Clínker sulfoaluminoso y procedimiento para su preparación.

Clínker sulfoaluminoso que comprende como composición fásica, con respecto al peso total del clínker:

- de 5 a 25% de fase aluminoferrita cálcica de una composición que corresponde a la fórmula general C2AxF(1- x), con x variando de 0,2 a 0,8;

- de 15 a 35% de fase sulfoaluminato de calcio eventualmente dopado con hierro que corresponde a la fórmula C4A3-y$Fy con y variando de 0 a 0,5;

- de 10 a 50% de belita C2S, conteniendo dicha belita al menos 3% de polimorfo C2Sα, y

- de 2 a 25% de silicato de calcio dopado con boro que corresponde a la fórmula C11S4B.

Clïnker sulfoaluminoso y procedimiento para su preparaciïn.

La presente invenciïn tiene por objeto un nuevo clïnker sulfoaluminoso, un procedimiento de preparaciïn de este clïnker, asï como la utilizaciïn del clïnker para la preparaciïn de ligante hidrïulico y, a continuaciïn, de lechada, hormigïn o mortero.

La fabricaciïn de los ligantes hidrïulicos, y en particular la de los cementos, consiste esencialmente en una calcinaciïn de una mezcla de materias primas cuidadosamente seleccionadas y dosificadas, tambiïn conocida por el tïrmino "crudo". La cocciïn de este crudo proporciona un producto intermedio, el clïnker, que, triturado con eventuales adiciones minerales, proporciona cemento. El tipo de cemento fabricado depende de la naturaleza y de las proporciones de las materias primas, asï como del procedimiento de cocciïn. Se distinguen varios tipos de cementos: los cementos Portland (que representan la gran mayorïa de los cementos producidos en el mundo) , los cementos aluminosos (o de aluminato de calcio) , los cementos rïpidos naturales, los cementos sulfoaluminosos, los cementos sulfobelïticos y otras variedades intermedias. Como estas familias no estïn totalmente separadas, es preferible describirlas por sus constituyentes quïmicos y mineralïgicos.

Los cementos mïs extendidos son los cementos Portland. Los cementos Portland se obtienen a partir de clïnker Portland, obtenidos despuïs de la clinkerizaciïn a una temperatura del orden de 1450ïC de un crudo rico en carbonato de calcio en un horno.

La preparaciïn de tales cementos presenta la desventaja de liberar mucho CO2. La industria del cemento busca por lo tanto, actualmente, una alternativa vïlida al cemento Portland, es decir unos cementos que presenten al menos las mismas caracterïsticas de resistencia y de calidad que los cementos Portland, pero que, durante su producciïn, liberen menos CO2.

Para ello, estos ïltimos aïos, las investigaciones se han orientado hacia los cementos denominados sulfoaluminosos y sulfobelïticos, que liberan menos CO2 que los cementos Portland durante su producciïn.

Siendo el clïnker el resultado de una calcinaciïn a alta temperatura, los elementos estïn esencialmente presentes en forma de ïxidos. Los clïnkers que permiten la preparaciïn de cementos sulfoaluminosos o de cementos sulfobelïticos se relacionan con un procedimiento de fabricaciïn de un clïnker a partir de un crudo constituido por una mezcla que comprende los compuestos CaCO3, Al2O3, y/o Al (OH) 3 CaSO4, SiO2, Fe2O3 y/o un producto que contiene sïlice o silicatos tal como la arcilla, estando todos estos compuestos presentes en forma anhidra o hidratada, individualmente o en combinaciïn.

El documento EP 0 039 613 A describe la utilizaciïn de boro en los clïnker Portland con el fin de disminuir la temperatura de clinkerizaciïn, sin embargo, este documento no describe ningïn clïnker sulfoaluminoso que contiene una fase C11S4B.

En el contexto de estas investigaciones, se han descrito numerosos clïnkers sulfoaluminosos. Se puede citar por ejemplo la solicitud de patente internacional WO-A-2006/018569 que describe unos clïnkers sulfoaluminosos belïticos que comprenden del 5 al 25% de fase aluminoferrita cïlcica de una composiciïn que corresponde a la fïrmula general C2AF (1-x) , con x comprendido entre 0, 2 y 0, 8; del 15 al 35% de fase sulfoaluminato de calcio "yee' limite" (C4A3$) ; del 40 al 75% de belita (C2S) ; y del 0, 01 al 10% de una o varias fases menores. Como se menciona en esta solicitud de patente, tales clïnkers contienen, en comparaciïn con la fase alita (C3S) , el principal componente de los cementos Portland, una cantidad mïs elevada de fase belita (C2S) , lo que es muy beneficioso, ya que conduce a la reducciïn de las emisiones industriales de CO2 y del consumo energïtico. Por otro lado, la belita contribuye al desarrollo de la resistencia a largo plazo del cemento sulfoaluminoso belïtico. Sin embargo, esta solicitud de patente no menciona la presencia de fases silicato de calcio dopado con boro C11S4B y sulfoaluminato de calcio dopado con hierro C4A3-y$Fy. Ademïs, no se describe nada en la presente solicitud de patente en referencia a la presencia del polimorfo C2Sα en la fase C2S.

Ahora bien, el polimorfismo de belita (C2S) rige su reactividad o su hidraulicidad. Las soluciones sïlidas con unos elementos menores tales como el boro, el sodio o el potasio conducen, en una cierta medida, a hacer variar la naturaleza cristalogrïfica de la belita. La presencia de estos elementos menores, comïnmente denominados mineralizadores, puede tambiïn cambiar las temperaturas a las que aparecen ciertas variedades polimïrficas.

La reactividad de la belita es variable y depende de su forma. En la bibliografïa cientïfica, los polimorfos de C2S aparecen de la siguiente manera, en funciïn de la temperatura:

La reactividad hidrïulica, es decir la velocidad de fraguado y el aumento de la resistencia mecïnica, disminuye del polimorfo C2Sα al polimorfo C2Sγ. En el caso de los clïnkers Portland, la belita, esencialmente representada por el polimorfo C2Sβ, contribuye a la resistencia mecïnica a la compresiïn a largo plazo, es decir en un plazo de 28 dïas y mucho mïs. El polimorfo C2Sα es mïs reactivo que el polïmero C2Sβ y presenta una reactividad que se aproxima a la de la alita C3S, fase mayoritaria del clïnker Portland. El polimorfo C2S representa ademïs una alternativa interesante al C3S de los clïnkers Portland, ya que permite aproximar la reactividad limitando al mismo tiempo las emisiones de CO2 debidas a una estequiometrïa menor en calcio y necesitando por lo tanto menos carbonato para fabricarlo. Por lo tanto, es deseable en un clïnker que el polimorfo C2Sα estï presente en la fase C2S.

Por otra parte, la presencia de la fase sulfoaluminato de calcio "yee'limite" C4A3$ o de la fase sulfoaluminato de calcio dopado con hierro C4A3-y$Fy es necesaria para el fraguado y para la resistencia mecïnica a la compresiïn a muy corto plazo del cemento preparado a partir del clïnker.

La presencia simultïnea en el clïnker de la belita que contiene el polimorfo C2Sα y de la fase sulfoaluminato de calcio "yee'limite" C4A3$ o de la fase sulfoaluminato de calcio dopado con hierro C4A3-y$Fy es por lo tanto necesaria para la preparaciïn de un cemento de calidad.

Ahora bien, el polimorfo C2Sα aparece a mucho mïs de 1425ïC. Para alcanzar tal temperatura, se necesita una gran cantidad de energïa, lo que conlleva emisiones de CO2 importantes durante la preparaciïn del clïnker. Ademïs, a esta temperatura, la fase sulfoaluminato de calcio "yee'limite" C4A3$ estï ya fuertemente reabsorbida en Mayenita C12A7, perjudicial para la calidad final del clïnker. Ademïs, esta reabsorciïn estï acompaïada de una liberaciïn de SO2 incompatible con la conducta de una instalaciïn industrial respetuosa con el medioambiente. Se observan unos fenïmenos idïnticos para la fase sulfoaluminato de calcio dopado con hierro C4A3-y$Fy.

En consecuencia, conciliar la presencia de "yee'lmite" (C4A3$) o de sulfoaluminato de calcio dopado con hierro C4A3y$Fy, y de belita reactiva (C2Sα) es imposible trabajando a la temperatura a la que aparece esta ïltima (1425ïC) . Ademïs, las emisiones de CO2 y de SO2 durante la preparaciïn de un clïnker a tal temperatura siguen siendo demasiado importantes frente a las restricciones ecolïgicas actuales y futuras.

Por lo tanto, existe una necesidad de identificar nuevos clïnkers que puedan ser preparados a temperaturas mïs bajas que 1425ïC y que aseguren al mismo tiempo la presencia de belita (C2S) que contenga el polimorfo C2S y de "yee'limite" (C4A3$) o de sulfoaluminato de calcio dopado con hierro C4A3-y$Fy.

Por otra parte, durante la preparaciïn de clïnkers, el experto en la materia debe regularmente hacer frente a unas problemïticas de adhesiïn de los materiales a las paredes del horno durante la cocciïn de los crudos. Estos fenïmenos de adhesiïn se deben principalmente a la presencia de hierro en los crudos utilizados para la preparaciïn. Por lo tanto, existe tambiïn una necesidad de identificar nuevos clïnkers que pueden ser preparados a partir de crudos ricos en hierro sin aumentar por ello la apariciïn de los fenïmenos de adhesiïn.

Se han descubierto actualmente nuevos clïnkers sulfoaluminosos que permiten resolver estos problemas tïcnicos, y que permiten en particular la obtenciïn de belita C2S que contiene el polimorfo C2Sα a unas temperaturas ampliamente inferiores a 1425ïC, permitiendo asï la obtenciïn de un clïnker que contiene al mismo tiempo una fase C2S que contiene el polimorfo C2Sα y una fase sulfoaluminato de calcio... [Seguir leyendo]

1. Clïnker sulfoaluminoso que comprende como composiciïn fïsica, con respecto al peso total del clïnker:

- de 5 a 25% de fase aluminoferrita cïlcica de una composiciïn que corresponde a la fïrmula general C2AxF (1x) , con x variando de 0, 2 a 0, 8;

-de 15 a 35% de fase sulfoaluminato de calcio eventualmente dopado con hierro que corresponde a la fïrmula C4A3-y$Fy con y variando de 0 a 0, 5.

10. de 10 a 50% de belita C2S, conteniendo dicha belita al menos 3% de polimorfo C2S , y

-de 2 a 25% de silicato de calcio dopado con boro que corresponde a la fïrmula C11S4B.

2. Clïnker segïn la reivindicaciïn 1, caracterizado porque comprende de 10 a 20% de fase aluminoferrita cïlcica C2AxF (1-x) .

3. Clïnker segïn la reivindicaciïn 1 o 2, caracterizado porque comprende de 20 a 30% de fase sulfoaluminato de calcio eventualmente dopado con hierro C4A3-y$Fy. 20

4. Clïnker segïn una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende de 10 a 35% de belita C2S, conteniendo dicha belita al menos 3% de polimorfo C2Sα.

5. Clïnker segïn una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende de 5 a 25% de silicato de 25 calcio dopado con boro C11S4B.

6. Clïnker segïn la reivindicaciïn 5, caracterizado porque comprende de 10 a 25% de silicato de calcio dopado con boro C11S4B.

7. Clïnker segïn una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la belita C2S contiene al menos 30% de polimorfo C2Sα.

8. Clïnker segïn una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la belita C2S contiene al menos 50% de polimorfo C2Sα. 35

9. Clïnker segïn una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende menos de 3% de CaOl, menos de 5% de C$ y/o menos de 10% de C2AS.

10. Procedimiento de preparaciïn de un clïnker segïn cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque 40 comprende las etapas siguientes: -preparar un crudo por dosificaciïn de las materias primas con el fin de aportar las cantidades de elementos necesarias para la obtenciïn de la composiciïn fïsica deseada,

-mezclar las materias primas, -cocer la mezcla de las materias primas a una temperatura comprendida entre 1250ïC y 1350ïC, y

-enfriar de manera rïpida el clïnker. 50

11. Procedimiento segïn la reivindicaciïn 10, caracterizado porque la etapa de cocciïn se efectïa a una temperatura comprendida entre 1280ïC y 1340ïC.

12. Ligante hidrïulico que comprende un clïnker segïn cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9. 55

13. Lechada que comprende un ligante hidrïulico segïn la reivindicaciïn 12.

14. Hormigïn que comprende un ligante hidrïulico segïn la reivindicaciïn 12. 60 15. Mortero que comprende un ligante hidrïulico segïn la reivindicaciïn 12.