ES2208502T3 - Aditivo formados de poros y acelerador de solidificacion para material de construccion aglutinante y procedimiento para la produccion del mismo. - Google Patents
Aditivo formados de poros y acelerador de solidificacion para material de construccion aglutinante y procedimiento para la produccion del mismo.Info
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Abstract
Aditivo formador de poros y acelerador de solidificación para material de construcción aglutinante, que consiste en: Al2O3 50-90% MgO 4-20% SiO2 0,5-15% AlN 0,1-5% Fe2O3 0,1-5% CaO 0,1-5 % F 0,1-5% Na2O 0,1-5% K2O 0,1-2% y como partículas metálicas Al 0,1-10% Si 0,1-3% Fe 0,1-3% el resto, en total hasta un 5% Pérdida por 0,1-15% calcinación y en componentes principales minerales en forma de corindón (á-Al2O3) y espinela (MgO x Al2O3), estando las partículas de aluminio metálicas revestidas de modificaciones de transición minerales de hidróxido de aluminio (Al2O3 x 3H2O) en á-óxido de aluminio, presentando el polvo un tamaño de partícula de como mínimo un 90 % inferior a 500 ìm, y siendo la superficie BET del polvo de como mínimo 10 m2/g.
Description
Aditivo formador de poros y acelerador de
solidificación para material de construcción aglutinante y
procedimiento para la producción del mismo.
La invención se refiere a un aditivo formador de
poros y acelerador de solidificación para material de construcción
aglutinante, que consiste en
| Al_{2}O_{3} | 50 - 90% |
| MgO | 4 - 20% |
| SiO_{2} | 0,5 - 15% |
| AlN | 0,1 - 5% |
| Fe_{2}O_{3} | 0,1 - 5% |
| CaO | 0,1 - 5% |
| F | 0,1 - 5% |
| Na_{2}O | 0,1 - 5% |
| K_{2}O | 0,1 - 2% |
y como partículas
metálicas
| Al | 0,1 - 10% |
| Si | 0,1 - 3% |
| Fe | 0,1 - 3% |
el resto, en total hasta un
5%
| Pérdida por calcinación | 0,1 - 15% |
y como mínimo un componente principal mineral en
forma de corindón (\alpha-Al_{2}O_{3}) y
espinela (MgO x Al_{2}O_{3}). La invención se refiere también a
un procedimiento para producir el aditivo para material de
construcción
aglutinante.
El documento DE 196 44 654 A1 da a conocer una
escoria de sal procesada con la siguiente composición (en % en
peso)
| Al_{2}O_{3} | 65,7% |
| SiO_{2} | 7,9% |
| Fe_{2}O_{3} | 1,5% |
| CaO | 3,2% |
| MgO | 10,1% |
| TiO_{2} | 0,9% |
| MnO | 0,3% |
| Na_{2}O | 0,8% |
| K_{2}O | 0,4% |
| SO_{3} | 0,5% |
| F | 1,2% |
| P_{2}O_{5} | 0,1% |
| H_{2}O | 7,3% |
Un polvo de este tipo con las fases cristalinas
corindón (\alpha-Al_{2}O_{3}),
bayerita Al(OH)_{3}, espinela (MgAl_{2}O_{4})
y
\alpha-cuarzo SiO_{2} se procesa junto con harina de piedra caliza a una temperatura de 1.150-1.300ºC para obtener clínker de sulfoaluminato. El documento DE 43 45 368 C2 da a conocer un procedimiento similar para la producción de clínker de cemento de aluminato.
\alpha-cuarzo SiO_{2} se procesa junto con harina de piedra caliza a una temperatura de 1.150-1.300ºC para obtener clínker de sulfoaluminato. El documento DE 43 45 368 C2 da a conocer un procedimiento similar para la producción de clínker de cemento de aluminato.
Determinadas aplicaciones requieren materiales de
construcción aglutinantes inorgánicos porosos producidos con la
ayuda de los siguientes aditivos:
- a)
- materiales de carga porosos naturales o sintéticos, por ejemplo piedra pómez, perlita, arcilla expansiva, granulado de espuma plástica,
- b)
- espumantes orgánicos, como por ejemplo agentes tensioactivos o proteínas,
- c)
- materiales gasógenos, por ejemplo polvo de aluminio.
Para producir hormigón celular se aprovecha la
reacción del polvo de aluminio con cal (hidróxido de calcio), que
conlleva la formación de gas hidrógeno, con lo que la mezcla
endurecedora de arena, cemento, cal y agua produce espuma. El polvo
de aluminio se elabora mediante molienda fina de metal de aluminio,
pero este proceso entraña el peligro de una posible explosión.
Por el documento DE 43 19 163 se conoce un
material sólido con contenido de espinela ligado con cemento, que
contiene un material de carga con alto contenido de alúmina. Dicho
documento no da a conocer ningún efecto formador de poros de dicho
material de carga.
El documento EP 537635 da a conocer un aditivo
formador de poros para material cerámico, que se produce a partir
de productos de desecho de la fabricación de aluminio.
Para influir en la solidificación se utilizan
aditivos como cloruro de calcio, carbonato de sodio, aluminato de
calcio, que pueden acelerar la solidificación. También se conocen
otros aditivos para retrasar este proceso.
El objetivo de la presente invención consiste en
producir un aditivo para material de construcción aglutinante con
alto contenido de alúmina, o su correspondiente polvo, y
configurarlo en su estructura y composición de tal modo que el
aditivo o el polvo actúe como formador de poros o acelerador en
materiales de construcción aglutinantes inorgánicos, como mortero
ligero, hormigón celular, espuma aislante y materiales
insonorizantes.
Este objetivo se resuelve según la invención
mediante las características indicadas en las reivindicaciones 1 y
6.
Sorprendentemente se comprobó que un polvo con
alto contenido de alúmina, que se puede recuperar a partir de
productos residuales con alto contenido de alúmina de la
preparación de escorias de aluminio, en particular el
reprocesamiento en húmedo, se puede utilizar como aditivo formador
de poros para materiales de construcción aglutinantes inorgánicos
si el aluminio metálico contenido en el polvo se activa mediante
tratamiento térmico (secado y calcinación parcial). La formación de
poros se puede controlar mediante el grado de activación térmica.
Este aditivo tiene además la ventaja de que el polvo actúa
simultáneamente como agente de empobrecimiento y expansionante de
volumen. Otra ventaja consiste en que se puede evitar la peligrosa
manipulación del polvo de aluminio, explosivo, como
expansionante.
El polvo activado con alto contenido de alúmina y
formador de poros según la invención se caracteriza porque
presenta
- a)
- como componentes químicos
| Al_{2}O_{3} | 50-90% |
| MgO | 4-20% |
| SiO_{2} | 0,5-15% |
| AlN | 0,1-5% |
| Fe_{2}O_{3} | 0,1-5% |
| CaO | 0,1-5% |
| F | 0,1-5% |
| Na_{2}O | 0,1-5% |
| K_{2}O | 0,1-2% |
- y como partículas metálicas
| Al | 0,1-10% |
| Si | 0,1-3% |
| Fe | 0,1-3% |
- el resto, en total hasta como máximo un 5%
| Pérdida por calcinación | 0,1-15% |
- b)
- como componentes minerales principales: corindón (\alpha-Al_{2}O_{3}), espinela (MgO x Al_{2}O_{3}) y productos procedentes de modificaciones de la transición de hidróxido de aluminio (Al_{2}O_{3} x 3H_{2}O) al \alpha-óxido de aluminio, y como componente secundario aluminio metal,
- c)
- un tamaño de partícula de como mínimo un 90% inferior a 500 \mum, y
- d)
- una superficie BET específica de como mínimo 10 m^{2}/g.
El polvo activado con alto contenido de alúmina y
formador de poros se puede obtener secando y calcinando
parcialmente, a temperaturas hasta 1.000ºC, productos residuales
que con contienen alúmina procedentes del reprocesamiento en húmedo
de escorias de sal de aluminio. El concepto "calcinación
parcial" significa que por una parte ya se ha superado la etapa
de la eliminación térmica de la humedad residual física únicamente,
pero que, por otra parte, todavía hay presentes proporciones de
materiales evaporables térmicamente, como flúor procedente de
fluoruro de calcio y agua de cristalización de modificaciones de
transición de hidróxido de aluminio-óxido de aluminio, así como
aluminio metálico.
Es esencial llevar a cabo el secado y la
calcinación parcial del producto residual con contenido de alúmina
mediante aparatos que permitan una transferencia de calor rápida al
producto. Preferentemente, se utilizan secadores de corriente,
calcinadores de ciclón o calcinadores de lecho fluidizado. En un
horno tubular giratorio, la transferencia de calor tiene lugar de
forma considerablemente más lenta e irregular, de modo que el efecto
de la "activación" es menor. Además, en el horno giratorio se
forman aglomerados que sólo se pueden eliminar mediante
trituración. Los siguientes ejemplos aclaran el objeto de la
invención.
Ejemplo comparativo 1 (Estado actual de la
técnica)
De acuerdo con el documento DE 43 19 163, un
producto residual activado con alto contenido de alúmina
(denominación: SEROX) del reprocesamiento de escorias de sal de
aluminio con un contenido en óxido de aluminio de un 64%, y como
componentes principales minerales: corindón
(\alpha-Al_{2}O_{3}) y espinela (MgO x
Al_{2}O_{3}), así como hidróxido de aluminio (Al_{2}O_{3} x
3H_{2}O), un contenido de aluminio metal de un 3%, una pérdida por
calcinación de un 11%, una humedad de un 25% y un tamaño de
partícula en un 90% inferior a 500, \mum, se mezcló con
cemento de alúmina (Secar 51) en una proporción en peso 1 : 1 (con
respecto a la sustancia seca). Para ajustar la elaborabilidad del
mortero se requirió un 45% en peso de agua de amasado. La
solidificación comenzó aproximadamente 3 horas después. No se
detectó ninguna formación de poros.
Un polvo con contenido de alúmina según la
reivindicación 1 se secó y sometió a activación parcial mediante un
secador de corriente calentado por gas (temperatura de flujo de gas
aproximadamente 450ºC, temperatura de aire de salida
aproximadamente 150ºC, tiempo de permanencia menos de 10 segundos).
El polvo (denominación: SEROX T) presentaba una humedad residual de
un 0,8%, una pérdida por calcinación de un 10%, un contenido de
aluminio metálico de un 3%, modificaciones de transición de
hidróxido de aluminio (Al_{2}O_{3} x 3H_{2}O) en
\alpha-óxido de aluminio en forma de AlO(OH) (bohemita) y
una superficie BET específica de 27 m^{2}/g.
El polvo parcialmente activado según el Ejemplo 2
se calcinó mediante un ciclón de mezcla de alta temperatura con
temperaturas de flujo de gas de 600, 750, 900 y 1.200ºC y tiempos
de permanencia de menos de 1 segundo para obtener los siguientes
productos:
| Producto | Temperatura | Superficie BET | Distribución de poros | Al Metal |
| [ºC] | [m^{2}/g] | [nm] | [%] | |
| SEROX TK600 | 600 | 36 | 20-200 | 3 |
| SEROX TK750 | 750 | 45 | 20-200 | 3 |
| SEROX TK900 | 900 | 26 | 20-200 | 2,5 |
| SEOXT TK1200 | 1200 | 5 | - | 1 |
\newpage
Se puede observar que la activación total
comienza a 600ºC con una superficie BET de 36 m^{2}/g y llega
hasta 900ºC. Después comienza una desactivación, que se puede
reconocer en el bajo valor de la superficie BET. Las pérdidas por
calcinación calculadas fueron inferiores a un 2% en peso en cada
caso. Había presencia de modificaciones de transición de hidróxido
de aluminio (Al_{2}O_{3}\cdot3H_{2}O) en \alpha-óxido de
aluminio en forma de alúminas de transición (denominadas
"gamma-Al_{2}O_{3}"), cuya proporción
disminuía con el aumento de la temperatura. A 1.200ºC, la
transformación en la forma alfa tampoco era completa.
El producto residual con contenido de alúmina
según el Ejemplo 1 se calcinó mediante un horno tubular giratorio
calentado por gas a temperaturas de producto de 800, 1.000, 1.200 y
1.400ºC y un tiempo de permanencia de 60 minutos. A medida que
aumentaba la temperatura, iban apareciendo cada vez más aglomerados
con un tamaño de hasta varios centímetros. Después de la calcinación
se obtuvieron las siguientes propiedades:
| Producto | Temperatura [ºC] | Superficie BET [m^{2}/g] | Al Metal [%] |
| SEROX K800 | 800 | 30 | 3 |
| SEROX K1000 | 1.000 | 8 | 1,5 |
| SEROX K1200 | 1.200 | 2 | 0,5 |
| SEROX K1400 | 1.400 | 0,2 | <0,5 |
Las pérdidas por calcinación calculadas fueron
inferiores a un 2% en peso en cada caso. Hasta 1.200ºC todavía
había modificaciones de transición de hidróxido de aluminio
(Al_{2}O_{3}\cdot3H_{2}O) en \alpha-óxido de aluminio en
forma de alúminas de transición (denominadas
"gamma-Al_{2}O_{3}"), cuya proporción
disminuía con el aumento de la temperatura. A 1.400ºC prácticamente
se había completado la transformación en la forma alfa y la
oxidación del Al metal.
Los componentes SEROX T (según el Ejemplo 2),
SEROX TK750 (según el Ejemplo 3), cal, cemento, silicato alcalino y
agua se pesaron a temperatura ambiente, se introdujeron en un
recipiente de plástico y se mezclaron para formar una masa mediante
una breve agitación con una cuchara (aproximadamente 1 minuto).
Unos minutos después comenzó a desarrollarse un gas en la masa, que
condujo a una formación de espuma y a un aumento del volumen, junto
con un considerable calentamiento y un rápido endurecimiento de la
masa. Como resultados se determinaron el aumento de volumen (medido
a través de la altura de la masa espumada), la temperatura de
reacción, medida mediante un termómetro en la masa), el tiempo de
reacción y la densidad aparente de la masa (medida a partir del
peso y el volumen de la misma). Tal como se desprende de la tabla
siguiente, mediante la activación térmica del polvo con alto
contenido de alúmina, el aluminio metálico contenido en él se puede
aprovechar como sustancia formadora de gas y formadora de poros
para materiales de construcción aglutinantes inorgánicos. Los
aumentos de volumen logrados llegan a ser de aproximadamente hasta
un 500%. En la mayoría de los casos, la solidificación en un cuerpo
mecánicamente estable se produjo ya después de tiempos de reacción
de 5 a 10 minutos.
Se puede deducir que los aumentos de volumen y
los tiempos de reacción se pueden controlar mediante la combinación
de diferentes condiciones de activación del polvo con alto
contenido de alúmina. El polvo con alto contenido de alúmina
activado presenta ciertas ventajas consistentes en que actúa
simultáneamente como componente endurecedor, agente de
empobrecimiento y expansionante de volumen, y en que se evita la
manipulación de polvo de aluminio explosivo.
También se puede observar que el tiempo de
endurecimiento, de varias horas según el Ejemplo 1, se redujo a
unos minutos (Ejemplo 5).
(Tabla pasa a página
siguiente)
Claims (7)
1. Aditivo formador de poros y acelerador de
solidificación para material de construcción aglutinante, que
consiste en
y como partículas metálicas
el resto, en total hasta un 5%
y en componentes principales minerales en forma
de corindón (\alpha-Al_{2}O_{3}) y espinela
(MgO x Al_{2}O_{3}),
estando las partículas de aluminio metálicas
revestidas de modificaciones de transición minerales de hidróxido de
aluminio (Al_{2}O_{3} x 3H_{2}O) en \alpha-óxido de
aluminio,
presentando el polvo un tamaño de partícula de
como mínimo un 90% inferior a 500 \mum, y
siendo la superficie BET del polvo de como mínimo
10 m^{2}/g.
2. Aditivo formador de poros y acelerador de
solidificación para material de construcción aglutinante según la
reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento de
las modificaciones de transición minerales es permeable a los gases
y los líquidos acuosos.
3. Aditivo formador de poros y acelerador de
solidificación para material de construcción aglutinante según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
revestimiento de las modificaciones de transición minerales
presenta una distribución de poros entre 2 y 200 nanómetros.
4. Aditivo formador de poros y acelerador de
solidificación para material de construcción aglutinante según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una
superficie BET específica de 10 - 50 m^{2}/g.
5. Aditivo formador de poros y acelerador de
solidificación para material de construcción aglutinante según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un
tamaño de partícula de como mínimo un 90% inferior a 200 \mum.
6. Procedimiento para la producción de un aditivo
formador de poros y acelerador de solidificación para material de
construcción aglutinante, caracterizado
porque un material con alto contenido de alúmina
con la siguiente composición
\newpage
y como partículas metálicas
el resto, en total hasta como máximo un 5%
componentes principales minerales en forma de
corindón (\alpha-Al_{2}O_{3}) y espinela (MgO
x Al_{2}O_{3}), así como hidróxido de aluminio,
se tritura mecánicamente a un tamaño de partícula
de como mínimo un 90% inferior a 500 \mum,
porque se lleva a cabo un tratamiento térmico del
polvo en una corriente de flujo de gas hasta una humedad residual de
como máximo un 2% mediante secado ultrarrápido, a temperaturas de
flujo de gas de 400 a 500ºC, con un tiempo de secado inferior a 10
segundos, y
porque se realiza una activación térmica mediante
calcinación parcial del polvo en un intervalo de temperaturas entre
400 y 1.000ºC, determinándose el tiempo de mantenimiento de tal
modo que se obtenga una superficie BET del polvo activado de como
mínimo 10 m^{2}/g, y estando las partículas de aluminio metálicas
revestidas de modificaciones de transición minerales de hidróxido de
aluminio (Al_{2}O_{3} x 3H_{2}O) en \alpha-óxido de
aluminio.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el polvo formador de poros se activa
mediante una calcinación parcial a temperaturas de como mínimo
600ºC y como máximo 900ºC.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10040582A DE10040582C2 (de) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Hochtonerdehaltiges Pulver, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung des Pulvers |
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| Publication Number | Publication Date |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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