ES2222800B1

ES2222800B1 - Productos ceramicos procedentes del reciclado de lodos de rocas peridotiticas ultrabasicas: dunitas y serpentinitas.

Info

Publication number: ES2222800B1
Application number: ES200301247A
Authority: ES
Inventors: Ramon Torrecillas San Millan; Luis Antonio Diaz Rodriguez
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2023-05-27
Also published as: ES2222800A1

Abstract

Productos cerámicos procedentes del reciclado de lodos de rocas peridotíticas ultrabásicas: dunitas y serpentinitas. Se trata del conformado de piezas cerámicas (ladrillos, pavimentos y revestimientos) a partir de materias primas naturales (rocas peridotíticas ultrabásicas: dunitas-serpentinitas), procedentes de los lodos de recuperación de las canteras. Con ello, se consiguen unas piezas cerámicas que poseen valores de resistencia mecánica muy altos y con porosidades muy bajas, color de cocción y calidades de pulido superficial óptimos. Son muy adecuadas para el sector de la construcción, comparables a los materiales que se comercializan en la actualidad; como pavimentos y revestimientos (gres porcelánico), y con unas propiedades de acumulación de calor de tipo estático, que las hacen también muy adecuadas para el consumo eléctrico nocturno, con resultados equiparables a los materiales existentes en el mercado. Hecho relevante del procedimiento es la mejora de las condiciones medioambientales del entorno por el reciclado de los numerosos lodos originados en las canteras de este tipo de rocas ultrabásicas.

Description

Productos cerámicos procedentes del reciclado de lodos de rocas peridotíticas ultrabásicas: dunitas y serpentinitas.

Sector de la técnica

Conformado de bloques cerámicos, pavimentos y revestimientos de gres porcelánico a partir de materias primas naturales (rocas ultrabásicas) procedentes de los lodos de recuperación de las canteras.

Estado de la técnica

Las peridotitas son unas rocas plutónicas ultrabásicas de dificil clasificación dado el alto grado de serpentinización que les suele afectar. Sus componentes máficos principales son minerales de los grupos del olivino, de los piroxenos y de los anfíboles y con trazas de plagioclasas cálcicas y de minerales metálicos como la magnetita, la ilmenita, la cromita, etc.. Los términos de olivino, dunita y serpentinita son las principales denominaciones comerciales de este tipo de rocas (Tirlocq, J., Pasek, W., Colson, M., and Arias, L., Etude comparative de deux silicates de magnesium, la dunite et l'olivine, en tant qu'agents d'elimination du potassium en Aut. Fourneau. Silicates Industriels, 1992, 57 15-24) (Rudi, F., Olivine: A Norwegian forte. Ind. Minerals, 2001, Nov. 45-49) (Watson, I., Olivine and dunite slag uses foster right market. Ind. Minerals, 1980, Dec. 57-63). Todas ellas poseen olivino en variadas proporciones. El olivino, de fórmula (Mg,Fe)_{2}SiO_{4}, es una solución sólida de dos minerales: forsterita (MgSiO_{4}) y fayalita (Fe2SiO_{4}). La dunita es la roca rica en olivino (>90% en volumen) y la serpentinita es una roca constituida fundamentalmente por minerales arcillosos del grupo de la serpentina, de fórmula general (Mg,Fe)_{3}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}, que se origina por alteración de las rocas olivínicas o duníticas. Comercialmente, el término olivino se emplea para designar materiales con unos contenidos en MgO entre 45-50% (en peso), un 39-42% en SiO_{2}, un 5-8% en F_{2}O_{3} y unas pérdidas por calcinación entre el 1-2%; mientras los términos dunita-serpentinita se refieren a rocas con contenidos en MgO entre un 35-45% (% en peso) y en SiO_{2} entre un 36-39% (% en peso) y con unas pérdidas por calcinación por encima del 8% (% en peso) A nivel mundial, los principales depósitos explotables de rocas peridotíticas son del tipo serpentinita.

El procedimiento de la invención se dirige a la elaboración de piezas cerámicas de aplicación industrial, como por ejemplo, ladrillos acumuladores de calor (Patente 2 099 033: Procedimiento para la obtención de bloques cerámicos acumuladores de calor a partir de barros rojos del Proceso Bayer) (Tesis Doctoral de Guillermo Andrés Pérez Rodríguez: Obtención de ladrillos acumuladores de calor a partir de lodos rojos) y pavimentos de tipo gres porcelánico (Palmonari, C., Il gres porcellanato. Ed. Castellanaro Fiandre Ceramiche SpA, 1989). Los ladrillos acumuladores de calor son unos materiales cerámicos capaces de almacenar el calor durante un periodo determinado de tiempo y cederlo al ambiente cuando sea el caso. La composición química de los ladrillos comerciales se divide en dos grupos bien diferenciados: los de composición mayoritaria en óxidos de hierro (Fe_{2}O_{3} - Fe_{3}O_{4}) y los que su composición principal está constituida por óxido de magnesio (MgO). Algunas de las principales propiedades de los ladrillos acumuladores de calor existentes en el mercado, se exponen en la Tabla 2. Además, estas propiedades hay que conjugarlas con unos razonables costes de producción de las piezas.

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TABLA 2

Algunas de las propiedades técnicas de los ladrillos comerciales acumuladores de calor

Ladrillos de composición	Densidad aparente	Conductividad térmica	Calor específico
mayoritaria	(valores medios)	(valores medios)	(valores medios)
	gr/cm^{3}	Kcal/m h ºC	Kcal/Kg ºC
Óxidos de hierro	3,75 -3,91	1,5 -1,8	0,22 - 0,23
Óxido de magnesio	2,64 - 3,10	2,2 - 4,3	0,24 - 0,28

Los pavimentos cerámicos de gres porcelánico son unos materiales cerámicos no vidriados, coloreados en masa y totalmente gresificados. Son materiales con una elevada resistencia a la abrasión y mecánica, con una baja capacidad de absorción de agua, y siendo una de las características principales del "porcelanato" su favorable capacidad para ser pulido, por lo que es muy importante controlar el grado superficial o de acabado de las piezas. Algunas de las principales propiedades del gres porcelánico existente en el mercado, se exponen en la Tabla 3.

TABLA 3

Algunas de las propiedades técnicas del gres porcelánico

Absorción de agua	Resistencia a la flexión	Coeficiente de dilatación	Choque térmico
(%)	(MPa)	[(ºC)^{-1}x10^{-6}]
< 0,05%	> 50	6,5	resiste

Descripción de la invención

El procedimiento desarrollado en esta patente permite obtener ambos tipos de materiales cerámicos a partir de materias naturales (lodos residuales de rocas peridotíticas ultrabásicas), partiendo del machaqueo de las mismas, dada su utilización en otros sectores industriales (áridos por ejemplo), y su posterior obtención de finos que se lixivian a unas grandes balsas de concentración. El almacenamiento de estos lodos, suele constituir un gran problema medioambiental en todas las canteras de extracción de este tipo de rocas peridotíticas, entrando en confrontación con los servicios de medio ambiente dentro de la Comunidad Autónoma donde se ubica la cantera.

Breve descripción de la invención

1.- Una vez que las rocas ultrabásicas peridotíticas son extraídas con palas mecánicas u otros medios de arranque de la explotación o cantera, los grandes bloques se introducen en un sistema de quebrantado primero y de molienda fina después hasta alcanzar tamaños granulométricos impalpables. Esta etapa final de molienda se hará en húmedo, generándose una gran cantidad de lodos que con posterioridad serán atomizados para su secado y posterior utilización.

2.- El material atomizado está listo para poder ser prensado, extrusionado o efectuado cualquier otro procedimiento industrial de conformado para obtener piezas con los tamaños requeridos.

3.- Una vez obtenidas las piezas conformadas, se secan a 120ºC durante unas 24 horas y con posterioridad se tratan térmicamente a temperaturas entre 1000 - 1400ºC.

4.- Finalmente, las piezas cocidas son sometidas o no a los pulidos industriales correspondientes para obtener un acabado superficial liso y brillante.

Ejemplos de realización de la invención Ejemplo 1

Diversos lodos residuales procedentes de las balsas de decantación de una explotación de rocas peridotíticas (serpertinita-dunita), mina David, en Llandoy, en el municipio de Cariño (La Coruña), propiedad de la empresa PASEK,S.A. fueron extraídos y posteriormente secados para su posterior análisis granulométrico (método láser). Los resultados se exponen en la Tabla 4 y se consideraron los siguientes intervalos granulométricos:

\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 Arena > 62 micras\cr  4 micras < limo < 62 micras\cr 
arcilla < 4
micras\cr}

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TABLA 4 Resultados granulométricos

Muestras	Arcilla	Limo	Arena
Lodo 1	27,88	54,61	17,51
Lodo 2	21,46	55,20	23,34
Lodo 3	26,90	53,48	19,62
Lodo 4	24,18	54,79	21,03

Los resultados obtenidos del análisis mineralógico efectuado sobre el lodo seco son los siguientes:

Minerales no arcillosos

Forsterita, minerales del grupo de los piroxenos (enstatita), minerales del grupo de los anfiboles (actinolita, tremolita, hornblenda magnésica).

Minerales arcillosos

Minerales del grupo de la serpentina (antigorita) mayoritarios, minerales del grupo de la clorita y de la vermiculita.

El análisis químico (% en peso) de los lodos por fluorescencia de rayos X, se expone en la Tabla 5.

TABLA 5 Resultados de los análisis químicos de los lodos muestreados

1

El polvo seco procedente de los lodos se molturó aún más en un molino de bolas de alúmina durante 24 horas y con el grado de humedad correspondiente se prensaron uniaxialmente, a unos 400 Kg/cm^{2}, unas pastillas de 41 mm de diámetro por 6 mm de espesor. Los resultados de la cocción a diversas temperaturas del material indican que 1200ºC, con un tiempo de estancia de una hora, es la temperatura idónea para obtener piezas con las propiedades que se exponen en la Tabla 6.

TABLA 6 Características de las pastillas obtenidas a 1200ºC por prensado uniaxial

Densidad	Coeficiente de	Conductividad	Porosidad	Resistencia a la	Absorción de	Contracción
real	dilatación	térmica (600ºC)	abierta	flexión en	agua	lineal
gr/cm^{3}	\alpha_{700-800}[(ºC)^{-1}	Kcal/mhºC	(%)	cuatro puntos	(%)	(%)
	x10^{-6}]			(MPa)
2,86	12,44	2,23	0,02	104,97	0	11,74

Las pruebas de pulido realizadas sobre la superficie de las piezas sinterizadas a 1200ºC confirman el excelente acabado superficial de las mismas y un pulido espejo de óptima calidad.

Ejemplo 2

Los lodos serpentiníticos se secaron hasta conseguir un grado de humedad del 5% y se introdujeron en una extrusionadora de laboratorio obteniéndose probetas paralelipédicas de 20 x 60 mm y de longitud variable. Las placas que se conformaron fueron secadas a 120ºC durante 24 h en una estufa de laboratorio. Posteriormente fueron cocidas hasta la misma temperatura que la expuesta en el ejemplo 1 y los resultados se exponen en la Tabla 7.

TABLA 7 Características de las probetas obtenidas a 1200ºC por extrusión

Densidad	Coeficiente de	Conductividad	Porosidad	Resistencia a la	Absorción	Contracción
real	dilatación	térmica (600ºC)	abierta	flexión en cuatro	de agua	lineal
gr/cm^{3}	\alpha_{700-800}[(ºC)^{-1}x10^{-6}]	Kcal/mhºC	(%)	puntos	(%)	(%)
				(MPa)
2,86	12	2,23	0,07	120,44	0	11,85

Claims

1. Productos cerámicos procedentes del reciclado de lodos de rocas ultrabásicas (serpentinitas-dunitas) obtenidos a 1200ºC caracterizados por presentar una resistencia a la flexión superior a 100 Mpa, porosidad inferior al 0,1% y absorción de agua prácticamente nula.

2. Productos cerámicos procedentes del reciclado de lodos de rocas ultrabásicas (serpentinitas-dunitas) caracterizados por presentar una resistencia a la flexión superior a 100 Mpa, conductividad térmica superior a 2 Kcal/mhºC porosidad inferior al 0,1% y absorción de agua prácticamente nula.

3. Productos cerámicos procedentes del reciclado de lodos de rocas ultrabásicas (serpentinitas-dunitas) de acuerdo con la reivindicación 1 para su uso como pavimentos y revestimientos cerámicos de gres porcelánico.

4. Productos cerámicos procedentes del reciclado de lodos de rocas ultrabásicas (serpentinitas-dunitas) de acuerdo con la reivindicación 2 para su uso como bloques acumuladores de calor.

5. Procedimiento para la obtención de productos cerámicos, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por la utilización de los residuos de rocas ultrabásicas (serpentinitas-dunitas) que una vez molturadas y conformadas se someten a un secado a 120ºC durante 24h y tratamiento térmico a temperaturas superiores a 1000ºC.

6. Procedimiento para la obtención de productos cerámicos, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por la utilización de los residuos de rocas ultrabásicas (serpentinitas-dunitas) que una vez molturadas y conformadas se someten a un secado a 120ºC durante 24h y tratamiento térmico a preferentemente a temperatura entre 1000 y 1400ºC.

7. Procedimiento para la obtención de productos cerámicos según reivindicaciones anteriores caracterizado porque las materias primas estarán molturadas, bien por vía seca o en húmedo, y tendrán tamaños de partícula desde 300 micras hasta impalpable.

8. Procedimiento para la obtención de productos cerámicos según reivindicaciones anteriores caracterizado porque se utiliza cualquier método de conformado, como por ejemplo, extrusión, presión uniaxial o isostática.

9. Procedimiento para la obtención de productos cerámicos según reivindicaciones anteriores caracterizado porque las plaquetas cerámicas podrán ser procesadas mediante el empleo de barbotinas, para su posterior utilización por colaje a presión y/o atmosférico, y que podrán ser secadas, atomizadas o mediante filtros prensas para su posterior prensado uniaxial o isostático.