana original. Por ejemplo a la temperatura de 1200ºC, el valor de la

coordenada L* de la puzolana PZ tratada, se encuentra 10,04 puntos por encima de la

puzolana PZ original, la coordenada a* de la puzolana PZ tratada, se encuentra 4,12

puntos por encima de la puzolana PZ original y la coordenada b* de la puzolana PZ

tratada, se encuentra 8,23 puntos por encima de la puzolana PZ original. De esta figura

también es importante resaltar que en las temperaturas de 1100ºC a 1180ºC se observa

una disminución progresiva en la coordenada L*, lo cual es debido a la reducción del

Fe2O3 a FeO que es de color negro y a la formación progresiva de fase vítrea. Mientras

que a la temperatura de 1200ºC se observa un aumento en esta coordenada, lo cual

puede ser explicado por el hecho que la formación de fase cristalina como la mullita

puede ocluir, en parte, el óxido de hierro en su estructura, modificando el color en cocido

(Barba et al., 2002, p. 278).

La mejora en el grado de blancura de la puzolana tratada, comparada con la puzolana

original, se puede observar en la figura 5-25, en donde se muestra una imagen en donde

se compara las probetas cocidas a las 6 temperaturas de la puzolana tratada

químicamente (A) y la puzolana original (B), evidenciándose el cambio de tonalidad.



Figura 5-24 Parámetros colorimétricos de la puzolana PZ

Figura 5-25 Cambio de tonalidad de la puzolana PZ

A B

Capítulo 5 67

En la figura 5-26 se muestran los resultados de los análisis colorimétricos de la arcilla AT

original y la tratada químicamente, después de ser cocidas a las 6 temperaturas

mencionadas anteriormente. En esta figura se puede observar claramente que en cada

una de estas temperaturas, la arcilla AT tratada, presenta una mejora significativa en su

grado de blancura, obteniendo mayores valores en la coordenadas L* y disminución de

las coordenadas a* y b* (componente roja y amarilla) con respecto a la arcilla AT original.

Por ejemplo a la temperatura de 1200ºC, la coordenada L* de la arcilla AT tratada es

4,33 puntos mayor que la coordenada L* de la arcilla AT original, mientras que las

coordenadas a* y b* de la arcilla AT tratada, se encuentran respectivamente 2,64 y 5,44

puntos por debajo de las coordenadas a* y b* de la arcilla AT original.

Figura 5-26 Parámetros colorimétricos de la arcilla AT

La mejora en el grado de blancura de la arcilla AT tratada, comparada con la arcilla AT

original se puede observar en la figura 5-27, donde se muestra una imagen que compara

las probetas cocidas a las 6 temperaturas de la arcilla AT original (A) y la arcilla AT

tratada químicamente (B), evidenciándose el cambio de tonalidad.



Figura 5-27 Cambio de tonalidad de la arcilla AT

En la figura 5-28 se muestran los resultados de los análisis colorimétricos de la arcilla AR

original y la arcilla AR beneficiada químicamente por medio del tratamiento de lixiviación

con ácido oxálico tratada químicamente después de ser cocidas a las 6 temperaturas

utilizadas en este estudio (1100ºC, 1120ºC, 1140ºC, 1160ºC, 1180ºC y 1200ºC). En esta

figura se puede observar que la arcilla AR tratada, presenta un aumento significativo en

la coordenada L* y por lo tanto en su grado de blancura, también se observa un aumento

en la coordenada b* (componente amarilla) y una disminución en la coordenada a*

(componente roja), en cada una de las temperaturas, con respecto a la arcilla original.

Por ejemplo a la temperatura de 1200ºC, el valor de la coordenada L* de la arcilla AR

tratada se encuentra 20,04 puntos por encima de la arcilla AR original, la coordenada b*

de la arcilla AR tratada se encuentra 8,12 puntos por encima de la arcilla AR original y la

coordenada a* de la arcilla AR tratada se encuentra 2,57 puntos por debajo de la arcilla

AR original. La arcilla AR presenta un aumento significativo en la coordenada L* y en la

coordenada b* y una disminución en la coordenada a* que es la componente roja. Lo que

hace que adquiera una tonalidad más amarillenta como se muestra en la figura 5-29, en

donde se puede observar una imagen en donde se comparan las probetas cocidas a las

6 temperaturas de la arcilla AR tratada químicamente (A) y la arcilla AR original (B),

evidenciándose el cambio de tonalidad.

A B

Capítulo 5 69

Figura 5-28 Parámetros colorimétricos de la arcilla AR

Figura 5-29 Cambio de tonalidad de la arcilla AR

A B



En la figura 5-30 se muestran los resultados de los análisis colorimétricos de la arcilla AS

original y la arcilla AS tratada químicamente, después de ser cocidas a las 6

temperaturas. En esta figura se puede observar que en cada una de las temperaturas, la

arcilla AS tratada, presenta un aumento en cada una de las coordenadas L*, a* y b* con

respecto a la arcilla AS original. Por ejemplo a la temperatura de 1200ºC, el valor de la

coordenada L* de la arcilla AS tratada, se encuentra 3,05 puntos por encima de la arcilla

AS original, la coordenada a* de la arcilla AS tratada, se encuentra 4,80 puntos por

encima de la arcilla AS original y la coordenada b* de la arcilla AS tratada, se encuentra

7,55 puntos por encima de la arcilla AS original.

Figura 5-30 Parámetros colorimétricos de la arcilla AS

La mejora en el grado de blancura de la arcilla AS tratada comparada con la arcilla AS

original se puede observar en la figura 5-31 en donde se muestra una imagen que

compara las probetas cocidas a las 6 temperaturas de la arcilla AS tratada químicamente

(A) y la arcilla AS original (B), evidenciándose el cambio de tonalidad.

Capítulo 5 71

Figura 5-31 Cambio de tonalidad de la arcilla AS

Análisis cerámico de las materias primas beneficiadas

En las figuras 5-32, 5-33, 5-34 y 5-35 se pueden observar las curvas de gresificación de

las arcillas AT, AR, AS y la puzolana natural PZ, tratadas químicamente por medio del

método de lixiviación con ácido oxálico, ya que ha sido el tratamiento que presenta los

mejores resultados en cuanto a la disminución significativa del hierro.

En estas figuras se muestra una comparación entre las materias primas originales y las

materias primas tratadas químicamente por medio de lixiviación con ácido oxálico, en

donde se puede observar un comportamiento muy similar entre ellas. Se observa que las

arcillas AT y AR aumentan levemente el valor de absorción de agua en cada una de las

temperaturas, después del tratamiento de beneficio comparada con la arcilla original,

este aumento se debe principalmente al contenido de sílice en las muestras, ya que

como se puede observar en su análisis químico el tratamiento de beneficio aumenta el

porcentaje de óxido de sílice. En general el proceso de beneficio de lixiviación con ácido

oxálico aplicado a estas materias primas, no afecta significativamente las propiedades

cerámicas de absorción de agua y contracción lineal.

A B



Figura 5-32 Curvas de gresificación de la arcilla AT original y tratada

Figura 5-33 Curva de gresificación de la arcilla AR original y tratada

Capítulo 5 73

Figura 5-34 Curva de gresificación de la arcilla AS original y tratada

Figura 5-35 Curva de gresificación de la puzolana PZ original y tratada

5.1.5 Desarrollo de composiciones

Para el desarrollo de las composiciones de gres porcelánico se han utilizado las materias

primas no tratadas (AO y FD) y las materias primas tratadas (AT y PZ) porque después

del tratamiento de beneficio de lixiviación por lotes con ácido oxálico su contenido de

óxido de hierro se redujo al 1%. Aunque las arcillas AS y AR no han obtenido una



reducción menor al 1% en su contenido de óxido de hierro con ninguno de los

tratamientos de beneficio, con cada una de ellas se ha formulado una composición con el

fin de analizar su comportamiento y el aporte que le hacen a la composición de una pasta

de gres porcelánico. Por otro lado, también se han formulado composiciones, utilizando

otros fundentes como nefelina (NF) y vidrio reciclado (VR) con el fin de sustituir al

feldespato, buscando una mayor reactividad a temperaturas más bajas. Para dar una

mayor estabilidad a la pasta también se han formulado composiciones de pasta

incorporando materiales desgrasantes como el chamote cerámico y arena sílice.

Desarrollo de composiciones de pasta con la incorporación de materias primas tratadas

El desarrollo de estas composiciones se hace con materias primas originales e

incorporando las materias primas que han obtenido el mejor resultado en cuanto a la

disminución significativa del hierro, es decir las materias primas tratadas químicamente

con el método de lixiviación por lotes con ácido oxálico. Para identificar el efecto de los

tratamientos de beneficio, se han desarrollado las composiciones C1 y C2, que tienen las

mismas materias primas y en porcentajes iguales, pero con la diferencia de que la

composición C1 se formula con las materias primas tratadas y la composición C2 se

formula con las materias primas originales. Las composiciones C3 y C4 se formulan con

la incorporación de las arcillas AR y AS que también fueron tratadas químicamente. La

composición C5 se formula con el fin de analizar el comportamiento con una sola de las

arcillas caoliníticas, teniendo en cuenta su fácil consecución y cantidad de reservas.

Estas composiciones se muestran en la tabla 5-9.

Tabla 5-9 Composiciones de pasta C1, C2, C3, C4 y C5

MATERIA PRIMA C1 C2 C3 C4 C5

AO 20 20 10 10 -

AT (original) - 30 - - -

AT (tratada) 30 - 30 30 50

AR (tratada) - - - 10 -

AS (tratada) - - 10 - -

PZ (original) - 30 - - -

PZ (tratada) 30 - 30 30 30

FD 20 20 20 20 20

Capítulo 5 75

Análisis químico

En la tabla 5-10 se muestran los resultados de los análisis químicos de las

composiciones C1, C2, C3, C4 y C5. En esta tabla se puede observar que la composición

C2, en la cual se utilizan las arcillas originales sin ningún tipo de tratamiento, posee

contenidos de óxido de hierro de 1,52%, mientras que en la composición C1 la cual se

formula con las materias primas tratadas, los contenidos de óxido de hierro Fe2O3 se

encuentran por debajo del 1%, con un valor de 0,31%. A pesar que las composiciones C3

y C4 han sido formuladas con la incorporación de las arcillas AR y AS que después del

tratamiento de beneficio quedan aún con contenidos de óxido de hierro por encima del

1%, al ser mezcladas con las demás materias primas, se puede observar que la

composición final queda con contenidos de óxido de hierro muy cercanos al 1%. Por lo

que se puede concluir que los tratamientos de beneficio son satisfactorios y se cumple

con el objetivo de desarrollar composiciones de pasta de gres porcelánico de coloración

clara, con bajos contenidos de hierro.

Tabla 5-10 Caracterización química de las composiciones C1, C2, C3, C4 y C5

COMPOSICIONES SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O Na2O CaO PPC

C1 71,20 17,60 0,31 0,49 3,50 2,29 0,23 4,81

C2 69,90 18,45 1,52 0,46 3,03 2,50 0,24 4,72

C3 71,11 16,99 1,06 0,39 2,24 1,78 0,23 5,17

C4 71,79 16,17 0,94 0,48 1,89 1,98 0,56 4,77

C5 72,80 16,60 0,36 0,47 3,07 2,26 0,23 4,83

Análisis mineralógico

En las figuras 5-36, 5-37, 5-38, 5-39 y 5-40, se presentan los difractogramas de las

composiciones C1, C2, C3, C4 y C5 respectivamente, después de ser sometidas a

cocción a temperatura de 1180ºC. En ellas se puede observar que estas composiciones

tienen dos fases comunes: El cuarzo y la mullita. Durante la cocción, las arcillas sufren

una serie de transformaciones químicas, físicas, mineralógicas y estructurales que están

principalmente influenciadas por la composición química y mineralógica de la arcilla

original (Baccour et al., 2009). Así por ejemplo, mientras unos minerales están siendo

parcialmente descompuestos otros simultáneamente están siendo formados. Un ejemplo

de esta afirmación lo presentan estas materias primas en donde el cuarzo es un



componente de la arcilla original que no sufre transformaciones químicas durante la

etapa de cocción; por el contrario, la mullita es una fase nueva que se forma durante la

cocción.

Figura 5-36 Difractograma de la composición C1



Capítulo 5 77



Análisis cerámico

En la figura 5-41 y en la figura 5-42, se muestran las curvas de gresificación de las

composiciones C1 y C2 respectivamente, donde se observa que estas dos

composiciones no presentan diferencias significativas en su comportamiento, por lo que

se puede concluir que el tratamiento realizado a las materias primas para su blanqueo,

no afecta las propiedades cerámicas. Estas composiciones alcanzan valores de

absorción de agua por debajo del 0,5% (C1 = 0,32% y C2 = 0,25%) a la temperatura de

1200°C con valores de contracción lineal de (C1 = 7,63% y C2 = 8,10%). Esta diferencia

de contracciones se debe a que al momento de hacer los tratamientos de beneficio y

como se puede comprobar en los análisis químicos, la cantidad de sílice aumenta lo que

hace que la composición C1 contraiga menos.



Figura 5-41 Curva de gresificación de la composición C1


En las figuras 5-43, 5-44 y 5-45 , se muestran las curvas de gresificación de las

composiciones C3, C4 y C5 respetivamente, en estas se puede observar que la

composición C3 que es la composición a la que se le incorporó la arcilla AS tratada,

presenta el comportamiento más fundente de las tres composiciones, alcanzando valores

de absorción de agua por debajo del 1% a los 1180ºC, lo que hace que tenga una mayor

Capítulo 5 79

contracción lineal, este comportamiento es debido a la capacidad fundente de la arcilla

AS. Mientras que las composiciones C4 y C5, cuyas materias primas contienen altos

contenidos de sílice, presentan un comportamiento más refractario, alcanzando valores

de absorción de agua por debajo de 0,5% a los 1200ºC, con valores de contracción lineal

menores al 8%.







En la figura 5-46 se presenta la resistencia a la flexión de las composiciones C1, C2, C3,

C4 y C5. En esta figura se puede observar que la composición C3, tiene los valores más

altos de resistencia a la flexión. Esto se puede explicar por el hecho de que esta

composición posee una mineralogía rica en minerales fundentes los cuales alcanzan la

vitrificación a temperaturas menores, obteniendo porcentajes de absorción de agua por

debajo del 1% desde los 1180ºC. Mientras las composiciones C4 y C5 que están

formuladas con las arcillas AR y AT, las cuales tienen un alto contenido de sílice,

presentan valores de resistencia a la flexión más bajos.

La resistencia a la flexión de las composiciones C1 y C2 tiene valores muy cercanos

entre ellas. La fase mullita juega un papel muy importante en el aumento de la resistencia

mecánica ya que, como se puede observar en los difractogramas de cada una de las

materias primas, estas poseen mullita como mineral, lo que puede haber contribuido al

aumento que se obtiene en la resistencia a la flexión de estas composiciones a medida

que aumenta la temperatura.

Capítulo 5 81

Figura 5-46 Resistencia a la flexión de las composiciones C1, C2, C3, C4 y C5

Análisis colorimétrico

En la figura 5-47 se muestran los análisis colorimétricos de las composiciones C1 y C2,

en esta figura se puede observar una diferencia significativa en el valor de la coordenada

L* entre la composición C1 y la composición C2, recordemos que estas dos

composiciones tienen las mismas materias primas y los mismos porcentajes pero con la

diferencia que la composición C1 está formulada con materias primas tratadas y la

composición C2 está formulada con las materias primas originales. Por ejemplo la

coordenada L* de la composición C1 a los 1140ºC, tiene 9,45 puntos por encima de la

composición C2, A los 1160ºC tiene 11,55 puntos por encima, a los 1180ºC tiene 11,66

puntos y a los 1200ºC tiene 10,96 puntos por encima de la composición C2. También se

observa un mayor valor en la coordenada a* (componente rojo) en la composición C2 y

un mayor valor de la coordenada b* (componente amarilla) en la composición C1. Por lo

tanto, el tratamiento de beneficio aplicado fue eficiente para el desarrollo de gres

porcelánico de color claro.



Figura 5-47 Parámetros colorimétricos de las composiciones C1 y C2

En la figura 5-48 se muestran los análisis colorimétricos de las composiciones C3, C4 y

C5, en esta figura se puede observar que la composición C3, tiene el valor más bajo de

coordenada L* y el más alto valor de la coordenada a* de las tres composiciones a las

cuatro temperaturas analizadas, esto es debido a que la arcilla AS tiene porcentajes de

óxido de hierro más altos, mientras que la composición C5 tiene el más alto valor de

coordenada L* y el valor más bajo en la coordenada a* comparada con las

composiciones C3 y C4, ya que esta composición tiene el 50% de arcilla AT la cual fue

tratada químicamente, logrando reducir su porcentaje de óxido de hierro.

En la figura 5-49 se puede observar el color obtenido en las probetas de gres porcelánico

de las composiciones C1, C2, C3, C4 y C5, después del proceso de cocción en cada una

de las temperaturas estudiadas. Allí se puede observar la diferencia significativa en el

color de la composición C2 con respecto a las demás composiciones, lo que demuestra

la efectividad del proceso de blanqueamiento.

Capítulo 5 83

Figura 5-48 Parámetros colorimétricos de las composiciones C3, C4 y C5

Figura 5-49 Probetas cocidas de las composiciones C1, C2, C3,C4 y C5



Densidad Aparente

En la figura 5-50 se muestran las densidades aparentes de las composiciones C1, C2,

C3, C4 y C5 a las cuatro temperaturas de cocción. Las densidades aparentes aumentan

a medida que se incrementa la temperatura, pero es a partir de los 1160°C que se

alcanza el punto de sinterización; el cual también se ve reflejado en el cambio de

pendiente de las curvas de gresificación las cuales se hacen más suaves.

Figura 5-50 Densidades aparentes de las composiciones C1, C2, C3, C4 y C5

Análisis por microscopía electrónica de barrido (MEB)

En la figura 5-51 y en la figura 5-52, se muestran los resultados obtenidos del análisis por

microscopía electrónica de barrido de las composiciones C1, C2, C3, C4 y C5 cocidas a

1180°C. En la figura 5-51 se observan las micrografías obtenidas para cada una de las

composiciones y en la figura 5-52, se muestra un análisis estadístico representado por un

diagrama de barras, en donde se destacan los valores estadísticos correspondientes al

análisis de imagen de cada una de estas micrografías. En este diagrama el color rojo

representa la porosidad abierta, el color amarillo el cuarzo cristalino, el color verde

representa la matriz sinterizada y el color azul representa los óxidos colorantes.

Capítulo 5 85

Figura 5-51 Micrografías de las composiciones C1, C2, C3, C4 Y C5

Micrografía composición C1 Micrografía composición C2


Micrografía composición C5



Figura 5-52 Análisis estadístico de las composiciones C1, C2, C3, C4 Y C5

Análisis estadístico composición C1 Análisis estadístico composición C2


Análisis estadístico composición C5

Para las composiciones C1 y C2 es importante observar en las micrografías (figura 5-51)

que la composición C2 presenta más cantidad de óxidos colorantes, lo que se ve

reflejado en el mayor tamaño y número de áreas brillantes o claras, ya que al ser

elementos pesados, aparecen como zonas más claras en las micrografías, debido al tipo

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

4.5% 21.1% 74.2% 0.2%

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

3.1% 20.4% 75.2% 1.3%

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

6.6% 22.4% 70.0% 1.0%

Area MeasurementsA

rea %

0

20

40

60

80

4.8% 20.2% 74.3% 0.7%

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

5.2% 18.3% 76.0% 0.5%

Capítulo 5 87

de señal en que son recogidas las imágenes de electrones retrodispersados, Lo que

también se observa en el análisis estadístico (figura 5-52), en donde el porcentaje de

óxidos colorantes (barra azul) para la composición C2 es de 1,3% mientras que para la

composición C1 es de 0,2%. En las micrografía de la composición C3, también se puede

observar que el tamaño y el número de áreas brillantes o claras es mayor que las

composiciones C4 y C5 al igual que en el análisis estadístico, el porcentaje de óxidos

colorantes (barra azul) es de 1%, mientras que para las composiciones C4 y C5 es de

0,7% y 0,5% respectivamente.

Desarrollo de composiciones de pasta con la incorporación de materiales fundentes

De acuerdo a los resultados obtenidos de las composiciones anteriores, se seleccionó la

composición C1 como base para plantear cuatro composiciones, utilizando otros

fundentes como nefelina (NF) y vidrio reciclado (VR) que junto con la puzolana sustituyen

al feldespato, con el fin de buscar una mayor reactividad a temperaturas más bajas.

Estas composiciones se muestran en la tabla 5-11.

Tabla 5-11 Composiciones de pasta C6, C7, C8 y C9

MATERIA PRIMA C6 C7 C8 C9

AO 20 20 20 20

AT (tratada) 30 30 30 30

PZ (tratada) - 50 45 45

FD 50 - - -

NF - - 5 -

VR - - - 5

Análisis químico

En la tabla 5-12 se puede observar los análisis químicos de las cuatro composiciones

preparadas con materias primas fundentes. Estas cuatro composiciones tienen una

composición química muy similar, en cuanto al contenido de SiO2 y Al2O3, Los contenidos

de óxido de hierro Fe2O3 en las cuatro composiciones se encuentran por debajo del 1%

cumpliendo con el objetivo de desarrollar composiciones de pasta de gres porcelánico de

coloración clara. En cuanto a la proporción de óxidos alcalinos (Na2O y K2O), la

formulación C6 y C8 poseen más proporción K2O, mientras que la composición C9 posee

más proporción de Na2O.



Tabla 5-12 Caracterización química de las composiciones C6, C7, C8 Y C9

COMPOSICIONES SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O Na2O MgO CaO P205 MnO PPC

C6 76,81 13,23 0,42 0,38 2,78 1,68 0,43 0,32 0,06 0,00 3,89

C7 75,06 13,88 0,88 0,46 2,56 2,02 0,45 0,13 0,07 0,00 4,49

C8 75,42 13,54 0,42 0,50 2,80 2,47 0,31 0,21 0,06 0,00 3,89

C9 76,43 12,23 0,82 0,38 2,08 2,98 0,43 0,32 0,06 0,00 4,27


En las figuras 5-53, 5-54, 5-55 y 5-56 se presentan los difractogramas de las

composiciones C6, C7, C8 y C9 respectivamente, sometidas a cocción a 1180ºC. En

ellas se puede observar que las fases comunes, entre estas composiciones son el cuarzo

y la mullita. La composición C6 que está formulada con 50% de feldespato presenta

picos principales asociados a un feldespato que en este caso es Anortoclasa, el cual es

un feldespato sódico-potásico de alta temperatura. Esta formación es debida

principalmente a la composición química del feldespato utilizado, el cual tiene alta

proporción de sodio y potasio. Las composiciones C7 y C8 formuladas con la adición de

50% de puzolana y 5% de nefelina respectivamente, muestran una composición

mineralógica compuesta por mullita y cuarzo, mientras que la composición C9 formulada

añadiendo 5% de vidrio, además de estas dos fases, presenta albita, debido

principalmente al alto contenido de óxido de sodio que presenta el vidrio.


Capítulo 5 89




Análisis cerámico


composiciones C6 y C7 respectivamente, en estas figuras se puede observar que la



composición C6 formulada con 50% de feldespato, entre los 1140ºC y los 1160ºC, sufre

un cambio abrupto en sus propiedades, pasando de una absorción de agua de 6,98% a

los 1140ºC a 2,97% a los 1160ºC, por lo que es a esa temperatura en donde inicia su

proceso de sinterización. También se puede observar que la composición C6 no alcanza

el valor de absorción de agua menor a 0,5% a ninguna de las temperaturas de cocción,

esto es debido al alto contenido de sílice que posee el feldespato lo que le confiere un

carácter refractario, por lo que necesita una temperatura mayor para poder lograr una

mayor sinterización y así alcanzar bajos valores de absorción de agua, que se requieren

para el desarrollo de un gres porcelánico. La presencia de gran cantidad de cuarzo en los

feldespatos es la razón principal de la alta temperatura de fusión de los mismos (Esposito

et al., 2005).

Por su lado la composición C7 con 50% de puzolana tiene un comportamiento más

reactivo que la composición C6, presentando valores de absorción de agua por debajo

del 1% a partir de 1160°C, y mostrando una gran estabilidad dimensional.


Capítulo 5 91


El uso de nefelina (NF) y vidrio reciclado (VR) como aditivos en composiciones de gres

porcelánico son eficaces porque reducen el rango de temperaturas de cocción en

aproximadamente 40°C en comparación con la composición C1, como se puede ver en

las curvas de gresificación de las composiciones C8 y C9 de la figura 5-59 y figura 5-60

respectivamente. En donde a partir de los 1160ºC los valores de absorción de agua ya se

encuentran por debajo del 0,5%.

Durante la cocción, estos materiales fundentes aceleran el proceso de densificación,

logrando una baja porosidad abierta y una menor absorción de agua, aunque tienen la

desventaja de aumentar la contracción lineal. Según Salem et al (2009) la nefelina

disminuye la viscosidad de la fase vítrea lo que produce una mayor contracción. La

viscosidad de la fase fundida es capaz de influir drásticamente en la contracción y la

porosidad de los cuerpos de gres porcelánico. Las variaciones en la contracción están

influenciadas por dos factores, el primero de ellos es la tensión superficial de la fase

líquida la cual tiende a reducir los poros y en segundo lugar, la expansión del gas ocluido

que tiende a expandir los poros, disminuyendo la contracción.






En la figura 5-61 se presenta la resistencia a la flexión de las cuatro composiciones C6,

C7, C8 y C9 las cuales fueron formuladas con materias primas fundentes. En esta figura

se puede observar que las composiciones C7, C8 y C9 tienen los valores más altos de

resistencia a la flexión (mayores a 80 N mm-2) de todas las composiciones formuladas en

Capítulo 5 93

este estudio, indicando que la utilización de los materiales PZ, NF y VR potencializan las

propiedades mecánicas del producto final. Esto se puede explicar por el hecho de que

estas composiciones poseen una mineralogía rica en minerales fundentes los cuales

alcanzan la vitrificación a temperaturas menores, obteniendo porcentajes de absorción de

agua por debajo del 1% desde los 1140ºC. La composición C6 que está formulada con

50% de feldespato presenta una baja resistencia a la flexión (52,34 N mm-2 a 1200ºC),

esto se puede explicar por el hecho que el feldespato contiene porcentajes de sílice muy

altos lo que hace que tenga un comportamiento refractario y que el proceso de

vitrificación empiece a los 1200ºC. La vitrificación es un fenómeno asociado a la

formación de la fase líquida, esta fase penetra los poros, cerrándolos y aislando los poros

cercanos. La tensión superficial del líquido y la capilaridad ayudan a reducir la porosidad

lo que explica el decrecimiento intenso de la absorción de agua en este rango de

temperaturas.

Figura 5-61 Resistencia a la flexión de las composiciones C6, C7, C8 y C9


En la figura 5-62 se muestran los resultados de los análisis colorimétricos de las

composiciones C6 y C7. En esta figura se puede observar una diferencia significativa en



el valor de la coordenada L* entre la composición C6 que está formulada con el 50% de

feldespato y la composición C7 que está formulada con el 50% de puzolana, esto es

debido principalmente a que el feldespato tiene bajos porcentajes de óxido de hierro,

mientras que la puzolana que a pesar que se le hizo tratamiento de beneficio para

disminuir su porcentaje de óxido de hierro, este es más alto que el del feldespato.



composiciones C8 y C9. En esta figura no se observa una diferencia significativa en el

valor de las coordenadas L*, a* y b* entre estas dos composiciones, De esta figura

también es importante resaltar que en las temperaturas de 1140ºC a 1180ºC se observa

una disminución progresiva en la coordenada L*, lo cual es debido a la reducción del

Fe2O3 a FeO que es de color negro y a la formación progresiva de fase vítrea. Mientras

que a la temperatura de 1200ºC se observa un aumento en esta coordenada, lo cual

puede ser explicado por el hecho que la formación de fase cristalina como la mullita

puede ocluir, en parte, el óxido de hierro en su estructura, modificando el color en cocido

(Barba et al., 2002, p. 278).

Capítulo 5 95


En la figura 5-64 se muestran las probetas cocidas de las composiciones C6, C7, C8 y

C9 a cada temperatura de cocción, evidenciando el color después del proceso de

cocción.

Figura 5-64 Probetas cocidas de las composiciones C6, C7, C8 y C9




En la figura 5-65 se muestran los resultados de las densidades aparentes de las

composiciones C6, C7. C8 y C9. En esta figura se puede observar que con la

introducción de las materias primas fundentes puzolana PZ, nefelina NF y vidrio reciclado

VR, se logra una mejor sinterización de la pasta, alcanzado los valores más altos de

densidad aparente de todas las composiciones formuladas, situación que se refleja en la

reducción de los valores de absorción de agua por debajo del 1% a partir de los 1160°C.

Figura 5-65 Densidades aparentes de las composiciones C6, C7. C8 y C9


En la figura 5-66 se pueden observar las micrografías de las composiciones C6, C7, C8 y

C9 cocidas a 1180°C. En estas micrografías se puede observar una diferencia

significativa en la porosidad abierta, entre la composición C6 y C7. En donde la

composición C6 presenta mayor porosidad abierta, lo que explica los altos valores de

absorción de agua (figura 5-57) y los bajos valores resistencia a la flexión (figura 5-61) de

esta composición. Los altos valores de resistencia a la flexión de las composiciones C7,

C8 y C9 pueden deberse principalmente a la baja porosidad y al contenido de materiales

Capítulo 5 97

fundentes que favorecen la sinterización, permitiendo la formación de fase líquida, donde

cristaliza la mullita, que es una fase que también ayuda significativamente en el aumento

de la resistencia a la flexión. Las micrografías de las composiciones C7, C8 y C9 se

caracterizan por la presencia de poros con tamaños más estrechos y una microestructura

más homogénea, lo que justifica el valor de la resistencia mecánica obtenida. La

presencia de nefelina favorece el desarrollo de una microestructura más compacta, con

menor porosidad lo que provoca un aumento en la resistencia a la flexión (Esposito et al.,

2005). Con respecto a los análisis estadísticos que se presentan en la figura 5-67, se

aprecia un incremento en los valores de la matriz sinterizada (barra verde) y una

reducción del cuarzo libre (barra amarilla) confirmando que estos materiales mejoran la

reactividad de la pasta a menores temperaturas.

Figura 5-66 Micrografías de las composiciones C6, C7, C8 y C9





Figura 5-67 Análisis estadístico de las composiciones C6, C7, C8 Y C9



Desarrollo de composiciones de pasta con la incorporación de materias primas desgrasantes como chamote cerámico y arena sílice

Las composiciones C10 y C11 fueron formuladas con arena sílice y chamote cerámico, el

cual es un residuo de la propia industria cerámica con la idea de darle uso y aprovechar

este material de residuo. Además de disminuir la contracción lineal de las pastas

cerámicas de gres porcelánico y de darle una mayor estabilidad a la pasta. Estas

composiciones fueron desarrolladas basadas en las composiciones C8 y C9,

disminuyendo la puzolana un 5% y añadiendo esta misma proporción a la pasa

distribuida en 5% de chamote cerámico y 5% de arena sílice. Los porcentajes de cada

una de las materias primas que componen las diferentes composiciones se muestran en

la tabla 5-13.

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

5.1% 18.5% 76.0% 0.4%

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

100

3.9% 13.9% 81.8% 0.5%

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

100

3.6% 15.5% 80.5% 0.5%

Area MeasurementsA

rea %

0

20

40

60

80

6.4% 17.2% 75.9% 0.5%

Capítulo 5 99

Tabla 5-13 Composiciones de pasta C10 y C11

MATERIA PRIMA C10 C11

AO 20 20

AT (tratada) 30 30

PZ (tratada) 40 40

NF 5

VR 5

Chamote cerámico 5

Arena Sílice

5

Análisis químico

En la tabla 5-14 se puede observar los análisis químicos de las composiciones C10 y

C11 preparadas con la adición de chamote cerámico y arena sílice respectivamente.

Estas dos composiciones tienen una composición química muy similar, con altos

contenidos de SiO2, los cuales se encuentran por encima del 79% y los más bajos

contenidos de Al2O3 de todas las composiciones desarrolladas en este estudio, todas por

debajo de un 12%. Lo que hace que la proporción alúmina/sílice sea muy baja, estando

entre 0,13% aproximadamente. Los contenidos de óxido de hierro Fe2O3 en las dos

composiciones se encuentran por debajo del 1% cumpliendo con el objetivo de

desarrollar composiciones de gres porcelánico de coloración clara. En cuanto a la

proporción de óxidos alcalinos (Na2O y K2O), se encuentran por debajo del 2%.

Tabla 5-14 Caracterización química de las composiciones C10 y C11

COMPOSICIONES SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 K2O Na2O MgO CaO P205 MnO PPC

C10 79,89 11,30 0,96 0,52 1,45 1,35 0,21 0,16 0,09 0,00 4,08

C11 79,83 11,97 0,69 0,45 1,61 1,12 0,20 0,29 0,09 0,00 3,74


En la figura 5-68 y en la figura 5-69 se presentan los difractogramas de las dos

composiciones, formuladas con chamote cerámico y arena sílice, después del proceso de

cocción a 1180ºC. En ellas se puede observar que las fases comunes, entre estas

composiciones son el cuarzo y la mullita.





Análisis cerámico

La variación de las propiedades de absorción de agua y contracción lineal en función de

la temperatura máxima de cocción de las composiciones C10 y C11 se presentan en la

figura 5-70 y figura 5-71 respectivamente. En estas figuras se puede observar que a

pesar que se cumplió con el objetivo de bajar la contracción lineal, la absorción de agua

aumenta bastante y cumple con la condición de tener valores de absorción de agua por

debajo de 0,5%, hasta los 1200ºC. La composición C10 logra alcanzar un valor de

absorción de agua de 0,4% a los 1200ºC con una contracción lineal de 7,96%, mientras

que la composición C11 logra alcanzar un valor de absorción de agua de 0,36% a los

1200ºC con una contracción lineal de 7,48%. Este aumento en la absorción de agua se

debe principalmente a que la composición contiene materias primas con alto contenido

de sílice y al adicionarle arena sílice su contenido aumento lo que la hizo más refractaría.

Capítulo 5 101




En la figura 5-72 se presenta la resistencia a la flexión de las composiciones C10 y C11

las cuales fueron formuladas con la incorporación de chamote cerámico y arena sílice. En

esta figura se puede observar que estas dos composiciones tienen valores de resistencia

a la flexión a los 1200ºC de 55,97 N mm-2 para la composición C10 y de 52,06 N mm-2



para la composición C11. Los resultados obtenidos a nivel de absorción y resistencia a la

flexión muestran que la introducción de estos componentes disminuyen las propiedades

técnicas cerámicas del producto, situación que lleva a utilizar más energía para alcanzar

los valores técnicos que caracterizan un gres porcelánico.

Figura 5-72 Resistencia a la flexión de las composiciones C10 y C11



composiciones C10 y C11. En este análisis se puede observar que estas composiciones

no presentan una diferencia significativa en cuanto a los valores de las coordenadas

cromáticas, por ejemplo a los 1200ºC estas dos composiciones tienen una diferencia en

el valor de la coordenada L* de aproximadamente 3 puntos, con respecto a la

coordenada a* la diferencia es de 0.86 puntos y para la coordenada b* la diferencia es de

0.31 puntos. Comparando estos resultados, con las composiciones C7 y C8, se observa

que la composición C10 mejora en su grado de blancura.

Capítulo 5 103


En la figura 5-74 se observa el color obtenido en las probetas de gres porcelánico de las

composiciones C10 y C11 después de cocción en cada una de las temperaturas. En

donde no se aprecia una diferencia significativa en las dos composiciones.

Figura 5-74 Probetas cocidas de las composiciones C10 y C11



Densidad aparente

En la figura 5-75 se presentan los resultados de las densidades aparentes de las

composiciones C10 y C11. En esta figura se puede observar que estas composiciones

presentan los valores de densidad aparente más bajos de todas las composiciones

realizadas en este estudio, por lo que la introducción de materiales desgrasantes no

logran una buena sinterización de la pasta, situación que se refleja en el aumento de los

valores de absorción de agua.

Figura 5-75 Densidades aparentes de las formulaciones C10 y C11


En la figura 5-76 y figura 5-77 se puede observar los resultados de la técnica de

microscopía electrónica de barrido de las composiciones C10 y C11 cocidas a 1180°C.

En las micrografías figura 5-76 se puede observar una gran porosidad abierta y en el

análisis estadístico figura 5-77 una reducción en la cantidad de matriz sinterizada (barra

verde), lo que explica los altos valores de absorción de agua obtenidos en las curvas de

gresificación de estas composiciones (figura 5-70 y figura 5-71); esta propiedad también

afecta la resistencia a la flexión de las composiciones, como puede verse en la figura 5-

72 donde se muestra que estas dos composiciones presentan los valores de resistencia

a la flexión más bajos de todas las composiciones desarrolladas en este estudio.

Capítulo 5 105

Figura 5-76 Micrografías de las composiciones C10 y C11


Figura 5-77 Análisis estadístico de las composiciones C10 y C11


5.1.6 Condiciones de Procesamiento

Con base a los resultados obtenidos a nivel de laboratorio, las condiciones de proceso

que se deben configurar para obtener una pasta de gres porcelánico con características

uniformes y con las mejores prestaciones tecnológicas son las siguientes: Con respecto a

las materias primas se recomienda que la porción plástica de la pasta este conformada

por una arcilla blanca plástica compuesta principalmente por illita, caolinita y bajos

contenidos de cuarzo, de tal manera que la illita proporcione la plasticidad y fundencia,

mientras que la caolinita aporte su refractariedad para ayudar en el control dimensional y

la alúmina para permitir la formación de mullita; esta última incrementa la resistencia

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

10.6% 18.2% 70.7% 0.4%

Area Measurements

Are

a %

0

20

40

60

80

11.0% 19.6% 69.0% 0.4%



mecánica del producto terminado; los contenidos de óxidos colorantes deben ser

inferiores al 1%. Para la porción desgrasante se recomienda la utilización de la puzolana

para que ayude a la desgasificación de la pasta durante el precalentamiento y actúe

como un fundente durante la etapa de cocción a partir de los 1160°C. El tiempo de

maduración (tiempo de reposo de las arcillas después de haber sido explotadas) de las

materias primas que conforman la pasta no debe ser inferior a 2 meses para garantizar

un comportamiento homogéneo. Para la dosificación de la pasta, la fracción plástica debe

ser mínimo en un 50% de la formulación y la fracción desgrasante fundente no debe ser

mayor al 50%; si se requiere disminuir la contracción del producto final se puede

adicionar arena sílice o chamote cerámico pero en un porcentaje menor al 5%. Se puede

potencializar la fundencia de la pasta incorporando nefelina o vidrio reciclado, pero en un

porcentaje máximo de 5%.

En la etapa de molienda es importante tener varias condiciones presentes, dependiendo

cual formulación se va a trabajar, por ejemplo si se trabaja con formulaciones de pasta

que tengan incorporadas materias primas tratadas químicamente, es importante tener en

cuenta que este proceso de beneficio afecta la viscosidad de la barbotina por lo que se

debe añadir más agua o más defloculante para tener una buena fluidez. El residuo de la

barbotina debe ser inferior al 1% en malla de 63μm. En el proceso de prensado es

importante utilizar presiones de 350 kg cm–2 como mínimo para obtener un producto con

alta densidades aparentes y en el proceso de cocción la temperatura de cocción óptima

en la cual se alcanzan bajos valores de absorción de agua se encuentra entre los 1180°C

y 1200ºC.

5.2 Discusión

Con respecto al comportamiento cerámico de las arcillas analizadas en este estudio, se

puede concluir que las arcillas con altos contenidos de SiO2 y por ende altos contenidos

de cuarzo, como lo son las arcillas AT y AR, presentan una baja reactividad con la

temperatura, mostrando un comportamiento más refractario, que se manifiesta al

observar que al aumentar la temperatura, la contracción se mantiene casi constante y la

absorción de agua disminuye levemente, este comportamiento es asociado con la

dificultad de alcanzar un bajo nivel de porosidad, factor que influye en la resistencia

Capítulo 5 107

mecánica. Las arcillas AO y AS que tienen contenidos de SiO2 más bajos, presentan un

comportamiento más reactivo con la temperatura presentando menores valores de

absorción de agua.

Con respecto a los materiales fundentes, el feldespato FD y la puzolana PZ, se puede

observar que el comportamiento del feldespato a las temperaturas comprendidas entre

los 1100ºC y los 1140ºC es como de un material desgrasante, pero por encima de

1160ºC presenta un comportamiento fundente, obteniendo valores de absorción de agua

menores a 0,5% a los 1200ºC. La puzolana natural PZ por su parte, presenta un

comportamiento más reactivo con la temperatura y alta capacidad fundente, obteniendo

valores de absorción de agua menores a 0,5% a temperaturas de 1160ºC. La diferencia

principal entre estos dos materiales fundentes es que la puzolana por ser una roca

volcánica de origen extrusivo, es decir, qua ha tenido un enfriamiento rápido al estar

sobre la superficie, está constituida por cristales y una matriz vidriosa con composición

química de carácter feldespático. Mientras que el feldespato tiene una estructura

cristalográfica definida. Esta característica de la puzolana de tener una matriz vidriosa

que tiene la misma composición química de un feldespato, permite que sea más reactiva

con la temperatura ya que no necesita tanta energía para romper los enlaces.

Las materias primas analizadas en este estudio y que son actualmente usadas en la

fabricación de soportes cerámicos de coloración roja, pueden ser utilizadas como materia

prima en las formulaciones de pasta de gres porcelánico de coloración clara, si son

sometidas a tratamientos de beneficio para reducir la cantidad de óxidos colorantes, en

especial de óxido de hierro. Los tratamientos de beneficio aplicados a las materias

primas, basados en métodos físicos como lo es el tamizado y la sedimentación, reducen

la cantidad de óxido de hierro pero no son suficientes para alcanzar porcentajes por

debajo del 1% para poder utilizar estas materias primas en las formulaciones de pasta de

gres porcelánico de coloración clara.

Mientras que el método químico de beneficio utilizando ácido oxálico ha sido el

tratamiento que mejor comportamiento ha tenido en cada una de las materias primas en

las que fue aplicado, logrando reducciones significativas en el porcentaje de óxidos de

hierro. Es importante señalar que la mayoría de estudios que utilizan el ácido oxálico

para blanqueamiento de caolines, logran el objetivo, sometiendo una mezcla de caolín y



ácido oxálico a una temperatura alta, caso contrario en lo desarrollado en este estudio,

en donde se ha aplicado la técnica de lixiviación por lotes, realizando un riego por

aspersión con ácido oxálico a temperatura ambiente, condición que facilita su

implementación a un nivel industrial. La incorporación de materias primas tratadas

químicamente en la formulación de composiciones de pastas de gres porcelánico no

afecta las propiedades técnico-cerámicas de absorción de agua, contracción lineal y

resistencia mecánica. Esto se puede observar en las composiciones C1 y C2 las cuales

fueron formuladas con las mismas proporciones de materias primas pero con la

diferencia que la composición C1 es formulada con las materias primas tratadas y la

composición C2 con las materias primas sin tratar, presentando valores en estas

propiedades técnico-cerámicas muy similares.

El uso de la puzolana en la composición C7 en la cual hay sustitución total del feldespato,

muestra resultados bastante interesantes dado que alcanzan valores de absorción de

agua por debajo del 0,5% (0,43%) a la temperatura de 1180ºC, lo que reduce la

temperatura 20ºC en comparación de la composición C1 que es la fórmula base

seleccionada en el presente estudio; el feldespato no es un fundente tan reactivo

situación que se evidencia al no alcanzar el valor de absorción de agua menor a 0,5% a

ninguna de las temperaturas de cocción, esto es debido al alto contenido de sílice que

posee el feldespato lo que le confiere un carácter refractario, por lo que necesita una

temperatura mayor para poder lograr una mayor sinterización y así alcanzar bajos

valores de absorción de agua, que se requieren para el desarrollo de un gres

porcelánico.

El uso de la nefelina y el vidrio reciclado en las composiciones de pasta de gres

porcelánico ayudan a aumentar la capacidad fundente de la pasta, pero tienen la

desventaja de aumentar la contracción. El uso del vidrio reciclado permite disminuir el

impacto ambiental debido principalmente a que se reutiliza un material de desecho y se

disminuye el consumo de recursos naturales.

La incorporación de arena y chamote cerámico como desgrasantes en las composiciones

de pastas de gres porcelánico, ayudan a disminuir el valor de la contracción lineal pero

aumentan la absorción de agua.

6. Conclusiones y recomendaciones

6.1 Conclusiones

Se ha logrado mejorar el grado de blancura de las arcillas AT, AR y AS y la puzolana PZ,

mediante tratamientos de beneficio tanto físicos como químicos. Obteniéndose mejores

resultados con el método químico de lixiviación por lotes con ácido oxálico.

El metodo de lixiviación por lotes tiene mejores efectos en materiales que poseen

distribuciones granulometricas de mayor tamaño.

Las composiciones de gres porcelánico desarrolladas con las materias primas tratadas

incrementan la blancura, sin alterar las propiedades ceramicas de la pasta.

Se ha conseguido desarrollar diferentes composiciones de pasta de gres porcelánico con

materias primas nacionales. Lo que permitirá acceder a un mercado en alto crecimiento.

Con las composiciones de gres porcelánico desarrolladas se ha logrado mantener las

mismas características técnicas que actualmente poseen este tipo de productos.

Se abrió la posibilidad de habilitar minas que actualmente están siendo explotadas, para

la fabricación de productos de mayor valor agregado.

Se ha sustituido totalmente el feldespato potásico nacional por una puzolana natural, la

cual se puede considerar como una nueva materia prima fundente, para la fabricación de

gres porcelánico.

La utilización de fundentes como la puzolana natural en la fabricación de gres

porcelanico, permite impactar positivamente en el medio ambiente porque reduce los

consumos de gas disminuyendo las emisiones de CO2.



El vidrio reciclado sódico-cálcico utilizado, genera una reducción en el intervalo de

temperaturas de cocción, logrando bajar la temperatura de cocción en 40ºC.

La incorporación de arena y chamote cerámico como desgrasantes en las composiciones

desarrolladas en este estudio, ayudan a disminuir el valor de la contracción lineal pero

afectan la propiedad técnica de absorción de agua aumentando su valor.

6.2 Recomendaciones

Caracterizar los lixiviados, producto del tratamiento de blanqueamiento aplicado a las

materias primas con el fin de conocer su composición, para así poder determinar algún

tipo de uso o aplicación y disminuir su impacto ambiental.

Realizar pruebas combinando métodos de beneficio tanto físicos como químicos, para

determinar su impacto en el blanqueamiento de las materias primas.

Llevar a una escala industrial el tratamiento de beneficio de las materias primas utilizando

el método de lixiviación por lotes con ácido oxálico, para establecer los factores de

producción, los aspectos económicos y el adecuado manejo ambiental de los residuos

producidos.

Realizar una prueba industrial de la composición C7 que presentó muy buenas

prestaciones tecnológicas, con el fin de verificar su comportamiento y factibilidad de ser

usada como pasta de gres porcelánico a una escala industrial.

Hacer una caracterización de los tipos de vidrio reciclado que se comercializan en

Colombia, para conocer cuál de ellos puede ser incorporado en las formulaciones de

pasta de gres porcelánico, con la idea de desarrollar un producto con la totalidad de

materias primas nacionales.

A. Anexo: Productos

Desarrollo de una pasantía por seis meses en la Escuela Superior De Cerámica De

L’Alcora y en la Universidad Jaime I, Castellón (España).

Participación como ponente en el XV Congreso mundial de la calidad del azulejo y del

pavimento cerámico (QUALICER), celebrado los días 12 y 13 de febrero de 2018, en

Castellón (España), con la ponencia titulada “Desarrollo de un gres porcelánico

incorporando arcillas colombianas sometidas a un proceso de blanqueamiento”.

Participación como ponente en el XVI Congreso mundial de la calidad del azulejo y del

pavimento cerámico (QUALICER), celebrado los días 10 y 11 de febrero de 2020, en

Castellón (España), con la ponencia titulada “Influencia de las fases presentes en pisos y

revestimientos cerámicos a base de arcilla en las propiedades técnicas cerámicas”.

Artículo publicado: “Development of ceramic porcelain stoneware pastes by the

revalorization of Colombian clays subjected to bleaching process”. Applied Clay Science

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Artículo en revisión: Use of a natural pozzolana as a new flux in the production of ceramic

tile.

Artículo en revisión: Unidades geológicas arcillosas de Cundinamarca con potencial uso

para la fabricación de pisos y revestimientos cerámicos.

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