Método para obtener pigmentos cerámicos.

La presente invención trata de un método para obtener pigmentos cerámicos a partir de fangos procedentes de baños agotados de tratamientos industriales,

caracterizado porque se obtienen mezclando fangos de distinta procedencia de forma que las relaciones molares entre los diferentes elementos moleculares de la mezcla correspondan a la estequiometría del pigmento que se desee obtener, y que comprende los pasos siguientes:

- mezcla homogénea de los fangos escogidos de distintas procedencias,

- tratamiento térmico de la mezcla de fangos,

- disgregación mecánica de las partículas del pigmento y preparación del pigmento obtenido para su uso industrial

Método para obtener pigmentos cerámicos.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a la obtención de pigmentos cerámicos a partir de unos residuos industriales de carácter tóxico y peligroso, los fangos procedentes del tratamiento de inertizado al que se someten los baños de tratamientos superficiales (cromado, niquelado, etc).

Con el proceso desarrollado se consigue transformar los fangos en pigmentos cerámicos. Dichos pigmentos no generan defectos en materiales cerámicos como vidriados transparentes o gres porcelánico, y poseen un poder colorante bastante elevado considerando las materias primas utilizadas en su síntesis.

La presente invención se refiere tanto a los materiales de partida (fangos procedentes del inertizado de baños agotados de tratamientos superficiales), como al proceso utilizado para sintetizar los pigmentos a partir de dichos residuos.

Antecedentes de la invención

Los pigmentos cerámicos se sintetizan industrialmente a partir de óxidos y sales de distintos elementos metálicos, materias primas que en ocasiones se hallan sujetas a variaciones bruscas en el precio o la disponibilidad. Por otra parte cada vez es mayor la necesidad de buscar procesos para valorizar residuos industriales, sobre todo aquéllos que contienen elementos valiosos y/o se consideran tóxicos y peligrosos, convirtiéndolos en materias primas para otros sectores. En consecuencia ya se ha publicado algún trabajo que evalúa la posibilidad de utilizar determinado residuo industrial como pigmento cerámico.

Las industrias de tratamientos superficiales (cromado, niquelado, etc.) generan como residuo unos baños agotados que contienen una elevada concentración de iones de metales pesados (Cr, Ni, Zn,...), que por su toxicidad han de ser gestionados adecuadamente, ya que se hallan incluidos en el Listado Europeo de Residuos (capítulo 11). El tratamiento más frecuente para estos baños es la precipitación de los metales en medio alcalino (en determinados casos existe una etapa previa para modificar el estado de oxidación de algún elemento, como ocurre con el Cr(VI) utilizado en el cromado), generándose un fango que se deposita en vertederos de seguridad controlados, ante la dificultad de separar sus diferentes componentes, que incluyen tanto los metales presentes en el baño como los reactivos utilizados para llevar a cabo la precipitación, y en su caso las reacciones rédox.

Debido a su contenido en hidróxidos de metales de transición, estos fangos procedentes del inertizado de los baños agotados pueden constituir una materia prima alternativa para sintetizar pigmentos cerámicos, ya sea como materia prima única, o complementando la composición con alguna materia prima adicional.

Descripción de la invención

El proceso objeto de la presente invención permite transformar los fangos procedentes de los baños agotados de tratamientos industriales en pigmentos susceptibles de utilizarse para colorear varios tipos de materiales cerámicos.

En una realización preferente, la materia prima de los pigmentos se obtiene mediante la mezcla de fangos de distinta procedencia y la adición complementaria de óxidos o sales en proporción inferior al 20% en peso respecto al fango seco. Más preferentemente, dichas sales son carbonatos, nitratos, cloruros o sulfatos de elementos metálicos.

Una realización más preferente de la invención es la utilización de fangos procedentes del inertizado de todo tipo de baños residuales de tratamientos superficiales (cromado, niquelado, etc.), en los cuales existan elevadas proporciones de metales cuyos óxidos puedan formar alguna de las estructuras características de los pigmentos cerámicos.

La primera etapa del proceso es la caracterización química de los fangos. Se ha de establecer los elementos presentes en los mismos, y sobre todo determinar las proporciones de aquellos elementos susceptibles de incorporarse a las estructuras cristalinas típicas de los pigmentos cerámicos (ejemplo Fe, Cr, Mn, Ni, Cu, Co, Zn, Sn, etc).

La segunda etapa es la clave del proceso. Consiste en mezclar de forma homogénea fangos de distinta procedencia por medios mecánicos vía húmeda o vía seca. La mezcla será tal que las relaciones molares entre los diferentes elementos de la mezcla correspondan a la estequiometría del pigmento que se desee obtener. Para esta etapa resulta imprescindible el conocimiento de la composición de los fangos. Como ejemplo, en el caso de la estructura tipo espinela, en la mezcla de fangos la relación molar entre los elementos formadores de óxidos divalentes (AO), y los elementos formadores de óxidos trivalentes (B₂O₃), ha de ser próxima a . No es necesario que esta relación sea estrictamente igual a si en la mezcla existen elementos que pueden adoptar los estados de oxidación divalente y trivalente (como Fe y Mn), ya que dentro de ciertos límites, se produce un reajuste de los estados de oxidación que permite la génesis de la estructura de espinela. Obviamente en el caso de otros tipos de estructura, el valor de las razones molares puede ser diferente.

La tercera etapa es el tratamiento térmico de la mezcla de fangos para transformarla en el pigmento propiamente dicho. Los tratamientos térmicos han de diseñarse para que permitan generar la estructura cristalina deseada, pero eviten generar un producto excesivamente sinterizado que dificultaría enormemente el proceso de molienda del pigmento. Los tratamientos térmicos con temperaturas máximas entre 700ºC y 1500ºC y tiempos de permanencia a las mismas entre 1 y 12 horas son adecuados para conseguir la formación de las fases deseadas, si bien puede ocurrir que para alguna mezcla de fangos concreta sea necesario modificar los parámetros del tratamiento térmico.

En una realización preferente de la invención la temperatura máxima del tratamiento térmico está comprendida entre 900ºC y 1300ºC y el tiempo de permanencia en ellas, entre 1 y 8 horas.

En una realización más preferente de la invención la temperatura máxima del tratamiento térmico está comprendida entre 900ºC y 1200ºC.

Aunque no es estrictamente necesario, si que resulta recomendable someter los pigmentos generados a un análisis mineralógico, para determinar si contienen fases susceptibles de sufrir descomposiciones a alta temperatura, las cuales pueden proceder del resto de componentes de los fangos, que no se incorporan a la estructura del pigmento. Este análisis es más recomendable cuando se utilizan tratamientos térmicos con temperaturas máximas reducidas.

Una vez generados los pigmentos siguiendo los pasos descritos, pueden ser procesados como cualquier otro pigmento cerámico. Es decir, se pueden molturar hasta el tamaño de partícula deseado, secar y tamizar, y utilizarse como colorantes en vidriados o en masa (gres porcelánico), incorporándolos en las proporciones habituales en el sector cerámico (entre el 1 y el 5% en adición).

Ejemplos

A modo de ilustración de lo anterior exponemos los siguientes ejemplos de la presente invención en modo alguno limitativos.

Ejemplo 1

Se preparó un pigmento marrón rojizo a partir de dos fangos residuales procedentes respectivamente de un tratamiento superficial de Pasivado y otro de Mordentado. El análisis químico de los fangos fue el siguiente (porcentajes en peso).

Dados los elementos presentes, se consideró que el Fe, Cr, Ni, Cu y Zn podrían generar un pigmento con una estructura de espinela (AB₂O₄ donde a son cationes divalentes y B cationes trivalentes). La presencia de Si, Ca, Mg P y S en proporciones apreciables, dado que son elementos que no forman espinelas en condiciones normales, implicaba que la espinela podría estar acompañada de fases secundarias que actuarían como diluyente en el pigmento.

La mezcla de partida para sintetizar el pigmento se obtuvo combinando un 50% en peso de cada uno de los fangos, ya que de este modo la relación molar entre los cationes divalentes y trivalentes formadores de espinela sería los suficientemente próxima a para considerar que se formaría una estructura estable de espinela (el valor real de la razón molar fue 0,615). La mezcla se preparó en un molino de bolas vía húmeda y la suspensión obtenida se secó bajo lámparas de infrarrojos.

El pigmento...

1. Método para obtener pigmentos cerámicos a partir de fangos procedentes de baños agotados de tratamientos industriales, caracterizado porque se obtienen mezclando fangos de distinta procedencia de forma que las relaciones molares entre los diferentes elementos moleculares de la mezcla correspondan a la estequiometría del pigmento que se desee obtener, y que comprende los pasos siguientes:

2. Método para obtener pigmentos cerámicos según la reivindicación 1, caracterizado porque los fangos de partida se obtienen mediante la mezcla de otros fangos de distinta procedencia y la adición de complementaria de óxidos o sales en proporción inferior al 20% en peso respecto al fango seco.

3. Método para obtener pigmentos cerámicos según la reivindicación 2, caracterizado porque dichas sales son carbonatos, nitratos, cloruros o sulfatos de elementos metálicos.

4. Método para obtener pigmentos cerámicos según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dichos tratamientos industriales son procesos de inertizado de los baños agotados de tratamientos superficiales.

5. Método para obtener pigmentos cerámicos según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la mezcla homogénea de los distintos fangos de partida se obtiene por medios mecánicos vía húmeda o vía seca.

6. Método para obtener pigmentos cerámicos según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el tratamiento térmico al que se somete a la mezcla de fangos presenta una temperatura máxima de entre 900ºC y 1300ºC y un tiempo de permanencia en ellas de entre 1 y 8 horas.

7. Método para obtener pigmentos cerámicos según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la preparación industrial de las partículas del pigmento se hace por medio de molturación, secado y tamizado con el tamaño de partícula deseado.

8. Método para obtener pigmentos cerámicos según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se obtienen a partir de mezcla de fangos procedentes de procesos de inertizado de los baños agotados de tratamientos superficiales, y comprende las etapas siguientes:

9. Uso de los pigmentos cerámicos descritos en una de las reivindicaciones 1 a 8 como colorantes en vidriados o en masa como soportes cerámicos.