ES2247954B1 - Pasta ceramica gresificable. - Google Patents

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Abstract

Pasta cerámica gresificada que tiene como componente principal un vidrio reciclado. El vidrio utilizado es el proveniente de la última clasificación de las plantas de tratamiento y que es destinado a vertederos controlados de residuos.

Description

Pasta cerámica gresificable.
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de la industria cerámica, en concreto a un nuevo concepto de pasta cerámica gresificable, que incluye en su composición y como componente principal un vidrio proveniente del proceso de reciclado del vidrio, y que no es posible de reciclar según los cauces habituales para este tipo de material.
Antecedentes de la invención
Los soportes cerámicos gresificados, en cualquiera de sus formas y presentación, son productos que presentan una baja porosidad abierta. Esta propiedad se determina y se expresa fácilmente como la cantidad de agua absorbida por un articulo en función de su peso, y que esta normalizado en procedimientos y métodos de ensayos bajo normas UNE, ASTM etc.
Los soportes cerámicos están preparados a partir de una o varias pastas cerámicas que después de la fase de conformado (prensado, extrusión o colado), son sometidos a un proceso de cocción por el cual se le confieren las propiedades deseadas al artículo.
Las pastas cerámicas destinadas a la producción de productos gresificados, están formadas principalmente por tres tipologías de componentes, que son:
1.- Componentes para el moldeo. Son los responsables de conferir las propiedades de conformabilidad y manejabilidad del producto en la fase de conformado. En este grupo se sitúan las arcillas, caolines y materiales plastificantes de la pasta (materiales orgánicos).
2.- Componentes para la fusión: Son los responsables de generar al interno del soporte y durante el ciclo de cocción, la fase vítrea responsable de reducir la porosidad interna, llegando a cerrarla para tener una baja porosidad externa. En este grupo se sitúan los feldespatos.
3.- Componentes para la regulación: Son los responsables de conferir la estabilidad necesaria al soporte cerámico durante las fases de conformado y cocción. Permiten obtener los rangos de estabilidad idóneos en la producción industrial de estos productos. En este grupo se sitúan los silicatos, alúminas y otros.
La composición tipo para una pasta de gresificable destinada a pavimento es:
Caolín 10-20%
Arcilla 20-40%
Feldespato 30-60%
Cuarzo 0-20%
Silicatos 0-10%
Los feldespatos son silicoaluminatos de elementos alcalinos o alcalinoterreos, y son productos que funden formando fase vítrea a partir de temperaturas de 1150°C, que son habituales en los ciclos de cocción del sector cerámico.
Sorprendentemente, en la presente invención se ha observado que las sustitución de los feldespatos por vidrios de desecho en la elaboración de estas pastas gresificables permite obtener pastas cerámicas gresificables, para la producción de un soporte cerámico gresificado con baja porosidad y altas prestaciones a una temperatura de cocción más baja. Esto supone la posibilidad de obtener una materia prima barata, el vidrio, sustituta del feldespato y que actualmente es destinada a vertederos de residuos con el consiguiente daño medioambiental que esto supone.
El vidrio es un producto amorfo formado por fusión de materias primas a alta temperatura (generalmente entorno a 1500°C), como componente principal esta la arena de cuarzo, el carbonato de sosa y el carbonato cálcico. Así el vidrio es un silicato amorfo que puede ser fundido de nuevo a baja temperatura, inferior a los 1250°C, volviendo a ser, tras el proceso de enfriamiento, un producto con las mismas propiedades que el producto de partida. Lo cual explica la facilidad del proceso de reciclado del mismo.
El ciclo de reciclado del vidrio, parece a priori muy sencillo y viable, pero en la realidad no es posible reciclar el vidrio en su totalidad, debido a diversos factores tecnológicos y productivos. También hay que reseñar que el reciclado del vidrio solo es posible con una infraestructura de plantas de tratamiento y la red de recogida selectiva de este material. El producto así obtenido en la recogida selectiva, es conducido a la planta de tratamiento, donde es clasificado según el tipo y coloración del mismo (vidrio arquitectónico, envases, televisores, automóvil, ornamental etc.). Pese a todo, no se puede asegurar una constancia en todos los parámetros del material a reciclar a lo largo del tiempo, dada la diversidad de su procedencia.
El reciclado a nivel industrial esta muy concentrado en el vidrio destinado a envases y artículos ornamentales, ya que los hornos de fusión son de dimensiones relativamente reducidas, respecto a los hornos de fusión destinados a la producción de vidrio plano. La masa de vidrio a la salida del horno, debe mantener constante su viscosidad en fundido, ya que es el parámetro más importante en la extracción del horno de la masa fundida y en su posterior fase de moldeo si se llevase a cabo. Un cambio en la viscosidad implica alteraciones muy importantes en la calidad del producto final obtenido, por lo que el reciclado no es llevado a cabo en todas las plantas de producción de vidrio.
Además, la coloración de los vidrios va habitualmente en detrimento de su reutilización. Los colores mas usuales son el verde (envases de vino cava licores), marrón-opaco en envases de cerveza y laboratorio.
Por los motivos expuestos como son la diversa procedencia del material a reciclar y las distintas coloraciones que pueden presentar, actualmente solo es reciclado el 50-60% del material recibido en la plantas de tratamiento. La cantidad de reciclado principal es de producto neutro sin color. El resto de material no reciclado es destinado a vertederos de residuos. En la figura 1 se muestra esquemáticamente el ciclo de reciclado del vidrio.
La presente invención tiene la ventaja de valerse estos vidrios destinados a los vertederos para su reutilización lo cual supone un beneficio medioambiental muy importante.
Es conocido el uso en la industria cerámica de vidrio reciclado para la obtención de gresites que son piezas de vidrio fundido de pequeña dimensión. Un método para la reutilización de vidrio para la producción de gresites, se describe en la patente US6340650. Este tipo de producto se caracteriza por disponer el vidrio reciclado, a la granulometría deseada, en un molde resistente con la temperatura y se le somete a un ciclo de cocción con una temperatura máxima de trabajo próxima a la de reblandecimiento del vidrio. El vidrio fundido toma la forma y dimensión del molde para producir pequeños azulejos. No obstante, se tratan de piezas únicamente compuestas por vidrio, mientras que las de la presente invención contienen al menos un material plástico como arcillas, caolines o materiales plastificantes.
Una tipología particular de dichos gresites, es descrita en las patentes US5895511 y US5720835, donde el producto obtenido a partir de gránulos de vidrio reciclado, puede estar por una o dos capas de materiales. Las temperaturas de reblandecimiento de las capas puede ser diferente, pero el ciclo de cocción al que se somete es cercano al de reblandecimiento de una de las capas. La disposición de los gránulos en un molde o utilizar la capa inferior mas refractaria como soporte para la fusión del vidrio reciclado es el motivo de las citadas patentes. La limitación en la temperatura de trabajo, dimensiones y la limitación en los efectos decorativos, restringen las posibilidades de este producto.
Otro método descrito para el reciclado de vidrio, se basa en la capacidad que tienen los vidrios de recristalizar (formación de fases cristalinas de composición determinada en su seno), ya sea por su composición directamente o por la adición de ciertas materias primas que reaccionan con el vidrio formando una masa única capaz de provocar este fenómeno. En la patente US-5649987, el vidrio reciclado utilizado se encuentra en forma de gránulos y se dispone en moldes resistentes a la temperatura. El diseño de un ciclo de cocción lento (mínimo de 8 horas) provoca cristalizaciones durante el proceso de cocción en la masa fundida que le confiere las propiedades características
Así pues, la presente invención describe una pasta gresificable que comprende los residuos del ciclo de reciclado del vidrio y al menos un material plastificante, así como productos cerámicos gresificados obtenidos a partir de dicha pasta y un procedimiento para obtenerlos. Estos productos suponen una alternativa barata y respetuosa con el medio ambiente, al uso de feldespatos en productos cerámicos gresificados que además no presentan las limitaciones en dimensión, posibilidades decorativas y de duración de los procesos de fabricación anteriormente señalados.
Objeto de la invención
El primer objeto de invención es una pasta gresificable caracterizada porque comprende un material plástico y vidrio reciclado.
La pasta gresificable de la invención es apta para su uso como soporte de productos cerámicos gresificados como son el gres porcelanato, cerámica de menaje, porcelana, cerámicas de aislamiento y todas aquellas que se caracterizan por poseer una baja porosidad abierta.
Un objeto adicional de la invención se refiere a un producto cerámico gresificado obtenido a partir de dicha pasta cerámica gresificable caracterizado por presentar una baja porosidad abierta inferior al 0,5% en peso y preferiblemente inferior al 0,1%.
Un último objeto de la invención es un procedimiento para la preparación de un producto cerámico gresificado caracterizado porque comprende las etapas de:
(a)
preparar la pasta cerámica mezclando el material plástico, el vidrio reciclado y, opcionalmente el material refractario;
(b)
reducir el tamaño de partícula de la pasta preparada en (a);
(c)
aglomerar la pasta con menor tamaño de partícula obtenida en (b)
(d)
conformar la pasta aglomerada en (c) para obtener una pieza cerámica; y
(e)
someter la pieza cerámica a un ciclo de cocción a una temperatura de 800-1100°C y un tiempo de entre 50-120 minutos.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 representa de forma esquemática el ciclo de reciclado del vidrio específico de envases. La primera fusión del vidrio con materia prima, es expedido en forma de envase (podría ser valido para cualquier otra presentación del mismo) al mercado. Este después de aprovechar las calidades de conservación de los líquidos o alimentos que posee, es desechado en los hogares o locales comerciales, llegando así a la planta de reciclado donde es clasificado y homogeneizado y vuelto a introducir en el horno de fusión como materia prima. Una parte del mismo (40% aproximadamente en la actualidad) no es recuperado y es destinado a vertederos de residuos.
La figura 2 representa la gráfica de dos ciclos de cocción de los estudiados. Se representa la temperatura alcanzada frente al tiempo transcurrido. Los ciclos de cocción tienen una duración inferior a 120 min.
Descripción detallada de la invención
Un aspecto de la invención contempla una pasta cerámica gresificable caracterizada porque comprende al menos un material plástico y vidrio reciclado. La pasta cerámica gresificable motivo de la presente invención, está basada en la sustitución de los materiales que generan fase vítrea de las composiciones habituales por vidrio proveniente de las plantas de tratamiento del ciclo de reciclado.
La pasta cerámica de la invención es apropiada para la producción de soportes cerámicos gresificados y los productos obtenidos con la misma como son el gres porcelanato, la cerámica de menaje, la porcelana o las cerámicas de aislamiento.
El vidrio utilizado en la pasta cerámica objeto de la invención corresponde a la fracción destinada a vertederos controlados de residuos lo cual implica la recuperación de un material que de otro modo supondría una amenaza medioambiental. En una realización preferida de la invención el vidrio reciclado supone un 35-85% en peso de la pasta cerámica gresificable.
En el contexto de la presente invención los materiales plásticos adecuados para la preparación de la pasta cerámica gresificable pueden ser arcillas, caolines y materiales plastificantes orgánicos.
En una realización particular y preferida de la invención la pasta cerámica gresificable de la invención comprende además un componente o material refractario. Dicho material refractario puede seleccionarse de entre silicatos, alúminas, cuarzo, dolomita, wollastonita o una mezcla de los mismos.
Por tanto, el término pasta cerámica gresificable utilizado en la presente invención, se refiere al material crudo constituido a partir de una mezcla un vidrio reciclado y otras materias primas, y que una vez conformada, tratada o no superficialmente y cocida, se obtiene y constituye el producto cerámico final.
El vidrio proveniente del ciclo de reciclado, es mezclado con materiales plásticos (componentes de moldeo) y materiales refractarios (componentes de regulación) y es reducido de tamaño hasta una granulometría inferior a 80 micras. La mezcla es aglomerada con una humedad constante por cualquier técnica disponible (atomización, granulación etc.), para facilitar su fluidez en las tareas de trasiego, de dosificación y conformado de la pieza cerámica. La pieza conformada puede ser sometida a diversas aplicaciones superficiales de esmaltes y/o decoraciones por diferentes técnicas como las serigrafías, la tampografía, o la impresión por técnicas digitales. La pieza una vez conformada y aplicada superficialmente es sometida a un ciclo de cocción que de frío a frío no excede los 120 min. En al figura 2 se representa un ciclo de cocción típico de los empleados en la presente patente.
El vidrio utilizado como elemento principal de la composición no tiene una composición constante con el tiempo, por lo que la composición de la pasta motivo de la invención, es modificada en los porcentajes de sus componentes para adaptarse al las condiciones de trabajo del proceso de fabricación implantados.
Los rangos de composición para las pastas gresificables estudiadas para el citado fin se detalla a continuación:
Vidrio reciclado 35-85%
Arcilla+Caolín 15-30%
Cuarzo 0-40%
\newpage
Las composiciones estudiadas destinadas para la fabricación de soportes de gres porcelanato, cumplen a los diferentes ciclos de cocción diseñados con las propiedades descritas en la norma ISO14411 grupo B1a (baldosas conformadas en seco por prensado con absorción de agua inferior a 0.5%).
Actualmente las pastas gresificadas destinadas a la producción de gres porcelanato, son coloreadas en masa o en superficie con colores cerámicos, que después de la fase de conformado y la cocción, presentan tonalidades con carácter decorativo. En la pasta que se preconiza, esta técnica es también viable y además, debido al carácter vítreo de la misma, los colores y tonalidades obtenidos son mas intensos que en las pastas tradicionales.
Otro aspecto de la invención hace referencia a un producto gresificado obtenido a partir de la pasta cerámica de la invención caracterizado por presentar una baja porosidad abierta inferior al 0,5% en peso, preferiblemente inferior al 0,1% en peso.
Un último aspecto de la solicitud se refiere al procedimiento para la preparación de un producto cerámico gresificado de acuerdo con la invención caracterizado porque comprende las etapas de:
(a)
preparar la pasta cerámica mezclando el material plástico, el vidrio reciclado y, opcionalmente el material refractario;
(b)
reducir el tamaño de partícula de la pasta preparada en (a);
(c)
aglomerar la pasta con menor tamaño de partícula obtenida en (b)
(d)
conformar la pasta aglomerada en (c) para obtener una pieza cerámica; y
(e)
someter la pieza cerámica a un ciclo de cocción a una temperatura de 800-1100°C y un tiempo entre 50 y 120 minutos.
En una realización preferida de la invención el ciclo de cocción se lleva a cabo a una temperatura de 870-1050°C de entre 50-60 minutos. Opcionalmente, entre las etapas d) y e) se puede someter a la pieza cerámica conformada a un tratamiento superficial que puede consistir, por ejemplo, en el esmaltado o serigrafiado de la pieza.
A continuación se presentan como realización de la invención los siguientes productos ejemplos:
Ejemplo 1
Se han fabricado piezas de gres porcelanato destinadas a su uso como revestimiento o pavimento cerámico, siguiendo las directrices anteriormente descritas con una pasta de composición:
Comp. G1 (%)
Vidrio reciclado 70
Arcilla 30
Cuarzo - -
La pasta se ha molturado en molinos de bolas hasta una granulometría inferior a 80 micras y se atomizado según proceso habitual en el sector cerámico. La pasta cerámica obtenida ha sido conformada por prensado en seco. Previamente a someter a la pieza al ciclo de cocción, se ha esmaltado con varias capas (engobe y esmalte) para conferir a una de sus caras un aspecto más distintivo. Se han aplicado serigrafías coloreadas por medio de pantallas serigrafías planas. Las piezas decoradas en crudo, se han cocido en horno de rodillos a la temperatura y tiempo óptimo. El producto así obtenido son piezas similares a las piezas de gres porcelanato que se producen habitualmente para su uso como revestimiento o pavimento cerámico.
A continuación se presentan los datos referentes a la prueba realizada, en comparación a un producto producido actualmente a nivel industrial:
Pasta habitual Comp G1
Residuo (63u) barbotina a atomizar % 1.5-2 1.5
Presión de prensado (kg/cc) 400 400
Humedad de prensado % 5.5 5.5
Densidad aparente en crudo (g/cc) 1.85 1.81
Tª óptima de trabajo (°C) 1200 870
Rango de trabajo (°C) 20 20
(Continuación)
Pasta habitual Comp G1
Densidad aparente a Tª óptima (g/cc) 2.39 2.27
Contracción lineal a Tª óptima (%) 7-7.5 7.2
Absorción de agua a Tª óptima (%) <0.1 <0.1
Deformación piroplástica flecha (mm) 20 21.5
Coeficiente de dilatación lineal (@_{50-400} °Cx10^{-7}) 75 102
\vskip1.000000\baselineskip
La composición del vidrio utilizado en este ejemplo, se presenta de modo particular, ya que su constancia con el tiempo no es posible de asegurar y es:
\vskip1.000000\baselineskip
Oxido Vidrio
Na_{2}O 13.1
K_{2}O 0.9
MgO 1.9
CaO 10.4
BaO 0.1
Al_{2}O_{3} 2
SiO_{2} 69.2
Cr_{2}O_{3} 0.15
Fe_{2}O_{3} 0.4
CuO 0.04
SO_{3} 0.14
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2
Se han fabricado piezas de gres porcelanato destinadas a su uso como revestimiento o pavimento cerámico, a partir de una pasta de composición:
Comp. G2 (%)
Vidrio reciclado 40
Arcilla 30
Cuarzo 30
El vidrio utilizado presenta el mismo análisis que el mostrado con anterioridad. Con la pasta se ha procedido en el mismo sentido que en el ejemplo 1.
A continuación se presentan los datos referentes a la prueba realizada, en comparación a un producto producido actualmente a nivel industrial:
\newpage
Pasta habitual Comp G3
Residuo (63u) barbotina a atomizar % 1.5-2 1.5
Presión de prensado (kg/cc) 400 400
Humedad de prensado % 5.5 5.5
Densidad aparente en crudo (g/cc) 1.85 1.82
Tª óptima de trabajo (°C) 1200 1050
Rango de trabajo (°C) 20 20
Densidad aparente a Tª óptima (g/cc) 2.39 2.23
Contracción lineal a Tª óptima (%) 7-7.5 6.7
Absorción de agua a Tª óptima (%) <0.1 <0.1
Deformación piroplástica flecha (mm) 20 25
Coeficiente de dilatación lineal (@_{50-400} °Cx10^{-7}) 75 107

Claims (15)

1. Pasta cerámica gresificable caracterizada porque comprende al menos un material plástico y vidrio reciclado.
2. Pasta cerámica gresificable según la reivindicación 1, caracterizada porque el vidrio reciclado corresponde a la fracción destinada a vertederos controlados de residuos.
3. Pasta cerámica gresificable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque comprende un 35-85% en peso de vidrio reciclado.
4. Pasta cerámica gresificable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el material plástico se selecciona de entre arcillas, caolines y materiales plastificantes.
5. Pasta cerámica gresificable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque comprende además un material refractario.
6. Pasta cerámica gresificable según la reivindicación 5, caracterizada porque el material refractario se selecciona de entre silicatos, alúminas, cuarzo, dolomita, wollastonita o una mezcla de los mismos.
7. Producto cerámico gresificado obtenido a partir de la pasta cerámica de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por presentar una baja porosidad abierta inferior al 0,5% en peso.
8. Producto cerámico gresificado obtenido a partir de la pasta cerámica de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por presentar una baja porosidad abierta inferior al 0,1% en peso.
9. Producto cerámico gresificado según la reivindicación 7, caracterizado porque es una pieza de gres porcelanato, de cerámica de menaje, de porcelana o de cerámica de aislamiento.
10. Procedimiento para la preparación de un producto cerámico gresificado de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque comprende las etapas de:
(a)
preparar la pasta cerámica mezclando el material plástico, el vidrio reciclado y, opcionalmente el material refractario;
(b)
reducir el tamaño de partícula de la pasta preparada en (a);
(c)
aglomerar la pasta con menor tamaño de partícula obtenida en (b)
(d)
conformar la pasta aglomerada en (c) para obtener una pieza cerámica; y
(e)
someter la pieza cerámica a un ciclo de cocción a una temperatura de 800-1100°C y un tiempo de entre 50-120 minutos.
11. Procedimiento según la reivindicación 10 caracterizado porque el tamaño de partícula de la pasta es reducido por molturación a una granulometría inferior a 80 \mum.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la molturación se efectúa en un molino de bolas.
13. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la pieza cerámica se somete a un ciclo de cocción a una temperatura de 870-1050°C y un tiempo inferior a 60 minutos.
14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque comprende, tras el conformado de la etapa (d), una etapa adicional de tratamiento superficial de la pieza cerámica conformada previa a la cocción de la etapa (e).
15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque el tratamiento superficial se selecciona entre el esmaltado y el serigrafiado.
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