MATERIA PRIMA CON ALTO CONTENIDO EN ARCILLA DE ALUMINIO Y MÉTODO PARA SU FABRICACIÓN.

Materia prima con alto contenido en arcilla de aluminio y método para su fabricación. La invención se refiere a una materia prima con un alto contenido en arcilla de aluminio con gran capacidad de reacción, que se caracteriza por una superficie específica grande, predominantemente por su utilización relacionada con los materiales de construcción aglutinantes minerales (como el cemento, el vidrio soluble, los medios aglutinantes activados por álcalis, los geopolímeros) como material de relleno y componentes aglutinantes que influyen en la solidificación y rigidez, incluso para un empleo como soportes reactivos de Al2O3 para productos fundidos y sinteri- zados (como cemento clinker, materiales resistentes al fuego y cerámicos, lanas minerales, vidrio y fibras de vidrio), así como para la adsorción de líquidos y gases. La invención se refiere además a un método para la fabricación de esta materia prima reactiva, de alto contenido en aluminio, mediante el tratamiento o manejo de escorias salinas de aluminio. Las escorias salinas de aluminio se obtienen en la recuperación del aluminio por la fusión de chatarra de aluminio y cardas de aluminio. Puesto que al fundir el aluminio al aire la superficie de la masa fundida reacciona con el oxígeno del aire y en una proporción pequeña también con el nitrógeno del aire, se forma óxido de aluminio y nitruro de aluminio: 4Al + 3O2 2 Al2O3 2Al + N2 2 AIN En las aleaciones de aluminio que contienen magnesio se forma además espinela: Mg + 2Al + 2O2 MgAl2O4 Los productos de reacción no metálicos Al2O3, MgAl2O4 y AIN forman en la superficie de la masa fundida metálica, la llamada carda, a la que se puede unir hasta un 70% del metal. Debido a la elevada finura de las partículas metálicas, la carda se puede inflamar y es por tanto un material peligroso. Para la recuperación del aluminio del metal reciclado y para el tratamiento de las cardas se emplea en general un método de fusión, en el cual la chatarra y las cardas se funden bajo un recubrimiento de sal (por ejemplo, una mezcla de un 70% de NaCl, 28% de KCl y 2% de CaF2). De las cardas se recupera una proporción considerable de aluminio. EL recubrimiento con sal impide la formación de óxido de aluminio y de nitruro de aluminio. Además la sal actúa humedeciendo las partículas oxidadas no metálicas. El material que se encuentra entre estas partículas es penetrado por la sal y se forma una escoria pobre en metal, la escoria salina. Puesto que la escoria salina tiene una densidad inferior al aluminio líquido, y por tanto flota en la masa fundida metálica, se pueden verter o decantar por separado el aluminio y la escoria salina. A diferencia de una carda, una escoria salina contiene normalmente entre un 20 y un 60% en sales (principalmente NaCl y KCl), entre un 35 y un 75% en óxidos (principalmente Al2O3, MgO, SiO2), y respectivamente hasta un 15% de aluminio metálico y de nitruro de aluminio. Aproximadamente 0,5 hasta 0,7 t de escoria salina corresponden a aluminio secundario (dependiendo del grado de suciedad de la chatarra de aluminio empleada). Puesto que un depósito de escoria salina es algo problemático para el medio ambiente y en algunos países está prohibido, la escorias salinas son sometidas a un proceso de tratamiento, con el objetivo prioritario a nivel técnico de la recuperación de elevadas proporciones de aluminio y de sal fundida así como de la separación de un material depositable sin problemas que contenga óxido. Esto se consigue de manera que la escoria salina se tritura en varia capas de un tamaño de grano inferior a 1 mm, después de lo cual una gran parte del aluminio metálico se puede separar mecánicamente por tamizado. Mediante el tratamiento de la escoria salina con agua durante o después de la trituración se disuelve la sal fundida (NACl y KCl). Tras la separación de los componentes oxidados no disueltos de la solución mediante filtración se crea una sal de salmuera, de la que pro evaporación se cristaliza la sal fundida que se puede volver a emplear. La torta de filtro que contiene los componentes oxidados, separados por filtración, contiene normalmente (respecto a la sustancia seca) Al2O3 50-90% en peso MgO 1-20% en peso SiO2 0,5-15% en peso AIN 0,1-15% en peso Fe2O3 0,1-5% en peso CaO 0,1-7% en peso F 0,1-10% en peso Na2O 0,1-6% en peso K2O 0,1-2% en peso Al metal 0,1-10% en peso Si metal 0,1-3% en peso 2   Fe metal 0,1-3% en peso Pérdida por calcinación 0,1-15% en peso Resto máx. 5% en peso así como una humedad de un 50% en peso como máximo. Consta de los siguientes componentes principales minerales - Bayerita (Al2O3. 3 H2O) - Corindón (Al2O3) - Espinela (MgO. Al2O3) El hidróxido de aluminio se forma por hidrólisis de aluminio metálico y nitruro de aluminio con el agua del proceso, liberando hidrógeno y amoníaco: 2Al + 6 H2O 2Al(OH)3 + 3H2 AIN + 3 H2O Al(OH)3 + NH3 Puesto que la reacción depende de la finura del molido, del valor del pH y del tiempo, en las condiciones habituales del proceso transcurre de forma incompleta. La US 5.198.200 describe un método para la recuperación de aluminio metálico, de las mezclas salinas y de un producto a base de óxido de aluminio-aluminio metálico de la carda de aluminio, de manera que esta carda se lixivia con agua. El valor del pH se ajusta en un intervalo de 7-8,5 mediante la adición de cloruro de magnesio, para reducir la liberación de amoníaco y estimular la recuperación del aluminio metálico. La US 6.110.434 contiene un método de disolución con ácidos para la obtención de hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio y espinela de aluminato de magnesio de la carda de aluminio, de manera que la carda se transforma inicialmente mediante la solución con agua en un producto no metálico (NMP) con un contenido en Al2O3 entre un 40 y un 75% en peso, para un valor de pH inferior a 8, para minimizar la formación no deseada de amoníaco e hidrógeno (columna 3, filas 60-67).El NMP descrito contiene material amorfo, presumiblemente hidróxido de aluminio (columna 6, filas 51-59), y se separa como torta de filtro con hasta un contenido del 50% en peso de H2O (columna 6, filas 31-33). Conforme a la WO 95/21138 mediante el tratamiento de una carda de aluminio que contiene sales fundidas se obtiene un producto no metálico (NMP) con un contenido en Al2O3 del 25 al 75% en peso, que por la adición de materiales alcalinos (hidróxido de sodio, hidróxido de calcio, cenizas de tetraborato de sodio o borax o de carbonato de sodio o soda) se coloca en una suspensión que se emplea para la fabricación de productos cerámicos. De la DE 43 19 163 C2 y de la DE 43 45 368 C2 se conoce una sustancia residual con alto contenido en aluminio de la manipulación de escorias salinas de aluminio, que tiene un contenido en Al2O3 del 55 al 70% respecto a la sustancia seca, con corindón (Al2O3) y espinela (MgO.Al2O3) como componentes cristalinos. Como tamaño de partícula se indica: <200 µm aproximadamente un 90% en peso, partículas básicas < 5 µm. Esta sustancia residual se emplea según la DE 43 19 163 C2 como material de relleno en los componentes unidos al cemento, y según la DE 43 45 368 C2 como materia prima de Al2O3 en mezcla con materias primas que contienen CaO para cementos clinker de aluminato. La EP 1 180 504 B1 describe un aditivo a base de componente aglutinante con un efecto que acelera la solidificación, compuesto por un 50-90% de Al2O3, aluminio metálico (0,1-10%) y componentes minerales en forma de corindón y espinela, de manera que las partículas de aluminio metálico debido a las modificaciones térmicas pasan de hidróxido de aluminio a óxido de aluminio, el polvo presenta un tamaño de partícula al menos un 90% inferior a 500 µm y la superficie específica BRT es de hasta 50 m 2 /g. Para la fabricación de este aditivo a base de componente aglutinante se seca y se calcina el material residual de alto contenido en aluminio obtenido de la manipulación del aluminio de las escorias salinas. Tras el secado en una corriente de gases de humo a 400 hasta 500ºC y durante un periodo de tiempo no inferior a 10 segundos se obtiene una superficie BET específica de 27 m 2 /g (página 4, ejemplo 2), que consigue un valor máximo de 45 m 2 /g a 750ºC en un margen de temperatura de 400 hasta 1000ºC (página 4, ejemplo 3). De la EP 1 440 937 B1 se conoce una materia prima con un alto contenido en arcilla de aluminio, con un contenido en óxido de aluminio entre un 50 y un 80% y los componentes minerales de hidróxido de aluminio, corindón y espinela, de manera que el hidróxido de aluminio se presenta como monohidróxido de aluminio y trihidróxido de aluminio. La materia prima se emplea como soporte de arcilla de aluminio activo en el sinterizado para la fabricación de productos cerámicos y resistentes al fuego, cemento, componentes aglutinantes con poros, formadores de escorias para... [Seguir leyendo]

1. Materia prima con elevado contenido en arcilla de aluminio, que contiene (respecto a la sustancia seca) Al2O3 50-90% en peso MgO 1-20% en peso SiO2 0,5-15% en peso AIN 0,1-15% en peso Fe2O3 0,1-5% en peso CaO 0,1-7% en peso F 0,1-10% en peso Na2O 0,1-6% en peso K2O 0,1-2% en peso Al metal 0,1-10% en peso Si metal 0,1-3% en peso Fe metal Pérdida por 0,1-3% en peso calcinación 0,1-15% en peso Resto máx. 5% en peso con los siguientes componentes principales minerales - Bayerita (Al2O3. 3 H2O) - Corindón (Al2O3) - Espinela (MgO. Al2O3) una humedad del 10% en peso como máximo y un tamaño de partícula de al menos un 90% en peso inferior a 500µm, que se caracteriza por que la superficie específica es superior a 50 m 2 /g, y el diámetro medio de los poros es inferior a 100 Å. 2. Materia prima con alto contenido en arcilla de aluminio conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que la superficie específica se encuentra entre 50 y 150 m 2 /g, y el diámetro medio de los poros se sitúa entre 50 y 100 Å. 3. Materia prima con alto contenido en arcilla de aluminio conforme a una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el volumen de poros tiene un máximo de frecuencia para un diámetro de poros entre 30 y 50 Å. 4. Materia prima con alto contenido en arcilla de aluminio conforme a una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la cantidad de materia prima que se humedece al fluir en 100 ml de agua es de 220 g como máximo. 5. Materia prima con alto contenido en arcilla de aluminio conforme a una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la superficie específica es de 80 m 2 /g como mínimo y la cantidad de materia prima que se humedece al fluir en 100 ml de agua es de 160 g como máximo. 6. Método para la fabricación de una materia prima con alto contenido en arcilla de aluminio conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza por que a) una escoria salina de aluminio que contiene un 30-60% en sales del grupo de NaCl, KCl, CaF2, un 35-75% de óxidos del grupo de Al2O3, MgO, SiO2 y respectivamente hasta un 15% en peso de aluminio metálico y nitruro de aluminio se tritura previamente en condiciones secas y posteriormente se añade agua y se tritura con un contenido en sólidos del 25-55% en peso hasta obtener una suspensión del material triturado que tiene un tamaño de partícula de al menos un 90% en peso inferior a 500 µm, con un diámetro de partícula medio (d50) <50 µm; b) para disolver al máximo los componentes salinos y para formar hidróxido de aluminio (de la re- acción de Al metálico y nitruro de aluminio con agua, con liberación de hidrógeno gas y amoníaco, y la formación de una sal de salmuera amoniacal), la suspensión de molienda se acondiciona en un reactor de agitación a una temperatura entre 30 y 90ºC, un valor de pH entre 9 y 12 y durante un tiempo de reacción entre 10 y 60 min; c) para separar los componentes no disueltos de la sal de salmuera, la suspensión acondicionada se filtra, de manera que inicialmente la torta de filtro se lava mediante el enjuagado y pulverizado con agua para mantenerla lo más libre de sal posible y al final de la filtración se aspira aire a través de la torta de filtro, de manera que el contenido en humedad de la torta de filtro se reduce de un 30 a un 50% en peso; d) y finalmente la torta de filtro se seca a una temperatura entre 70 y un máximo de 110ºC a una humedad residual inferior al 10% en peso. 8   7. Método para la fabricación de una materia prima con alto contenido en arcilla de aluminio conforme a la reivindicación 6 que se caracteriza por que c) la suspensión acondicionada se filtra para separar los componentes no disueltos de la sal de salmuera por medio de un filtro adecuado, de manera que inicialmente la torta de filtro se lava mediante el enjuagado y pulverizado con agua para mantenerla lo más libre de sal posible, se reduce el valor del pH de la torta a 8 hasta 9, y al final de la filtración se aspira aire a través de la torta de filtro, de manera que el contenido en humedad de la torta de filtro se reduzca a un 30 hasta 50% en peso. 8. Método para la fabricación de una materia prima con alto contenido en arcilla de aluminio conforme a la reivindicación 6 que se caracteriza por que c) la suspensión acondicionada se filtra para separar los componentes no disueltos de la sal de salmuera por medio de un filtro adecuado, de manera que inicialmente la torta de filtro se lava mediante el enjuagado y pulverizado con agua para mantenerla lo más libre de sal posible, se mantiene el valor del pH en 9 mediante la adición de amoníaco, sosa cáustica o cal viva, y al final de la filtración se aspira aire a través de la torta de filtro, de manera que el contenido en humedad de la torta de filtro se reduzca a un 30 hasta 50% en peso. 9. Método conforme a la reivindicación 6, que se caracteriza por que la trituración previa se lleva a cabo con una trituradora de mordazas o con un molino por rebotamiento. 10. Método conforme a una de las reivindicaciones 6-9, que se caracteriza por que para la molienda se emplea un molino de tambor con bolas de hierro y se añade agua. 11. Método conforme a una de las reivindicaciones 6-10, que se caracteriza por que la separación de los componentes no disueltos de la suspensión acondicionada se lleva a cabo con un filtro de banda de vacío. 12. Método conforme a una de las reivindicaciones anteriores 1-11, que se caracteriza por que el secado se lleva a cabo en un tambor secador. 9