ES2288360A1 - Procedimiento para la obtencion de vidriados y cristales negros a partir de residuos de pizarra. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la obtención de vidriados y cristales negros a partir de residuos de pizarra por fusión del polvo procedente del serrado de pizarras, de la molienda de recortes del serrado, de trozos de pizarras, y de residuos similares, a alta temperatura y en ambiente reductor.

Description

Procedimiento para la obtención de vidriados y cristales negros a partir de residuos de pizarra.

Las explotaciones de pizarra se realizan mayoritariamente mediante minería a cielo abierto, en la cual los bloques útiles de este material se extraen del yacimiento tras la remoción de una gran cantidad de estériles. Estos bloques deben ser limpiados antes de su transporte a las instalaciones de serrado y exfoliado, en las cuales se obtienen las placas útiles en construcción, en aplicaciones tales como tejados, pavimentos, recubrimientos y encimeras, etc.

En estas operaciones se elimina más del 95% del material, de modo que las piezas o bloques finalmente utilizados representan tan solo unas pocas unidades por ciento del total removido del yacimiento, siendo el resto residuos de minería que se desechan en escombreras. Estos residuos representan uno de los problemas ambientales más acuciantes en regiones con este tipo de minería, tales como por ejemplo O Barco de Valdeorras, en la Provincia de Orense, España.

De esta enorme cantidad de residuos, parte debe considerarse "material sucio", es decir, formado por trozos y polvo de pizarra impurificados por otras rocas, esquistos, tierra vegetal, residuos de plantas, etc, mientras que otra parte, y en particular la procedente del serrado y pulido de los bloques es más limpia, estando constituida únicamente por polvo y pequeños trozos del material. Este polvo presenta una composición química variable, pero característica de una roca formada por silicatos del tipo de las arcillas.

TABLA 1 Composición típica de una pizarra en porcentaje

1

En los últimos años se ha intentado aprovechar este tipo de residuos en diversas aplicaciones. Entre ellas pueden citarse la preparación de suelos artificiales, los expandidos ligeros, su uso como áridos en obras públicas, y especialmente su utilización en productos cerámicos. Así, aparece en 1996 una patente española titulada " Nuevo material cerámico y procedimiento para su fabricación, aplicable para la obtención de losetas, tejas y similares a partir de pizarras y sus residuos" (Pat. No. 2112799). En ella se describe un procesamiento cerámico clásico que permite obtener ladrillos y otras cerámicas de construcción a partir del polvo de pizarra, o de mezclas de pizarra con arcillas. Existen además otras patentes similares tales como FR 2572392 ó EP59619A. De igual forma hay en la bibliografía internacional más de 80 publicaciones sobre aprovechamiento de residuos de pizarras en las más variopintas aplicaciones. Sin embargo, no hay referencias a la aplicación de este tipo de materiales en la obtención de vidriados o vidrios ("cristales").

Tal como puede observarse en el diagrama de fases del sistema SiO_{2}-Al_{2}O_{3}-K_{2}O, (figura 1), una composición típica de pizarra como la descrita en el análisis de la tabla 1, se encuentra en el campo primario de la mullita, y comenzará a fundir alrededor de 980°C, primer punto invariante de este campo primario. Terminará su proceso de fusión alrededor de los 1600°- 1700°C, para convertirse en un líquido, que al enfriar formará un vidrio de silicato, probablemente con algunas cristalizaciones en su interior. Esta temperatura se rebaja en realidad 200° o más grados centígrados, debido a la presencia de impurezas tales como los óxidos de sodio, hierro, calcio, etc.

El presente procedimiento se basa en la fusión completa en atmósfera reductora de polvo o trozos de pizarra, a temperaturas superiores a 1200°C, para obtener un liquido fundido. Esta fusión puede conseguirse mediante un soplete oxiacetilénico, una antorcha de plasma, o un horno eléctrico cerrado. El material puede ser fundido sobre una superficie refractaria, en un crisol de grafito, en un crisol de platino, en un crisol de circona alúmina, etc. Tras el enfriamiento, el líquido forma un vidrio lustroso, de color negro, inalterable a la humedad, y de gran belleza, que puede ser cortado y pulido por los procedimientos habituales en joyería y cerámica.

En la figura 2 adjunta se presenta una fotografía de dos fragmentos de vidrio negro obtenidos por el procedimiento descrito, en donde se puede observar el aspecto lustroso de la superficie negra del material.

Modo de realización

El polvo de pizarra, que puede contener o no trozos de diversos tamaños se muele en un molino micronizador a tamaño inferior a 75 micras (polvo impalpable). En el caso de la fusión en soplete, se pueden usar trozos de algunos centímetros de diámetro. En el caso de los residuos de corte y pulido, extraordinariamente finos, esta etapa puede eliminarse, sustituyéndola por un tamizado. En el caso de que el polvo presente humedad, debe secarse por cualquiera de los procedimientos habituales, como por ejemplo por estancia de 6 o más horas en una estufa a 120°C.

Una vez preparado el polvo, se coloca en un crisol refractario, sobre una placa cerámica, sobre una navecilla refractaria o cualquier otro contenedor. En el caso de que se utilice un soplete oxiacetilénico, sobre el material se dirige entonces la llama azul del mismo, de tal manera que alcance una temperatura superior a los 1600-1700°C.

La llama se mantiene durante el tiempo suficiente para que se produzca la fusión total de la masa, que irá tomando un aspecto cada vez más fluido

Finalizada la fusión, que ocurre al cabo de unos pocos minutos, en función de la potencia del mechero y de la composición de la pizarra, el líquido fundido solidifica presentando un hermoso color negro y un brillo superficial característico de los vidrios de silicato.

La citada fusión puede realizarse en un horno eléctrico de alta temperatura, en atmósfera reductora o neutra, a 1500°-1600°C. En este caso se debe emplear un ciclo de calentamiento y enfriamiento diseñado específicamente para evitar calentamientos súbitos, que pueden provocar proyecciones y choques térmicos excesivos en el enfriamiento del material.

Para facilitar su fusión, se pueden añadir al polvo de pizarra fundentes de uso común en cerámica, tales como carbonatos alcalinos o alcalinotérreos, feldespatos alcalinos, etc, en cantidades limitadas, que normalmente son inferiores al 5 ó 10% de la masa total. Este procedimiento básico admite variaciones, como las que se citan a continuación:

i)

El material obtenido puede utilizarse como un esmalte sobre loza o porcelana, gres, azulejos o metales. Para ello, el polvo de pizarra en suspensión, con o sin aditivos, se procesa térmicamente tras su deposición sobre la superficie a esmaltar.

ii)

El vidrio negro puede obtenerse de igual manera en un proceso continuo, en un horno de fritas, o en un horno balsa. Dichos hornos se alimentan con el polvo de pizarra, y de ellos se extrae una corriente continua de vidrio negro fundido.

El vidrio negro puede utilizarse en un postprocesado: se obtiene el vidrio, en un proceso como los descritos, y una vez frío, se muele y almacena. Posteriormente puede utilizarse en polvo por refusión en las aplicaciones descritas.

Ejemplo 1

Se trocean residuos de pizarra en una machacadora hasta obtener un tamaño de partícula de 5 a 50 mm. El material se seca en una estufa a 120°C, y tras 6 horas, pesan aproximadamente 100 gramos del mismo, que se colocan sobre una placa de refractario.

Se enciende un mechero oxiacetilénico y se ajusta la relación comburente-combustible hasta obtener una llama más o menos estequiométrica. Con la punta del cono azul interior de la llama se ataca la masa de polvo de pizarra, primero suavemente, y una vez iniciada la sinterización, a toda potencia, hasta que comienza la fusión. El calentamiento se prosigue hasta conseguir la fusión total de la masa, cosa que ocurre a los cinco o seis minutos de operación. Se retira la llama, con lo que se produce el enfriamiento de la masa, obteniéndose así el vidriado.

Este vidriado presenta un aspecto brillante y fuerte color negro, y recubre en su totalidad la placa de refractario. El vidriado puede ser cortado para la fabricación de pequeñas piezas ("piedras") de joyería de color azabache brillante. (Figura 2).

Ejemplo 2

Se tamizan entre 1 y 10 mm los residuos de serrado y pulido de pizarra convenientemente secos. Se desecha el rechazo. El material resultante del tamizado se seca a 110°C, y se coloca en un crisol refractario de baja porosidad. El crisol se introduce en un horno eléctrico que se cierra y se calienta hasta 1600°C a una velocidad de 10°/minuto. Una vez alcanzada la temperatura máxima, y tras una estabilización a dicha temperatura de 30 minutos, el horno se enfría libremente. Se obtiene así una masa de vidrio negro similar a la obtenida en el ejemplo anterior.

Ejemplo 3

Se tamizan por un tamiz de 100 micras los residuos de serrado y pulido de pizarra convenientemente secos. Se desecha el rechazo. El polvo resultante del tamizado se mezcla con el 10% de su peso en feldespato potásico finamente molido, utilizando para ello un molino de bolas, con bolas de sílice. La masa mezclada se muele durante 6 a 12 horas con agua, en relación sólido-líquido 1/1.

Tras la molienda, la suspensión resultante se tamiza de nuevo, y se adiciona con una pequeña cantidad de defloculante (0,05% de hexametafosfato sódico).

Esta suspensión ya estabilizada se aplica con pistola sobre una superficie refractaria, a la cual queda adherida por succión capilar.

La pieza así pintada y tras un secado a 110°C durante 6 horas, se introduce en un horno eléctrico, y se somete a cocción elevando la temperatura hasta 1500°C, a una velocidad de 10°/minuto. La permanencia a 1500°C es de una hora, tras lo cual el horno se enfría lentamente a 0,2°C/hora.

Se obtiene así un vidriado negro continuo sobre la pieza, de color negro y brillo cristalino de gran belleza.

Claims (5)

1. Procedimiento para la obtención de vidriados y cristales de color negro, basado en el uso de polvo y/o trozos de pizarra, según el cual dichos materiales se someten a una temperatura suficiente para su fusión total en atmósfera reductora o neutra. El líquido fundido produce por enfriamiento a temperatura ambiente una masa vítrea brillante de color negro, de múltiples aplicaciones en joyería, cerámica, esmaltado de metales y otras artes decorativas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el procesamiento térmico hasta fusión total se produce mediante una llama oxiacetilénica, un horno eléctrico, una antorcha de plasma o cualquier otro dispositivo similar, capaz de calentar la masa hasta su fusión, que ocurre a temperaturas entre 1500°C y 1600°C, dependiendo de la composición concreta de la pizarra utilizada.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque la temperatura de fusión total de la pizarra fundida puede rebajarse 200°C o más mediante la adición a los residuos de pizarra de un fundente, tal como feldespato alcalino, carbonatos sódicos y/potásicos, óxidos alcalinos, o cualesquiera otros utilizados comúnmente en la industria cerámica, en proporciones variables del orden del 20% en peso de la masa total.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1, 2 y 3 por el cual el polvo y/o trozos de pizarra, con o sin aditivos fundentes, pueden fundirse en un horno de colada continua, un horno balsa o un horno de frita a temperaturas entre 1500°C y 1600°C.

5. Procedimiento según el cual la masa de vidrio obtenida por cualquiera de los procedimientos anteriores, una vez fría, puede molerse y reducirse a polvo, y ser utilizada posteriormente como una auténtica frita cerámica, en la obtención de esmaltes o en el recubrimiento de superficies metálicas o cerámicas.