Método de obtención de una pasta acuosa de arcilla, y su uso en la fabricación de materiales cerámicos.

La presente invención se refiere a un método de obtención de una pasta acuosa de arcilla caracterizado porque comprende al menos las etapas de: obtener una primera mezcla de arcilla y ácido fosfórico, y amasar; y añadir a dicha mezcla silicato sódico hidratado (Na2O)n(SiO2)m(H2O), preferentemente con un contenido de SiO2 del 30%, también preferentemente en una proporción de ácido fosfórico y silicato sódico de al menos 1:3 en peso; y amasar la mezcla final. Este método comprende diferentes variantes dependiendo del contenido de agua de la arcilla de partida. Asimismo, constituye otro objeto de la presente invención un método de fabricación de materiales cerámicos donde se emplea como materia prima la pasta acuosa de arcilla obtenible por el método aquí descrito, así como la propia pasta acuosa de arcilla y el material cerámico resultantes de ambos métodos. También se contempla en esta invención el uso de la pasta acuosa de arcilla para fabricar materiales cerámicos.

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invencion se enmarca en el campo de la fabricacion de materiales de arcilla obtenidos por extrusion o prensado, especialmente para su uso en la industria de la construccion.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La produccion de materiales ceramicos a partir de arcilla y otras materias primas es ampliamente conocida en el campo de la industria ceramica y de la construccion. De forma simplificada, el proceso de obtencion de productos de arcilla por extrusion se basa en la adicion de agua a dicha arcilla en unas proporciones determinadas para obtener una pasta humeda, que es secada antes de ser sometida a un tratamiento termico de coccion durante el que tienen lugar una serie de reacciones quimicas entre polisilicatos (silicatos y aluminosilicatos) presentes en la propia arcilla a temperaturas superiores a los g00DC; la temperatura final de coccion depende del tipo de producto elaborado que se quiere obtener y de la materia prima (composicion mineral de la arcilla y contenido en carbonatos) . En el caso de que la arcilla no comprenda suficientes polisilicatos es necesario mezclarla con arcillas ricas en este tipo de compuestos, con objeto de obtener la calidad deseada en el producto final en cuanto a absorcion de agua, dureza, color, capilaridad, contenido en oxido de calcio cao, etc. Asimismo, es posible mejorar la calidad del producto final mediante la adicion de otros compuestos que pueden consistir, por ejemplo, en materia organica como paja, polietileno, productos derivados del petroleo, antracita, pasta de papel, etc.

Uno de los principales defectos del proceso de fabricacion de productos ceramicos es el largo tiempo que se precisa para el secado de la materia de partida, que a su vez esta sujeto a las bajas temperaturas requeridas para evitar la formacion 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 coccion con objeto de obtener las propiedades mecanicas (dureza, absorcion de agua, etc.) deseadas en el producto final. Estas temperaturas, superiores a g00Dc, provocan la descomposicion de los carbonatos en dioxido de carbono (C02) y oxido de calcio (cao) . Una parte del oxido de calcio reacciona con los silicatos y el dioxido de carbono (C02) se elimina a la atmosfera. De este modo, como consecuencia de la descomposicion de los carbonatos, alrededor de la mitad de su masa se pierde en forma de C02. Dependiendo de la cantidad total de carbonatos en la arcilla, este efecto puede representar una significativa perdida de peso en el producto final. Asi por ejemplo, en caso de que los carbonatos representen un 15% en peso de la arcilla, la perdida en peso total causada por la descomposicion de los carbonatos es de en torno a un 7%.

Como antecedente mas proximo a la invencion que aqui se presenta puede citarse la solicitud de patente internacional W0 2008/017082. Dicho documento describe un metodo para la preparacion de un material de partida para la fabricacion de productos de arcilla, donde dicho metodo comprende la adicion de entre un 10% y un 20% de un material inerte, como puede ser ceniza volante, al que de manera previa se ha anadido un 1% de silicato de sodio y, a continuacion, un 0, 4% de acido fosforico. A diferencia de esta solicitud internacional, la presente invencion ha sido desarrollada para la obtencion de pastas acuosas de arcilla que son utilizables en la fabricacion de materiales ceramicos mediante un moldeo de extrusion.

A la vista de lo expuesto anteriormente, la presente invencion pretende contribuir al estado de la tecnica mejorando el metodo mencionado, mediante la aplicacion de determinados compuestos quimicos durante la preparacion de la pasta humeda o barbotina que se prepara para obtener el material ceramico, constituida fundamentalmente por arcilla y agua mezclados en proprociones concretas. La intencion es alterar las propiedades de la arcilla modificando su contenido en carbonatos, concretamente se trata de descomponer el CaC03 y otros carbonatos similares contenidos en la arcilla para favorecer la formacion de polisilicatos adicionales, con las ventajas tecnicas, economicas y ambientales que esto conlleva.

La presente invencion tiene como principal objetivo aportar las siguientes soluciones a los problemas tecnicos detectados en el campo:

- usar arcilla con un alto contenido de arena y carbonatos para obtener todo tipo de ladrillos sin alterar la composicion mineralogica de las materias primas,

- adaptar las caracteristicas de las materias primas (arcilla) a los requisitos de todo tipo de productos elaborados,

- obtencion de productos por extrusion con un alto contenido en humedad del 25% al 40%,

- incremento de la plasticidad de la arcilla,

- conservacion de una forma determinada del producto de arcilla a la salida de la extrusora o prensa sin deformaciones,

- incremento de la dureza mecanica de los productos crudos y secos en torno al 30%,

- aceleracion del tiempo de secado debido a la posibilidad de cocer el ladrillo verde con un alto contenido en humedad sin deformaciones,

- reducir la duracion del ciclo de coccion debido a un incremento de las acciones capilares (capilaridad) ,

- disminucion de la temperatura de coccion del producto hasta los/por debajo de g00DC,

- reduccion de la emision de dioxido de carbono e incremento de la cantidad de bienes cocidos, y

- almacenamiento de carbonatos problematicos en la arcilla mediante la fabricacion de productos sin sales solubles en agua.

En definitiva, la presente invencion tiene aplicabilidad en cualquier campo industrial que implique la produccion de materiales ceramicos o provenientes de la arcilla con propiedades ventajosas frente a otros similares, pudiendo ser concebida ademas como un metodo seguro y ecologico que disminuye la produccion de compuestos contaminantes a la atmosfera.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Descripción general Constituye un primer objeto de la presente invencion un metodo de fabricacion de una pasta acuosa de arcilla, comunmente denominada barbotina, caracterizado por que comprende las etapas de:

- mezclar arcilla y acido fosforico (H3P04) , y moler la mezcla para conseguir una mezcla homogenea de los componentes; y

- agregar a dicha mezcla silicato de sodio hidratado (Na20) n (Si02) m (H20) k) , conocido tambien como cristal liquido

o vidrio soluble (del ingles water glass) . La mezcla final se muele (o amasa) .

Se entiende en la presente memoria por arcilla una mezcla de agregados de alumino-silicatos procedentes de la descomposicion de minerales de aluminio. Dicho producto de arcilla o pasta acuosa de arcilla puede emplearse a su vez como materia prima en la obtencion de otros productos, como son los materiales ceramicos, por ejemplo los utilizados comunmente en el sector de la construccion (tejas, baldosas, etc.) . Se entiende que dichos materiales ceramicos parten del producto de arcilla mencionado, el cual es transformado o conformado en un proceso industrial hasta la obtencion final del material ceramico.

Preferiblemente, los aditivos se presentan en solucion acuosa.

Es conveniente, aunque preferido, que entre la molienda de la mezcla de arcilla y acido fosforico y la adicion del silicato sodico hidratado pase un periodo de tiempo que puede variar ampliamente, desde al menos 1 minuto hasta horas; cuando se produce industrialmente, la arcilla molida se deja reposar de manera preferida al menos 24 horas para que se equilibre el contenido de agua y se homogeinice la mezcla.

La adicion del acido fosforico y del silicato sodico hidratado debe realizarse siempre por separado y en el orden indicado, no simultaneamente, lo que supone una clara diferencia con el metodo descrito en la solicitud de patente internacional W02008/017082. La adicion de acido fosforico y silicato sodico hidratado en el orden indicado produce las

Estos dos aditivos, silicato sodico hidratado y acido fosforico, cuando la pasta acuosa de arcilla se emplea como materia prima en la fabricacion de materiales ceramicos por extrusion o prensado, origina la formacion de polisilicatos que permiten realizar la etapa de coccion de dicho material ceramico durante el proceso por debajo de los 850DC. La formacion de dichos polisilicatos adicionales se debe a la descomposicion de CaC03 (y carbonatos similares) por adicion de acido... [Seguir leyendo]

1. Método de obtención de una pasta acuosa de arcilla caracterizado por que comprende al menos las etapas de:

- mezclar arcilla y acido fosforico y moler la mezcla; y

- anadir silicato de sodio hidratado a dicha mezcla, y moler.

2. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que entre la molienda de la mezcla de arcilla y acido fosforico y la adicion del silicato de sodio hidratado se espera un tiempo comprendido entre 1 minuto y 48 horas.

3. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que se anade agua cuando la arcilla presenta un contenido de agua inicial menor del 18%.

4. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que la relacion de arcilla y agua anadida se encuentra comprendida entre 100:40 y 100:70.

5. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado por que el agua se anade directamente a la arcilla mediante la preparacion de una suspension de ambos elementos, antes de mezclar la arcilla con el acido fosforico.

6. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

hidratado, y moler la mezcla final.

7. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que tanto el acido fosforico como el silicato de sodio hidratado se anaden directamente a la arcilla cuando la arcilla presenta un contenido de agua inicial igual o superior al 18%.

8. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado por que tanto el acido fosforico como el silicato de sodio hidratado se anaden directamente a la arcilla mediante pulverizacion o rociado.

9. Metodo de obtencion de una pasta acuosa 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%.

10. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la arcilla comprende uno o varios materiales inertes.

11. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el acido fosforico se anade a la arcilla durante un tiempo comprendido entre 1 y 5 minutos mediante goteo o aspersion, y el amasado tiene una duracion comprendida entre 5 y 20 minutos incluidos ambos limites.

12. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el acido fosforico es de calidad industrial, en una concentracion al 75% en volumen.

13. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el silicato sodico hidratado presenta una relacion en peso de Si02 y Na20 de al menos 3, 00 p/p.

14. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de Si02 en el silicato de sodio hidratado es de un 30% en peso.

15. Metodo de obtencion de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relacion de acido fosforico y silicato de sodio hidratado esta comprendida entre 1:1 p/p y 1:5 p/p.

16. Pasta acuosa de arcilla obtenible a partir de un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones

1 a 15.

17. Uso de una pasta acuosa de arcilla de acuerdo con la reivindicacion anterior para la fabricacion de materiales ceramicos.

18. Proceso de fabricación de materiales cerámicos a partir de una pasta acuosa de arcilla obtenida según el método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que comprende al menos las etapas de: - preparar una primera suspension que comprende una parte de agua y el acido fosforico, - anadir la suspension de acido fosforico y agua a la arcilla, y moler la mezcla; y - agregar a dicha mezcla una segunda suspension que comprende otra parte de agua y el silicato de sodio

- secar la pasta acuosa de arcilla, y

- someter a moldeo y coccion la pasta de arcilla de la etapa anterior, realizandose la coccion a una temperatura inferior a los g00DC.

19. Proceso de fabricacion de materiales ceramicos de acuerdo con la reivindicacion 18, caracterizado por que la coccion se realiza a una temperatura igual o inferior a los 850DC.

20. Proceso de fabricacion de materiales ceramicos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 o 1g, caracterizado por que tras el secado la pasta de arcilla se acondiciona para someterse a moldeo y coccion.

21. Proceso de fabricacion de materiales ceramicos de acuerdo con la reivindicacion 20, caracterizado por que la pasta de arcilla secada se acondiciona para la coccion mediante trituracion, molienda o ambas acciones consecutivas.

22. Proceso de fabricacion de materiales ceramicos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, caracterizado por que la pasta de arcilla se seca a una temperatura comprendida entre 100DC y 120DC, incluidos ambos limites, durante un tiempo comprendido entre 12 horas y 36 horas, incluidos ambos limites.

23. Proceso de fabricacion de materiales ceramicos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 22, caracterizado por que el moldeo se lleva a cabo por extrusion o prensado.

24. Proceso de fabricacion de materiales ceramicos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23, caracterizado por que la pasta acuosa de arcilla se prepara inmediatamente antes de de someterse a la etapa de secado.

25. Proceso de fabricacion de materiales ceramicos de acuerdo con la reivindicacion 24, caracterizado por que el silicato sodico hidratado se anade a la mezcla de arcilla y acido fosforico y despues se muele directamente en la maquina extrusora donde se va a moldear la pasta acuosa de arcilla.

26. Material cerámico obtenible a partir del procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 25.

27. Material ceramico segun la reivindicacion 26, caracterizado por que es una baldosa ceramica.

28. Uso del material cerámico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 26 o 27 en la industria de la construccion.

Figura 1

Figura 2.a 17

Figura 2.b

Figura 3

Figura 4

Figura 5

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