Influencia de la calcita en la eficiencia energética de la producción de ladrillos

Resumen

Se presentan los resultados de un estudio sobre el efecto de la adición de pequeñas cantidades de carbonato de calcio como fundente en la producción de ladrillos rojos de cerámica cocida, con el objetivo de mejorar el perfil energético de la producción a través de la disminución de la temperatura y el tiempo de quema. La adición de cantidades de carbonato de calcio que oscilen entre el 2-5% de la masa de arcilla mejora la resistencia a compresión de los ladrillos a temperaturas cercanas a los 900oC, y tiempos de sinterización de 1-3 horas. Este efecto se atribuye a las modificaciones de las reacciones que se producen en las arcillas durante el tratamiento térmico por la presencia del mineral calcita, que permite que la sinterización ocurra a temperaturas más bajas en las arcillas estudiadas, que tienen composición mineralógica donde predomina el mineral motmorillonita. El trabajo hizo un amplio estudio de los cambios en las propiedades físico-químico-mecánicas que se producen a escala microscópica y macroscópica. Estos estudios muestran un incremento consistente de la resistencia mecánica, que se atribuye a la formación de la fase anorthita entre los productos de reacción. Los resultados del trabajo fueron puestos a prueba en dos grandes fábricas de producción de materiales cerámicos con diferentes niveles tecnológicos de producción en cuanto a la cocción de los ladrillos se refiere, reportándose reducción del consumo de combustible en los hornos como consecuencia de dicha adición entre el 20 y el 30% .

PALABRAS CLAVES.

Ladrillos cocidos, agentes fundentes, eficiencia energética, propiedades mecánicas, carbonato de calcio.

ABSTRACT.

The results of a study that assesses the effect of adding small amounts of calcium carbonate as fluxing agent on fired Clay bricks are presented. The paper aims to improve the energy demand of fire clay bricks manufacture through the reduction of firing temperature and process duration. The paper shows that additions in the range of 2-5 % (wt) of clay improves compressive strength of bricks fired at temperature around 900 °C and sintering times between 1-3 hours. This effect would be caused by modifications of the mineralogical transformations through which clay minerals undergo in the presence of calcite. which reduces sintering temperature in clays containing mainly montmorillonite. This paper presents a broad study of the changes of phisico-chemical-mechanical properties at both macroscale and microscale levels. The results show a consistent increase in compressive strength, associated with the formation of the phase anorthite within the reaction products. These results were tested in real prototypes, where the energy demand decreased by 20-30%

KEYWORDS

Fired Clay bricks, fluxing agents, energy efficiency, mechanical properties, calcium carbonate.

Introducción

Es conocido que las transformaciones mineralógicas que ocurren por tratamiento térmico en el proceso de cocción de los productos cerámicos, se producen a altas temperaturas, en dependencia de la composición química de las arcillas, estas transformaciones comienzan entre los 500°C -600°C y se completan entre los 1000°C y 1200°C, (Cultrone et al, 2000; Mayoral et al, 2001; Jordan et al, 2001) si se trata de productos de cerámica roja, y por un proceso conocido en las reacciones en estado sólido como sinterización.

En el campo tanto de la investigación como de la producción de los materiales cerámicos, se sabe que las temperaturas en las que se completan estas transformaciones pueden ser modificadas por la adición de fundentes, que en la producción de materiales cerámicos en general son profusamente utilizados para disminuir el consumo de energía y mejorar el perfil energético y medioambiental de su producción.

La acción fundente de los carbonatos (calcita y dolomita) durante el proceso de cocción está asociada a la reducción de la temperatura de sinterización, básicamente porque estos minerales influyen en las transformaciones mineralógicas que tienen lugar en los minerales de arcilla durante su tratamiento térmico y permite la formación de mayor cantidad de fases vítreas a menor temperatura comparado con materiales que carecen de carbonatos, (Cultrone et al, 2000; Mayoral et al, 2001; Jordan et al, 2001). Durante la cocción tienen lugar dos procesos: a) la deshidrolización de la kaolinita (500-600°C) y b) la descarbonatación de los carbonatos (700-800°C). Una gran cantidad de material amorfo es creado a través de este proceso, el cual favorece la formación de nuevas fases: Anorthita, Ghelenita, Wollastonita (Hatzl et al., 2001; Traore et al.; 2003, Traore y Blanchart , 2003).