Ceramic As

ROBERTO HEVIA

MATERIAS PRIMAS NO CONVENCIONALESEN CERMICA

R o b e r t o H e v i a

Editado por: Fundacin EMPREMIN

www.empremin.org.ar

4 ROBERTO HEVIA

De la presente edicin: Fundacin EMPREMIN De los textos, figuras e imgenes: Roberto Hevia

ISBN N

Diseo de tapa: Ana Hevia

Impresin: LDM Grfica

Reservados todos los derechos. Ninguna parte de esta publicacin puede reproducirse o uti-lizarse de ninguna forma, ni por ningn medio, sea grfico, electrnico o mecnico, inclui-dos el registro, la grabacin en cinta o el almacenamiento en sistemas informticos, sinlicencia escrita del editor.

5MATERIAS PRIMAS NO CONVENCIONALES EN CERAMICA

PROLOGO

La Fundacin EMPREMIN ha cumplido en los ltimos aos con una tarea detransferencia de conocimientos adquiridos con la experimentacin de mtodos de pro-duccin a la opinin pblica y, en particular, a potenciales productores de sustanciasminerales puras o beneficiadas. Esta tarea es hoy parte del Plan Minero Nacional lleva-do adelante por la Secretara de Minera de la Nacin, conducida por el Ing. JorgeMayoral, quien definiera a la minera como una fuente de produccin dinmica, gene-radora y potenciadora de desarrollo y empleo en las regiones mas postergadas del pas.Integrada a este concepto la Fundacin pretende alcanzar el objetivo primordial de unainstitucin cientfica del Estado de brindar el conocimiento de nuevas tecnologas enforma gratuita, con el objeto de promover la actividad industrial. No esta de mas decirla importancia social que esta promocin puede generar.

El libro que hoy presentamos aborda un tema de singular importancia en raznde la amplia utilizacin de los materiales cermicos, producidos a partir de sustanciasbsicas como el cuarzo, la arcilla y los feldespatos. Estos recursos minerales, comotodos los recursos naturales, no son inagotables, y a medida que se extiende su aplica-cin resultan ms costosos e inaccesibles. El trabajo desarrollado por el Lic. RobertoHevia y colaboradores en el CIDEMAT-INTEMIN ha buscado mediante la experimen-tacin analtica cuidadosa la forma de reemplazar, al menos parcialmente, a las men-cionadas sustancias por otros materiales que en muchos casos se originan como resi-duos desechables de la actividad industrial. Esta sustitucin, adems de su clara conno-tacin de economicidad, representa un aporte a la necesidad de preservar los recursosnaturales promoviendo su explotacin racional.

Por los motivos expuestos nos complace presentar esta obra a los productoresde la industria cermica y a todos aquellos que puedan utilizarla para crear nuevas alter-nativas productivas.

Roberto C. MirPresidente

Fundacin EMPREMIN

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AGRADECIMIENTOS

El autor deja constancia de su agradecimiento a Alfredo Inocencio por su colabora-cin en la preparacin de las figuras, al Lic. Juan C. Herrero por sus observaciones ysugerencias en los aspectos geolgicos, a la Fundacin Empremin por la edicin dellibro y a Ana Hevia por el diseo de tapa.

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Contenidos

1. INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2. ESTUDIOS REALIZADOS EN EL CIDEMAT CON MINERALESALTERNATIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

BASALTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Desarrollos tecnolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Basalto como componente de una masa cermica . . . . . . . . . . . . . . 15Basalto como componente de un esmalte cermico . . . . . . . . . . . . . 16Basalto como un material vitrocermico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20DIATOMITA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

TOBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Desarrollo de pastas cermicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Caracterizacin de una roca tobcea de la provincia de Mendoza . . . . . . 28Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

LATERITA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

OBSIDIANA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

CENIZA VOLCNICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3. ESTUDIOS REALIZADOS EN EL CIDEMAT CON PRODUCTOS MINERALES SECUNDARIOS, RESIDUOS INDUSTRIALES Y AGRCOLAS . 43

SUBPRODUCTO DE PERLITA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

1. Desarrollo de pastas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452. Desarrollo de fritas y esmaltes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50CENIZA DE CARBN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

CENIZA DE CSCARA DE ARROZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Fabricacin de un material cermico: gres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

SNTESIS DE WOLLASTONITA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

DESARROLLO DE CRISTOBALITA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

APROVECHAMIENTO DE UN RESIDUO DE LA INDUSTRIA CERMICA . . 64Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Caracterizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Desarrollo tecnolgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

1. Desarrollo de pastas con el residuo PD como nico componente rido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2. Desarrollo de pastas con el agregado de residuo PD y basalto, como componentes ridos y reactivos de la composicin . . . . . . 67

Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4. CONCLUSIONES GENERALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

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Desde los tiempos ms remotos el hombre utiliz la alfarera destinada a la fabrica-cin de vasijas, y gener la primera aplicacin de una transformacin qumica. Si biense fueron logrando avances tcnicos, particularmente en el control del fuego, estas con-quistas tcnicas fueron a lo largo de muchos aos oficios domsticos

En etapas posteriores, la cermica alcanz un gran desarrollo, y ya en los tiemposmodernos, se fueron adoptando criterios cientficos, se incorporaron a las arcillas otrosminerales, y as se abrieron nuevas perspectivas y posibilidades.

A lo largo de los tiempos, el hombre ha usado las materias primas disponibles,como por ejemplo: arcillas de diferente tipo, y de modo menos generalizado, caolines,feldespatos, calizas, talcos, cuarzos, dolomitas, y otros, sin preocuparse seriamente porel agotamiento de las mismas. Sin embargo an cuando todava la mayor parte de lasexplotaciones se realiza sin tener en cuenta esto, en nuestro siglo cada da se tomamayor conciencia de que estos insumos no son renovables y que se debera procedercon nuevos criterios de economa y planificacin.

La sobreexplotacin de los yacimientos, el peligro de agotamiento de materias pri-mas no renovables, los intensivos procesos de fabricacin y la consiguiente acumula-cin creciente de residuos, son algunos de los aspectos que producen un alto impactoambiental y que crean una situacin muy difcil que reclama no slo cambios en las for-mas de trabajar y producir, sino principalmente una nueva conciencia empresarial ysocial.

En este contexto, la bsqueda de formas de produccin sustentable, constituye unpaso adelante para iniciar la resolucin de un problema que nos aqueja a todos.

Esto ha impulsado a nuestros cientficos y tecnlogos a la bsqueda de alternativasde reemplazo en lo que a materias primas tradicionales se refiere, a fin de ampliar elabanico de posibilidades, dar respuestas adecuadas a las nuevas necesidades cientfico-tecnolgicas y racionalizar el uso del patrimonio mineral que hoy, ms que nunca sabe-mos que es agotable.

El aprovechamiento racional de esta riqueza natural exige tener presente dos aspec-tos fundamentales:

INTRODUCCIN 1

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a. La explotacin racional de los yacimientos, precedida de un estudio exhaustivode cada situacin, a fin de evitar el agotamiento prematuro de los mismos cau-sado por metodologas extractivas facilistas, carentes de los ms elementalesprincipios de la ingeniera minera.

b. La profundizacin de los conocimientos fsico-qumicos de las materias primasusadas en la actualidad, de otras de uso no convencional y tambin de residuosindustriales, que pueden constituir alternativas muy valiosas, pues adems esti-mulan en muchos casos, el desarrollo de industrias regionales.

De esta forma se intenta optimizar el aprovechamiento de las materias primas norenovables, complementndolas con otras no convencionales y con la reutilizacin deresiduos agrcolas e industriales que hoy no se aprovechan.

Nuestro pas, que posee una incalculable riqueza mineral escasamente aprovechadahasta nuestros das, cuenta tambin con una amplia gama de recursos no convenciona-les tales como: lateritas, basaltos, tobas, perlitas, cenizas y lavas volcnicas, diatomitas,piedra pmez y otros.

La descripcin de las caractersticas de estas materias primas y su aprovechamien-to en la industria cermica es un objetivo permanente del Centro de Investigacin yDesarrollo de Materiales (CIDEMAT), del Instituto de Tecnologa Minera (INTEMIN).

Tambin merecen ser mencionadas algunas experiencias realizadas en dichoCentro, con algunos residuos agrcolas e industriales, y de la industria cermica (des-carte de piezas de bizcocho, de esmalte, etc.).

En esta publicacin realizada con el aporte de la Fundacin EMPREMIN, comoUnidad de Vinculacin Tecnolgica con el SEGEMAR, se recogen las experiencias rea-lizadas en el CIDEMAT del SEGEMAR- INTEMIN. Los datos presentados fueron actua-lizados, con la intencin de brindar apoyo a los profesionales y a las industrias del sector.

Las materias primas que se incluyen en este trabajo son:

Minerales no tradicionales: basalto, toba, diatomita, obsidiana, laterita y cenizavolcnica.

Residuos agrcolas e industriales: perlita, ceniza de carbn, ceniza de cscara dearroz, residuo de la industria cermica.


BASALTO

GENERALIDADES

Segn Livius, el primer basalto conocido proviene de Etiopa, y su nombre derivade Basal, que significa, en la lengua de ese pas, piedra con mucho hierro.

El basalto es una roca magmtica de carcter bsico, con una amplia gama de xi-dos en su composicin mineralgica, que se encuentra en todo el planeta, caracteriza-do no solo por sus diferentes colores, desde beige claro hasta marrn negruzco, sinotambin por su morfologa cristalina, dada por las condiciones de enfriamiento. Enefecto se lo encuentra en fases: vtrea y cristalina con texturas porfricas, vitrofricas,holocritalinas hasta holoialinas. Estructuralmente las rocas baslticas se encuentran yacomo amplios mantos de lava, ya que por su relativa baja viscosidad pueden fluir en elterreno y ocupar paleocauses. En el terreno pueden estar asociados con depsitos piro-clsticos congnitos. Tambin se encuentran como filones capa, diques u otros tipos deintrusivos hipoabisales.

Los basaltos que se depositan en lechos acuosos suelen formar lavas en almohadi-lla. Algunos suelen presentar abundantes poros de salida de la fase gaseosa durante elenfriamiento.

La composicin mineralgica de los basaltos, est representada por minerales tpi-cos como: olivinos, augita, plagioclasas, hornblenda, nefelina, biotita, magnetita yotros. La caracterstica comn es el gran contenido de hierro que incide en el color dela roca. Tambin es destacable que los basaltos no tienen cuarzo libre porque es unaroca pobre de slice

En nuestro pas se encuentran importantes depsitos de basalto que estn amplia-mente distribuidos en el tiempo y en el espacio, siendo ms importante las acumulacio-nes Mesozoicas y Cenozoicas. Se los encuentra en la regin mesopotmica (provinciasde Misiones, Corrientes y Entre Ros) y en las regiones de Puna, Cordillera Principal yPrecordillera y la Meseta Patagnica.

ESTUDIOS REALIZADOS EN EL CIDEMATCON MINERALES ALTERNATIVOS

BASALTO - DIATOMITA - TOBA - LATERITA - OBSIDIANA 2

CARACTERIZACIN

Para el desarrollo de diferentes materiales cermicos se eligi un basalto de laregin mesopotmica (Provincia de Corrientes), cuya caracterizacin se presenta a con-tinuacin.

QumicaEn la siguiente tabla N 1 se expresa la composicin porcentual en xidos de la roca

basltica. Para el anlisis de la muestra se utiliz la tcnica de fluorescencia de rayos Xdispersivo en longitud de onda.

Tabla N 1: Anlisis qumico de basalto

OXIDO SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PPC% 48,0 14,9 17,7 3,4 7,5 3,2 2,0 1,7 0,8

MineralgicaEl anlisis por difraccin de rayos X, se realiz en un equipo Philips, tubo Cu/Ni,

fitro KV40,mA20, velocidad de barrido 1/min.

Tabla N 2: Anlisis difractomtrico

COMPONENTES PRINCIPALES COMPONENTES SECUNDARIOSOLIVINA, PLAGIOCLASA, ANORTITA, NEFELINAOLIGOCLASA, BIOTITA

La microestructura del basalto, est integrada por diferentes especies cristalinas yuna fase vtrea importante.

TecnolgicaLos cuerpos baslticos son de color marrn (que se torna negro por fusin), tienen

dureza 8 en la escala Mohs y una densidad 2,7 g/cm3. Una suspensin al 10% en agua, del mineral molido a malla 230, tiene un pH = 9,1.Para conocer las temperaturas de ablandamiento, fusin y fluidez del basalto se rea-

liz un estudio en un microscopio de calentamiento, expuesto en la figura N 1, dondese observa en forma secuencial, que el estado de ablandamiento, fusin y fluidez estnmuy prximos, siendo las temperaturas respectivas: 1150C, 1185C y 1210C.

El resultado de este estudio pone en evidencia que el basalto tiene un rango de coc-cin corto, debido a la baja viscosidad de los lquidos que se forman durante este pro-ceso.

En general las rocas magmticas de carcter bsico, en las cuales existen conteni-dos elevados de FeO, Na2O, K2O, MgO, CaO, Fe2O3 y bajos contenidos de SiO2 yAl2O3, dan fundidos de viscosidad moderadamente baja a temperaturas que oscilanentre los 1180 y los 1280C.

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DESARROLLOS TECNOLGICOS

EL BASALTO COMO COMPONENTE DE UNA MASA CERMICA

Se desarrollaron los siguientes productos cermicos utilizando basalto como com-ponente principal:

Baldosas de gres, con y sin esmalte. Gres fino para vajilla autoesmaltada. Revestimientos externos.

Experiencias de laboratorio:Debido a que el basalto es una materia prima que carece totalmente de plasticidad,

para poder utilizar, las diferentes tcnicas de conformado, es indispensable agregar a lapasta, materias primas que aporten la plasticidad necesaria, tales como: arcilla, caoln,y eventualmente bentonita.

El estudio reolgico del sistema agua-mezclas baslticas, revel que la presencia debasalto en dicho sistema no provoca inconvenientes, ya sea que se lo utilice en las bar-botinas para colado, como as tambin en las pastas para torneado.

Se realizaron varias experiencias de colado de piezas con pastas de hasta 55% debasalto y con bajos porcentajes de silicato de sodio y hexametafosfato de sodio. Lascoladas no presentaron inconvenientes, no observndose estras, ni gotas, y el tiempode formacin de pared y el desmolde fueron normales.

Tambin se realizaron experiencias estudiando el comportamiento de diversas pas-tas por el mtodo de prensado, obtenindose resultados altamente satisfactorios. El por-centaje de basalto de las mismas vari entre 10 y 80%, obtenindose baldosas (en algu-nos casos con absorcin cero), con diversos tonos de marrn rojizo, con durezas muyaltas (hasta 9 Escala Mohs), con superficies lisas, brillosas, satinadas o mate.

En general se observa que las mezclas con valores menores de 50% de basalto y concomponentes de alto punto de fusin, como arcilla, cuarzo, etc., sinterizan completa-mente entre 1150C y 1250C, mientras que las mezclas con alto contenido de basaltosinterizan entre 1100C y 1150C.

Con estas mismas pastas, pero calcinadas a temperaturas menores que la de sinteri-

Figura N 1: Microscopa de calentamiento

zacin completa, se obtuvieron materiales aptos para azulejos con la porosidad conve-niente.

Con todas las pastas, pero principalmente aquellas que poseen un alto contenido debasalto, se necesita un control estricto durante la coccin, debido al corto intervalo desinterizacin y ablandamiento que poseen. Sin embargo como contrapartida de esta exi-gencia, los productos obtenidos en estas condiciones, pueden resultar autoesmaltadoscon una superficie lisa y un brillo satinado de aspecto muy agradable, especialmentepara la vajilla.

Figura N 2 Figura N 3Taza torneada Plato torneado / Tazas coladas

Por otra parte, el desarrollo de determinadas mezclas calcinadas a una temperaturaadecuada (generalmente superior a la de gresificacin), permiti obtener superficiesrugosas y resistentes, con un efecto interesante que podra ser aplicado en la decoracinarquitectnica tanto interior como exterior

EL BASALTO COMO COMPONENTE DE UN ESMALTE CERMICO

Los esmaltes obtenidos con rocas baslticas poseen una marcada tendencia a la cris-talizacin, lo cual es debido a su importante contenido en xidos de hierro y de meta-les alcalino-trreos.

Se logran esmaltes con colores que van desde el marrn rojizo al negro, pasandopor el marrn oscuro. Las texturas y el color de los mismos son de un alto valor deco-rativo y, por ello, estos esmaltes son muy apropiados para la fabricacin de materialescermicos de revestimiento, tanto para paredes exteriores, como para paredes interioresy pisos.

Adems de su valor esttico, estos esmaltes poseen un elevado mdulo de elastici-dad, una alta resistencia a la accin de los cidos y de los lcalis, y un buen comporta-miento frente a los cambios bruscos de temperatura.

Experiencias de laboratorio:Tomando en cuenta la informacin obtenida de la caracterizacin (tablas N 1, 2 y

Fig.N 1), se desarrollaron diversos esmaltes, teniendo como componente principal albasalto, variando el porcentaje del mismo desde 50% hasta 80%. Para ajustar el grado

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de vitrificacin y el coeficiente de dilatacin de los esmaltes, se usaron dos tipos de fri-tas: una boro-clcica (A), y otra plmbico-brica (B). Como componente plstico paramantener la suspensin del esmalte se utiliz una arcilla plstica y una bentonita.

Tabla N 3: Composicin porcentual de los esmaltes

ESMALTE EB1 % EB2 % EB3 % EB4 % EB5 % EB6 % EB7 %BASALTO 50 55 60 65 70 75 80FRITA (A) 30 25 22 19 16 12 8FRITA (B) 9 9 8 6 6 5 4ARCILLA 10 10 9 9 6 6 6BENTONITA 1 1 1 1 2 2 2

Resultados:Para evaluar el comportamiento de los diferentes esmaltes a lo largo de un ciclo de

coccin, se realiz el estudio de los mismos en el microscopio de calentamiento Leitz.

Tabla N 4: Microscopa de calentamiento de los esmaltes baslticos

ESMALTE EB1 C EB2 C EB3 C EB4 C EB5 C EB6 C EB7 CPUNTO DE ABLANDAMIENTO 900 920 950 1000 990 1040 1080PUNTO DE FUSIN 970 990 1010 1050 1075 1120 1140PUNTO. DE FLUIDEZ 1050 1080 1060 1130 1140 1200 1200

Se percibe claramente que el aumento progresivo del porcentaje de basalto en lacomposicin provoca un aumento del punto de fusin y de fluidez respectivamente.

Tambin se observa que el rango de temperaturas entre el punto de fusin y el defluidez, oscila entre 60 y 90C. Esta diferencia ms o menos amplia, permite la rpidaeliminacin de los productos de descomposicin, obtenindose cuerpos esmaltados consuperficies tersas y espejadas.

Los colores desarrollados pertenecen a la gama del marrn, que se hace ms oscu-ro a medida que se incrementa el contenido de basalto y que puede virar hacia los ocrescuando el hierro reacciona con el calcio.

La resistencia mecnica evaluada a travs de la dureza Mohs, se ubica entre 6 y 7de dicha escala.

El coeficiente de dilatacin de los esmaltes se expone en la tabla N 5. Los ensayos se realizaron en un equipo Netzsch provisto de un registrador autom-

tico. Se trabaj en atmsfera de aire esttico y con velocidad de calentamiento igual a5C/min.

Los esmaltes presentan una pequea variacin de los coeficientes dilatomtricos, encomposiciones donde la variacin del contenido de la roca basltica varia desde el 50%hasta el 80%.


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Tabla N 5. Coeficiente de dilatacin

ESMALTE COEFICIENTE DE DILATACIN TRMICA (C-1)EB1 6,62 x 10-6EB2 6,48 x 10-6EB3 6,30 x 10-6EB4 6,16 x 10-6EB5 6,12 x 10-6EB6 5,97 x 10-6EB7 5,79 x 10-6

Figura N4: Muestrario de esmaltes baslticos

Figura N 5: Esmaltes aplicados en botellas de gres

EL BASALTO COMO UN MATERIAL VITROCERMICO

Aquellos slidos desarrollados a partir de la cristalizacin controlada de vidrios,realizada a travs de un tratamiento trmico programado, cuyo resultado es la nuclea-cin y el desarrollo de fases cristalinas, son los llamados materiales vitrocermicos.Con este nombre, se conocen estos materiales en la Europa continental, mientras queen los Estados Unidos y en Gran Bretaa, se los conoce como glass-ceramic

Estos materiales, producto de la devitrificacin del cuerpo vtreo, se caracterizanpor tener muy buenas propiedades, a menudo son mejores que las de los vidrios que lesdieron origen, entre las que se puede destacar:

Alta resistencia a la abrasin. Gran inercia qumica. Baja conductividad elctrica. Buena resistencia mecnica.

Por sus propiedades mecnicas, los materiales vitrocermicos de basalto tienengran aplicacin en la fabricacin de: plaquetas, tubos, boquillas, piezas para tolvas, etc.

Experiencias de laboratorio:El conocimiento de la aptitud vitrocermica de cualquier materia prima, es el paso

previo para la investigacin y desarrollo de estos materiales.En el CIDEMAT, se estudi la aptitud vitrocermica de tres muestras de rocas vol-

cnicas procedentes de la provincia de Neuqun, con vistas a estudiar su aplicacin enel desarrollo de materiales vitrocermicos. Para ello se procedi a la caracterizacingeoqumica, mineralgica, qumica y trmica de dichas muestras.

En la tabla N 6 se presenta en forma porcentual, la composicin qumica de lasmaterias primas utilizadas.

El anlisis de las muestras se realiz, con la tcnica de fluorescencia de rayos X dis-persivo en longitud de onda. Las muestras se prepararon segn la tcnica de perla porfusin, con tetraborato de litio.

Tabla N 6: Composicin qumica porcentual de las muestras

XIDOS MUESTRA MUESTRA MUESTRA XIDOS MUESTRA MUESTRA MUESTRAN1 N2 N3 N1 N2 N3

SiO2 50.4 50.6 48.9 CaO 7.4 7.2 7.3Al2O3 16.7 16.7 16.0 MgO 5.2 4.2 4.0Fe2O3 13.7 13.2 15.5 BaO 0.05

Se destacan los altos porcentajes de xido frrico y la presencia de dos importantesagentes nucleantes como P2O5 y TiO2.

De acuerdo a la composicin qumica (tabla N 6), en particular al contenido deSiO2 y a la suma de K2O y Na2O, se pueden clasificar geoqumicamente las muestrasutilizando el diagrama de TAS (figura N 6).

Figura N 6: Diagrana de TAS

La presencia en las tres muestras de dixido de titanio, xidos de hierro y pentxidode fsforo, todos ellos de accin nucleante e influyente en el desarrollo cristalino, permi-te predecir el buen comportamiento de las mismas en el proceso de devitrificacin.

CONCLUSIONES

El basalto se puede utilizar sin inconvenientes, como componente no plstico orido de las pastas cermicas, con las tcnicas tradicionales de conformado: tor-neado, colado y prensado.

El aprovechamiento de este mineral puede llegar hasta un 80% en pastas paraprensado y en un 50% en pastas para torneado.

20 ROBERTO HEVIA


Se pueden fabricar placas por prensado para: revestimientos interiores y exte-riores y tambin para pisos.

Se pueden fabricar por torneado, platos y tazas de gres rojo autoesmaltado (fig.N 2 y3).

Se puede fabricar por colado tazas de gres rojo autoesmaltado (fig. N 3).

Se pueden desarrollar esmaltes con colores y texturas muy decorativas con for-mulaciones que utilizan hasta un 80% de basalto (fig. N 4).

El basalto de Neuqun posee una buena aptitud vitrocermica.

DIATOMITA

GENERALIDADES

Las diatomitas son rocas sedimentarias pulverulentas, resultantes de la acumula-cin de caparazones silceos de organismos unicelulares denominados diatomeas. Lasdiatomeas son algas acuticas monocelulares de clase Bacillariophycae, que habitan enla zona ftica de aguas ocenicas o continentales. Es decir que puede haberse deposita-do en aguas ocenicas o en lagos. Las primeras son de mayor uso comercial; las de aguadulce resultan de reducida aplicacin.

Las diatomeas tpicas presentan formas circulares (cntricas) o elpticas (pinadas).

Figura N 7: Diferentes formas de esqueletos silceos de las diatomeas

Estos organismos, cualesquiera que sea su gnero y especie, tienen la capacidad deextraer slice de su hbitat natural, formando una estructura silcea denominada frstu-lo, consistente en dos valvas finamente perforadas, que recubre la cara externa del pro-toplasma en un 10% a un 30% de su superficie.

La diatomita se compone fundamentalmente de slice amorfa, con pequeas canti-dades de aluminio, hierro y metales alcalinos en forma de xidos, as como de otrosconstituyentes menores como el titanio y cantidades variables de materia orgnica,sales solubles, arcillas, carbonatos, etc.. Tambin posee una cantidad apreciable de agualibre, que puede variar de 10% a 60% en peso.

La calidad del mineral crece con el porcentaje de slice y desciende al aumentar elcontenido de los diferentes elementos (Fe, Ca, Na, K, Al, etc.), que son los que consti-tuyen las impurezas de la diatomita.

Los yacimientos ms importantes se encuentran en las provincias de: Ro Negro(principalmente), Neuquen, San Luis, Salta, La Rioja y Catamarca.

En las diatomitas de nuestro pas, el hierro se encuentra en estado frrico

CARACTERIZACIN

Para la realizacin de los estudios tecnolgicos se seleccion una diatomita blancade la provincia de Salta.

En la tabla N 7 se expresa la composicin porcentual en xidos de la diatomita uti-lizada en los diferentes ensayos, que ser tomada como base para las pastas cermicasque se han desarrollado.

Para el anlisis de la muestra se utiliz la tcnica de fluorescencia de rayos X dis-persivo en longitud de onda.

Tabla N 7: Anlisis qumico de diatomita

OXIDO SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PPC% 87,0 3,3 0,4 Vest. 0,5 0,5 1,6 0,4 6,2

La blancura se determin en un fotmetro foto-elctrico de remisin, de acuerdocon la norma SCAN:3:75. Se obtuvo el siguiente valor: 76,9%.

El resultado de la determinacin del rea especifica es el siguiente: 6,818 m2/g.

El estudio difractomtico realizado con un equipo Philips, con una velocidad debarrido de 1/min, con una muestra de diatomita natural, y con muestras de la mismacalcinadas a diferentes temperaturas, pone en evidencia que a partir de los 900C seproduce una definida cristalizacin de la slice amorfa en cristobalita (figura N 8).

22 ROBERTO HEVIA


DESARROLLO TECNOLGICO

Experiencias de laboratorio:

Se desarrollaron pastas de loza con un dosaje creciente desde 5% a 30% de diato-mita en reemplazo de una cantidad equivalente de cuarzo.

Las diferentes muestras se prepararon en un molino a bolas, por va hmeda. Elmaterial se sec y fue dosificado posteriormente con agua y luego fue granulado. Conel material as preparado se prensaron probetas cuyas dimensiones son: 4 x 8 x 1 cm,con una presin de 14 Mpa. Posteriormente se calcinaron a diferentes temperaturas queoscilan entre 1150C 1300C.

Se evalu la variacin de propiedades fsicas como: contraccin total, absorcin deagua, porosidad y densidad aparente, en funcin del agregado progresivo de diatomitaen reemplazo de cuarzo en la frmula. En estas condiciones la contraccin total aumen-ta, mientras que la absorcin y la porosidad tiene la misma tendencia, pero solamentehasta 1150C, con temperaturas mayores de coccin, los lcalis presentes en la diato-mita actan revirtiendo la tendencia.

El coeficiente dilatomtrico determinado entre 20C-900C, tanto para las diferen-tes pastas calcinadas a 1200C, como aquellas sin calcinar, tiende a decrecer con elaumento de diatomita en la composicin.

Los valores se obtuvieron (tabla N 8) realizando un barrido en temperatura sobrelas probetas en un dilatmetro marca Netzsch provisto de un registrador automtico dela curva de variacin de longitud vs. temperatura.

Figura N 8: Diagramas de difraccin de rayos X de las muestras calcinadas

24 ROBERTO HEVIA

Tabla N 8: Variacin de la dilatacin de las muestras

FRMULA L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7% DE DIATOMITA 0 5 10 15 20 25 30

Material crudo 101 8,5 6,8 3,2 2,8 1,6 1,3

Material calcinado 66 6,0 5,9 5,5 5,5 5,4 5,4

Con el mismo criterio empleado anteriormente se desarrollaron pastas para porce-lana. Los resultados obtenidos fueron semejantes a los de la loza.

Para poder establecer diferencias en lo referente a translucencia de las porcelanasobtenidas en este trabajo, se determin el factor de luminosidad en un espectrmetro dedoble faz, obtenindose los siguientes resultados en la tabla N 9.

Tabla N 9: Factor de luminosidad

FRMULA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10% DE DIATOMITA 0 0 0 20 20 20 20 25 25 17Factor de luminosidad 3,40 4,78 4,22 4,15 5,15 5,65 3,84 3,02 4,17 3,75

Se aprecia que el reemplazo del cuarzo por diatomita, en algunos casos significauna mejora. En cambio con un exceso de diatomita, en condiciones de coccin no apro-piadas, puede resultar negativo.

CONCLUSIONES

Los materiales estudiados presentan desde el punto de vista fsico-qumico un com-portamiento similar con las pastas utilizadas como testigo, pudindose detectar algunasdiferencias favorables en las propiedades tecnolgicas.

En pastas de loza: el agregado de diatomita mejora las propiedades mecnicas delcuerpo cermico y tambin se precisa menor temperatura de coccin para lograr lamisma microestructura que otra pasta similar sin diatomita.

En pastas de porcelana: se logran las mismas ventajas que con una pasta de loza,ms an se consigue mejorar la translucencia de los cuerpos.

El agregado progresivo de diatomita en la composicin de la pasta provoca ciertasalteraciones reolgicas ocasionando algunas dificultades en los procesos de colado ytorneado. En cambio en el proceso de prensado no se presentan inconvenientes.

CoeficienteDilatomtrico20-900C= x 10-6 x C-1

TOBAS

GENERALIDADES

Las rocas piroclsticas constituyen un grupo muy extendido en el Mesozoico yNegeno. Son productos de procesos volcnicos explosivos, con posterior sedimenta-cin en cuencas sub- areas o en lechos fluviales, lacustres o marinos.

Las rocas primarias pueden ser atacadas por los agentes de la erosin y ser transpor-tadas a diversas cuencas donde forman nuevos depsitos, temporarios y permanentes.

Estos nuevos depsitos se denominan rocas piroclsticas secundarias, siendo lastobas las ms comunes de estas rocas, compuestas principalmente por fragmentos vtre-os y minerales cristalinos.

Las tobas son el resultado de la ceniza volcnica consolidada. Las tobas gradan atufitas cuando hay participacin de otros elementos clsticos incorporados en los pro-cesos secundarios de transporte y sedimentacin.

Las tobas y tufitas tienen grados de compactacin es muy variados, desde delezna-bles hasta litificado o muy litificado.

Las alteraciones de muchos de estos componentes, principalmente las tobas riolti-cas, han generado un producto arcilloso (principalmente montmorillontico).

CARACTERIZACIN

Se caracterizaron mineralgicamente y tecnolgicamente, diferentes muestras detobas de las provincias de San Juan, Mendoza, Jujuy, Neuqun, Ro Negro y Catamarca.

Finalmente se seleccion una de las muestras de San Juan, perteneciente a la zonade Barreal. Esta decisin estuvo basada en las buenas caractersticas qumicas y mine-ralgicas de la toba, adems de considerar los bajos costos de explotacin, por tratarsede recursos localizables en la superficie y sin escape.

QumicaEn la tabla N 10 se expresa la composicin porcentual en xidos de la toba utili-

zada en los diferentes ensayos, que ser tomada como base para las pastas cermicasque se han desarrollado.


Tabla N 10: Anlisis qumico de toba San Juan

OXIDO SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PPC% 72,3 14,6 1,1 0,2 0,9 0,5 1,1 5,9 2,8

Se destaca por el bajo contenido de hierro y titanio y el alto tenor de alcalinos (sodioy potasio).


26 ROBERTO HEVIA

MineralgicaEl anlisis por difraccin de rayos X, se realiz en un equipo Philips, tubo Cu/Ni,

fitro KV40,mA20, velocidad de barrido 1/min. La muestra se estudi por la tcnica depolvo desordenado.

Tabla N 11: Anlisis difractomtrico

COMPONENTES PRINCIPALES COMPONENTES SECUNDARIOSCUARZO

FELDESPATO MONTMORILLONITA


DESARROLLO DE PASTAS CERMICAS

Experiencias de laboratorio:Considerando que esta roca volcnica est compuesta por 90% a 95 % de minera-

les granulares (feldespato y cuarzo), la funcin principal que debe cumplir en una pastacermica es como rido fundente. No obstante como tambin puede aportar mineraleslaminares, aunque en bajos porcentajes, tiene un efecto beneficioso sobre todo en pas-tas de baja plasticidad.

La loza dura y el gres blanco son materiales cermicos en los que se utiliza feldes-pato como componente principal en el desarrollo de la fase vtrea del material. Ambosmateriales difieren en la microestructura final. Esta diferencia se manifiesta en la grancantidad de poros abiertos que existe en la matrz de la loza, en relacin a la ausenciade stos en el gres.

Para el desarrollo de estos materiales se prepararon diferentes formulaciones, de lascuales una corresponde a una composicin estandar, que se utiliz como testigo paracomparar el comportamiento de las restantes, que tienen un porcentaje progresivo detoba en reemplazo de una cantidad equivalente de feldespato y cuarzo.

Los porcentajes de toba en las frmulas varan desde 10 % hasta 44%.

Tabla N 12: Frmulas de pastas cermicas con toba

PASTAS MATERIAS PRIMAS (%)CUARZO FELDESPATO CALCITA BENTONITA ARCILLA CAOLIN TOBA

LT1 34,0 7,0 1,0 3,0 40,0 15,0 0,0LT2 35,0 5,0 0,5 0,0 0,0 15,5 44,0LT3 33,0 6,0 1,0 0,0 40,0 0,0 20,0LT4 34,5 6,5 0,8 2,0 28,0 15,0 13,2LT5 34,5 5,5 0,6 1,0 12,0 15,5 30,9LT6 34,5 6,0 0,7 1,5 20,0 15,0 22,3LT7 33,5 6,5 1,0 1,7 40,0 7,5 9,8LT8 33,5 6,5 1,0 0,9 40,0 4,5 13,6LT9 34,0 5,5 0,5 0,0 20,0 7,7 32,3LT10 34,0 6,0 0,8 1,0 27,2 10,0 21,0

El desarrollo de las distintas pastas tuvo como objeto lograr el mayor aprovecha-miento posible de la toba, como sustituto de feldespato, caoln e incluso de arcilla, tra-tando como mnimo de mantener las mismas caractersticas de la microestructura ini-cial y final de la pasta testigo (LT1).

Las diferentes muestras se prepararon en un molino a bolas, por va hmeda. El mate-rial se sec hasta un 20% de humedad. En estas condiciones la pasta est en estado pls-tico y se pueden moldear las probetas, con las que se realizaron los estudios trmicos.

Las propiedades plsticas de las diferentes muestras se estudiaron por el mtodo dePfefferkorn. El general, todas se comportaron de forma semejante, siendo los valoresobtenidos entre el 21% y 25% de agua de plasticidad.

Posteriormente las muestras se calcinaron a diferentes temperaturas, entre 950C y1200C.

Para conocer las caractersticas tecnolgicas de los bizcochos se determin laabsorcin de agua y la contraccin lineal para cada muestra y temperatura de coccin(tablas N 13 y 14).

Tabla N 13: Absorcin de agua (%)

TEMP. MUESTRAS %COCC. C LT1 LT2 LT3 LT4 LT5 LT6 LT7 LT8 LT9 T10

950 22,2 26,0 19,7 21,7 23,5 20,6 20,2 20,4 21,0 19,61000 21,8 24,6 19,2 20,5 23,4 20,0 19,8 20,1 20,5 19,51050 20,1 19,7 16,4 19,4 20,9 18,4 17,3 16,9 19,5 17,71100 16,8 14,7 13,9 15,2 15,2 12,6 13,8 13,9 18,3 13,11150 12,6 4,4 5,6 9,5 7,7 5,1 5,8 5,3 13,7 6,41200 9,6 0,0 0,0 4,1 0,9 0,0 0,0 0,0 6,3 0,0

Tabla N 14: Contraccin total lineal (%)

TEMP. MUESTRAS %COCC. C LT1 LT2 LT3 LT4 LT5 LT6 LT7 LT8 LT9 T10

950 7,5 8,0 7,0 7,0 7,0 7,5 7,5 8,0 6,5 6,01000 6,5 8,5 9,0 8,0 6,0 6,5 9,0 9,0 5,5 6,51050 9,0 9,5 9,5 9,0 7,0 6,0 10,5 10,0 5,5 7,01100 10,0 12,0 11,0 10,0 7,0 8,5 11,0 10,0 6,0 8,51150 11,0 15,5 14,5 11,5 13,0 12,5 14,5 13,0 7,5 12,51200 11,5 17,0 17,0 13,5 16,0 13,5 16,5 14,5 15,0 13,5

Del anlisis de los resultados expuestos en la tabla N 13, se visualiza claramenteque:

Con excepcin de la muestra LT9, el resto de las muestras con toba, cocidas a1150C, tienen la absorcin de agua de una loza feldesptica. La muestra testigoadquiere la misma caracterstica con 50C ms de temperatura mxima de coc-cin.


Todas las muestras con toba, excepto la muestra testigo, gresifican a 1200C detemperatura.

Del anlisis de la tabla N 14, se ve claramente que la contraccin aumenta con elaumento de la temperatura de coccin y con el aumento del porcentaje de toba en lamuestra.

CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos demostraron la posibilidad de reemplazar cuarzo y feldes-pato por tobas, sin que se produzcan alteraciones significativas en la microestructurafinal de los cuerpos cermicos y consecuentemente en las propiedades tecnolgicas.

Se pueden fabricar pastas de loza feldesptica y gres para vajillas, sanitarios, aisla-dores elctricos, etc.

El agregado de toba en una pasta cermica permite lograr la microestructura dese-ada con menos temperatura de coccin, es decir con un ahorro energtico.

CARACTERIZACIN DE UNA ROCA TOBACEA DE LA PROVINCIADE MENDOZA

En la zona de Agua del Jagel, ubicada al noroeste de la Cuenca Cuyana o CuencaTrisica de Mendoza, se encuentran hasta 1000 metros de sedimentos aflorantes, alnorte del Cerro Tunduqueral, en las inmediaciones del Cerro Colorado y en la zona deParamillos. Corresponden a formaciones terminales del Trisico Superior que apoyandirectamente sobre el Grupo Choiyoi.

Estas zonas o de sedimentacin se encuentran aparentemente aisladas entre s, porla existencia de altos intracuencales del basamento.

La zona en estudio se extiende desde el Paramillo de Uspallata hasta el borde nortede la Pampa Fra y desde el Cordn de San Bartolo hasta el de Agua del Jagel.

La zona de donde se extrajo la muestra, denominada Agua de Jagel, se encuentradentro de un espeso manto de sedimentitas y vulcanitas que geolgicamente se presen-tan bajo la denominacin de Grupo Cacheuta.

En toda esta zona afloran sedimentos compuestos de:

areniscas tobceas de grano fino a mediano, de colores crema, amarillo , blan-quecinas y algunas rojizas o moradas.

areniscas de color rojo ladrillo intenso, de grano mediano.

areniscas de color morado.

toba rioltica morada, finamente estratificada.

Las alteraciones de muchos de estas unidades, y en particular la de las tobas riol-ticas, han generado un producto arcilloso, principalmente montmorillontico.

28 ROBERTO HEVIA

Los depsitos de estas alteraciones arcillosas forman bancos relativamente delga-dos que se ubican en las partes ms bajas circundantes a los afloramientos expuestos.

Estudios de caracterizacinLa muestra utilizada en estado natural es de color blanco tiza con pequeas zonas

manchadas de ocre claro y su textura es ptrea porosa.La estructura de la roca es compacta, de rotura irregular y presenta una consisten-

cia spera.No se observa la presencia de materia orgnica y no se disgrega naturalmente en

agua.Para la realizacin de todos los ensayos de caracterizacin se moli la muestra en

un molino a bolas de porcelana, hasta una granulometra con un pasante por mallaASTM 325 (45 m) de 97%-98%.

Anlisis qumico:En la tabla N 15 se expresa la composicin porcentual en xidos. Para el anlisis

de la muestra se utiliz la tcnica de fluorescencia de rayos X dispersivo en longitud deonda.

Tabla N 15: Anlisis qumico

OXIDO % SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 P2O5 CaO MgO Na2O K2O PPCTOBA 72.6 15.5 0.23 0.15 0.01 0.24 0.14 1.6 7.4 1.97

Difractometra de rayos X:El ensayo se realiz en un equipo Philips, tubo Cu/Ni, fitro KV40,mA20, velocidad

de barrido 1/min. La muestra se estudi por la tcnica de polvo desordenado.

Tabla N 16: anlisis difractomtrico

COMPONENTES PRINCIPALES COMPONENTES SECUNDARIOSALBITA, ORTOCLASA, SANIDINA MONTMORILLONITA

CUARZO

Propiedades reolgicas:

a. Fluidificacin: los ensayos se realizaron con un viscosmetro Brookfield RVT.Se utiliz una aguja N 5 y la velocidad de rotacin fue de 10RPM.Para efectuar la medicion se prepar una suspensin de 1.67 g/cm3.La muestra no deflocula con silicato de sodio, en cambio con hexametafosfato desodio se deflocul bien, llegando a una viscosidad mnima de 1040 cps y sin tixo-tropa, con el agregado de 0,26 % en peso de dispersante.


b. Plasticidad: se midi utilizando el mtodo mecnico de la cuchara deCasagrande.Los valores se expresan en la tabla N 17 y de ellos se deduce que la plasticidades baja.

Tabla N 17 plasticidad de Casagrande

VALOR % LIMITE LIQUIDO LIMITE PLASTICO INDICE DE PLASTICIDADTOBA 34.40 24.39 10.01

Reaccin con bencidina:En un vidrio de reloj, se moj polvo de la muestra con solucin alcohlica de ben-

cidina, dando una reaccin positiva (dbil). Esto confirma la presencia de montmorillo-nita, pero en porcentajes bajos.

Comportamiento trmico:Se estudi el comportamiento de la muestra volcnica a lo largo del siguiente ciclo

de calentamiento: 20C 1.400C, con una velocidad de calentamiento de 7C/min.Se utiliz un microscopio de calentamiento, marca Leitz. Las probetas utilizadas en

dicho estudio se fabricaron por prensado de los polvos obtenidos, moliendo la muestraa una granulometra menor de malla ASTM 325.

Los resultados de este estudio se muestran en la figura N 9 . En la parte superiorde la misma se muestra la deformacin de la probeta prensada, en la imagen proyecta-da en el microscopio.

La evaluacin se hizo de acuerdo a dos metodologas expresadas grficamente.

1. Las variaciones debidas a la contraccin y a la expansin, no afectan los valo-res de la relacin: A=h/a (h=altura, a=ancho, de la probeta); consecuentemente lacurva es representativa del estado de fusin de la muestra. En esta representa-cin, la sinterizacin inicial o la distorsin de la muestra es expresada con valo-res menores que 1.0 en general. La pendiente de la curva A da una cierta infor-macin sobre la viscosidad del material fundido.

2. Los puntos de la curva B, corresponden a la relacin entre la altura de la imagenproyectada de la muestra en el microscopio a la temperatura correspondiente y laaltura inicial de la muestra (20C). Dichos puntos son representativos de la con-traccin o expansin que sufre la muestra a una temperatura determinada.

El anlisis qumico (tabla N 15) pone de manifiesto algunas caractersticas desta-cadas de esta roca volcnica:

bajo contenido de Fe2O3 y TiO2 (


Figura N 9: Microscopa de alta temperatura

El estudio difractomtrico (tabla N16) ha permitido reconocer la presencia deespecies mineralgicas como cuarzo, feldespatos y montmorillonita . Esta ltima conmenor intensidad pero coincidente con el ensayo de reconocimiento realizado con ben-cidina.

Los ensayos reolgicos tuvieron un comportamiento acorde con la composicinmineralgica:

El ndice de plasticidad bajo (tabla N 17), se corresponde con el escaso porcen-taje de minerales laminares (plsticos).

La defloculacin presenta alguna dificultad, debido a la presencia de montmori-llonita y alguna otra sal soluble de alcalino-trreos. No obstante reaccion muybien con polifosfatos.

El comportamiento trmico estudiado con un microscopio de calentamiento, pusode manifiesto que esta toba tiene un rango de fusin largo, es decir que los lquidos quese forman en esta etapa son viscosos. Por esta razn sera esperable que si se reempla-za el feldespato en una pasta de gres o de loza por esta toba, el riesgo de deformacinde la pieza cermica ser bajo.

CONCLUSIONES

La toba que ha motivado esta investigacin puede tener un importante uso en cer-mica como rido fundente, ya que ms del 90% de su composicin mineralgica estintegrada por minerales granulares ( feldespatos y cuarzo ) y adems tiene un bajo con-tenido de hierro y titanio, que amplia el espectro de aprovechamiento en el campo dela cermica blanca fina, en la fabricacin de vajilla de loza dura y porcelana.

Como la toba no es totalmente rida (tabla N 16 y N 17), posee un bajo porcen-taje de minerales laminares, que aportarn algo de plasticidad a cualquier pasta cuyafrmula integre.

LATERITA

GENERALIDADES

La laterita es una roca residual que puede sufrir o no un proceso sedimentario.Est formada por una mezcla de diferentes minerales como: bohemita, hidrargilita,

diporo, gel de aluminio, hidrxido de hierro y minerales arcillosos como: caolinita,halloisita, illita, etc. En general se entiende por laterita, un suelo residual integrado porminerales ricos en xidos e hidrxidos de hierro y aluminio, debido a procesos de alte-racin meterica, en climas tropicales hmedos, con hidrlisis, lixiviacin y transportede slice y bases.

Estos suelos o rocas poseen siempre un color rojo caracterstico debido a la presen-cia de una elevada cantidad de minerales de hierro.

La palabra laterita se debe a F. Buchanan, quin la deriv de la palabra latinalater, que significa ladrillo.

Estos minerales que aparecen en grandes extensiones en todos los continentes sediferencian entre s por su gnesis, esto es por las caractersticas de la roca madre y suscondiciones de formacin.

Los materiales laterticos poseen propiedades particulares, segn sus condicionesde formacin; as, se encuentran lateritas ricas en minerales de hierro y/o de aluminio,las cuales segn las circunstancias, pueden aplicarse a propsitos metalrgicos.

Con el transcurso del tiempo geolgico, los basaltos sufrieron la meteorizacin par-cial hasta grandes profundidades, como por ejemplo en la provincia de Misiones, dondese encuentran los yacimientos ms importantes formando una capa cuyo espesor alcan-za hasta 30 metros sobre el basalto inalterado, lo que indica que la roca madre de dichalaterita es el basalto.

Como la Argentina carece de yacimientos de bauxita propiamente dichos, ya que elproceso de laterizacin ha sido incompleto, los yacimientos de la provincia de Misionespueden ser una fuente de recursos para las necesidades locales.

CARACTERIZACIN

El material latertico de Misiones posee naturalmente partculas finas, muestra unabuena homogeneidad y se deja dispersar fcilmente en agua.

QumicaEn la tabla N 18 se expresa la composicin porcentual en xidos de la laterita uti-

lizada en los diferentes ensayos, que ser tomada como base para las pastas cermicasque se han desarrollado.

32 ROBERTO HEVIA


Tabla N 18: Anlisis qumico de laterita

OXIDO SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC% 39,0 26,88 18,7 3,35 0,05 0,49 0,18 0,78 10,5

MineralgicaEl anlisis de difraccin por rayos X mostr que el material est compuesto por

principalmente por: y hematita, caolinita, halloisita e ilmenita.

Estos resultados se confirmaron por anlisis trmico diferencial, obtenindose unacurva tpica de caolinita, segn se ve en la figura N 10.

Figura N 10: Anlisis trmico de la laterita (DTA y TG)

La curva de DTA permite hacer el siguiente anlisis: El pequeo efecto endotrmico a alrededor de 160C podra atribuirse a la halloi-

sita, presente en el mineral en pequea proporcin. La desviacin exotrmica de la curva entre 200 y 400C puede explicarse por la

presencia de materia orgnica. El pico endotrmico principal a 560C, corresponde al rpido desprendimiento de

agua cristalina de la caolinita y, eventualmente, tambin al de la halloisita.



Como esta cantidad extraordinaria de laterita posee un contenido importante demateriales arcillosos y tambin una gran cantidad de hierro, es propicio su aprovecha-miento como materia prima para cermica roja.

Experiencias de laboratorioSe prepararon diferentes mezclas con agregados sucesivos de bentonita cermica, a

fin de mejorar las propiedades plsticas de estas pastas y por lo tanto optimizar las posi-bilidades del material en caso de ser moldeado o prensado.

Las probetas de ensayo se prepararon moliendo la mezcla en un molino a bolas yposteriormente el material pulverizado se humedeci con un 8% de agua y, finalmentese granul a travs de un tamiz malla 16 (ASTM).

El granulado se prens en pastillas de 25mm de dimetro y 2-3mm de espesor, conpresiones de 400 Kg/cm2.

Las muestras se calcinaron a 1200 y 1250C, en un horno elctrico, en un ciclo deocho horas.

Los resultados de esta experiencia se expresan en la tabla N 19.

Tabla N 19: Pastas para baldosas (% m/m)

MUESTRA LATERITA BENTONITA TEMP. C CONTRAC- ABSORCIN DENS. AP.% % CION % % g/cm3

1 90 10 1200 11,05 1,8 2,712 90 10 1250 12,5 1,6 2,763 85 15 1200 12,05 1,2 2,784 85 15 1250 12,80 0,6 2,85

Tambin se adicionaron diversos fundentes con el objeto de sinterizar el materialcalcinado.

Tabla N 20: Pastas para baldosas y revestimientos (% m/m)

MUESTRA LATERITA MgCO3 ZnO B(OH)3 BENT. TEMP. CONTRAC- ABSOR- DENS.% % % % % C CION % CION % AP. g/cm3

1 98,5 1 0,5 - - 1200 12,4 2,6 2,792 98,5 1 0,5 - - 1250 12,8 1,9 2,823 98,5 1 - 0,5 - 1200 12,85 1,9 2,834 98,5 1 - 0,5 - 1250 13 1,3 2,855 88,5 1 - 0,5 10 1200 12,85 1,2 2,726 88,5 1 - 0,5 10 1250 13,8 0,0 3,05

El anlisis de los resultados permite ver que con el agregado del carbonato de mag-nesio y del cido brico, en pequeas cantidades, se puede alcanzar la sinterizacincompleta.

34 ROBERTO HEVIA

Las plaquetas as preparadas resultaron planas con superficie lisa y de color marrnrojizo oscuro.

CONCLUSIONES

Los valores expuestos en las tablas N 19 y 20, muestran un resultado optimista encuanto a la posibilidad de fabricar diferentes productos cermicos para la construccin:baldosas sinterizadas, azulejos, ladrillos (huecos y macizos) y tejas.

La tecnologa ms factible a utilizar es el prensado, porque el exceso de materiaorgnica afecta las condiciones de extrusin (figura N 10).

OBSIDIANA

GENERALIDADES

Las rocas vtreas tienen el aspecto del vidrio y nicamente el anlisis qumicopuede relacionarlas con una u otra de las tres grandes familias.

Segn su aspecto, se distinguen:

Retinitas o piedra pez: rocas de color oscuro, pardo o verde, ricas en agua (5 a10%) de brillo graso y resinoso. Son vidrios incompletos en los cuales aparecendiseminadas algunas microlitas, tambin llamadas cristalitas.

Perlitas: roca compuesta principalmente por vidrio volcnico cido que contieneun 2% a 7% de agua en estado de adsorcin. Suelen ser de colores verdosos ogrisceos de brillo satinado y fractura concoidea. En la Puna hay perlitas de ori-gen piroclstico y constituyen tobas perlticas.

Obsidianas: vidrios volcnicos de color negro y fractura concoidea, empleadoscomo utensillos en las civilizaciones precolombinas.

La obsidiana es un roca gnea extrusiva, generalmente de carcter cido, formadapor el enfriamiento rpido de lavas riolticas. El descenso abrupto de la temperatura deese tipo de lavas provoca que no se formen estructuras interatmicas bien definidas, esdecir, que no se forman cristales y por esa razn se denominan mineraloides (vidrio vol-cnico).

No en todos los eventos de actividad volcnica se forma obsidiana, es necesario quese de una serie de situaciones para que esto suceda, tales como lava cida y un enfria-miento rpido de la misma.

CARACTERIZACIN

Para la realizacin del estudio se utiliz una muestra de obsidiana de la provinciade Neuqun.


Qumica: El anlisis de la muestra se llev a cabo por fluorescencia de Rayos X dispersivo

en longitud de onda, empleando como mtodo de preparacin de muestras la fusinautomtica con tetraborato de litio (como fundente) y utilizando materiales de referen-cia certificados para su calibracin y validacin.

Tabla N 21 : Anlisis qumico de la obsidiana

OXIDO SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC% 73,7 13,9 1,2 0,24 0,89 0,27 4,91 4,03 0,53

MineralgicaSe obtuvo un difractograma a partir de una preparacin no orientada (natural) de

la muestra global utilizndose un difractmetro Philips XPert MPD con rango de barri-do 2 entre 2 y 70 a una velocidad de 2/min.

Tabla N 22: Componentes mineralgicos de la obsidiana

Componente principal Material amorfoComponentes accesorios Feldespato (*), Halloysita

(*): mineral del grupo respectivo

TecnolgicaCon un microscopio de alta temperatura se determinaron los siguientes parmetros: punto de ablandamiento. punto de fusin. punto de fluidez.Las condiciones del ensayo fueron las siguientes: equipo utilizado: microscopio de calentamiento Leitz-Wetzlar IIA (Base). soporte: almina sinterizada. velocidad de calentamiento: 10 C/min. incerteza de la medicin de temperatura: 10C. las probetas sometidas a observacin se prepararon con material con un tamao

de partcula inferior a 45 micrmetros.

La muestra no presenta alteraciones dimensionales en el rango de temperatura 20-940C.

A partir de 950C comienza a contraer, hasta llegar a dimensiones constantes a1140C.

36 ROBERTO HEVIA


A partir de 1220C comienza a ablandarse, con una marcada expansin en volumen,debida a la formacin de gases en su interior, con un mximo en 1320C.

A partir de 1340C empieza a perder su forma simtrica, aplastndose lentamente ymostrando la aparicin de protuberancias, asociadas a la formacin de burbujas, lo queindica tambin que la viscosidad de los lquidos a esa temperatura est descendiendo.

Entre 1360 y 1380C las burbujas se hacen notoriamente visibles, quedando lamuestra en completa asimetra. Se puede inferir que a 1370C la muestra est fundida.

Finalmente, entre 1390 y 1400C la muestra colapsa por el desprendimiento detodos los gases, lo cual parece indicar una fuerte cada de la viscosidad de los lquidosa dichas temperaturas. Su deformacin contina lentamente hasta su estado de fluidez,a 1450C.

Se detect un amplio rango de temperatura (150C), para la transicin ablandamien-to-fusin, mientras que para la fusin - fluidez (80C) fue mucho menor, esto se asocia,en general, a la formacin de lquidos de alta viscosidad, con posterior descenso brus-co de la misma.

CONCLUSIONES

El anlisis de los resultados obtenidos en las tablas N 21 y 22, como as tambinlos de la figura N 11, permiten hacer las siguientes consideraciones:

Uso potencial en vidrios: La muestra de obsidiana presenta un alto porcentaje de almina que, en princi-

pio, la inhabilita para ser utilizada como materia prima (primaria) para la fabri-cacin de vidrio. El porcentaje mximo de xido de aluminio en el producto ter-minado (bsicamente en envases de vidrio de color) es del orden del 2%. Sinembargo, es posible estudiar y analizar la posible incorporacin de este mineral

Figura N 11: Evolucin de la muestra con el incremento de temperatura

a alguna frmula de vidrio (hasta un 10%) y observar cul es su comportamien-to durante la fusin y el conformado.

El anlisis qumico presenta cierta similitud con la composicin qumica de losbasaltos utilizados para fabricar fibra aislante (lana mineral). Para verificar queeste mineral pueda ser utilizado para este propsito, ser necesario realizar estu-dios preliminares (ensayo de fusin, aptitud para el fibrado, etc. ).

Uso potencial en esmaltes cermicos: El contenido de hierro y manganeso en la composicin de la obsidiana, posibili-

ta el uso de esta materia prima en esmaltes de color amarronados (ej: aisladoreselctricos, vajilla, etc. ).

El contenido de sodio y potasio es lo suficientemente importante como parapoder reemplazar albita en alguna composicin.

Uso potencial en pastas de gres: El contenido de sodio y potasio es lo suficientemente importante como para

poder reemplazar feldespato potsico en pastas para fabricar caos sanitarios,pisos, porcellanato, etc.

CENIZA VOLCNICA

GENERALIDADES

Estos depsitos de ceniza, de origen piroclstico, son de granulometra mediana afina y tienen un bajo grado de consolidacin. La composicin puede variar desde unaceniza basltica hasta una ceniza rioltica, siendo las ms comunes stas ltimas.

Son el resultado de la acumulacin de lluvia de cenizas o flujos de ceniza, produc-to de erupciones volcnicas acontecidas en la era terciaria-cuaternaria.

La caracterstica petrogrfica de estas cenizas se conforma por la presencia de tri-zas vtreas en forma mayoritaria, plagioclasa, feldespatos y vidrios volcnicos.

De acuerdo a las caractersticas deposicionales (en relieves altos o bajos) y a laaccin de los vientos sobre dichos depsitos, se encuentran importantes concentracio-nes de estos materiales con granulometras dismiles.

Las regiones principales de acumulacin de estos materiales se encuentran en lasprovincias geolgicas de Puna, Cordillera Principal, Precordillera, Cordillera y MesetaPatagnica.

CARACTERIZACIN

Las cenizas seleccionadas son de la provincia de Neuqun, las cuales se caracteri-zan por su baja densidad del polvo.

38 ROBERTO HEVIA

Qumica:El anlisis de las muestras (tabla N 23) se llev a cabo por fluorescencia de Rayos

X empleando como mtodo de preparacin de muestras la fusin automtica con tetra-borato de litio (como fundente), y utilizando materiales de referencia certificados parasu calibracin y validacin.

Tabla N23: Anlisis qumico de las cenizas

OXIDO % SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PCCeniza A 71,9 13,4 1,6 0,1 1,8 0,4 3,9 2,8 4,3Ceniza B 70,9 13,0 1,5 0,2 1,4 0,4 3,0 4,9 4,6

Tecnolgica:Con un microscopio de calentamiento marca Leitz, se estudiaron las cenizas, previa-

mente molidas en seco a un tamao de partculas aproximadamente de 75 micrmetros.El comportamiento de las muestras (figura N 12 ) se sigui desde 20C hasta

1300C, con una velocidad de calentamiento de 7C/min.

Figura N 12 : Microscopa de calentamiento de las cenizas

El estudio pone en evidencia, que en las muestras volcnicas no se producen con-tracciones por debajo de los 950C.


Experiencias de laboratorio:Se prepararon diferentes pastas para fabricar ladrillos de baja densidad, utilizando

muestras de arcillas de la provincia de Buenos Aires, a fin de asegurar los niveles deplasticidad y moldeado mnimos necesarios para la conformacin de las piezas cermi-


CENIZAS A

CENIZAS B

cas y mantener adems las propiedades qumicas indispensables para la aparicin devidrios silicticos a las temperaturas de coccin de 950C, que son los responsables deconferir la necesaria resistencia mecnica del cuerpo.

El alto porcentaje del hierro tendr una influencia decisiva en el color quemado delcuerpo cermico.

Ensayos por prensado:Se planific una serie de muestras con un agregado progresivo de ceniza a una

pasta constituida por una mezcla de arcillas (tabla N 24).Para realizar el estudio se eligi la ceniza A, porque segn el anlisis qumico (tabla

N23), esta posee ms xido de sodio y de hierro.

Tabla N 24 : Formulaciones de pastas (% m/m)

Materia Prima FT1 FT2 FT3Arcilla A 15 11 8Arcilla B 20 17 7Arcilla C 35 32 31Ceniza Volcnica A 30 40 50Bentonita - - 4

Con las pastas granuladas con 7% de humedad, se prensaron plaquetas de 8 x 4 x 1cm con una presin de 14 MPa.

Las plaquetas secadas en estufa a 100C, se cocinaron a temperaturas que varandesde 900C a 1050C.

La variacin de la densidad aparente y de la resistencia a la flexin de las plaque-tas cocidas respecto del porcentaje de ceniza agregado a la pasta, se expone en las figu-ras N13 y N14.

Figura N 13: Variacin de la densidad aparente vs. % de ceniza

40 ROBERTO HEVIA

Figura N 14: Variacin de la resistencia a la flexin vs. % de ceniza

El anlisis de los grficos pone en evidencia que con el incremento del material vol-cnico en la composicin cermica se produce una disminucin de la densidad aparen-te y de la resistencia a la flexin.

La informacin expuesta en la figura N 14, permite establecer que el rango porcen-tual de ceniza recomendable, comparativamente con otros materiales cermicos para laconstruccin (tejas, ladrillos, etc.), es de alrededor de un 45%.

CONCLUSIONES

Con pastas preparadas con un agregado de ceniza volcnica del orden de 40-45%y en las condiciones de coccin de la cermica roja (900C-950C), es posible obtener:

1.- ladrillos de baja densidad (1,2 a 1,5 g/cm3).

2.- ladrillos con una resistencia a la flexin semejante a una teja.

Para ciertos tipos de esmaltes cermicos, donde la coloracin aportada por el hierrono es un impedimento, el aporte de lcalis de algunas cenizas, permite el reemplazo delfeldespato en dichos esmaltes.


42 ROBERTO HEVIA


SUBPRODUCTO DE PERLITA

GENERALIDADES

Las rocas gneas se clasifican segn su composicin, su estructura y segn el mediogeolgico en que se produce la solidificacin:

Se denominan rocas plutnicas las que cristalizan a varios kilmetros de profun-didad de la superficie terrestre.

Rocas hipabisales o filonianas solidifican a poca profundidad y penetran en lacorteza a travs de las fisuras.

Rocas extrusivas (volcnicas, efusivas), salen de los volcanes hacia la superficieterrestre donde se solidifican.

Las rocas plutnicas solidifican lentamente bajo altas presiones, en tanto las hipa-bisales lo hacen algo ms rpido y las extrusivas lo hacen rpidamente y a ms bajaspresiones. Las plutnicas y algunas hipabisales son completamente cristalinas.

Las rocas extrusivas adems de tener cristales, contienen principalmente vidrio. Enalgunos casos especficos la roca consiste casi enteramente de vidrio (rocas vtreas). Laestructura porfrica aparece comnmente y es tpica de las rocas extrusivas, en las cua-les cristales grandes, perfectamente formados (fenocristales), estn rodeados por unamasa fina granulada, de composicin vtrea.

La perlita es una roca volcnica cida con aspecto vtreo, del grupo de las riolitas,en cuya microestructura existen pequeas bolitas que encierran agua y gas en oclusin,diseminadas en la masa vtrea.

En la Repblica Argentina existen yacimientos de perlita en las provincias deCatamarca, Jujuy, Mendoza, Ro Negro, Chubut y Salta, siendo esta ltima provincia laque posee los yacimientos ms productivos del pas.

ESTUDIOS REALIZADOS EN EL CIDEMATCON MINERALES SECUNDARIOS,

RESIDUOS INDUSTRIALES Y AGRCOLASSUBPRODUCTO DE PERLITA - CENIZA DE CARBN

- CENIZAS DE CSCARA DE ARROZ - RESIDUOS DE LAINDUSTRIA CERMICA

3

La explotacin anual de estos depsitos ronda las 60.000 toneladas, y est dirigidaprincipalmente a la preparacin de granulados para la industria siderrgica, la fabrica-cin de perlita expandida para aislantes trmicos, auxiliares filtrantes, hormigoneslivianos y uso agrcola.

El proceso de expansin trmica de la perlita, requiere previamente de la trituraciny clasificacin para obtener un producto de cabeza de 1 a 8 mm, por lo que durante esteproceso se descarta una cantidad importante de polvo fino, sin expandir, que se puedeconsiderar como un producto secundario, cuya utilizacin contribuira a optimizardicho proceso (Residuo A). Este residuo aumenta 10 veces su volumen, por lo que noes recomendable para cermica.

Cuando la perlita se expande en el horno, se produce comnmente un segundo pro-ceso de reduccin de tamao y clasificacin para fabricar diferentes tipos de auxiliaresfiltrantes y aislantes. Esto significa un nuevo descarte de polvo fino expandido(Residuo B).

CARACTERIZACIN

Qumica:En la siguiente tabla N 25 se presenta en forma porcentual, la composicin qumi-

ca de la perlita y el feldespato utilizado.El anlisis de las muestras se realiz con la tcnica de fluorescencia de rayos X dis-

persivo en longitud de onda.

Tabla N 25: Composicin qumica de perlita y feldespato

M.PRIMAS SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O ppcFELDESPATO 67.30 18.80 0.40 0.00 0.45 0.20 2.50 10.03 0.20PERLITA 75.8 12.24 0.96 0.11 1.28 0.41 3.8 3.47 2.0

Mineralgica:El anlisis petrogrfico demuestra, en concordancia con el anlisis qumico, que

dicha perlita se trata de un vidrio volcnico hidratado (2% a 5% ppc.), con escasa par-ticipacin de la fase cristalina, la cual nunca supera el 3-4% del total de la roca. Losescasos cristales que se visualizan corresponden a cuarzo y plagioclasa.

Tecnolgica:Para planificar con mayor certidumbre el reemplazo de feldespato por perlita

(Residuo B) en la composicin cermica, se realiz comparativamente un estudio tec-nolgico de ambos minerales, con un microscopio de alta temperatura marca Leitz. Elestudio se realiz con una velocidad de calentamiento de 7C/min.

En la figura N 15 se exponen los perfiles observados en el microscopio a lo largodel calentamiento de las muestras.

44 ROBERTO HEVIA


De la observacin del grfico se desprende que la perlita tiene un punto de fusin40C ms bajo que el del feldespato. Si bien la perlita tiene un porcentaje menor delcalis que el feldespato (tabla N 25), hay varias razones que justifican la diferencia:

Estructura predominantemente amorfa en contraposicin con la estructura crista-lina del feldespato.

Porcentaje mayor de alcalinotrreos.

Mayor proporcin de sodio en los alcalinos, que provoca una menor viscosidadde los lquidos que se forman durante el calentamiento.


Experiencia de laboratorio:El trabajo se realiz utilizando polvo de perlita (Residuo B) de la provincia. de

Salta, reemplazando cuarzo y principalmente feldespato en una frmula estandar degres.

La presente investigacin ha sido impulsada por las siguientes razones:

a. El importante volumen de polvos finos que se originan durante el proceso deexpansin de perlita.

b. La adecuada composicin qumica que poseen las perlitas de Salta, para la for-mulacin de pastas y vidriados cermicos.

1.- DESARROLLO DE PASTAS:

Para estudiar el aprovechamiento del polvo de perlita en una pasta de gres, se pla-nific el reemplazo progresivo de feldespato y cuarzo hasta un 45% de la composicin.

El incremento gradual de la perlita se manifiesta en las diferentes composicionesque se exponen en formas porcentual, en la tabla N 26.

Las pastas se prepararon por va hmeda, en un molino a bolas de porcelana hastaque tuvieran un residuo por malla ASTM 200 de 1% aproximadamente.


Tabla N 26: Composicin de pastas (% m/m)

MUESTRAS MATERIA PRIMASARCILLA % CAOLIN % CUARZO % FELDESPATO % PERLITA %

1 35 20 20 25 -2 35 20 20 - 253 35 20 10 - 354 35 20 - - 45

Para la fabricacin de las plaquetas se utiliz la tecnologa de prensado. Por esemotivo la pasta proveniente de la molienda se sec y se pulveriz y posteriormente sehumect con un 7-8% de agua en una mezcladora doble.

Se desarrollaron pastas de gres y loza donde se ha reemplazado el feldespato porperlita, obtenindose bizcochos con una microestructura y propiedades tecnolgicassemejantes a las obtenidas utilizando la frmula tradicional.

En la figura N 16 se expone la variacin de la absorcin de agua de las muestrascocinadas a diferentes temperaturas.

Figura N 16: Absorcin de agua de muestras cocidas

En la siguiente figura N 17 se exponen las fotos de los cuerpos bizcochados de lascuatro muestras a temperaturas que van desde 1150C hasta 1300C.

Propiedades mecnicas de los bizcochos sinterizados:Las propiedades mecnicas de los diferentes bizcochos se compararon mediante la

medicin de la resistencia a la flexin de los mismos. Los ensayos se realizaron con unequipo Netzsch de carga automtica y los resultados se exponen a continuacin en lafigura N 18. Los valores graficados son el promedio de 10 determinaciones.

46 ROBERTO HEVIA


Figura N 17: Bizcochos de gres con perlita

Figura N 18: Resistencia a la flexin (IRAM 11827) vs temperatura

48 ROBERTO HEVIA

Propiedades microestructurales:Con un microscopio electrnico de barrido XL30 ESEM de Philips, se observaron

las muestras N1 (testigo) y N4 (mayor porcentaje de perlita), previo tratamiento de lasmismas con FH (10%). En la figura N20 (correspondiente a la muestra N4), se desta-ca el mayor crecimiento de los cristales de mullita.

Figura N19 : Microestrutura de la muestra N1

Figura N20 : Microestrutura de la muestra N4

CONCLUSIONES

Se puede utilizar un producto secundario de perlita, como materia prima fundenteen reemplazo de feldespato en pastas de gres (aisladores elctricos, sanitarios y porce-lana hotelera).

Con el agregado de perlita en una pasta, se puede disminuir la temperatura de sin-terizacin y aumentar el mdulo de resistencia a la flexin.

El elevado porcentaje de hierro en la composicin qumica de la perlita, (en com-paracin con el del feldespato), dificulta la utilizacin de la misma, en pastas de por-celana fina donde se requiere el color blanco en el bizcocho.

2.- DESARROLLO DE FRITAS Y ESMALTES:

La gran mayora de los esmaltes cermicos se preparan utilizando fritas como com-ponentes mayoritarios. El fritado o fusin de algunos componentes primarios, es unaoperacin industrial costosa en dinero y energa, que resulta indispensable cuando lasmaterias primas a utilizar son solubles en agua (cido brico, soda solway, etc.).

Dado que las perlitas son vidrios hidratados con una composicin qumica adecua-da para la formulacin de fritas y esmaltes cermicos, se desarrollaron diversas compo-siciones con muy buenos resultados de aplicacin.

En la tabla N 27 se expone la composicin de fritas econmicas desarrolladashaciendo mezclas con ulexita, obsidiana y diatomita.

Tabla N 27: Composiciones de fritas (% m/m)

MUESTRA MATERIA PRIMAS MICROSCOPA DECALENTAMIENTO

PERLITA ULEXITA OBSIDIANA DIATOMITA CaCO3 PA(C) PF(C) P.FL.(C)1 32.0 48.0 - - 20.0 850 880 8902 27.2 40.8 - 15.0 17.0 860 880 9003 27.2 40.8 15.0 - 17.0 870 890 9004 30.7 50.0 - - 19.3 740 840 9005 26.1 43.1 - 14.4 16.4 820 850 8606 26.1 43.1 14.4 - 16.4 840 880 950

La preparacin de esmaltes cermicos con rocas volcnicas permite, en algunoscasos, la eliminacin de la operacin de fritado, ya que sta ha sido hecha anteriormen-te por la propia naturaleza.

Como ejemplos de esmaltes no fritados pueden citarse los constituidos por mezclasde perlita u obsidiana con ulexita, o mezclas de perlita con otros fundentes insolubles,ms el agregado de un 10% aproximadamente de un componente arcilloso para lograrlas condiciones de aplicacin adecuadas.


CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos (tabla N 27), permiten afirmar que el uso del polvo deperlita, como subproducto mineral, puede constituir una nueva fuente de recursos regio-nales para fabricar fritas econmicas de bajo punto fusin.

CENIZA DE CARBON

GENERALIDADES

El yacimiento de carbn de Ro Turbio, situado al SO. de la provincia de Santa Cruz,pertenece al Paleoceno de la era terciaria y es, por sus reservas, la fuente ms importantede este recurso natural denominado sub-bituminoso A, cuyas reservas comprobadasalcanzan a 460 millones de toneladas.

Por su alto contenido en materia no combustible se lo debe someter a un proceso depurificacin para aprovechar su poder calorfico en la industria y en aplicaciones gene-rales.

Considerando la gran cantidad disponible, su aprovechamiento resulta interesante,por lo menos para la fabricacin de ladrillos. Si se tiene en cuenta que la produccin decarbn depurado fue estimada en 3.241.000 toneladas y en cifras redondas tiene el 10%de ceniza sobre material seco, resultan por ao alrededor de 325.000 toneladas de ceni-za, que calculando en base a un ladrillo macizo de 2,5 kilos de promedio, se transfor-man en 350.000 piezas por da. A esta cantidad de ceniza considerada debe agregrse-le una cierta cantidad de material plstico, para que sea moldeable tales como: arcillaroja, bentonita o ambas simultneamente.

CARACTERIZACIN

Qumica:En la tabla N 28 se expone el anlisis qumico de la ceniza, en el que se destaca el

contenido de xidos alcalinos y alcalinos trreos.

Tabla N 28: Anlisis qumico de ceniza de carbn

OXIDO SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O PC% 52.8 27,9 5.9 1,4 6.1 1.4 1.7 0.4 1.7

Tecnolgica:El estudio comparativo del comportamiento de este material, respecto de la arcilla

roja utilizada para fabricar las pastas de muestras, se realiz en un microscopio decalentamiento marca Leitz.

50 ROBERTO HEVIA


Ceniza de carbn

Arcilla plstica

Ceniza de carbn: punto de ablandamiento: 1150C. punto de fusin: 1240C.


Experiencia de laboratorio:Debido al comportamiento totalmente magro de la ceniza, se la debe mezclar con

alguna arcilla y/o bentonita, para poder aplicar adecuadamente las tcnicas de confor-mado.

Los ensayos orientativos se realizaron con pastas para cermica de construccinempleando esta ceniza como componente principal y arcilla, minoritariamente, paraaportar las propiedades necesarias para el conformado de las piezas. Se prepararon dife-rentes muestras variando la proporcin de los componentes y finalmente calcinado adistintas temperaturas, dentro del rango que normalmente utiliza la industria ladrillera.

Las muestras se prepararon en hmedo con 8% de agua, se granularon y prensaronpastillas con una presin de 20 Mpa.

Las muestras secadas en una estufa a 100C, se calcinaron a tres temperaturas dis-tintas. En la tabla N 29, se expone la composicin de las diferentes mezclas, las tem-peraturas de calcinacin y el comportamiento fsico-qumico a partir de la absorcin,porosidad aparente, densidad aparente y color de las piezas calcinadas entre 950C y1050C.

Puede verse en la tabla N 29 que: A composicin constante, los datos difieren poco con el cambio de temperatura

entre 950C y 1000 C y es algo ms notable esta diferencia en las piezas calci-nadas a 1050C.

Al aumentar el porcentaje de ceniza en la pasta, aumenta la absorcin de agua ydisminuye la densidad aparente.


52 ROBERTO HEVIA

Tabla N 29: Pastas para ladrillos Composicin y propiedades

Temperatura % de la mezcla Absorcin Densidad ap. Colorde coccin arcilla ceniza (%) g/cm3

25 75 19,7 1,65 Rojo ladrillo30 70 19,14 1,69

950C 35 65 18,65 1,73 40 60 17,95 1,78 45 55 16,52 1,80 50 50 14,92 1,85 25 75 19,03 1,67 Rojo ladrillo30 70 18,20 1,75

1000C 35 65 17,70 1,78 40 60 16,38 1,80 45 55 15,79 1,82 50 50 14,23 1,85 25 75 17,97 1,69 Rojo ladrillo oscuro30 70 16,17 1,78

1050C 35 65 14,61 1,84 40 60 13,58 1,88 45 55 13,46 1,89 50 50 13,10 1,89

Si bien desde el punto de vista econmico es preferible la produccin de ladrillospor el mtodo de extrusin, con las pastas preparadas segn la tabla anterior, solamen-te fue posible el prensado de las plaquetas, debido a lo magro de la pasta. Para traba-jar la pasta por moldeo, fue necesario hacer un ajuste en la formulacin aumentando elcomponente plstico de la misma.

Para trabajar en estado plstico se prepar una nueva frmula con la siguiente com-posicin:

Tabla N 30: Pasta para extrudar (% m/m)

MATERIA PRIMA %CENIZA DE CARBN 60ARCILLA 30BENTONITA CERMICA 10

La pasta se prepar con 20% de agua en una mezcladora doble zeta, y con ella semoldearon probetas de 4 x 8 x 1 cm., que se secaron a 100C en una estufa Las piezasno mostraron fisuras de secado ni deformaciones y adems se pudo apreciar una buenaresistencia mecnica en crudo.

Tabla N 31: Propiedades de los cuerpos calcinados

Temperatura (C) Contraccin (%) Absorcin (%) Densidad aparente (g/cm3)950C 3,5 14,0 1,81000C 3,5 13,9 1,81050C 5,0 11,0 1,9

Pastas de gres rojo:Los ensayos realizados utilizando la frmula de la tabla N 30 a la temperatura de

coccin de 1200C, mostraron cuerpos con absorcin de agua elevada para un gres.Para superar esta dificultad se agregaron fundentes a la frmula. Se sabe que los

xidos de calcio y de magnesio, que son altamente refractarios, actan como podero-sos fundentes cuando se los agrega en pequeas cantidades. En base a ello se realiz laexperiencia de agregar a dicha formulacin 1, 2 y 3 % de calcita molida y se obtuvo elresultado que se expone en la tabla N 32.

Tabla N 32: Propiedades de los cuerpos calcinados

Temp. CALCITA NATURALC 1% 2% 3%

Contr. Absor. D.ap. Contr. Absor D.ap. Contr. Absor. D.ap.(%) (%) g/cm (%) (%) g/cm (%) (%) g/cm

1100 5,6 0,45 2,26 6,4 0,8 2,27 6,0 0,36 2,291130 6,0 0,22 2,20 5,6 0,21 2,24 6,0 0,18 2,24

Los resultados muestran claramente la influencia del agregado de calcita, que hapermitido obtener cuerpos con sinterizacin casi completa.

Los productos obtenidos con esta formulacin presentan superficies totalmentelisas, formas perfectas, dureza 7-8 en la escala Mohs, color marrn oscuro y gran resis-tencia al rayado.

CONCLUSIONESCermica roja porosa (ladrillos, tejas, revestimientos): La ceniza de carbn se

puede utilizar en una pasta cermica posibilitando la fabricacin de cuerpos ms livia-nos, con una mejor aislacin termo-acstica (tabla N 29).

Gres rojo (caos sanitarios, vajilla, pisos, etc.): La ceniza tambin se puede utilizaren estas pastas, con el acompaamiento de pequeos porcentajes de calcita, para lograruna mejor sinterizacin del cuerpo (tabla N 32).

CENIZA DE CSCARA DE ARROZ

GENERALIDADES

La produccin anual de arroz de la provincia de Entre Ros y las provincias vecinases de unas 250.000 tn. Como resultado del procesamiento del arroz queda aproximada-


mente un 25% de cscara, que es un desecho agrcola, y por lo tanto tiene un uso muylimitado y de bajo rendimiento econmico.

La ceniza de cscara de arroz posee una forma muy activa de slice - en estadoamorfo - que se produce por calcinacin de la cscara entre 500C y 600o C de la cs-cara y que tiene un rendimiento del 25% aproximadamente.

Las impurezas que acompaan a la ceniza son de origen inorgnico ya que la mate-ria orgnica se quema totalmente entre 500C - 600o C. Principalmente se encuentra cal-cio como carbonato o formando parte de silicatos poco solubles, y sodio en forma decloruros y sulfatos.

CARACTERIZACIN

Ceniza de cscara de arroz: se prepar por calcinacin durante 5 horas a 550o C deuna muestra proveniente del departamento de San Salvador, Entre Ros.

Tecnolgica:La ceniza se moli posteriormente en un molino a bolas durante 10 horas, hasta lle-

gar a un tamao de partculas lo suficientemente finas que faciliten las reaccionessuperficiales.

En la tabla N 33, se exponen los valores obtenidos en un equipo de anlisis de par-tculas Sedigraph 5100.

Tabla N 33: Distribucin de tamao de partculas.

DIAMETRO (Micrmetros) 30 20 10 3 2MASA ACUMULADA PASANTE (%) 95,4 95,3 93,4 92,3 90,1

Qumica:En la tabla N 34 se presenta en forma porcentual la composicin qumica de la

ceniza de cscara de arroz. El anlisis de las muestras se realiz con la tcnica de fluo-rescencia de rayos X dispersivo en longitud de onda.

Tabla N 34 : Anlisis qumico de la ceniza de cscara de arroz

OXIDO SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O% 96,9 0,69 0,05

Figura N 22: Difractograma de cuarzo (a) y ceniza (b)

El difractograma de rayos X, pone en evidencia:

La estructura amorfa de la ceniza, por lo que se espera una alta reactividad, par-ticularmente, en reacciones de sinterizacin en estado slido.

Los picos bien definidos de un cuarzo .


Teniendo en cuenta entonces que la ceniza de cscara de arroz es una materia primaque est compuesta principalmente por slice amorfa se han desarrollado varias lneasde trabajo en cuanto a su aprovechamiento tecnolgico:

Fabricacin de un material cermico: loza y gres. Sntesis de wollastonita. Fabricacin de cristobalita.

FABRICACIN DE UN MATERIAL CERMICO: GRES

Experiencias de laboratorio:

Preparacin de las muestras: se han desarrollado dos frmulas (tabla N 35) sobrela base de reemplazar progresivamente cuarzo por ceniza de cscara de arroz, partien-do de una frmula clsica para gres (testigo) con un contenido de 20% de cuarzo.

Las muestras se prepararon mezclando las materias primas por va hmeda en unagitador de alta velocidad.

Las placas y las varillas utilizadas para realizar este estudio se fabricaron por cola-da, preparando las barbotinas de las muestras con igual peso especfico y viscosidad,


56 ROBERTO HEVIA

con el objeto de no introducir variantes en la microestructura provisional que puedaninfluir en las propiedades de la microestructura final luego de la calcinacin. Este ltimoproceso se realiz a diferentes temperaturas, 1140oC, 1180oC, 1220oC y 1260oC, y se estu-diaron las siguientes propiedades tecnolgicas de los cuerpos cermicos obtenidos:

Absorcin de agua.

Densidad aparente.

Contraccin total.

Resistencia a la flexin.

Dilatacin trmica.

En la figura N 23 se exponen los valores de la dilatacin de las muestras. Se reali-z un barrido en temperatura sobre las probetas, en un dilatmetro marca Netzsch, pro-visto de un registrador automtico de la curva de variacin de longitud vs. temperatu-ra, aplicando las siguientes condiciones de ensayo: velocidad de calentamiento:2oC/min; temperatura mxima: 1200oC; atmsfera de trabajo: aire (esttica); materialdel soporte utilizado: xido de aluminio sinterizado; termocupla utilizada: Pt - Pt/Rh(10%).

Figura N 23: Porcentaje de dilatacin vs. temperatura.

Tabla N 35 : Composicin de las frmulas ( % m/m )

M.Prima Testigo F1 F2Cuarzo #200 20 10 -Feldespato # 200 25 25 25C

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