Procedimiento para la fabricación de una pasta acuosa de arcilla.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una pasta acuosa de arcilla caracterizado porque comprende las siguientes etapas: (a) la preparación de una suspensión de arcilla y agua mediante molienda en húmedo, con una relación de arcilla a agua en la suspensión comprendida entre 100:40 y 100:70; (b) la adición de ácido fosfórico a la suspensión de arcilla y agua obtenida en la etapa anterior, seguido de la molienda de la mezcla obtenida; (C) la adición posterior a la etapa (b) de al menos una base soluble en agua, seguido de la molienda de la mezcla obtenida; y (d) la adición posterior a la etapa anterior (C) de silicato de sodio hidratado, seguido de la molienda de la mezcla obtenida. Asimismo, se refiere a una pasta acuosa de arcilla obtenible a partir de dicho procedimiento, así como a su uso para la producción de productos cerámicos.

Procedimiento para la fabricación de una pasta acuosa de arcilla Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de la fabricación de productos cerámicos, especialmente para su uso en la construcción.

Estado de la técnica previa a la invención

En el campo de la industria cerámica, es conocido el proceso de elaboración de productos cerámicos a partir de arcilla y otras materias primas. Este proceso se basa habitualmente en la molturación y formación de una pasta húmeda, conocida como barbotina, con una proporción determinada de agua y arcilla. Dicha pasta es sometida a un tratamiento térmico en el que tienen lugar una serie de reacciones químicas entre los polisilicatos (silicatos y aluminosilicatos) presentes en la arcilla. En el caso de que la arcilla no comprenda suficientes polisilicatos será necesario mezclarla con arcillas ricas en este tipo de compuestos, con objeto de obtener la calidad deseada en el producto final en cuanto a absorción de agua, dureza, color, capilaridad, contenido en óxido de calcio CaO, etc. Asimismo, es posible mejorar la calidad del producto final mediante la adición de otros compuestos que pueden consistir, por ejemplo, en materia orgánica como paja, polietileno, productos derivados del petróleo, antracita, pasta de papel, etc.

Una de las principales dificultades del proceso de fabricación de productos cerámicos es consecuencia del largo periodo de tiempo necesario para el secado de la materia de partida, lo que a su vez deriva de las bajas temperaturas requeridas para evitar la formación de posibles grietas o quebraduras. Asimismo, un inconveniente adicional de este proceso son las elevadas temperaturas a las que se ha de llevar a cabo la cocción con objeto de obtener las propiedades mecánicas (dureza, absorción de agua, etc.) requeridas en el producto final. Estas temperaturas, superiores a 900ºC, provocan la descomposición de los carbonatos en dióxido de carbono (CO2) y óxido de calcio (CaO) . Una parte del óxido de calcio reacciona con los silicatos y el dióxido de carbono (CO2) se elimina a la atmósfera. De este modo, como consecuencia de la descomposición de los carbonatos, alrededor de la mitad de su masa se pierde en forma de CO2. Dependiendo de la cantidad total de carbonatos en la arcilla, ello conlleva una significativa pérdida de peso en el producto final. Así por ejemplo, en caso de que los carbonatos representen un 15% en peso de la arcilla, la pérdida en peso total causada por la descomposición de los carbonatos es de en torno a un 7%.

El antecedente más próximo a la presente invención es la Solicitud Internacional WO2008/017082. En esta solicitud se describe un método para la preparación de un material de partida para la fabricación de productos de arcilla, método que comprende la adición de un 10% o un 20% de un material inerte al que de manera previa se ha añadido un 1% de silicato de sodio y, a continuación, un 0.4% de ácido fosfórico.

De este modo, es objeto de esta invención un proceso mejorado respecto al método anterior, basado en el empleo de una base soluble, preferentemente hidróxido de sodio. Ello permite modificar la acidez de la suspensión de agua y arcilla (barbotina) , evitando la precipitación del silicato de sodio hidratado, también conocido como cristal líquido (del inglés, water glass) . De este modo, se consigue evitar la cristalización del ácido silícico [SiO2 (H2O) n], lo que impediría su participación en la formación de polisilicatos.

El objeto final de la invención es por tanto lograr modificar las propiedades de la arcilla convencional de acuerdo a los requerimientos del proceso actual, evitando así llevar a cabo modificaciones en la tecnología del proceso. De este modo, se conseguirá disminuir el consumo energético del proceso y, al mismo tiempo, se logrará una mejora en las propiedades mecánicas del producto final.

De manera adicional, el procedimiento objeto de la presente invención es especialmente adecuado para la producción de productos cerámicos mediante cocción. En general, los métodos habituales para llevar a cabo la cocción de productos cerámicos pueden consistir en una sola cocción (monocotura) o en una cocción doble (bicotura) . Una de las ventajas del procedimiento de la presente invención es que se trata de un método adecuado para ambos tipos de cocción. En el caso de que se emplee una doble cocción, la temperatura a la que se lleva a cabo la primera etapa de cocción se reduce hasta temperaturas comprendidas entre 350ºC y 650ºC, mientras que la segunda etapa de cocción únicamente varía en términos de tiempo. En este caso, la temperatura no se ve modificada como consecuencia de la temperatura requerida por los esmaltes. De manera adicional, la cocción doble (bicotura) es empleada en los casos en que el porcentaje de materia orgánica sea elevado, con objeto de prevenir el hinchado del bizcocho de arcilla, así como posibles defectos en los productos finales como consecuencia de la desgasificación que tiene lugar en el proceso. Estos defectos no sólo alargan la primera etapa de cocción y provocan el hinchado del bizcocho de arcilla, sino que también impiden el uso de arcillas ricas en carbonatos y materia orgánica, en un porcentaje superior a un 30% en peso de la mezcla de arcillas. El procedimiento de la presente invención permite solventar los defectos anteriores y, adicionalmente, permite desgasificar la pasta cerámica sin generar defectos en el producto final. Ello ofrece la posibilidad de emplear arcillas ricas en carbonatos y materia orgánica sin necesidad de mezclarlas con otras arcillas o de variar la composición mineral de la materia prima del proceso. Asimismo, como consecuencia de la mejora en las propiedades mecánicas, es posible obtener productos cerámicos, preferentemente azulejos, con un grosor inferior, lo que a su vez reduce los costes derivados del proceso de corte y, al mismo tiempo, mejora las propiedades mecánicas del producto final.

Descripción de la invención Es, por tanto, un primer objeto de esta invención un procedimiento para la fabricación de una pasta acuosa de arcilla (barbotina) caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) la preparación de una suspensión de arcilla y agua mediante molienda en húmedo, preferentemente, mediante el empleo de al menos un molino de bolas. De manera preferida, la relación de arcilla a agua empleada en la suspensión se encuentra comprendida entre 100:40 y 100:70. De manera aún más preferida, esta relación de arcilla a agua es de 100:62;

b) la adición de ácido fosfórico (H3PO4) a la suspensión de arcilla y agua obtenida en la etapa anterior, seguido de la molienda de la mezcla obtenida. El ácido fosfórico (H3PO4) reacciona con los carbonatos de la mezcla y disminuye el pH hasta un pH inferior a 7;

c) la adición posterior a la etapa (b) de al menos una base soluble en agua, preferentemente, hidróxido sódico, seguido de la molienda de la mezcla obtenida. De este modo, se consigue aumentar el pH de la suspensión hasta un pH superior a 8, preferentemente, hasta un pH comprendido entre 9 y 10; y d) la adición posterior a la etapa anterior (c) de silicato de sodio hidratado [ (Na2O) n (SiO2) m (H2O) k], seguido de la molienda de la mezcla obtenida. Como consecuencia del incremento en el pH conseguido mediante la adición del hidróxido sódico, el silicato de sodio hidratado permanece en solución acuosa, evitando su precipitación como cristales de ácido silícico [SiO2 (NH2O) n]. De este modo, se consigue obtener una pasta acuosa de arcilla conocida como barbotina.

A efectos de esta patente, se entiende por arcilla una mezcla de agregados de silicato de aluminio hidratado que proceden de la descomposición de minerales de aluminio. En caso de que la arcilla comprenda un porcentaje inferior a un 3% en peso de carbonatos, el procedimiento puede comprender asimismo una etapa inicial de adición de carbonatos, preferentemente, mediante la mezcla de la arcilla seleccionada con al menos otra arcilla rica en carbonatos, más preferentemente, caliza [CaCO3].

De manera adicional, en la etapa (a) de preparación de la suspensión de arcilla y agua es posible emplear al menos un defloculante, preferentemente, tripolifosfato de sodio. La cantidad de defloculante adicionada a la suspensión será función del tipo de arcilla empleada en el procedimiento. De manera preferida, esta cantidad puede variar entre un 0.18% y un 0.32% en peso respecto al total.

De manera preferente, la relación de SiO2/Na2O en el silicato de sodio hidratado [ (Na2O) n (SiO2) m (H2O) k] es de al... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de una pasta acuosa de arcilla caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) la preparación de una suspensión de arcilla y agua mediante molienda en húmedo, con una relación de arcilla a agua en la suspensión comprendida entre 100:40 y 100:70;

b) la adición de ácido fosfórico a la suspensión de arcilla y agua obtenida en la etapa anterior, seguido de la molienda de la mezcla obtenida;

c) la adición posterior a la etapa (b) de al menos una base soluble en agua, seguido de la molienda de la mezcla obtenida; y d) la adición posterior a la etapa anterior (c) de silicato de sodio hidratado, seguido de la molienda de la mezcla obtenida.

2. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 1, donde la base soluble en agua consiste en hidróxido sódico.

3. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 2, donde el hidróxido sódico es empleado en escamas de sosa cáustica o en solución acuosa al 50%.

4. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el porcentaje de carbonatos en la arcilla es de al menos un 3% en peso.

5. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde en la etapa (a) se lleva a cabo adicionalmente la adición de al menos un defloculante.

6. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 5, donde el defloculante es tripolifosfato de sodio.

7. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la relación de SiO2/Na2O en el silicato de sodio hidratado es de al menos 3.0 p/p.

8. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la relación de ácido fosfórico y silicato de sodio hidratado se encuentra comprendida entre 1:1 (p/p) y 1:5 (p/p) .

9. Pasta acuosa de arcilla obtenible a partir de un procedimiento de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

10. Pasta acuosa de arcilla, de acuerdo a la reivindicación 9, caracterizada porque presenta un pH superior a 8.

11. Uso de una pasta acuosa de arcilla, de acuerdo a la reivindicación 9 o 10, para la fabricación de al menos un producto cerámico.

12. Procedimiento para la fabricación de al menos un producto cerámico a partir de una pasta acuosa de arcilla obtenida según un procedimiento de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde dicho procedimiento se caracteriza porque comprende las siguientes etapas:

a) el secado de la pasta acuosa de arcilla;

b) el moldeo y cocción de la pasta de arcilla obtenida en la etapa anterior.

13. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 12, donde el secado de la pasta acuosa de arcilla se lleva a cabo por atomización.

14. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 12 o 13, donde el moldeo se lleva a cabo por prensado o extrusión.

15. Producto cerámico obtenible a partir de un procedimiento de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14.

16. Uso de un producto cerámico, de acuerdo a la reivindicación 15, en la industria de la construcción.