ES2271964T3 - Composicion de agregado adherido y aglutinantes para la misma. - Google Patents
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Abstract
LAS COMPOSICIONES DE AGREGADOS AGLOMERADOS TALES COMO HORMIGON, PRODUCTOS DE REPARACION DE HORMIGON, PRODUCTOS REFRACTARIOS DE ALTA TEMPERATURA, AISLAMIENTOS DE ALTA TEMPERATURA Y AISLAMIENTOS IGNIFUGOS SE PRODUCEN A PARTIR DE UNA SOLUCION ACUOSA DE ACIDO FOSFORICO Y UNA MEZCLA INDEPENDIENTE, CON POCO CONTENIDO DE AGUA, ALMACENABLE DE AGREGADOS ADECUADOS, FOSFATO MONOCALCICO, Y CALCIO EN FORMA DE CEMENTO DE ALUMINATO CALCICO U OXIDO CALCICO. LA PROPORCION DE CONSTITUYENTES HUMEDOS A LOS DE POCO CONTENIDO DE AGUA SE PUEDE VARIAR DE MODO QUE EL TIEMPO DE USO Y LA SOLIDEZ DE LA COMPOSICION DE AGREGADOS SEA NORMALMENTE DEL ORDEN DE DIEZ A QUINCE MINUTOS. TAMBIEN SE PRESENTAN LA MEZCLA DE LOS CONSTITUYENTES CON POCO CONTENIDO DE AGUA PREFERENTE, Y EL AGLUTINANTE A MEZCLAR CON EL AGREGADO PARA OBTENER LA MEZCLA CON POCO CONTENIDO DE AGUA PREFERENTE. EL SISTEMA AGLUTINANTE ES PARTICULARMENTE ADECUADO EN CUANTO A QUE SE PUEDE UTILIZAR FACILMENTE EL MISMO GRUPO DE CONSTITUYENTES AGLUTINANTES CON UNAVARIEDAD DE AGREGADOS, LO QUE REDUCE EL COSTE DE TENER QUE DISPONER DE UNA AMPLIA VARIEDAD DE COMPOSICIONES DE AGREGADOS DEBIDO A LA FACIL DISPONIBILIDAD DE LAS MATERIALES PRIMAS Y EVITA LA NECESIDAD DE TENER QUE ALMACENAR DIFERENTES AGLUTINANTES PARA DIFERENTES COMPOSICIONES DE AGREGADOS. EL COSTE SE REDUCE ADEMAS GRACIAS AL USO DE CONSTITUYENTES MENOS PURIFICADOS Y POR TANTO MAS ECONOMICOS.
Description
Composición de agregado adherido y aglutinantes
para la misma.
La presente invención se refiere a estructuras
de agregado adherido utilizadas principalmente para aplicaciones a
altas temperaturas. Más particularmente, la presente invención se
refiere a materiales necesarios con el fin de proteger recipientes
receptores que contienen tanto metales ferrosos como no ferrosos,
vidrio fundido y entornos a altas temperaturas transportados por el
aire, tal como calderas y hornos de todo tipo. La presente
invención se refiere asimismo a la composición para formar estas
estructuras y a los aglutinantes utilizados en dichas
composiciones.
Las composiciones de agregado adherido son una
clase de materiales conocidos y útiles en muchas aplicaciones. Esta
clase incluye productos tales como materiales para suelos
resistentes al calor, materiales refractarios de altas
temperaturas, materiales de aislamiento a altas temperaturas y
materiales resistentes al fuego. Generalmente, las composiciones de
agregado adherido comprenden un agregado adecuado (un agente de
relleno que determina las características estructurales de las
composiciones antes y después del calentamiento) adherido por un
aglutinante tal como un cemento.
Los cementos convencionales utilizados para
adherir agregados incluyen cementos aluminosos, cementos hidráulicos
y cementos Portland. Los cementos hidráulicos son mezclas de cal de
grano pequeño, alúmina y sílice que se fraguan dando un producto
duro tras mezclarse con agua, combinándose químicamente el agua con
los constituyentes del cemento para formar un hidrato. Los cementos
Portland son particularmente cementos hidráulicos compuestos por
cal, alúmina, sílice y óxido de hierro (como aluminoferrato
tetracálcico), aluminato tricálcico, silicato tricálcico y silicato
dicálcico. Generalmente, los cementos Portland contienen menos de
un 5 por ciento de
alúmina.
alúmina.
Los cementos aluminosos, en cambio, son cementos
hidráulicos que contienen, por lo menos, un treinta o treinta y
cinco por ciento de alúmina, habitualmente aplicada incluyendo
bauxita calcinada.
El cemento o aglutinante se selecciona de tal
modo que se ajusta al uso particular que se dará a la composición
adherida y de tal modo que se ajusta al agregado particular
utilizado, el cual se selecciona, de forma similar, en base a la
aplicación final de la composición adherida.
Se han utilizado sistemas aglutinantes basados
en fosfatos, pero habitualmente la utilización de dichos sistemas
incluye ácido fosfórico (o una sal del mismo en presencia de agua)
en combinación con un óxido metálico inorgánico, tal como óxido de
magnesio u óxido de alúmina. Pueden formarse dos tipos de productos
a partir del óxido de magnesio o el óxido de alúmina. Pueden
formarse dos tipos de productos a partir de estos sistemas: unos
experimentan altas temperaturas durante el fraguado, alcanzando
finalmente una resistencia elevada en psi y alcanzando un fraguado
rápido del producto a temperatura ambiente (de 9,4ºC a 29,4ºC), y
otros que presentan un fraguado controlado por aplicación de un
calor significativo (de 93,3ºC a 260ºC) con el fin de alcanzar un
fraguado final. Las desventajas más importantes de estos sistemas
son los tiempos de trabajo cortos disponibles para las
formulaciones fraguadas a temperatura ambiente, típicamente del
orden de un minuto. Mientras que trabajando con agregados adheridos
resulta preferido que la composición fragüe relativamente rápido,
resulta muy deseable un tiempo de trabajo de, por lo menos, tres
minutos, y preferentemente comprendido dentro de un intervalo entre
siete y diez minutos. Con un fraguado controlado, el usuario se ve
extremadamente limitado en cuanto a dónde pueden utilizarse los
materiales. Estas dos composiciones son muy sensibles a las
impurezas cuando se exponen a temperaturas superiores a 1.371,1ºC.
Esto limita su utilización desde un punto de vista tanto económico
como práctico.
Según un primer aspecto de la presente
invención, se da a conocer un procedimiento de preparación de un
revestimiento refractario sobre un recipiente receptor, en el que
el revestimiento refractario es no mojable por parte de metales
fundidos, comprendiendo dicho procedimiento las etapas
siguientes:
- (i)
- preparar una composición de agregado adherible, comprendiendo dicha composición de agregado adherible:
- (a)
- un agregado seleccionado de entre el grupo constituido por arena, piedra, arcilla de pedernal, gravilla, agregado de sílice, ceniza, piedra pómez, perlas de vidrio volcánico, mulcoa, cianita, mullita, cromita, bauxita, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de hierro, perlita, vermiculita expandida, cal dolomítica, talco, cal, carbonato de calcio y magnesio, alúmina tabular, silicato de magnesio, zirconia, roca fosfórica y mezclas de los mismos; y
- (b)
- un aglutinante que comprende:
- -
- un componente ácido suministrador de fosfato, encontrándose dicho componente en fase líquida a temperatura y presión ambientes; y
- -
- un componente seco que comprende CaO, Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y Fe_{2}O_{3}; en proporciones adecuadas para permitir el trabajo al mezclar el aglutinante y el agregado y adecuadas para proporcionar una estructura rígida al fraguar dicha mezcla de aglutinante y agregado; y
- (ii)
- aplicación de la estructura de agregado adherible al recipiente receptor con el fin de proporcionar un revestimiento refractario no mojable para el recipiente receptor.
\vskip1.000000\baselineskip
Según un segundo aspecto de la presente
invención, se da a conocer un procedimiento para reparar estructuras
de agregado a altas temperaturas que comprende la aplicación a una
estructura de agregado de una composición de agregado adherible,
comprendiendo dicha composición de agregado adherible:
- (i)
- un agregado seleccionado de entre el grupo constituido por arena, piedra, arcilla de pedernal, gravilla, agregado de sílice, ceniza, piedra pómez, perlas de vidrio volcánico, mulcoa, cianita, mullita, cromita, bauxita, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de hierro, perlita, vermiculita expandida, cal dolomítica, talco, cal, carbonato de calcio y magnesio, alúmina tabular, silicato de magnesio, zirconia, roca fosfórica y mezclas de los mismos; y
- (ii)
- un aglutinante que comprende:
- -
- un componente ácido suministrador de fosfato, encontrándose dicho componente en fase líquida a temperatura y presión ambientes; y
- -
- un componente seco que comprende CaO, Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y Fe_{2}O_{3};
- \quad
- en proporciones adecuadas para permitir el trabajo después al mezclar el aglutinante y el agregado y adecuadas para proporcionar una estructura rígida al fraguar dicha mezcla de aglutinante y agregado.
\vskip1.000000\baselineskip
Según un tercer aspecto de la presente
invención, se da a conocer un recipiente receptor con un
revestimiento refractario que es no mojable por parte de metales
fundidos, componiéndose el revestimiento de una composición de
agregado adherido que comprende:
- (a)
- un agregado seleccionado de entre el grupo constituido por arena, piedra, arcilla de pedernal, gravilla, agregado de sílice, ceniza, piedra pómez, perlas de vidrio volcánico, mulcoa, cianita, mullita, cromita, bauxita, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de hierro, perlita, vermiculita expandida, cal dolomítica, talco, cal, carbonato de calcio y magnesio, alúmina tabular, silicato de magnesio, zirconia, roca fosfórica y mezclas de los mismos; y
- (b)
- un aglutinante que comprende:
- -
- un componente ácido suministrador de fosfato, encontrándose dicho componente en fase líquida a temperatura y presión ambientes; y
- -
- un componente seco que comprende CaO, Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y Fe_{2}O_{3};
- \quad
- en proporciones adecuadas para permitir el trabajo al mezclar el aglutinante y el agregado y adecuadas para proporcionar una estructura rígida al fraguar dicha mezcla de aglutinante y agregado
\vskip1.000000\baselineskip
Según un cuarto aspecto de la presente
invención, se da a conocer una composición refractaria de agregado
de revestimiento adherible que es no mojable por parte de metales
fundidos, comprendiendo la composición:
- (i)
- un agregado seleccionado de entre el grupo constituido por arena, piedra, arcilla de pedernal, gravilla, agregado de sílice, ceniza, piedra pómez, perlas de vidrio volcánico, mulcoa, cianita, mullita, cromita, bauxita, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de hierro, perlita, vermiculita expandida, cal dolomítica, talco, cal, carbonato de calcio y magnesio, alúmina tabular, silicato de magnesio, zirconia, roca fosfórica y mezclas de los mismos; y
- (ii)
- un aglutinante que comprende:
- -
- un componente ácido suministrador de fosfato, encontrándose dicho componente en fase líquida a temperatura y presión ambientes; y
- -
- un componente seco que comprende CaO, Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y Fe_{2}O_{3};
- \quad
- en proporciones adecuadas para permitir el trabajo al mezclar el aglutinante y el agregado y adecuadas para proporcionar una estructura rígida al fraguar dicha mezcla de aglutinante y agregado
\vskip1.000000\baselineskip
El solicitante ha descubierto que los problemas
que consisten en el control de la velocidad de fraguado de la
composición de agregado, la sensibilidad de la composición a las
impurezas y los costes adicionales asociados a la disposición de
diversos aglutinantes para diferentes agregados pueden solucionarse
utilizando un sistema aglutinante que comprende, por lo menos, un
componente suministrador de fosfato que se encuentra en fase líquida
a temperatura y presión ambientes y, por lo menos, un componente
seco que comprende un elemento seleccionado de entre el grupo
constituido por elementos del grupo IIA. En una forma de
realización, el componente seco comprende un componente
suministrador de calcio, un componente suministrador de magnesio o
mezclas de los mismos. El aglutinante puede aunque no debe contener
un componente seco suministrador de fosfato. En una forma de
realización, están contenidos un componente seco suministrador de
fosfato y un componente suministrador de calcio en un único
material, tal como fosfato monocálcico hidratado
(CaH_{2}PO_{4}·H_{2}O). Sin embargo, a pesar de que en esta
forma de realización estos dos componentes están contenidos en un
único material, se requiere un material adicional suministrador de
calcio (tal como cemento de aluminato cálcico, óxido cálcico o
mezclas de los
mismos).
mismos).
La resistencia y las características
dimensionales pueden controlarse variando selectivamente la
concentración y la relación de los componentes húmedos y secos.
Variando la relación de los componentes húmedos y secos, la
invención permite la utilización de materiales de grado comercial y
preferentemente de grado agrícola, con un coste inferior al de los
constituyentes altamente purificados que se requieren actualmente en
otros sistemas. La presente invención no presenta como requisito la
utilización de componentes de grado técnico, particularmente de
ácido fosfórico de grado técnico, tal como requieren otros
sistemas.
La invención se dirige asimismo a un mezclado de
únicamente los componentes aglutinantes secos, mezclándose el
aglutinante con el agregado y el componente húmedo suministrador de
fosfato en un lugar remoto o allí donde debe conformarse la
estructura de agregado adherido.
Se considera que una base de la adhesión en un
sistema preferente es el mezclado de un componente suministrador de
calcio, tal como un aluminato cálcico, con un constituyente húmedo
suministrador de fosfato, tal como un ácido fosfórico diluido. El
solicitante ha descubierto que la adición opcional de un componente
seco suministrador de fosfato al aglutinante básico no sólo
prolonga el tiempo de fraguado en una cantidad controlable, sino
que variando las resistencias porcentuales de los fosfatos acuosos
con respecto a las resistencias porcentuales de fosfatos secos se
modifican también las resistencias y características refractarias de
las estructuras de agregado después de
calentarse.
calentarse.
Típicamente, el aglutinante según la presente
invención puede utilizarse con una variedad de estructuras de
agregado, tal como estructuras refractarias, estructuras aislantes a
altas temperaturas, estructuras a temperatura ambiente, tales como
aplicaciones habituales a suelos y carreteras, estructuras
resistentes al fuego, así como un material de reparación para estas
estructuras a altas temperaturas y temperatura ambiente. Una
aplicación a temperatura ambiente particularmente útil incluye la
utilización de este sistema para la contención y neutralización
general de residuos líquidos dañinos, tal como residuos
radioactivos. Por ejemplo, el aglutinante según la presente
invención puede utilizarse junto con un agregado con contenido en
fosfato tanto para neutralizar el residuo como para contenerlo, ya
sea endureciendo el propio residuo o "emparedándolo". De este
modo, se evitan las fugas de los residuos dañinos al medio
ambiente.
Preferentemente, el componente seco
suministrador de fosfato opcional de la presente invención contiene
asimismo un componente suministrador de calcio en un único
material, tal como fosfato monocálcico, mientras que el componente
húmedo suministrador de fosfato es típicamente una solución de ácido
fosfórico, preferentemente una solución de grado agrícola. En una
forma de realización, se incluye un componente adicional
suministrador de calcio en el aglutinante; de este modo, el
componente adicional suministrador de calcio comprende habitualmente
un cemento de aluminato cálcico de óxido de calcio o una mezcla de
estos materiales.
Típicamente, la composición de agregado seca
según la presente invención comprende entre un cincuenta y un
noventa y cinco por ciento en peso del agregado, entre un uno y un
veinticinco por ciento en peso de un componente seco que contiene
un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por elementos
del grupo IIA, y entre un cero y un cincuenta por ciento en peso
del componente seco suministrador de fosfato. Una composición seca
de agregado puede mezclarse con entre aproximadamente un cinco y un
ochenta y cinco por ciento en peso de un componente húmedo
suministrador de fosfato, tal como una solución de solución de ácido
fosfórico disponible comercial-
mente.
mente.
De este modo, la presente invención no se dirige
únicamente a la composición o estructura de agregado adherido, sino
que también se dirige a un aglutinante seco que comprende una mezcla
del componente seco de fosfato, el componente húmedo de fosfato y
el componente de calcio, y también a una composición de agregado
seca útil para la formación de una estructura de agregado tras la
adición de un componente húmedo de fosfato. En esta situación, la
composición de agregado seca comprende un agregado, un componente
seco de fosfato opcional y un componente seco de calcio y/o
magnesio. La invención se dirige asimismo a un procedimiento para
formar una estructura de agregado adherido que comprende las etapas
de mezclado de un componente húmedo suministrador de fósforo con la
composición de agregado seca, conformándose la mezcla en una forma
apropiada y dejándose fraguar la
mezcla.
mezcla.
Tal como se ha observado, las proporciones
específicas de componentes óptimas para un propósito particular
pueden seleccionarse fácilmente sobre una base de ensayo y error,
pero en todos los casos se seleccionan de tal modo que sean
adecuadas con el fin de alcanzar una composición de agregado
adherido con una resistencia y una utilidad adecuadas tras el
mezclado y el trabajo realizado. Sin embargo, se cree que las
relaciones húmedo a seco están controladas por los requisitos
estructurales de la estructura de agregado curada y acabada.
Generalmente, se prevé que una relación húmedo a seco más baja dará
lugar a una estructura de agregado adherido con mayores
resistencias y estabilidad. Se prevé que la dilución del fosfato
acuoso simultáneamente al aumento de la proporción, por ejemplo, de
fosfato seco y aluminato cálcico da lugar a materiales con
resistencias elevadas en un intervalo de temperaturas inferior (de
648,9ºC a 1.204,4ºC) pero cuya estructura se rompe por encima de
dicho intervalo. Se prevé que el aumento del contenido en fosfato en
el componente acuoso simultáneamente a la disminución de las
proporciones, por ejemplo, fosfato seco y aluminato cálcico da lugar
a materiales con resistencias elevadas en un intervalo de
temperaturas superior (de 1.204,4ºC a 1.704,4ºC) y desplaza el
límite de rotura de la estructura a temperaturas más
altas.
altas.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describirá la presente
invención haciendo referencia a los ejemplos detallados siguientes,
dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Una estructura
de agregado adherido según la presente invención se forma
generalmente mezclando un componente suministrador de fosfato que se
encuentra en fase líquida a temperatura y presión ambientes con una
mezcla constituida previamente de componentes secos, incluyendo un
agregado y un componente que contiene un elemento seleccionado de
entre el grupo constituido por elementos del grupo IIA,
preferentemente un componente suministrador de calcio o magnesio o
una mezcla de los mismos. En una forma de realización, se utiliza
cemento de aluminato cálcico. Finalmente puede añadirse un
componente seco suministrador de fosfato a los componentes secos.
Las proporciones de estos componentes en diversas composiciones se
describen en los ejemplos siguientes.
Preferentemente, el componente húmedo
suministrador de fosfato es una solución diluida de un ácido
fosfórico de grado agrícola, aunque también pueden utilizarse de
grado comercial, industrial y técnico. El componente húmedo
suministrador de fosfato se añade en una cantidad adecuada para
hacer que la mezcla sea trabajable, a la vez que sea adecuada para
proporcionar un contenido en fosfato suficiente con el fin de
permitir un fraguado rápido, en un intervalo comprendido entre 8 y
30 minutos a 21,1ºC. Puede formarse fácilmente un agregado a partir
de lotes de treinta y tres kilogramos de la mezcla de agregado y
componente seco mezclados con una cantidad apropiada de solución de
ácido fosfórico.
Un componente húmedo suministrador de fosfato
particularmente útil para agregados aislantes a altas temperaturas
o refractarios se muestra en los ejemplos, y se preparó como
dilución de 1:1 a 4:1 (agua:ácido) de TG-434, un
ácido ortofosfórico de H_{3}PO_{4} disponible a través de la
firma Texas Gulf Chemical Co, Raleigh, N.C. Una composición típica
para el TG-434 es:
\vskip1.000000\baselineskip
H_{3}PO_{4} | 77,73% |
Sólidos | 0,1% |
Hierro como Fe_{2}O_{3} | 1,3% |
Aluminio como Al_{2}O_{3} | 0,6% |
\vskip1.000000\baselineskip
cualquier composición que contiene
fosfato soluble capaz de proporcionar estabilidad dimensional y
estructural a la estructura de agregado adherido al exponerse a
temperaturas elevadas de hasta
1.871,1ºC.
El componente seco suministrador de fosfato
opcional puede ser cualquier material que contenga un fosfato
soluble en agua en una concentración adecuada para reaccionar con el
componente suministrador de calcio o magnesio con el fin de
proporcionar una adhesión adecuada a la estructura de agregado. El
componente seco suministrador de fosfato es fosfato monocálcico o
un superfosfato triple de fórmula
Ca(H_{2}PO_{4})·2H_{2}O, comercializado bajo el nombre
C-38 por Texas Gulf Chemical Co, Raleigh, N.C. Una
composición típica para el C-38 es:
\newpage
P_{2}O_{5} | 67,1% |
Calcio como CaO | 20,9% |
Compuestos de fluoruro como F | 1,7% |
Al_{2}O_{3} | 0,40% |
SiO_{2} | 1,7% |
Fe_{2}O_{3} | 1,8% |
MgO | 2,0% |
SO_{4} | 3,0% |
\vskip1.000000\baselineskip
La ventaja de utilizar un fosfato monocálcico es
la combinación de un componente suministrador de fosfato y un
componente suministrador de calcio en un material. El
C-38 es un sólido inodoro, gris y granular que
presenta una gravedad específica comprendida entre 1,1 y 1,2 y posee
un punto de fusión de 110ºC. Una suspensión al 1% en agua presenta
un pH comprendido entre aproximadamente 2,5 y 2,8.
El componente adicional suministrador de calcio
o magnesio puede ser cualquier material capaz de suministrar calcio
o magnesio suplementario para reaccionar con los componentes de
fosfato con el fin de proporcionar una adhesión adecuada en la
estructura de agregado. Son materiales preferentes los cementos
aluminados, tales como Secar, Lumnite, Refcon CaO Al_{2}O_{3},
CaO Al_{2}O_{3} Fe_{2}O_{3}, CaO Al_{2}O_{3} SiO_{2},
CaO Al_{2}O_{3} SO_{4}, así como cementos de aluminato cálcico
de vida de mezcla larga (para extender tanto el tiempo de trabajo
como el tiempo de fraguado) y óxidos de magnesio. Un material
adicional suministrador de calcio particularmente preferido es el
cemento de aluminato cálcico comercializado bajo el nombre Refcon
(marca registrada), de Lehigh Cement Company en Allentown,
Pensilvania. El Refcon se forma sinterizando una mezcla tableteada
y sólida de bauxita y piedra caliza. Una composición típica
comprende:
Al_{2}O_{3} y TiO_{2} | 57,40% |
Hierro total como Fe_{2}O_{3} | 1,20% |
CaO | 34,20% |
SiO_{2} | 5,70% |
SO_{3} | 0,36% |
\vskip1.000000\baselineskip
Típicamente, el Refcon presenta una densidad
aparente de aproximadamente 1.500 kg/m^{3} y una gravedad
específica de 3,02. Presenta una superficie específica Blaine de
3.300 cm^{2}/g. Tiene una resistencia a la compresión a un día de
44,82 megapascales medida por A.S.T.M C-109. Un
componente con contenido en magnesio preferido es el
Mag-Chem 10-40, un compuesto que
contiene principalmente MgO.
Debe observarse que cuando se utiliza fosfato
monocálcico como fuente única tanto para el componente seco de
fosfato como para el componente seco suministrador de calcio, parece
ser necesario incluir el material adicional suministrador de calcio
mencionado anteriormente con el fin de alcanzar una adhesión
adecuada para proporcionar estabilidad dimensional y estructural a
la estructura de agregado adherido al exponerse a temperaturas
elevadas de hasta 1.871,1ºC.
Tal como puede observarse a partir de las
composiciones de estos materiales, la presente invención es
ventajosa por el hecho de que permite satisfactoriamente que las
estructuras de agregado adherido se formen rápidamente (entre 8 y
30 minutos) con un tiempo de trabajo adecuado (10 minutos o superior
a 21,1ºC) y sean capaces de resistir temperaturas de hasta
1.871,1ºC utilizando materiales de grado comercial y agrícola,
incluyendo particularmente un ácido fosfórico tal como
TG-434, preferentemente diluido.
La invención resulta asimismo ventajosa por el
hecho de que el aglutinante que incorpora los materiales preferentes
descritos anteriormente puede utilizarse con diversos agregados
para diferentes propósitos estructurales. El aglutinante según la
presente invención puede utilizarse con agregados refractarios,
agregados de resanado refractarios, agregados de aislamiento a
altas temperaturas y agregados a temperatura ambiente utilizados en
aplicaciones en condiciones ambientales.
Por ejemplo, los agregados típicos útiles para
formar estructuras de agregado adherido según la presente invención
incluyen, por lo menos, uno de los siguientes materiales: arcilla de
pedernal, mulcoa, cianita, mullita, cromita, alúmina tabular, óxido
de silicio, sílice, bauxita calcinada, óxido de cromo, zirconia,
roca fosfórica y mezclas de los mismos. Se cree que cierta cantidad
apreciable de material con contenido en aluminio es necesario para
cualquier estructura densa de agregado refractaria con el fin de
alcanzar una adhesión adecuada y mantener la estabilidad
dimensional y estructural al exponerse a temperaturas elevadas.
Los agregados refractarios preferentes incluyen
arcilla de pedernal; mulcoa 47, 50, 60, 70 y 90; cianita; mullitas;
cromo mineral; bauxita; y mezclas de los mismos. A medida que la
temperatura pretendida de utilización del material refractario
aumenta, el contenido en aluminio del agregado generalmente aumenta
también.
Un agregado útil en la presente invención con el
fin de ser utilizado como aislamiento a altas temperaturas
expansible puede seleccionarse, por lo menos, de entre uno de los
materiales siguientes: arena de sílice #140, mullita #200, cianita
#325, alúmina tabular #200, cal dolomítica y talco. Un agregado
preferido para aislamiento expansible comprende una mezcla de arena
de sílice #140, cal dolomítica y talco. El talco controla el tamaño
de las burbujas de dióxido de carbono liberado durante la expansión
y, en consecuencia, permite que los poros del aislamiento expandido
presenten un tamaño uniforme. Un agregado particularmente útil para
una aplicación a temperatura ambiente que incluye la utilización de
este sistema con el fin de contener/solidificar/neutralizar
material de residuo líquido (es decir, material de residuo
radioactivo) es un agregado con contenido en fosfato,
preferentemente roca fosfórica (comercializada como
C-31 Phos-Rock por Texas Gulf
Chemical Co.).
La composición química de estos agregados es
bien conocida por los expertos en la materia. Las mulcoa, arcillas
de pedernal y cianitas están constituidas, en su mayor parte, por
óxido de aluminio (III), dióxido de sílice (es decir, tetróxido de
silicio). El cromo mineral está constituido, en su mayor parte, por
óxido de cromo (III), óxido de aluminio y óxido de magnesio. La
alúmina tabular está constituida sustancialmente por óxido de
aluminio (III) puro. La arena blanca está constituida, en su mayor
parte, por dióxido de silicio. La cal está mayoritariamente
constituida por óxido de calcio. La cal dolomítica blanca es una
mezcla de cal y dolomita (bicarbonato de calcio y magnesio). El
talco es un silicato de magnesio hidratado foliado natural.
La lista de agregados que pueden ser adheridos
por el aglutinante según la presente invención no pretende ser una
lista exhaustiva de agregados útiles en la presente invención, sino
que representa los ensayos realizados y las conclusiones extraídas
por su utilización. Debido a la versatilidad del sistema
aglutinante, se prevé que muchos otros agregados pueden ser
adheridos por el sistema aglutinante según la presente invención y
pueden ser utilizados para formar estructuras útiles de agregado
adherido. El agregado a utilizar se seleccionará en función de los
requisitos de uso final de la estructura adherida y la pureza del
producto requerido.
Tal como se muestra en los ejemplos siguientes,
puede formarse una composición seca de agregado según la presente
invención a partir de una mezcla de aproximadamente
50-95 por ciento en peso de un agregado adecuado,
1-20 por ciento en peso de un componente seco
suministrador de calcio y/o magnesio, y 0-50 por
ciento en peso de un componente seco suministrador de fosfato; y en
una forma de realización, a partir de una mezcla que incluye entre
un 1 y un 30 por ciento en peso de un único material que proporciona
los dos componentes suministradores de fosfato y de calcio, así
como un componente de calcio adicional.
A continuación, en función del tipo de
estructura de agregado adherido que se desea, se mezcla entre
aproximadamente un 5 y un 85% por ciento en peso de un componente
húmedo suministrador de fosfato con la composición seca de
agregado. Para una estructura refractaria, se utiliza típicamente
entre un 10 y un 30 por ciento en peso del componente húmedo. Sin
embargo, si se desea que los materiales mezclados sean expansibles o
bombeados en el lugar de utilización (por ejemplo si se utilizan
como un aislamiento expansible o un aislamiento bombeable a altas
temperaturas), se utilizará más cantidad del componente húmedo, por
ejemplo, preferentemente entre un 30 y un 60 por ciento en
peso.
La tabla I muestra los ejemplos #1 a #15, que
definen composiciones refractarias que entran dentro del alcance de
la presente invención. La tabla II muestra los análisis químicos de
los diversos componentes. La resistencia a la compresión (psi) y el
cambio lineal de recalentamiento se midieron según los estándares
predominantes A.S.T.M. (Por ejemplo, A.S.T.M.
C-133-84-Resistencia
a la compresión y módulo de ruptura de ladrillos y formas
refractarios y A.S.T.M.
C-113-74-Cambio de
recalentamiento de ladrillos refractarios). Se prepararon muestras
para los ensayos vertiendo incrementos de 2,5 kg de la mezcla de
agregado y aglutinante en un volumen apropiado de solución acuosa
de fosfato y mezclando a mano con una llana de dos pulgadas hasta
que la mezcla está completamente húmeda (típicamente durante
aproximadamente un minuto) y, a continuación, depositando la mezcla
en moldes apropiadamente dimensionados.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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A partir de los ejemplos de la tabla I, puede
observarse que el sistema aglutinante según la presente invención
resulta útil para formar una variedad de diferentes materiales
refractarios de diferentes utilidades a partir de un único sistema
aglutinante. Las proporciones indicadas en la tabla pueden ajustarse
con el fin de optimizar las estructuras de agregado resultantes en
función de la aplicación que se desee.
De este modo, la presente invención proporciona
un procedimiento para formar un agregado adherido, así como
proporciona un sistema aglutinante para dichas estructuras de
agregado, una composición seca de agregado que incorpora los
constituyentes secos del sistema aglutinante y una mezcla de
constituyentes secos necesarios para preparar el sistema
aglutinante. La presente invención es ventajosa con respecto a
sistemas aglutinantes anteriores porque los constituyentes del
sistema aglutinante pueden ser materiales de grado comercial y
agrícola, que no se han refinado o purificado altamente. Los
componentes secos del aglutinante permiten la utilización de
soluciones de fosfato acuosas significativamente menos costosas, y
aún así proporcionan una estructura de agregado adherido
significativamente mejor en aplicaciones refractarias que la de
otras estructuras conocidas de agregado utilizadas actualmente para
aplicaciones similares.
Además, la presente invención reduce
ventajosamente los gastos derivados de proporcionar una variedad de
estructuras agregadas, dado que puede utilizarse un único sistema
aglutinante con el fin de adherir una amplia variedad de agregados.
La invención reduce el coste de suministro, fabricación o
almacenamiento en inventario de los diferentes constituyentes del
aglutinante.
Con la composición de agregado refractario según
la presente invención, utilizando sílice y otros agregados
refractarios fácilmente disponibles, las estructuras de agregado
resultantes presentan características refractarias
significativamente mejores con respecto a las estructuras según la
técnica anterior, dado que las estructuras resultantes son menos
susceptibles de sufrir choque térmico, y en muchos casos las
estructuras no necesitan ser presecadas o prequemadas tras su
fraguado inicial antes de ser utilizadas a altas temperaturas.
Además, en los ensayos de campo, las estructuras resultantes
demostraron ser extremadamente no mojables por parte de una
variedad de metales fundidos (tanto ferrosos como no ferrosos),
proporcionando de este modo al usuario final un revestimiento
refractario de bajo mantenimiento durante toda su vida útil.
Además, la utilización de calcio (tanto solo
como en combinación con magnesio) como aglutinante divalente
permite que las características refractarias dependan de la
proporción y concentración de los componentes suministradores de
fosfato húmedos y secos, específicamente una selección del intervalo
de temperaturas en el que se obtienen características refractarias
opcionales. Esta selectividad está ausente en los sistemas basados
en fosfato de monoaluminio y fosfato de magnesio.
Claims (19)
1. Procedimiento de preparación de un
revestimiento refractario sobre un recipiente receptor, en el que
el revestimiento refractario es no mojable por parte de metales
fundidos, comprendiendo dicho procedimiento las etapas
siguientes:
- (i)
- preparar una composición de agregado adherible, comprendiendo dicha composición de agregado adherible:
- (a)
- un agregado seleccionado de entre el grupo constituido por arena, piedra, arcilla de pedernal, gravilla, agregado de sílice, ceniza, piedra pómez, perlas de vidrio volcánico, mulcoa, cianita, mullita, cromita, bauxita, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de hierro, perlita, vermiculita expandida, cal dolomítica, talco, cal, carbonato de calcio y magnesio, alúmina tabular, silicato de magnesio, zirconia, roca fosfórica y mezclas de los mismos; y
- (b)
- un aglutinante que comprende:
- -
- un componente ácido suministrador de fosfato, encontrándose dicho componente en fase líquida a temperatura y presión ambientes; y
- -
- un componente seco que comprende CaO, Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y Fe_{2}O_{3};
- \quad
- en proporciones adecuadas para permitir el trabajo al mezclar el aglutinante y el agregado y adecuadas para proporcionar una estructura rígida al fraguar dicha mezcla de aglutinante y agregado; y
- (ii)
- aplicar la estructura de agregado adherible al recipiente receptor con el fin de proporcionar un revestimiento refractario no mojable para el recipiente receptor.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la etapa (i)(b) comprende además la etapa de determinar de
si se requiere un componente seco suministrador de fosfato opcional
con el fin de prolongar el tiempo de fraguado en una cantidad
controlable.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la etapa (i)(b) comprende además la etapa de variar las
resistencias porcentuales del fosfato acuoso con respecto a la
resistencia porcentual de fosfatos secos con el fin de modificar
las resistencias y las características refractarias de la estructura
de agregado después del calentamiento.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que la etapa (i)(b) comprende además
la etapa de seleccionar una relación requerida entre el componente
húmedo del aglutinante y el componente seco con el fin de alcanzar
los requisitos estructurales de la estructura del agregado cuando es
curada.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el revestimiento refractario es no mojable tanto por metales
ferrosos como no ferrosos.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el recipiente receptor es un recipiente receptor para
contener vidrio fundido.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el recipiente receptor es
una caldera o un horno.
8. Procedimiento para reparar estructuras de
agregado a altas temperaturas que comprende la aplicación a una
estructura de agregado de una composición de agregado adherible,
comprendiendo dicha composición de agregado adherible:
- (i)
- un agregado seleccionado de entre el grupo constituido por arena, piedra, arcilla de pedernal, gravilla, agregado de sílice, ceniza, piedra pómez, perlas de vidrio volcánico, mulcoa, cianita, mullita, cromita, bauxita, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de hierro, perlita, vermiculita expandida, cal dolomítica, talco, cal, carbonato de calcio y magnesio, alúmina tabular, silicato de magnesio, zirconia, roca fosfórica y mezclas de los mismos; y
- (ii)
- un aglutinante que comprende:
- -
- un componente ácido suministrador de fosfato, encontrándose dicho componente en fase líquida a temperatura y presión ambientes; y
- -
- un componente seco que comprende CaO, Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y Fe_{2}O_{3};
- \quad
- en proporciones adecuadas para permitir el trabajo al mezclar el aglutinante y el agregado y adecuadas para proporcionar una estructura rígida al fraguar dicha mezcla de aglutinante y agregado.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el aglutinante de la
composición comprende además un componente seco suministrador de
fosfato.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que el componente seco suministrador de fosfato está presente en
el aglutinante en una cantidad comprendida entre el 0 y 50 por
ciento en peso.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el componente ácido
suministrador de fosfato comprende un ácido fosfórico.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en
el que el ácido fosfórico está presente en una cantidad comprendida
entre 5 y 85 por ciento en peso.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha fase
líquida que comprende dicho ácido fosfórico comprende asimismo
SO_{4}.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el agregado está presente en
una cantidad comprendida entre 50 y 95 por ciento en peso.
15. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la estructura de agregado se
selecciona de entre el grupo constituido por revestimientos
refractarios, estructuras de aislamiento de altas temperaturas y
estructuras resistentes al fuego.
16. Recipiente receptor con un revestimiento
refractario que es no mojable por parte de metales fundidos, en el
que el revestimiento está compuesto de una composición de agregado
adherido que comprende:
- (a)
- un agregado seleccionado de entre el grupo constituido por arena, piedra, arcilla de pedernal, gravilla, agregado de sílice, ceniza, piedra pómez, perlas de vidrio volcánico, mulcoa, cianita, mullita, cromita, bauxita, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de hierro, perlita, vermiculita expandida, cal dolomítica, talco, cal, carbonato de calcio y magnesio, alúmina tabular, silicato de magnesio, zirconia, roca fosfórica y mezclas de los mismos; y
- (b)
- un aglutinante que comprende:
- -
- un componente ácido suministrador de fosfato, encontrándose dicho componente en fase líquida a temperatura y presión ambientes; y
- -
- un componente seco que comprende CaO, Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y Fe_{2}O_{3};
- \quad
- en proporciones adecuadas para permitir el trabajo al mezclar el aglutinante y el agregado y adecuadas para proporcionar una estructura rígida al fraguar dicha mezcla de aglutinante y agregado.
17. Recipiente receptor según la reivindicación
16, en el que el aglutinante de la composición comprende además un
componente seco suministrador de fosfato.
18. Recipiente receptor según la reivindicación
17, en el que el componente seco suministrador de fosfato está
presente en una cantidad comprendida entre 0 y 50 por ciento en
peso.
19. Composición refractaria de agregado de
revestimiento adherible que es no mojable por parte de metales
fundidos, comprendiendo la composición:
- (i)
- un agregado seleccionado de entre el grupo constituido por arena, piedra, arcilla de pedernal, gravilla, agregado de sílice, ceniza, piedra pómez, perlas de vidrio volcánico, mulcoa, cianita, mullita, cromita, bauxita, óxido de aluminio, óxido de silicio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de hierro, perlita, vermiculita expandida, cal dolomítica, talco, cal, carbonato de calcio y magnesio, alúmina tabular, silicato de magnesio, zirconia, roca fosfórica y mezclas de los mismos; y
- (ii)
- un aglutinante que comprende:
- -
- un componente ácido suministrador de fosfato, encontrándose dicho componente en fase líquida a temperatura y presión ambientes; y
- -
- un componente seco que comprende CaO, Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y Fe_{2}O_{3};
- \quad
- en proporciones adecuadas para permitir el trabajo al mezclar el aglutinante y el agregado y adecuadas para proporcionar una estructura rígida al fraguar dicha mezcla de aglutinante y agregado.
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