Materias Primas Para la fabricación de materiales cerámicos se utilizan las siguientes materias primas: Plásticas: arcillas naturales de una o más variedades para poder conseguir mejores propiedades. Normalmente micas y caolines. Son silicatos alumínicos hidratados y cristalizados cuya fórmula esquemática es SiO2Al2O3H2O. No plásticas: materias que se agregan a las arcillas para disminuir su excesiva plasticidad, trabajar su temperatura de cocción, aumentar su porosidad, colorear o recubrir de esmalte las piezas. Se utilizan dos tipos fundamentalmente: Desgrasantes: Materiales arenosos que reducen la excesiva plasticidad de algunas arcillas. Los más utilizados son: La arena de cuarzo (SiO2). Aumenta de volumen al elevar la temperatura reduciendo la contracción de la pasta aunque un alentamiento brusco produce una expansión violenta que podría romper la pieza. El feldespato potásico que da transparencia a porcelanas y lozas. La chamota o barro cocido en el más utilizado y económico por proceder de piezas rotas o defectuosas que se pulverizan añadiéndose a la arcilla y no se contrae al volverse a conocer. Fundentes: Se añaden a la pasta para reducir la temperatura de cocción ya que bajan el punto de fusión del material, abaratando costos y permitiendo la parcial vitrificación de las piezas. Carbonato cálcico es el más utilizado. El agua se presenta en las arcillas en tres formas: Hidratación químicamente combinada, plasticidad, rodeando las partículas minerales o intersticial, rellenando los huecos entre los granos. Las arcillas de acuerdo al grado de plasticidad se clasifican en secas, magras y grasas. Esta plasticidad se puede aumentar con hidróxido, carbonato o silicato sódico, con cal, oxalato y humus. La misma se puede reducir con la utilización de desgrasantes. En la fase de desecación, inicialmente se pierde el agua intersticial de los poros y a continuación le da plasticidad pero en ningún caso le da hidratación, siendo en este último caso el proceso irreversible. De acuerdo con el cociente entre sus óxidos Al2O3 y Fe2O3, según el porcentaje que contengan las materias primas se clasifican en: A/F > 5.5: Arcillas puras alúmina para refractarios y porcentaje de color blanco. A/F < 5.5: Arcillas ricas en alúmina y pobres en hierro para lozas y color amarillo grisáceo. A/F = 3: Arcillas pobres en alúmina, y ricas en hierro para materiales de construcción (tejeria). Color rojo a violáceo. A/F = 1.5: Arcillas ricas en hierro y cal. También para construcción. Colores rojo claro y blanco amarillento. Efecto de las impurezas: Las impurezas que aportan las arcillas, debida a su origen sedimentario, pueden mejorar alguna propiedad del material cerámico pero perjudicar otras. En esquema, el efecto es el siguiente: SiO2 arenas: aportan dureza y resistencia mecánica a las piezas y son desgrasantes pero quitan homogeneidad. Para evitarlo se deben moler muy finamente. Se detectan por el tacto, tamaño del grano y brillo. CO3Ca caliza: CO3Ca + Calor ---> CO2 + CaO y se hidratan con carácter muy expansivo al mojar las piezas fisurándose. CO3Mg dolomía: se descompone a mayor temperatura que la caliza por lo que no produce su efecto. Es refractaria. Fe2O3 óxido de hierro: aporta resistencia mecánica. Da arcillas más bastas y heterogéneas. Da coloración rojiza o gris. SO4Ca y álcalis: no aporta nada, tiene alta solubilidad que produce eflorescencias y manchas externas. Ingredientes de un Buen Ladrillo Ingredientes de un buen ladrillo. La arcilla que se utiliza para fabricar los ladrillos tiene sílice y alúmina como principales componentes, pero además tiene otros componentes. Función de cada uno de los ingredientes Sílice Permite al ladrillo mantener su forma y le da durabilidad, previene la retracción. Un exceso de sílice produce un ladrillo frágil y débil al calor. Una cantidad elevada de arena o una sílice no combinada no es deseable. Pero se añade para disminuir la refractariedad de la arcilla baja en alúmina. Alúmina Absorbe agua y da plasticidad a la arcilla. Si hay exceso se producen fisuras en el ladrillo al cocer. Arcillas con alto contenido de alúmina son muy refractarios. Cal Normalmente en la arcilla hay menos del 10%. Influye de la siguiente manera: Reduce la retracción por secado. Produce que se funda la sílice de la arcilla y ayuda a la adherencia En forma carbonatada, reduce la temperatura de fusión. En exceso produce que el ladrillo se funda y pierda su forma. Óxido de hierro Normalmente tiene menos de 7%: Le da el color rojo en exceso podrá pasar a ser de color azul. Mejora la impermeabilidad y durabilidad. Tiende a bajar la temperatura de fusión de la arcilla. Le da resistencia y dureza. Impurezas Elementos dañinos. Pirita Se oxidan y se descomponen el ladrillo durante el cocido. Álcalis En cantidades elevadas, la arcilla es inaceptable para la fabricación de ladrillo. Agua Una proporción alta de agua libre en la arcilla. La cocción Las piezas cerámicas se destinan a diferentes usos y presentan diversos aspectos según la temperatura de cocción y su composición química: 900 y 1000 ºC: Productos porosos para tejeria. 1100 y 1300 ºC: Productos semiporosos de loza y gres cerámico. 1300 y 1500 ºC: Productos impermeables de gres vitrificado. Porcelana y refractarios. Mediante el aporte de calor se produce un proceso de transformaciones físico-químicas que modifican la estructura química y cristalina de las arcillas de forma irreversible, adquiriendo consistencia pétrea y obteniéndose finalmente los productos cerámicos. Es proceso esquematizado en la cocción es el siguiente: de 0 a 400 ºC, se elimina residuo de humedad en dilatación de la pasta. de 400 a 600 ºC, eliminación del agua combinada. Descomposición en óxidos. Retracción de la pasta y aumento de la porosidad. de 600 a 900 ºC, formación de un ,etacaolín inestable. de 900 a 1000 ºC formación de silicatos por reacción de los óxidos. más de 1000 ºC, transformación molecular de los silicatos cristalizando en agujas. sobre 1800 ºC, fusión del material vitrificando. Proceso de Fabricación de Cerámicas Porosas La fabricación de las piezas cerámicas porosas pasa por los siguientes procesos: Extracción y transporte: Se realiza por medios mecánicos simples. Preparación de las pastas: se realiza mediante: meteorización, maduración y podrido. Moldeo: en países en vías de desarrollo se realizan manualmente y por prensa en el caso de hacerlo mecánicamente. Secado: regula el contenido de agua en las arcillas, sin que se produzca variaciones químicas en su composición. Cocción: Es un proceso físico-químico mediante en cual se consiguen piezas de consistencia pétrea e inalterabilidad de forma, elevándose su dureza y resistencia mecánica. Es fundamental hornos de buena calidad, como el que se construyó para los Indígenas de Bolivia. Fabricación de Cerámicas Porosas Extracción y transporte Se realiza por medios mecánicos simples. La explotación se realiza a cielo abierto con palas excavadoras de cuchara o de cangilones. Preparadión de las pastas La finalidad de este proceso es: Depuración: Eliminación de elementos gruesos e impurezas nocivas, tanto de los módulos de cal y arenas como de las sales. División: Reducción de las arcillas a pequeños fragmentos y de los desgrasantes a polvo para que no causen problemas de heterogeneidad. Homogeneidad: Mezcla íntima de los componentes y perfecto amasado para conseguir una pasta uniforme. Grado de humedad: Debe ser el adecuado para el moldeo dando la plasticidad necesaria pero no excesiva por la retracción. Las operaciones que se realizan: Meteorización: Exponiendo la arcilla a la acción de los agentes atmosféricos (lluvia, hielo,...) para su lavado y disgregación. Maduración: Dejar la arcilla en reposo en locales cubiertos para el reparto de la humedad. Podrido: En locales húmedos y fríos, sin luz ni ventilación con lo que fermenta la arcilla dando un gel aglomerante que mejora la trabazón de sus partículas. Moldeo Para el moldeo las pastas han de tener una humedad entre 5 y 15% con suficiente rigidez para no deformarse en fresca y baja contracción al secar. Se deben dar dimensiones algo mayores a las de la pieza acabada por se retracción al evaporar el agua. Sistemas utilizados: Manual: En desuso en países desarrollados pero en uso en países en vías de desarrollo. Mecánicos: Existen tres formas básicas: por galletera, por colada y por prensa. Ésta última es la más común en países en vías de desarrollo: se realiza por estampación de la pasta en un molde de bronce o acero con una estampa que la comprime fuertemente. En las prensas de troquel se utilizan pastas muy secas ( 5% agua) ya que el desmoldeo es inmediato, por lo que no necesita secado posterior, dando piezas muy compactas pero con cierta heterogeneidad. Secado Es un proceso físico basado en la posibilidad de regular el contenido de agua en las arcillas, sin que se produzca variaciones químicas en su composición. Por calor, a baja temperatura, se elimina de forma gradual el agua intersticial y parte de la de plasticidad hasta reducir el contenido a un 5% con fuerte retracción, que puede producir fisuras en las piezas, por lo que debe ser un proceso gradual. Se puede realizar al aire apilando las piezas o en locales cerrados ventilados. Los procedimientos industriales son los de secaderos de cámaras, etc... Cocción Es un proceso físico-químico mediante el cual se consiguen piezas de consistencia pétrea e inalterabilidad de forma, elevándose su dureza y resistencia mecánica. Las arcillas se transforman en silicatos alumínicos cristalinos sin hidratar. Si la cocción se hace lentamente, se mejora la calidad, pero con ello aumentan los costos. Las temperaturas de trabajo suelen ser las siguientes: Productos porosos de tejería: 900 a 1000 ºC Loza y gres cerámico: 1000 a 1300 ºC Porcelana, refractarios y vitrificados: 1300 a 1500 ºC Los procesos de fabricación de los ladrillos son similares en todo el mundo. Tipología de Productos Cerámicos Debido a la facilidad de moldeo que presenta la arcilla, la variedad de productos cerámicos es enorme, por lo que es necesario realizar una clasificación sistemática en base al tipo de aplicación a que se destinan. Ladrillos: Piezas paralelepipédicas destinadas a la realización de fábricas (muros, pilares, arcos,...). Tejas: Existe tres tipos de tejas en el mercado según su forma: Teja curva, plana y curviplana. Elementos estructurales: Elementos de forjados o para conformar vigas y viguetas de hormigón armado Ladrillos Denominación de las caras y aristas. Piezas paralelepípedas destinadas a la realización de fábricas (muros, pilares, arcos,...) Sus caras y sus aristas tienen las siguientes denominaciones: Soga el largo, tizón el ancho y sardinel el espesor. Tabla sus caras mayores, canto la longitudinal y testa la que corresponde al ancho. Se clasifican: Por la porosidad abierta (Pa) en relación al Volumen aparente (Vap): Ladrillos macizos Pa< 10% Ladrillos perforado Pa10% y perforaciones
Posted on: Sun, 29 Sep 2013 22:45:36 +0000
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