MÉTODO DE FABRICACIÓN DE UN PRODUCTO CERÁMICO A PARTIR DE CENIZAS VOLANTES COMO MATERIA PRIMA.

La presente invención se refiere a un método de obtención de un producto de arcilla a partir de cenizas volantes,

caracterizado porque comprende al menos las etapas de: obtener una mezcla de arcilla y cenizas volantes, con un porcentaje de ceniza igual o inferior al 50% en peso o igual o inferior al 75% en volumen del producto final; añadir ácido fosfórico y moler la mezcla; y añadir silicato sódico hidratado (Na2O)n(SiO2)m(H2O) y moler la mezcla. Asimismo, constituye otro objeto de la presente invención un proceso de fabricación de materiales cerámicos donde se emplea como materia prima el producto de arcilla obtenido por el proceso descrito, así como el producto de arcilla y el material cerámico resultantes de ambos procedimientos. También se contempla en esta invención el uso de cenizas volantes para obtener un producto de arcilla y el uso de dicho producto en la fabricación de materiales cerámicos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201032019.

Solicitante: BOU CORTÉS, MARÍA LIDÓN.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: BOU CORTÉS,MARÍA LIDÓN, VUJIC,DURA, SREMAC,SINISA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C04B33/135 QUIMICA; METALURGIA.C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS.C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › C04B 33/00 Productos arcillosos (refractorios monolíticos o morteros refractarios C04B 35/66; productos porosos C04B 38/00). › Residuos de combustión, p. ej. cenizas volantes, residuos de incineración.

PDF original: ES-2385570_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca en el campo de la fabricación de productos a base de arcilla, preferentemente materiales de arcilla fabricados por extrusión o prensado, que se suelen aplicar en la industria de la construcción.

De acuerdo con el Sistema de Clasificación Internacional de Patentes (~International Patent Classification" -IPC-) el código correspondiente es C04B.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el campo de la construcción, se conoce ampliamente el proceso de elaboración de materiales cerámicos a partir de arcilla y de otras materias primas. Entre estas materias primas, la ceniza o ceniza volante (fly ash) se ha empleado ya durante décadas como material de construcción, inicialmente en la fabricación de cemento y más tarde en la citada obtención de productos cerámicos. Las cenizas volantes son uno de los residuos generados en la combustión, y comprende partículas finas. Si estas partículas finas se elevan con los gases de combustión, son expulsados por las chimeneas, mientras que si no se elevan, se definen cenizas de fondo.

La composición de las cenizas volantes varía considerablemente, pero todas ellas incluyen cantidades 25 considerables de dióxido de silicio (amorfo y cristalino) y óxido de calcio. Entre los componentes tóxicos que pueden contener las cenizas volantes, se encuentran: arsénico, berilio, boro, cadmio, cromo, cromo VI, cobalto plomo, manganeso, mercurio, molibdeno, selenio, estroncio y vanadio, junto con dioxinas y compuestos PAH. La mayor cantidad de cenizas volantes proviene de la combustión del carbón en centrales eléctricas o de la incineración de residuos. Desde 1991 (Clean Air Act) la mayoría de los países usan la combustión oxidativa en lugar de la combustión reductora para disminuir la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera. Este método de combustión genera cenizas con un contenido muy alto de carbonatos (cerca del 5 O % en peso de la ceniza es de carbonatos) , lo que impide su utilización en la industria 5 de la construcción. Este hecho se debe a que la cocción de los productos cerámicos se realiza a una temperatura superior a los 900°C, lo que provoca la descomposición de dichos carbonatos en un gas nocivo (C02 ) . Además, estos carbonatos constituyen más del 60% en masa de las cenizas 10 volantes (1991 Clean Air Act reduction flame burners) , por lo que en condiciones normales de fabricación de un producto cerámico, entendiendo por normales someter el material de partida con cenizas a un tratamiento térmico a temperaturas superiores a los 900°C sin emplear el método ni los componentes que aquí se describen, el producto conformado sufre una pérdida del 33% en peso con respecto al material de partida.

La posibilidad de utilizar cenizas volantes como componente de un material de construcción depende de 20 diversos parámetros:

1. contenido de potasio (k) -la radioactividad asociada al mismo.

2. Contenido en mercurio (Hg) .

3. El contenido de otros elementos químicos tóxicos si 25 están regulados por la ley.

4. Se requiere un control continuo de los parámetros arriba indicados en las cenizas volantes. Las cenizas volantes de las centrales eléctricas y de los desechos de plantas incineradoras cumplen totalmente con 30 los requisitos de la legislación en el sector de la construcción.

Existen en el campo ejemplos de utilización de cenizas volantes para fabricar productos cerámicos, como el que se propone en la solicitud de patente internacional WO 2008/017082, que puede considerarse el más próximo a la presente invención. Dicho documento describe un método para la preparación de un material de partida para la fabricación de productos de arcilla, donde dicho método comprende la adición de un material inerte al que se ha añadido silicato de sodio y, a continuación, ácido fosfórico. Opcionalmente, dicho método comprende el uso de ceniza volante u otros residuos industriales como material inerte seco.

A la vista de lo expuesto anteriormente, la presente invención tiene como principal objetivo mejorar otros métodos ya conocidos en la materia y aportar las siguientes soluciones a los problemas técnicos detectados en el campo: almacenar y eliminar cenizas con alto contenido en carbonatos de forma permamente, segura y, por tanto, ecológica; usar cenizas como materia prima en la producción de materiales de construcción; reducir la densidad y el peso de los productos cerámicos empleando cenizas; y mejorar las propiedades térmicas de los productos cerámicos empleando cenizas. En definitiva, la presente invención tiene aplicabilidad en cualquier campo industrial que implique la producción de materiales cerámicos o de la arcilla con propiedades ventajosas frente a otros similares, pudiendo ser concebida además como un método seguro y ecológico de almacenamiento y eliminación de desechos industrilaes, como son las cenizas volantes.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Descripción general El objeto principal de la presente invención es un método de obtención de un producto de arcilla (o pasta acuosa de arcilla) a partir de cenizas volantes, de tal forma que 35 dichas cenizas se eliminan del medio y de manera permanente, segura y sin costes.

La ceniza volante debe cumplir dos criterios para que este método se pueda llevar a cabo: que contenga carbono y que su radioactividad esté dentro de los intervalos definidos por la ley.

Se entiende por producto de arcilla o pasta acuosa de arcilla todo aquel que comprende en su composición agregados de alumino-silicatos (arcilla) , procedentes de la descomposición de minerales de aluminio, y que probablemente y de manera conveniente presentará forma de pasta acuosa de arcilla (barbotina) . Dicho producto de arcilla o pasta acuosa de arcilla puede emplearse a su vez como materia prima en la obtención de otros productos, como son los materiales cerámicos, por ejemplo los utilizados comúnmente en el sector de la construcción (tejas, baldosas, etc.) . Se entiende que dichos materiales cerámicos parten del producto de arcilla mencionado, el cual es transformado o conformado en un proceso industrial hasta la obtención final del material cerámico.

Más concretamente, el método para fabricar el producto o pasta acuosa de arcilla comprende obtener una mezcla de arcilla y cenizas volantes a la que se adiciona ácido fosfórico (H3 P04) y silicato de sodio hidratado (Na20) n (Si02) m (H20) k) (denominado también comúnmente vidrio soluble o cristal líquido, del inglés water glass) . La adición de ácido fosfórico y silicato sódico hidratado a la mezcla de arcilla con ceniza volante produce las siguientes reacciones:

. CaC03 + H3 P04 -----+ CO2 + fosfatos cálcicos primarios, 30 secundarios o terciarios Primarios y secundarios polifosfatos (por calentamiento) Polifosfatos --.~ silicatos cálcicos: CS, C2S y C3 S (por calentamiento de Si02 hidratado) 35 Estos dos aditivos, silicato sódico hidratado y ácido fosfórico, cuando el producto de arcilla se emplea como materia prima en la fabricación de materiales cerámicos por extrusión, fundido o prensado, originan la formación de polisilicatos que permiten realizar la etapa de cocción de 5 dicho material cerámico durante el proceso por debajo de los 900°C. La formación de dichos polisilicatos adicionales se debe a la descomposición de CaC03 (y carbonatos similares) por adición de ácido fosfórico (H3 P04) en una mezcla de arcilla y cenizas. Este proceso origina la formación de diferentes fosfatos de calcio. La adición de silicato de sodio hidratado o water glass (Na20) n (Si02) m (H20) k) se lleva a cabo para ligar dicho silicato de sodio hidratado con los iones de calcio fácilmente accesibles que provienen del fosfato y de las cenizas volantes durante la cocción del material cerámico (a temperaturas superiores a los 200°C) . De esta forma, cuando se realiza la cocción del producto de arcilla en presencia de Si02 hidratado, se forman diferentes silicatos cálcicos: CS, C2S y C3S. Estos silicatos cálcicos, formados a temperaturas comprendidas entre 200°C y 840°C, producen una reducción en la temperatura de cocción del producto de arcilla hasta los o por debajo de 850°C. La disminución de la temperatura impide la descomposición de carbonatos, lo que supone una ventaj a frente a otros procesos conocidos hasta ahora. La presente invención engloba asimismo un método de fabricación de un material cerámico a partir del producto o pasta acuosa de arcilla ya preparado que es obtenible mediante el proceso anteriormente mencionado, que comprende:

-secar el producto... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de obtención de un producto de arcilla a partir de cenizas volantes, caracterizado por que comprende al menos las siguientes etapas:

obtener una mezcla de arcilla y cenizas volantes, con un porcentaje de ceniza igual o inferior al 50% en peso o igual o inferior al 75% en volumen del producto final; y ajustar la mezcla de arcilla y cenizas volantes mediante la incorporación de los siguientes aditivos en dos subetapas:

primero, adicionar ácido fosfórico y moler la mezcla; y segundo, adicionar silicato sódico hidratado (Na20) n (Si02) m (H20) , y moler la mezcla final.

2. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la relación entre la arcilla y las cenizas volantes es de 1:1.

3. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que entre la molienda de la mezcla de arcilla y cenizas con ácido fosfórico y la adición del silicato de sodio hidratado se espera al menos 1 minuto.

4. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se añade agua cuando la mezcla de arcilla y cenizas volantes presenta un contenido de agua inicial inferior al 18%.

5. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que la relación de arcilla yagua se encuentra comprendida entre 100:40 y

100:70.

6. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado por que el agua se añade directamente a la mezcla de arcilla y cenizas volantes mediante la preparación de una suspensión, antes de mezclar la arcilla y las cenizas volantes con el ácido fosfórico.

7. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

preparar una primera suspensión que comprende una parte de agua y el ácido fosfórico, añadir la suspensión de ácido fosfórico y agua a la mezcla de arcilla y cenizas volantes, y moler la mezcla; y agregar a dicha mezcla una segunda suspensión que comprende otra parte de agua y el silicato de sodio hidratado, y moler la mezcla final.

8. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que tanto el ácido fosfórico como el silicato de sodio hidratado se añaden directamente a la mezcla de arcilla y cenizas volantes cuando la arcilla presenta un contenido de agua inicial igual o superior al 18%.

9. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que tanto el ácido fosfórico como el silicato de sodio hidratado se añaden directamente a la arcilla mediante pulverización o rociado.

10. Método de obtención de un producto de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la arcilla presenta un contenido en carbonatos de al menos 3%. 5

11. Método de obtención de un producto acuerdo con una cualquiera de las anteriores, caracterizado por que el ácido calidad industrial, en una concentración al 12. Método de obtención de un producto acuerdo con una cualquiera de las de arcilla de reivindicaciones fosfórico es de 75% en volumen.

de arcilla de reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el ácido fosfórico se adiciona a la mezcla de arcilla y cenizas volantes en una 15 relación de ácido fosfórico y cenizas volantes de al menos

1: 50. 20 13. Método de obtención de un acuerdo con una cualquiera anteriores, caracterizado por hidratado presenta una relación al menos 3, 00 p/p. 25 14. Método de obtención de acuerdo con una cualquiera un

producto de arcilla de de las reivindicaciones que el silicato sódico en peso de Si02 y Na20 de producto de arcilla de de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de Si02 en el silicato de sodio hidratado es de un 30% en peso.

15. Método de obtención de un producto de arcilla de

16. Producto de arcilla obtenible a partir de un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación de ácido fosfórico y silicato de sodio hidratado está comprendida entre 1:1 plp y 1:5 p/p.

acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.

17. Uso de un producto de arcilla de acuerdo con la reivindicación anterior para la fabricación de materiales 5 cerámicos.

18. Uso de ceniza volante como materia prima para la obtención de productos de arcilla en un método como el descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.

19. Método de fabricación de materiales cerámicos a partir del producto de arcilla obtenible mediante el método descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque comprende al menos las etapas de:

secar el producto de arcilla, y someter a moldeo por extrusión y a cocción el producto de arcilla de arcilla de la etapa anterior, realizándose la cocción a una temperatura inferior a 900°C.

20. Método de fabricación de materiales cerámicos de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado por que la cocción se realiza a una temperatura igual o inferior a los 850°C. 25

21. Método de fabricación acuerdo con una cualquiera de caracterizado por que tras el se acondiciona para someterse 22. Método de fabricación acuerdo con una cualquiera de de materiales cerámicos de las reivindicaciones 19 o 20, secado el producto de arcilla a moldeo y cocción.

de materiales cerámicos de las reivindicaciones 20 o 21, caracterizado por que el producto de arcilla secada se acondiciona para la cocción mediante trituración, molienda 35 o ambas acciones consecutivas.

23. Método de fabricación de materiales cerámicos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado por que el producto de arcilla se seca a una temperatura comprendida entre 100°C y 120°C, incluidos ambos límites, durante un tiempo comprendido entre 12 horas y 36 horas, incluidos ambos límites.

24. Método de fabricación de materiales cerámicos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23, caracterizado por que el producto de arcilla se prepara inmediatamente antes de someterse a la etapa de secado.

25. Método de fabricación de materiales cerámicos de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado por que el silicato sódico hidratado se añade a la mezcla de arcilla y cenizas con ácido fosfórico y después se muele directamente en la máquina extrusora donde se va a moldear el producto de arcilla.

26. Material cerámico obtenible a partir del método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 25.

27. Uso del material cerámico de acuerdo con la 25 reivindicación 26 en la industria de la construcción.


 

Patentes similares o relacionadas:

COMPOSICIÓN QUE COMPRENDE CENIZAS DE CREMACIÓN, del 6 de Agosto de 2018, de NARBON, S.L: 1. Composición caracterizada porque comprende: (a) arcilla; y (b) cenizas procedentes de la cremación de un sujeto fallecido. 2. Composición según la reivindicación […]

Procesamiento de cenizas volantes y fabricación de artículos que incorporan composiciones de cenizas volantes, del 24 de Mayo de 2017, de NEWSOUTH INNOVATIONS PTY LIMITED: Un método para formar un artículo conformado que tiene una matriz que contiene ceniza volante sinterizada, comprendiendo el método las etapas de: proporcionar […]

MÉTODO DE NEUTRALIZACIÓN DE RESIDUOS, del 25 de Junio de 2015, de ACCIONA INFRAESTRUCTURAS, S.A: Un método de neutralización de productos industriales secundarios para fabricar elementos de construcción por moldeo a partir de una pasta homogénea […]

Fabricación de artículos a partir de cenizas volantes, del 18 de Junio de 2014, de NEWSOUTH INNOVATIONS PTY LIMITED: Un elemento de construcción que tiene una matriz de cenizas volantes sinterizadas y que tiene una resistencia a la compresión mayor que 30 MPa, un módulo de rotura […]

Proceso de tratamiento previo de cenizas de alperujo y uso de dichas cenizas de alperujo en productos cerámicos, del 27 de Febrero de 2014, de UNIVERSIDAD DE JAEN: Proceso de tratamiento previo de cenizas de alperujo que comprende molienda y tamizado; lavado con agua y agitación; filtración, secado y, opcionalmente, […]

Imagen de 'MÉTODO DE FABRICACIÓN DE UN PRODUCTO CERÁMICO A PARTIR DE CENIZAS…'MÉTODO DE FABRICACIÓN DE UN PRODUCTO CERÁMICO A PARTIR DE CENIZAS VOLANTES COMO MATERIA PRIMA, del 5 de Julio de 2012, de BOU CORTÉS, MARÍA LIDÓN: La presente invención se refiere a un método de obtención de un producto de arcilla a partir de cenizas volantes, caracterizado porque comprende al menos las etapas de: […]

Imagen de 'COMPOSICION CERAMICA PREPARADA A PARTIR DE MATERIALES DE DESECHO…'COMPOSICION CERAMICA PREPARADA A PARTIR DE MATERIALES DE DESECHO Y METODO PARA LA FABRICACION DE CUERPOS SINTERIZADOS DE LA MISMA, del 1 de Agosto de 2008, de LEE, KI-GANG: Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho que comprende entre aproximadamente 5 y aproximadamente 75 partes en peso de un material […]

Utilizamos cookies para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relevante. Si continua navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información aquí. .