PROCEDIMIENTO PARA PREPARAR CEMENTOS REACTIVOS DE ÓXIDO DE MAGNESIO.

Procedimiento para preparar cementos reactivos de óxido de magnesio Campo técnico de la invención Esta invención se refiere a un procedimiento para preparar una composición hidráulica que contiene óxido de magnesio (magnesia). En el documento FR-A 890325 se describe un procedimiento para fabricar cemento. Antecedentes de la invención Se han fabricado previamente varios cementos de magnesia. Si se añade una sal, tal como cloruro o sulfato de magnesio a magnesia reactiva y se deja que la mezcla reaccione se forman oxicloruros de magnesio hidratos y oxisulfatos de magnesio hidratos que pueden ser muy fuertes pero no son suficientemente hidrófugos y son corrosivos. Aunque hay muchas patentes que describen mejoras para superar estas deficiencias, tales como el uso de fosfatos o de silicatos solubles, en general no son económicas. Los oxicloruros de magnesio fueron descubiertos y preparados por Sorel en 1867. Los oxisulfatos de magnesio hidrato fueron descubiertos por Olmer y Delyon en 1934. A los oxicloruros y oxisulfatos de magnesio se les denomina normalmente cementos Sorel. Cuando la magnesia reacciona con cloruro de magnesio para formar oxicloruros se forman varios compuestos. Las principales fases ligantes hasta ahora encontradas en pastas de cementos endurecidos son Mg(OH)2, (Mg(OH)2)3 .MgCl2 .8H2O y (Mg(OH)2)5.MgCl2.8H2O. (Mg(OH)2)5.MgCl2.8H2O tiene propiedades mecánicas superiores y se forma usando una relación molar de MgO:MgCl2:H2O = 5:1:13. MgCl2 + 5MgO + 13H2O = (Mg(OH)2)5.MgCl2.8H2O Si en su lugar se usa sulfato de magnesio se considera que se forman cuatro fases de oxisulfato a temperaturas entre 30 y 120°C; Mg(OH)2)5.MgSO4.3H2O, (Mg(OH)2)3.MgSO4.8H2O, Mg(OH)2.MgSO4.5H2O, y Mg(OH)2.2MgSO4.3H2O. Sólo (Mg(OH)2)3.MgSO4.8H2O es estable por debajo de 35°C. 3MgO + MgSO4 +11H2O = (Mg(OH)2)3.MgSO4.8H2O El zinc, el calcio, el cobre y otros elementos también forman compuestos similares. Los oxicloruros de magnesio consiguen mayores resistencias a la compresión que los oxisulfatos de magnesio. El principal problema con los cementos Sorel es que los oxicloruros de magnesio y los oxisulfatos de magnesio tienden a romperse en agua y particularmente en ácidos. También se produce la corrosión del acero reforzado. El uso de silicatos solubles tales como el silicato de sodio ha sido descrito como un medio de mejorar la resistencia al agua de cementos tipo Sorel. Sin embargo, estos cementos son de poco uso práctico debido al elevado coste de los silicatos solubles. La magnesia reacciona con fosfatos solubles para precipitar casi totalmente el fosfato de magnesio insoluble. MgO + H2O = Mg(OH)2 3Mg(OH)2 + 2H3PO4 = Mg3((PO)4)2 + 6H2O También se ha defendido el uso de fosfatos como un medio de mejorar la resistencia al agua de cementos tipo Sorel. Tales cementos, aunque están descritos en la bibliografía, son caros debido a la escasez de depósitos económicos de fosfatos y como resultado su uso extendido está limitado. Se ha usado una gama de cementos basados en fosfato de magnesio, que incluyen fosfato de magnesio y amonio, el cual se piensa que se forma por una reacción ácido-base entre magnesia y di-hidrógeno fosfato de amonio. Esto da lugar a la formación inicial de un gel seguido por la cristalización en un fosfato insoluble, principalmente fosfato de amonio y magnesio hexahidrato, [NH4MgPO4.6H2O]. El óxido de magnesio usado en este sistema se produce calcinando a mayores temperaturas y en la industria se dice que es muerto quemado y no es tan reactivo como la magnesia fabricada a menores temperaturas. También se usa un retardador del fraguado, típicamente bórax o ácido bórico, para obtener un tiempo de fraguado manejable. MgO + NH4H2PO4 + 5H2O = NH4MgPO4.6H2O El cemento de magnesio-cromo con alto contenido de cal encuentra uso en materiales refractarios. El cemento está basado en magnesia más cromato cromita de calcio, un mineral complejo producido por la combinación de cal con óxido de cromo (Cr2O3) en un ambiente oxidante. Normalmente, la hidratación se realiza con una disolución acuosa de cloruro de magnesio (MgCl2. 6H2O) al 30% con un porcentaje en peso del cemento del 8%. Los productos son complejos. Así como en hidratos también consisten en carbonatos, los cuales se forman por los efectos de la carbonatación. Los productos típicos formados pueden incluir brucita [Mg(OH)2], varios oxicloruros de magnesio 2 [(Mg(OH)2)X.MgCl2.YH2O], cromato de calcio dihidrato (CaCrO4.2H2O), monocromita de calcio (CaCr2O4), portlandita [Ca(OH)2], carbonato secundario de magnesio (MgCO3), carbonato secundario de calcio (CaCO3) y carbonatos mixtos de calcio y magnesio [(Ca,Mg)CO3]. Otros compuestos de cemento de magnesia conocidos incluyen hidroxi-cloruros y sulfatos tales como Mg(OH)2).MgCl2.8H2O, hidroxi-carbonatos [Mg5(OH)2(CO)4.4H2O] e hidroxi-cloro-carbonatos [por ejemplo, 5 Mg2OHClCO3.3H2O] así como hidromagnesita y magnesita. La brucita [Mg(OH)2] sola no ha encontrado previamente mucho uso comercial como cemento principalmente porque la velocidad de fraguado es demasiado lenta. Sumario de la invención 10 La invención proporciona un procedimiento para preparar una composición de cemento hidráulico que incluye el mezclado de óxido de magnesio reactivo con uno o más cementos hidráulicos, en el que el óxido de magnesio reactivo se mezcla en una concentración de al menos 5% en peso de los componentes de cemento hidráulico excluyendo la puzolana y el óxido de magnesio reactivo se ha preparado calcinándolo separadamente de los otros componentes de cemento hidráulico a una temperatura de menos que 750°C y moliéndolo antes del mezclado hasta   un tamaño de partícula con más que el 95% de las partículas de menos que 120 micrómetros, en el que dicho óxido de magnesio reactivo en la composición se hidrata para formar brucita como ligante en la matriz de cemento hidráulico. Los cementos hidráulicos pueden incluir cualquier cemento hidráulico que incluya cementos tipo Portland, cementos tipo aluminato de calcio, cementos de alinita, cementos de belinita, cementos de belita, cementos hidrogranates y cementos ferrari así como otros cementos de magnesio tales como los cementos Sorel. Las puzolanas (que incluyen residuos) y las cargas no se consideran componentes de cemento hidráulico en esta memoria descriptiva. Los cementos Sorel incluyen agua en su composición y por lo tanto se consideran cementos hidráulicos. Preferiblemente, la composición preparada incluye además al menos 10% de una puzolana. Preferiblemente, la composición preparada de cemento hidráulico incluye minerales molidos tipo clínker de cemento Portland. Descripción detallada de la invención La presente invención proporciona un procedimiento para preparar composiciones de cemento que contienen proporciones sustanciales de magnesia reactiva que se hidrata para formar brucita la cual es un componente útil del cemento. Las composiciones preparadas contienen en general, pero no siempre, una alta proporción de puzolanas, muchas de las cuales son residuos tales como cenizas volantes. El procedimiento incluye el mezclado de magnesia reactiva con cementos hidráulicos, preferiblemente cementos Portland pero también otros cementos que incluyen otros cementos de magnesio y/o el uso de varios aceleradores como un medio de mejorar los tiempos de fraguado y endurecimiento y la resistencia inicial. Tanto el mezclado con otros cementos como el uso de aceleradores pueden usarse independientemente como estrategias de formulación, o algunas veces combinadas para hacer a la brucita útil como ligante en una matriz de cemento. Cuando otros cementos comercialmente útiles se mezclan con magnesia reactiva en las formulaciones preparadas según esta invención también se mejora la resistencia final. La magnesia proporciona a su vez una matriz virtualmente insoluble de alto pH en la cual la mayor parte de los otros cementos son estables y proporciona un grado de protección en disoluciones normalmente agresivas tales como las de sulfatos. Se ha descubierto que el mezclado de magnesia reactiva (MgO) con clínker de cemento Portland molido o, más específicamente, productos minerales molidos procedentes de la calcinación de mezclas de caliza y arcillas u otras fuentes de calcio, sílice y aluminio usadas en la fabricación de cemento Portland, tales como silicato dicálcico [Ca3SiO5 o alita (hatruita en la naturaleza)], silicato tricálcico [Ca2SiO4 o belita (larnita en la naturaleza), aluminato de tricalcio [Ca3Al2O6, ferritas [por ejemplo, Ca3(Fe,Al)O6] e Ca(OH)2 exento de cal en una mezcla (tal como cemento Portland) o individualmente, es una buena estrategia para mejorar la velocidad de ganancia de resistencia y la resistencia final de cementos basados en magnesia reactiva como ligante mineral. Aunque virtualmente puede usarse cualquier proporción efectivamente, se ha observado que incluso a una relación muy alta de 80... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar una composición de cemento hidráulico, que incluye el mezclado de óxido de magnesio reactivo con uno o más cementos hidráulicos, en el que el óxido de magnesio reactivo se mezcla en una concentración de al menos 5% en peso de los componentes de cemento hidráulico excluyendo la puzolana, y el óxido de magnesio reactivo se ha preparado calcinándolo separadamente de los otros componentes del cemento hidráulico a una temperatura de menos que 750°C y molido antes de mezclarse hasta un tamaño de partícula con más que 95% de las partículas de menos que 120 micrómetros, en el que dicho óxido de magnesio reactivo en la composición se hidrata para formar brucita como ligante en la matriz de cemento hidráulico. 2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el uno o más componentes del cemento hidráulico incluyen un cemento tipo Portland. 3. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, que además incluye una puzolana. 4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que al menos se añade un 10% en peso de puzolana. 5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que la puzolana incluye al menos una de cenizas volantes, residuos de combustión, escoria de mineral de hierro y otros residuos de la industria de producción de metales, sílice de combustión, ladrillo molido y cenizas de lodos de alcantarillado. 6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que la puzolana incluye cenizas volantes. 7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que la composición de cemento incluye además bauxita, barro rojo de la industria del aluminio o el residuo de quemar residuos orgánicos tales como cáscaras de arroz. 8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que la composición de cemento además incluye un acelerador, un retardador del fraguado o un plastificante. 12