ES2303385T3

ES2303385T3 - Composicion ceramica preparada a partir de materiales de desecho y metodo para la fabricacion de cuerpos sinterizados de la misma.

Info

Publication number: ES2303385T3
Application number: ES99951221T
Authority: ES
Inventors: Ki-Gang Lee; Jung-Whan Kim
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2008-08-01
Anticipated expiration: 2019-10-14
Also published as: EP1147069A1; KR100496664B1; DE69938509T2; WO2000021902A1; EP1147069B1; HK1041253A1; KR20010079979A; JP4620869B2; JP2002527334A; KR19990007639A; ATE391702T1; AU6369699A; DE69938509D1; US6342461B1

Abstract

Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho que comprende entre aproximadamente 5 y aproximadamente 75 partes en peso de un material de desecho en estado sólido que incluye metales pesados, entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 partes en peso de una ceniza volante y entre aproximadamente 5 y aproximadamente 55 partes en peso de una arcilla, en la que dicho material de desecho en estado sólido es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un polvo de horno de arco eléctrico, una escoria de acería y una ceniza de papel.

Description

Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho y método para la fabricación de cuerpos sinterizados de la misma.

Campo técnico

La presente invención se refiere a una composición cerámica mediante un procedimiento de estabilización de material compuesto y mediante el uso de materiales de desecho que incluyen metales pesados para reciclar los materiales de desecho y a un método para fabricar la misma, más particularmente la presente invención se refiere a la composición cerámica preparada a partir de diversos materiales de desecho tales como un polvo de horno de arco eléctrico (HAE), una escoria de acería, una escoria metálica de aluminio, una ceniza volante, una ceniza de papel u otros polvos industriales con el fin de utilizar la composición cerámica para materiales de construcción de edificios y materiales de ingeniería y al método para fabricar la composición cerámica.

Generalmente, los diversos materiales de desecho generados a partir de las actividades industriales se dividen en dos grupos. Un grupo consiste en materiales de desecho específicos que incluyen elementos peligrosos y el otro grupo consiste en materiales de desecho comunes que tienen elementos poco nocivos.

Muchos metales pesados como hierro (Fe), magnesio (Mg), titanio (Ti), plomo (Pb), cromo (Cr), cobre (Cu), níquel (Ni) o manganeso (Mn). Los metales pesados se escapan de los materiales de desecho específicos cuando los materiales de desecho específicos se entierran en el suelo según un método de tratamiento común, de modo que puede producirse una contaminación del entorno de consecuencias funestas debido a los metales pesados. También, el coste y el terreno reclamado para los materiales de desecho se convierten en problemas graves aunque los metales pesados se eliminan parcialmente de los materiales de desecho específicos o los materiales de desecho comunes se entierran en el suelo. Por tanto, actualmente se requiere urgentemente un método para tratar y reciclar los materiales de desecho.

A continuación en el presente documento, se mencionarán varias patentes para reciclar los materiales de desecho tal como sigue.

La patente japonesa número 53-127.511 da a conocer un método para fabricar un bloque mezclando un polvo de HAE con los materiales de partida convencionales. El bloque incluye el polvo de HAE del 30 al 50 por ciento en peso y se lleva a cabo un procedimiento de sinterización una temperatura de 630 a 830ºC. Sin embargo, el bloque tiene una escasa resistencia a la compresión de aproximadamente 4,8 MPa (690 psi).

Otro método para fabricar un bloque se da a conocer en la patente estadounidense número 5.278.111 expedida a Frame. El bloque contiene un polvo de HAE del 30 al 60 por ciento en peso alrededor del material de partida convencional tras volatilizar considerablemente zinc (Zn) y plomo (Pb) en el polvo de HAE a través de un procedimiento de calcinación. Aunque el bloque cumple los límites de escape admisibles de los metales pesados, la resistencia mecánica del bloque disminuye a medida que aumenta la cantidad del polvo de HAE.

También se propone un método para fabricar un clinker en la patente estadounidense número 5.672.146 expedida a Aota et al. El clinker comprende un polvo de HAE y una alúmina y los metales pesados apenas se escapan del clinker. El clinker se usa como material de partida para producir una losa o un bloque tras triturarlo. Sin embargo, el método requiere el procedimiento de molienda tras una etapa de sinterización y no se menciona la resistencia mecánica en esta patente.

El documento WO 9411320 describe un método de producción de bloques cerámicos, en el que se unen residuos que contienen metales pesados, mezclando los residuos que contienen los metales pesados con arcilla gruesa, moldeando comprimidos crudos de la mezcla y sometiendo a cocción los comprimidos crudos a una temperatura y durante un periodo de tiempo de manera que se forman bloques sinterizados densamente de naturaleza similar al gres o el clinker. Una pequeña proporción de la arcilla gruesa puede sustituirse por un plastificante.

Tal como se describió anteriormente, esas patentes tienen el problema de que los cuerpos sinterizados o los bloques tienen escasa resistencia mecánica debido a que no se forma una mezcla homogénea durante el mezclado de los materiales de desecho con los materiales de partida convencionales. Además, esas patentes mencionan sólo los materiales de desecho específicos excepto los materiales de desecho comunes tales como la ceniza volante o la ceniza de papel. Además, aumenta excesivamente la fase líquida y se produce el reblandecimiento del cuerpo sinterizado puesto que los componentes principales del polvo de HAE así como los metales u óxidos metálicos reaccionan con los materiales de partida convencionales tales como una arcilla y juntos forman la fase líquida.

Por tanto, en el caso del tratamiento de materiales de desecho en estado sólido que tienen los metales pesados peligrosos y los componentes nocivos, debe desarrollarse un método de tratamiento y reciclado de modo que se fabrique una composición cerámica que tenga una alta resistencia mecánica y pueda estar disponible para obtener diversos materiales de construcción o materiales de ingeniería mezclando de manera suficiente los componentes de los materiales de desecho mientras que los metales pesados no se escapan de la composición cerámica.

Descripción de la invención

Considerando los problemas mencionados anteriormente, los presentes inventores han estudiado y desarrollado un método para tratar y reciclar eficazmente materiales de desecho que tienen componentes peligrosos. Como resultado, los presentes inventores han logrado una composición cerámica que puede estar disponible para obtener un material de construcción de edificios o un material de ingeniería mediante un método de estabilización de material compuesto sin el escape de metales pesados peligrosos de la composición cerámica.

Es un primer objeto de la presente invención proporcionar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho mediante un procedimiento de estabilización de material compuesto con el fin de reciclar materiales de desecho tales como un polvo de horno de arco eléctrico, una escoria de acería, una ceniza volante, ceniza de papel, una escoria metálica de aluminio, etcétera.

Es un segundo objeto de la presente invención proporcionar un método para fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho mediante un procedimiento de estabilización de material compuesto con el fin de reciclar los materiales de desecho.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona una composición cerámica tal como se expone en la reivindicación 1. Las características preferidas de este aspecto se exponen en las reivindicaciones 2 a 8.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método tal como se expone en la reivindicación 10. Las características preferidas de este aspecto se exponen en las reivindicaciones 11 a 17.

La composición cerámica de la presente invención puede estar disponible para obtener materiales de construcción de edificios o de construcción ligeros tales como un bloque, una losa o un muro de contención y puede aplicarse para obtener un producto cerámico tal como una porcelana o una instalación sanitaria. También puede usarse la composición cerámica para obtener un material de ingeniería tal como un filtro o una pieza mecánica.

Tal como se describió anteriormente, el método de reciclado de materiales de desecho está disponible de manera limitada para cementos aunque el método de tratamiento de los metales peligrosos se desarrolla parcialmente girando en torno a la recuperación de los metales pesados a partir de los materiales de desecho o inhibiendo el escape de los metales pesados de los materiales de desecho. Es decir, el reciclado de los materiales de desecho está limitado puesto que varios métodos descritos en las patentes anteriores no solucionan simultáneamente todos los problemas requeridos para los productos cerámicos tales como la característica especial, la resistencia mecánica y el menor coste de fabricación. Por tanto, no se ha desarrollado la composición cerámica que tiene alta resistencia mecánica y características homogéneas usando los materiales de desecho porque apenas se obtiene el engobe o la mezcla homogénea cuando se tratan simultáneamente diversos materiales de desecho que tienen características y constituciones químicas diferentes.

Por tanto, los presentes inventores han desarrollado un método para formar un engobe estable y homogéneo mezclando los materiales de desecho considerando las combinaciones, las distribuciones del tamaño medio de partícula y el orden de mezclado de los componentes de la composición cerámica. Los cuerpos sinterizados preparados a partir del engobe estable tienen excelentes resistencias mecánicas y aspectos magníficos según la presente invención.

Puesto que los metales pesados no se escapan del cuerpo sinterizado con el fin de reciclar los materiales de desecho, se describirá el mecanismo de retención para el escape de metales pesados de la presente invención tal como sigue.

Durante el tratamiento térmico de los metales pesados y los óxidos metálicos, se produce una reacción de oxidación de los metales peligrosos y también se produce una reacción eutéctica entre los óxidos metálicos. Por ejemplo, la temperatura eutéctica del óxido de plomo (PbO) y la sílice (SiO_{2}) es de aproximadamente 700ºC y la fase líquida de la composición eutéctica de PbO y SiO_{2} se forma por encima de la temperatura eutéctica. Cuando se producen las reacciones eutécticas entre diversos metales y óxidos metálicos, los metales peligrosos se funden en fases líquidas de reactivos eutécticos, de modo que se estabilizan los metales peligrosos de los materiales de desecho. Al mismo tiempo, las fases líquidas eutécticas y la ceniza volante forman juntas una estructura reticular para acelerar la sinterización del cuerpo conformado de los materiales de desecho. Por tanto, el procedimiento de sinterización se realiza a una temperatura relativa de entre aproximadamente 900ºC y aproximadamente 1200ºC. Los metales peligrosos no exudan del cuerpo sinterizado y el cuerpo sinterizado tiene una resistencia suficiente para el material de construcción o el material de ingeniería.

Mientras tanto, los productos cerámicos convencionales se fabrican generalmente mediante una composición cerámica que consiste en una arcilla, un feldespato y una sílice. La arcilla permite que la mezcla de la composición cerámica tenga una plasticidad y el feldespato forma una fase líquida durante la etapa de sinterización. La sílice forma una estructura reticular para evitar el reblandecimiento de un cuerpo sinterizado durante la etapa de sinterización.

Según la presente invención, los materiales de desecho incluyen diversos metales y óxidos metálicos tal como se describió anteriormente. Entre los materiales de desecho, un material de desecho en estado sólido tal como el polvo de HAE, la escoria de acería o la ceniza de papel forma una fase líquida durante el procedimiento de sinterización, de modo que el material de desecho en estado sólido desempeña el papel del feldespato en la composición cerámica convencional. El material de desecho en estado sólido contiene metales pesados, en particular metales alcalinos y metales alcalinotérreos. La ceniza volante consiste esencialmente en la sílice y la alúmina así como la arcilla, sin embargo, la estructura cristalina de la ceniza volante comprende la mullita y la cristobalita que son diferentes de la estructura de aluminosilicato de la arcilla cuando se realiza el procedimiento de sinterización a una temperatura superior a 1000ºC. Puesto que la ceniza volante tiene características bastante diferentes de la estructura de aluminosilicato, la ceniza volante tiene una baja plasticidad pero tiene una alta refractariedad aunque la constitución química de la ceniza volante es similar a la de la arcilla. Por tanto, la ceniza volante forma la estructura reticular de modo que evita el reblandecimiento del cuerpo sinterizado y aumenta la resistencia mecánica del cuerpo sinterizado. Es decir, la ceniza volante desempeña el papel de la sílice en la composición cerámica convencional.

Tal como se describió anteriormente, el sistema feldespato-arcilla-sílice de la composición cerámica convencional puede sustituirse por el sistema RO/R_{2}O-arcilla-C/V según la presente invención, de modo que la composición cerámica de la presente invención se fabrica basándose en ese hecho. Para fabricar un producto cerámico que tenga una alta resistencia mecánica usando la composición cerámica de la presente invención, se requiere una combinación de la composición cerámica que tenga un sistema RO/R_{2}O-arcilla-C/V apropiado analizando la constitución química y la estructura cristalina de la composición cerámica. Aunque se preparan composiciones cerámicas a partir de las mismas combinaciones de RO/R_{2}O-arcilla-C/V, los cuerpos sinterizados muestran, respectivamente, diferentes resistencias mecánicas y densidades aparentes. También debe determinarse la temperatura y el tiempo de sinterización apropiados para cada composición cerámica.

En la presente invención, las características del cuerpo sinterizado están determinadas por la composición cerámica, el procedimiento de mezclado, la temperatura de sinterización y el tiempo de sinterización. El cuerpo sinterizado cumple la norma de las pruebas de escape de metales pesados, por ejemplo, el procedimiento de lixiviación característico de toxicidad (TCLP) de la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) de los EE.UU.

La tabla 1 muestra los porcentajes en peso promedio de los elementos químicos contenidos en los componentes de la composición cerámica según la presente invención.

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TABLA 1

100

101

En la tabla 1, el total* significa la cantidad total de metal y óxido metálico. Concretamente, A1_{2}O_{3} representa la cantidad total de Al y Al_{2}O_{3} y Fe_{2}O_{3} representa la cantidad total de Fe, FeO y Fe_{2}O_{3}. La pérdida por ignición significa la disminución de las cantidades debido a los elementos volátiles tales como el agua de cristalización, el hidróxido y el dióxido de carbono durante un procedimiento de tratamiento térmico a una temperatura de aproximadamente 900 a 1000ºC antes de analizar los elementos.

Breve descripción de los dibujos

Las ventajas y objetos anteriores de la presente invención resultarán más evidentes mediante la descripción en detalle de los ejemplos preferidos de la misma con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es un diagrama de bloques para ilustrar un procedimiento para fabricar una composición cerámica según la presente invención; y

la figura 2 es un gráfico de distribuciones del tamaño de partícula acumuladas para mostrar los tamaños de partícula de un polvo de HAE, una ceniza volante, una arcilla y una ceniza de papel según la presente invención.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

A continuación en el presente documento, se explicarán con más detalle los ejemplos preferidos de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos.

En la presente invención, se describirá una composición cerámica y un método para fabricar la composición cerámica tal como sigue.

La figura 1 es un diagrama de bloques esquemático para ilustrar el procedimiento para fabricar la composición cerámica según la presente invención.

En referencia a la figura 1, los componentes de la composición cerámica se dividen en un primer grupo de RO/R_{2}O (en el que R representa metales alcalinos o metales alcalinotérreos) y un segundo grupo de C/V (ceniza volante) tras analizar los elementos químicos de los componentes de la composición cerámica y medir la distribución de partículas de los componentes. El primer grupo comprende un polvo de horno de arco eléctrico (HAE), una escoria de acería, una ceniza de papel, una escoria metálica de aluminio (Al), etcétera.

Posteriormente, la combinación compuesta por RO/R_{2}O-C/V-arcilla se prepara después de seleccionar un componente del primer grupo. En ese momento, los componentes incluyen diversos metales y óxidos metálicos. Concretamente, los elementos de RO y R_{2}O están contenidos en el polvo de HAE, la ceniza de papel y la escoria de acería. El RO o el R_{2}O forman una fase líquida durante un procedimiento de sinterización, de modo que funcionan como un feldespato utilizado en el procedimiento cerámico convencional.

Los principales elementos de la ceniza volante son sílice (SiO_{2}) y alúmina (A1_{2}O_{3}) en los mismos elementos de la arcilla, sin embargo, las estructuras cristalinas principales de la ceniza volante son una mullita y una cristobalita que son diferentes de la estructura cristalina del aluminosilicato de la arcilla. Debido a la estructura cristalina, la ceniza volante no tiene plasticidad pero la ceniza volante tiene alta refractariedad y la ceniza volante forma estructuras reticulares durante el procedimiento de sinterización, de modo que la ceniza volante evita el reblandecimiento de un cuerpo sinterizado para aumentar la resistencia del cuerpo sinterizado. Por tanto, se requiere la combinación apropiada de RO/R_{2}O-C/V-arcilla mediante el análisis de los elementos químicos y la estructura cristalina de los componentes para fabricar la composición cerámica que tiene alta resistencia. El RO y R_{2}O están incluidos en gran medida en el polvo de HAE, la escoria de acería y la ceniza de papel. La escoria metálica de Al y la ceniza volante forman juntas la estructura reticular durante el procedimiento de sinterización puesto que la escoria metálica de Al contiene principalmente la alúmina. En la presente invención, se añade la arcilla de modo que aumenta la plasticidad de la composición cerámica, sin embargo, la arcilla no es un componente necesario.

El engobe estable se prepara mezclando homogéneamente la arcilla y los componentes seleccionados. En este procedimiento, deben formarse aglomerados homogéneos para preparar el engobe estable, de modo que el procedimiento de mezclado de los componentes se vuelve sumamente importante. Considerando los tamaños medios de partícula del componente y las razones volumétricas de las partículas que tienen diámetros inferiores a aproximadamente 10 \mum, se mezcla en primer lugar un componente que tiene una razón volumétrica de las partículas inferior a 10 \mum que es mayor que otro componente, con agua suficiente y se mezclan los otros componentes en orden de tamaño de partícula. Es decir, el componente que tiene partículas pequeñas se mezcla en primer lugar con agua suficiente de modo que se obtienen aglomerados que tienen tamaños homogéneos durante la formación del engobe.

Cuando el componente incluye partículas de gran tamaño y tiene una amplia distribución del tamaño de partícula, se añaden en primer lugar las partículas pequeñas del componente y en segundo lugar se añaden las partículas grandes con el fin de evitar que aumenten los tamaños de los aglomerados después de dividir las partículas a través de un procedimiento de tamizado. Es preferible usar un tamiz diminuto para formar aglomerados que tienen tamaños homogéneos. Sin embargo, puede usarse eficazmente un tamiz de aproximadamente 145 \mum (80 mallas).

Aunque el procedimiento de tamizado se realiza para el componente que tiene partículas grandes, se requiere adicionalmente un procedimiento de molienda para mantener los aglomerados con tamaños homogéneos. Un cuerpo sinterizado tiene una estructura diminuta y homogénea manteniendo los aglomerados con tamaños homogéneos y diminutos. El cuerpo sinterizado también tiene alta resistencia usando aquellos aglomerados.

Un cuerpo conformado que tiene una forma predeterminada, por ejemplo un hexaedro rectangular o un cubo, se forma usando el engobe y mediante un método de extrusión, un método de moldeo por inyección o un método de prensado. El cuerpo conformado se fabrica preferiblemente mediante el método de extrusión. Además, el cuerpo conformado se forma mediante un método isostático después de que el engobe tenga forma granular mediante un método de secado por pulverización.

Posteriormente, el cuerpo conformado se seca a una temperatura de entre aproximadamente 40ºC y aproximadamente 60ºC después de insertar el cuerpo conformado en un horno de caja manteniendo una humedad constante. El cuerpo conformado se seca de manera suficiente durante más de 24 horas y luego se sinteriza el cuerpo conformado en el horno de caja o un horno de secado a una temperatura de entre aproximadamente 1000ºC y aproximadamente 1200ºC durante aproximadamente de 1 a 3 horas. En el procedimiento de sinterización, los cuerpos sinterizados tienen respectivamente resistencias mecánicas y densidades aparentes diferentes según la temperatura de sinterización y el tiempo de sinterización aunque se producen cuerpos sinterizados usando las mismas composiciones cerámicas que tienen las mismas combinaciones de RO/R_{2}O-C/V-arcilla. Por tanto, deben determinarse las condiciones de sinterización apropiadas con el fin de obtener el cuerpo sinterizado que tiene las características deseadas tales como resistencia mecánica y una densidad aparente.

Según la presente invención, la composición cerámica puede usarse para obtener diversos materiales de construcción, materiales de construcción de edificios y materiales de ingeniería.

A continuación en el presente documento, la presente invención se mostrará y se describirá particularmente con referencia a ejemplos particulares de la misma, los expertos en la técnica entenderán que pueden efectuarse diversos cambios en la forma y detalle a este respecto sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.

Ejemplo 1

Para fabricar una composición cerámica, se midieron las distribuciones de partículas de un polvo de horno de arco eléctrico (HAE), una ceniza volante y una arcilla después de analizar sus elementos químicos tal como se muestra en la tabla 1. El polvo de HAE incluía metales pesados y óxidos de metales pesados tales como RO/R_{2}O (en los que R representa metales alcalinos o metales alcalinotérreos). Los metales pesados y los óxidos de metales pesados pueden estar incluidos en la ceniza volante. En el presente ejemplo, la composición cerámica comprendía el polvo de HAE, la ceniza volante y la arcilla.

La figura 2 es un gráfico de distribución del tamaño de partícula acumulada para mostrar los tamaños de partícula del polvo de HAE, la ceniza volante y la arcilla. En referencia a la figura 2, el número de partículas diminutas que tienen un diámetro inferior a 10 \mum en el polvo de HAE es mayor que los de la ceniza volante y la arcilla. También es mayor el número de partículas diminutas de la arcilla que el de la ceniza volante.

Se mezclan homogéneamente el polvo de HAE, la ceniza volante y la arcilla para formar la composición cerámica según el presente ejemplo. La composición cerámica comprendía 10 partes en peso del polvo de HAE, 40 partes en peso de la ceniza volante y 50 partes en peso de la arcilla. En este caso, se llevó a cabo el procedimiento de mezclado basándose en las distribuciones del tamaño de partícula tal como se muestra en la figura con el fin de formar un engobe estable y homogéneo tal como sigue.

En primer lugar, se mezcló el polvo de HAE con agua suficiente y luego se mezcló la arcilla con el polvo de HAE y el agua. Posteriormente, se añadió la ceniza volante para formar el engobe. En ese momento, es importante formar aglomerados homogéneos que consistan en el polvo de HAE, la arcilla, la ceniza volante y el agua suficiente con el fin de preparar el engobe homogéneo, de modo que el procedimiento de mezclado es muy importante durante la formación del engobe.

Luego, se insertó el cuerpo conformado en un horno de caja después de fabricarse el cuero conformado que tenía una forma predeterminada usando el engobe y mediante un método de extrusión, un método de inyección por moldeo o método de prensado. Preferiblemente, se fabricó el cuerpo conformado mediante el método de extrusión.

Se secó el cuerpo conformado en el horno de caja a una temperatura de aproximadamente 50ºC. Se secó de manera suficiente el cuerpo conformado durante más de 24 horas.

Posteriormente, se fabricó un cuerpo sinterizado sinterizando el cuerpo conformado en el horno de caja a una temperatura de aproximadamente 1200ºC durante aproximadamente 2 horas.

La tabla 2 muestra la prueba de escape de metales pesados del cuerpo sinterizado preparado a partir de la composición cerámica que incluye el polvo de HAE según el presente ejemplo. El criterio de la tabla 2 son los límites de escape máximos admisibles propuestos por el procedimiento de lixiviación característico de toxicidad (TCLP) de la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) de los EE.UU. Se midieron las cantidades de escape de los metales pesados del cuerpo sinterizado mediante las unidades de p.p.m.

TABLA 2

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En referencia a la tabla 2, las cantidades de escape de los metales pesados del cuerpo sinterizado del presente ejemplo son muy inferiores a los límites de escape admisibles. Concretamente, el cuerpo sinterizado del presente ejemplo cumple de manera suficiente la norma del TCLP de la USEPA.

Se fabricó un bloque de muestra usando la composición cerámica del presente ejemplo con el fin de estimar la idoneidad del bloque de muestra como material de construcción de edificios y material de ingeniería. El bloque de muestra del presente ejemplo tenía una forma hexaédrica rectangular que tenía unas dimensiones de 30 cm x 30 cm x 60 cm. Es decir, el bloque de muestra era de 30 cm de anchura, 30 cm de longitud y 60 cm de altura. Se midieron la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra y se indicó el resultado en la tabla 3.

TABLA 3

104

Tal como se muestra en la tabla 3, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 54,0 MPa (7.827 psi) que es mayor que la resistencia a la compresión convencional de 10,3 MPa (1.500 psi) propuesta por la norma ASTM C62. Por tanto, se usa de manera suficiente el bloque de muestra como material de construcción de edificios o material de ingeniería. Además, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una excelente densidad aparente de aproximadamente 1,74 g/cm^{3} que es muy inferior a la del bloque convencional que tiene una densidad aparente superior a 2,5 g/cm^{3}, de modo que el bloque de muestra tiene una excelente característica cuando se usa como material de construcción ligero, material de construcción de edificios y material de ingeniería.

Ejemplo 2

Se mezclaron homogéneamente un polvo de HAE, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente con el fin de fabricar una composición cerámica del presente ejemplo después de medirse las distribuciones del tamaño de partícula de los componentes. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 20 partes en peso del polvo de HAE, 40 partes en peso de la ceniza volante y 40 partes en peso de la arcilla. En el presente ejemplo, las etapas de fabricación que incluyen el procedimiento de mezclado fueron las mismas que las del ejemplo 1 excepto una etapa de sinterización. Se realizó el procedimiento de sinterización del presente ejemplo a una temperatura de aproximadamente 1150ºC.

Tal como se muestra en la tabla 2, se llevó a cabo la prueba de escape de metales pesados del cuerpo sinterizado preparado a partir de la composición cerámica según el presente ejemplo. En referencia a la tabla 2, las cantidades de escape de los metales pesados del cuerpo sinterizado del presente ejemplo son muy inferiores a los límites de escape admisibles. Es decir, el cuerpo sinterizado del presente ejemplo cumple de manera suficiente la norma del TCLP de la USEPA.

Entonces, se fabricó un bloque de muestra usando la composición cerámica del presente ejemplo con el fin de estimar la idoneidad del bloque de muestra como material de construcción de edificios y material de ingeniería. El bloque de muestra del presente ejemplo tenía una forma hexaédrica rectangular que tenía unas dimensiones de 30 cm x 30 cm x 60 cm. Se midieron la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra y se indicó el resultado en la tabla 3.

En referencia a la tabla 3, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 60,8 MPa (8.821 psi) que es mayor que la resistencia a la compresión convencional de 10,3 MPa (1.500 psi) propuesta por la norma ASTM C62. Por tanto, se usa de manera suficiente el bloque de muestra del presente ejemplo como material de construcción de edificios o material de ingeniería. Además, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una densidad aparente de aproximadamente 1,82 g/cm^{3} que es muy inferior a la del bloque convencional que tiene una densidad aparente superior a 2,5 g/cm^{3}, de modo que el bloque de muestra tiene una excelente característica cuando se usa como material de construcción ligero, material de construcción de edificios y material de ingeniería.

Ejemplo 3

Con el fin de fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron homogéneamente un polvo de HAE, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente según el presente ejemplo después de medirse las distribuciones del tamaño de partícula de los componentes de la composición cerámica. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 30 partes en peso del polvo de HAE, 40 partes en peso de la ceniza volante y 30 partes en peso de la arcilla. En el presente ejemplo, las etapas de fabricación que incluyen el procedimiento de mezclado fueron las mismas que las del ejemplo 2.

En referencia a la tabla 3, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 100 MPa (14.524 psi) que es mucho mayor que la resistencia a la compresión convencional de 10,3 MPa (1.500 psi) propuesta por la norma ASTM C62. Por tanto, se usa de manera suficiente el bloque de muestra del presente ejemplo como material de construcción de edificios o material de ingeniería. Además, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una densidad aparente de aproximadamente 2,07 g/cm^{3} que es inferior a la del bloque convencional que tiene una densidad aparente superior a 2,5 g/cm^{3}, de modo que el bloque de muestra tiene una excelente característica cuando se usa como material de construcción ligero, material de construcción de edificios y material de ingeniería.

Ejemplo 4

Se obtuvo una composición cerámica mezclando un polvo de HAE, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente después de analizar los elementos químicos y medir las distribuciones de partícula de los componentes de una composición cerámica que consistía en el polvo de HAE, la ceniza volante y la arcilla. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 40 partes en peso del polvo de HAE, 30 partes en peso de la ceniza volante y 30 partes en peso de la arcilla. El polvo de HAE contiene metales pesados y óxidos de metales pesados.

En el presente ejemplo, se obtuvieron respectivamente cuerpos sinterizados sinterizando cuerpos conformados en un horno de caja a temperaturas de aproximadamente 1150ºC y aproximadamente 1200ºC durante aproximadamente 2 horas después de formar y secar los cuerpos conformados usando la composición cerámica. Es decir, se sinterizó respectivamente cada cuerpo sinterizado a temperaturas diferentes. Se llevó a cabo un procedimiento de tamizado para el cuerpo que se sinterizó a una temperatura de aproximadamente 1200ºC. Se realizó el procedimiento de tamizado con un tamiz de 200 mallas. La tabla 4 muestra la densidad aparente de los cuerpos sinterizados según la temperatura de sinterización.

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TABLA 4

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Tal como se muestra en la tabla 4, la densidad aparente del cuerpo sinterizado disminuyó a medida que la temperatura de sinterización aumentó desde 1150ºC hasta 1200ºC porque quedaron atrapados los elementos volátiles en el cuerpo sinterizado cuando la temperatura de sinterización aumentó. En el caso del presente ejemplo, se mezclaron el polvo de HAE, la arcilla y la ceniza volante en ese orden con agua de modo que se formase un engobe. Cuando se eliminaron los aglomerados que tenían relativamente tamaños grandes mediante el tamizado del engobe con el tamiz de 200 mallas, el cuerpo sinterizado producido usando este engobe tenía una densidad aparente grande. Por tanto, pudieron obtenerse el cuerpo conformado denso y el cuerpo sinterizado denso cuando los aglomerados en el engobe tenían tamaños relativamente pequeños. Es decir, pudo controlarse la densidad del cuerpo sinterizado ajustando la temperatura de sinterización y el tamaño de partícula.

La tabla 5 muestra el resultado de la prueba de escape de metales pesados usando los cuerpos sinterizados del presente ejemplo. En la tabla 5, se midieron las cantidades de escape promedio de los metales pesados de los cuerpos sinterizados mediante la unidad de p.p.m. En referencia a la tabla 5, apenas se escaparon los metales pesados del cuerpo sinterizado del presente ejemplo. En particular, no se escapó ni zinc ni manganeso del cuerpo sinterizado del presente ejemplo.

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TABLA 5

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Después de preparar los bloques de muestra usando la composición cerámica del presente ejemplo a través de los procedimientos de formación, de secado y de sinterización, se midieron las resistencias a la compresión de los bloques de muestra de modo que se estimó la idoneidad del bloque de muestra como material de construcción de edificios y material de ingeniería. En el presente ejemplo, se sinterizaron respectivamente los seis bloques de muestra a 1200ºC. Tres bloques de muestra tenían formas hexaédricas regulares (cúbicas) y los otros bloques de muestra tenían formas hexaédricas rectangulares. Cada bloque de muestra cúbico tenía unas dimensiones de 30 cm de anchura, 30 cm de longitud y 30 cm de altura. Cada bloque de muestra hexaédrico rectangular tenía unas dimensiones de 30 cm de anchura, 30 cm de longitud y 60 cm de altura. La tabla 6 muestra las resistencias a la compresión de los bloques de muestra que tienen esas formas.

TABLA 6

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Tal como se muestra en la tabla 6, la resistencia a la compresión promedio de los bloques cúbicos era de aproximadamente 108,5 MPa (15.740 psi) y la resistencia a la compresión promedio de los bloques hexaédricos rectangulares era de aproximadamente 160,2 MPa (23.238 psi), de modo que los bloques del presente ejemplo pueden aplicarse de manera suficiente como material de construcción de edificios y material de ingeniería puesto que los bloques del presente ejemplo tienen buenas resistencias a la compresión mayores que la convencional de 10,3 MPa (1.500 psi) según la norma ASTM C62.

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Ejemplo 5

Se mezclaron un polvo de HAE, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente para formar una composición cerámica después de las etapas de análisis y medición tal como se describieron anteriormente. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 50 partes en peso del polvo de HAE, 30 partes en peso de la ceniza volante y 20 partes en peso de la arcilla. En el presente ejemplo, el orden de mezclado de los componentes de la composición cerámica era idéntico al del ejemplo 1 y los otros procedimientos de fabricación fueron los mismos que los del ejemplo 1 excepto por la temperatura de sinterización. Se obtuvo el cuerpo sinterizado del presente ejemplo a una temperatura relativamente baja de aproximadamente 1000ºC.

La tabla 7 muestra los resultados de la prueba de escape de metales pesados usando varios cuerpos sinterizados de la presente invención. En la tabla 7, se midieron las cantidades de escape de los metales pesados de los cuerpos sinterizados mediante la unidad de p.p.m. En referencia la tabla 7, apenas se escaparon los metales pesados del cuerpo sinterizado del presente ejemplo, en particular no se escapó ni cobre ni manganeso del cuerpo sinterizado del presente ejemplo. Por tanto, el cuerpo sinterizado del presente ejemplo cumple de manera suficiente los límites admisibles de la USEPA.

TABLA 7

110

Se fabricó el bloque de muestra usando la composición cerámica del presente ejemplo a través del procedimiento de sinterización a una temperatura de aproximadamente 1000ºC. El bloque de muestra tenía una forma hexaédrica rectangular que tenía unas dimensiones de 30 cm x 30 cm x 60 cm. Es decir, el bloque de muestra era de 30 cm de anchura, 30 cm de longitud y 60 cm de altura. Las densidades aparentes y las resistencias a la compresión de algunos bloques de muestra se muestran en la tabla 8.

TABLA 8

111

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En referencia a la tabla 8, el bloque de muestra del presente ejemplo es adecuado de manera suficiente como material de construcción de edificios puesto que el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una alta resistencia a la compresión de aproximadamente 16.038 psi y una baja densidad aparente de aproximadamente 2,11.

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Ejemplo 6 comparativo

Con el fin de fabricar una composición cerámica que comprende un polvo de HAE, una ceniza de papel (la ceniza que queda después de quemar la suspensión de fragmentos de papel producida en la fabricación del papel) y una ceniza volante, se midieron las distribuciones del tamaño de partícula de los componentes tal como se muestra en la figura 2. En referencia a la figura 2, el número de partículas diminutas que tenían diámetros inferiores a 10 \mum en el polvo de HAE era mayor que los de la ceniza volante y la ceniza de papel. Los números de las partículas diminutas fueron sustancialmente iguales entre sí, sin embargo, la ceniza de papel incluía más partículas grandes que la ceniza volante.

La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 50 partes en peso del polvo de HAE, 20 partes en peso de la ceniza de papel y 30 partes en peso de la ceniza volante. Se mezclaron homogéneamente los componentes de la composición cerámica con agua suficiente de modo que se formase un engobe estable. En este caso, el orden de mezclado de los componentes se describió tal como sigue.

En primer lugar se mezcló el polvo de HAE con agua puesto que el polvo de HAE contenía la mayor parte de las partículas diminutas en él. Posteriormente, se añadieron la ceniza volante y la ceniza de papel en ese orden. En el presente ejemplo, ese orden de mezclado es muy importante porque los componentes forman aglomerados homogéneos con el fin de preparar el engobe estable.

Puesto que la ceniza de papel tiene una amplia distribución del tamaño de partícula tal como se muestra en la figura 2, se mezclaron en primer lugar las partículas diminutas de la ceniza de papel y se mezclaron en segundo lugar las partículas grandes después de tamizar la ceniza de papel con un tamiz que tenía una dimensión de 200 mallas. Si se fabricó el engobe sin tamizar la ceniza de papel que tenía la amplia distribución del tamaño de partícula, no se obtuvo el engobe homogéneo porque se produjo la precipitación de las partículas grandes. Sin embargo, se obtuvo el engobe estable y homogéneo sin la precipitación cuando se añadieron las partículas pequeñas y las partículas grandes en ese orden a través del procedimiento de tamizado.

Se formó y se secó el cuerpo conformado del presente ejemplo mediante los mismos procedimientos del ejemplo 1, y luego se obtuvo el cuerpo sinterizado sinterizando el cuerpo conformado a una temperatura de aproximadamente 1000ºC durante aproximadamente 2 horas.

Se dio a conocer el resultado de la prueba de escape del presente ejemplo en la tabla 7. El cuerpo sinterizado de la presente invención cumple el criterio de la USEPA tal como se muestra en la tabla 7.

También se fabricó el bloque de muestra usando la composición cerámica a través del procedimiento de fabricación descrito anteriormente. En el presente ejemplo, la forma y las dimensiones del bloque fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5. En referencia a la tabla 8, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una buena resistencia a la compresión de aproximadamente 139,4 MPa (20.212 psi) y una baja densidad aparente de aproximadamente 2,20 g/cm^{3}, de modo que se valora el bloque de muestra como material de construcción ligero.

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Ejemplo 7

Se mezclaron un polvo de HAE, una arcilla, una ceniza volante y una ceniza de papel con agua suficiente para formar una composición cerámica después de las etapas de análisis y medición tal como se describieron anteriormente. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 50 partes en peso del polvo de HAE, 10 partes en peso de la ceniza de papel, 20 partes en peso de la ceniza volante y 20 partes en peso de la arcilla. En el presente ejemplo, el orden de mezclado de los componentes de la composición cerámica fue idéntico al de los ejemplos 1 y 6 y los otros procedimientos de fabricación fueron los mismos que los del ejemplo 1 excepto por la temperatura de sinterización. Se obtuvo el cuerpo sinterizado del presente ejemplo a una temperatura de aproximadamente 1000ºC.

La tabla 7 muestra los resultados de la prueba de escape de metales pesados usando el cuerpo sinterizado del presente ejemplo. En referencia a la tabla 7, apenas se escaparon los metales pesados del cuerpo sinterizado del presente ejemplo, en particular no se escapó ni cobre ni manganeso del cuerpo sinterizado del presente ejemplo. Por tanto, el cuerpo sinterizado del presente ejemplo cumple de manera suficiente los límites admisibles de la USEPA.

Se fabricó el bloque de muestra usando la composición cerámica a través del procedimiento de fabricación descrito anteriormente. En el presente ejemplo, la forma y las dimensiones del bloque fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5. En referencia a la tabla 8, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una excelente resistencia a la compresión de aproximadamente 173,0 MPa (25.095 psi) y una densidad aparente relativamente baja de aproximadamente 2,34 g/cm^{3}, de modo que se valora el bloque de muestra como material de construcción de edificios o material de construcción ligero.

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Ejemplo 8

Para fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron un polvo de HAE, una arcilla, una ceniza volante, una ceniza de papel y una escoria metálica de aluminio (Al) en ese orden con agua suficiente para formar un engobe estable y homogéneo. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 25 partes en peso del polvo de HAE, 20 partes en peso de la arcilla, 40 partes en peso de la ceniza volante, 5 partes en peso de la ceniza de papel y 10 partes en peso de la escoria metálica de Al.

En el caso del presente ejemplo, se realizaron respectivamente los procedimientos de tamizado para la ceniza de papel y la escoria metálica de Al porque la escoria metálica de Al contenía muchas partículas de gran tamaño tales como la ceniza de papel. Las etapas de fabricación sucesivas fueron las mismas que las del ejemplo 1 excepto que se llevó a cabo la etapa de sinterización a una temperatura de aproximadamente 1150ºC.

La tabla 7 muestra los resultados de la prueba de escape de metales pesados usando el cuerpo sinterizado según el presente ejemplo. En referencia a la tabla 7, apenas se escaparon los metales pesados del cuerpo sinterizado del presente ejemplo, de modo que el cuerpo sinterizado del presente ejemplo cumple de manera suficiente los límites admisibles de la USEPA.

Se fabricó el bloque de muestra usando la composición cerámica a través del procedimiento de fabricación descrito anteriormente. En el presente ejemplo, la forma y las dimensiones del bloque fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5. En referencia a la tabla 8, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una resistencia a la compresión relativamente baja de aproximadamente 31,2 MPa (4.527 psi) y una excelente densidad aparente de aproximadamente 1,34 g/cm^{3}. Sin embargo, se usa de manera suficiente el bloque de muestra como material de construcción de edificios, en particular, material de construcción ligero.

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Ejemplo 9 comparativo

Según el presente ejemplo, se fabricó una composición cerámica mezclando una ceniza de papel y una ceniza volante, de modo que no se requirió la prueba de escape de metales pesados. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 70 partes en peso de la ceniza de papel y 30 partes en peso de la ceniza volante. En este caso, se mezcló en primer lugar la ceniza volante con agua y se añadió en segundo lugar la ceniza de papel después de una etapa de tamizado de la ceniza de papel.

Debido a que era elevada la parte en peso de la ceniza de papel que incluía partículas de gran tamaño, se trituró de manera suficiente la composición cerámica usando un molino de bolas durante aproximadamente 4 horas para formar un engobe estable y homogéneo. Las otras etapas de fabricación fueron idénticas a las del ejemplo 1 excepto porque se realizó el procedimiento de sinterización a 1150ºC.

La tabla 9 muestra el color, la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra fabricado usando la composición cerámica según el presente ejemplo. Las dimensiones de la muestra fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5.

TABLA 9

112

En referencia a la tabla 9, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 43,2 MPa (6.267 psi) que es mayor que la resistencia convencional de 10,3 MPa (1.500 psi) recomendada por la norma ASTM C62. Por tanto, el bloque de muestra es adecuado como material de construcción de edificios. En particular, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una excelente densidad aparente y un magnifico aspecto, de modo que puede usarse como un buen material de construcción ligero o un producto cerámico tal como una losa o una porcelana.

Ejemplo 10 comparativo

Se mezclaron una arcilla, una ceniza volante y una ceniza de papel en ese orden con agua suficiente para fabricar una composición cerámica según el presente ejemplo. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 50 partes en peso de la ceniza de papel, 30 partes en peso de la ceniza volante y 20 partes en peso de la arcilla. En el presente ejemplo, no se llevaron a cabo las pruebas de escape de metales pesados.

En el presente ejemplo, se trituró de manera suficiente la composición cerámica usando un molino de bolas durante aproximadamente 4 horas con el fin de formar un engobe homogéneo debido a que era relativamente elevada la parte en peso de la ceniza de papel que incluía partículas de gran tamaño. Las etapas de fabricación sucesivas fueron idénticas a las del ejemplo 9.

En la tabla 9 se exponen el color, la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra del presente ejemplo. Se fabricó el bloque de muestra usando la composición cerámica según el presente ejemplo y las dimensiones de la muestra fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5. El bloque de muestra del presente ejemplo tiene una densidad aparente de aproximadamente 2,02 g/cm^{3} que es inferior a la del bloque de construcción de edificios convencional. Además, el bloque de muestra tiene una buena resistencia a la compresión de aproximadamente 91,2 MPa (13.230 psi) y un magnifico aspecto. Por tanto, puede usarse de manera diversa el bloque de muestra como material de construcción de edificios, material de construcción ligero o producto cerámico.

Cuando se fabrica el bloque de muestra usando la composición cerámica que tiene la ceniza de papel, la ceniza volante y la arcilla, el bloque de muestra tiene un excelente aspecto de diversos colores según las cantidades relativas de los componentes de la composición cerámica.

Ejemplo 11 comparativo

Se mezclaron homogéneamente una arcilla, una ceniza volante y una ceniza de papel en ese orden con agua suficiente de modo que se fabricó una composición cerámica según el presente ejemplo. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 40 partes en peso de la ceniza de papel, 35 partes en peso de la ceniza volante y 25 partes en peso de la arcilla. Se trituró la mezcla usando un molino de bolas durante aproximadamente 3 horas para formar un engobe estable. Las etapas de fabricación sucesivas fueron las mismas que las del ejemplo 9.

En la tabla 9, se exponen el color, la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra y se fabricó el bloque de muestra usando la composición cerámica según el presente ejemplo. Las dimensiones del bloque de muestra del presente ejemplo fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5.

El bloque de muestra del presente ejemplo tiene una densidad aparente de aproximadamente 2,34 g/cm^{3} que es inferior a la del bloque de construcción de edificios convencional y el bloque de muestra tiene una excelente resistencia a la compresión de aproximadamente 160,8 MPa (23.333 psi). Por tanto, puede usarse de manera diversa el bloque de muestra como material de construcción de edificios, material de construcción ligero o producto cerámico.

Ejemplo 12 comparativo

Para fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron una arcilla, una ceniza volante y una ceniza de papel en ese orden con agua suficiente según el presente ejemplo. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 20 partes en peso de la ceniza de papel, 35 partes en peso de la ceniza volante y 45 partes en peso de la arcilla. Se trituró la mezcla de la composición cerámica usando un molino de bolas durante aproximadamente 2 horas de modo que se forma un engobe homogéneo y estable. Las etapas de fabricación sucesivas fueron las mismas que las del ejemplo 9.

Tal como se muestra en la tabla 9, se mencionan el color, la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra y se fabricó el bloque de muestra usando la composición cerámica según el presente ejemplo.

El color, la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra fabricado a partir de la composición cerámica del presente ejemplo tal como se muestran en la tabla 9. Las dimensiones del bloque de muestra del presente ejemplo fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5. El bloque de muestra del presente ejemplo tiene una densidad aparente de aproximadamente 2,23 g/cm^{3} y una excelente resistencia a la compresión de aproximadamente 157,9 MPa (22.907 psi). Por tanto, puede usarse de manera diversa el bloque de muestra del presente ejemplo como material de construcción de edificios, material de construcción ligero o producto cerámico.

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Ejemplo 13

Se mezclaron homogéneamente una escoria de acería, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente para formar una composición cerámica según el presente ejemplo. La composición cerámica comprendía 50 partes en peso de la escoria de acería, 30 partes en peso de la ceniza volante y 20 partes en peso de la arcilla. Se genera la escoria de acería mediante el procedimiento de fabricación del acero.

La escoria de acería tenía al principio una forma maciza y la escoria de acería contenía partículas grandes que tenían tamaños de varios milímetros después de triturarse la escoria de acería. Por tanto, se requirió una etapa de tamizado o una etapa de molienda suficiente para la escoria de acería de modo que se obtuviese un engobe homogéneo. En el presente ejemplo, se mezclaron la arcilla, la ceniza volante y la escoria de acería en ese orden con agua suficiente, y luego se trituró la mezcla usando un molino de bolas durante aproximadamente 4 horas para fabricar el engobe estable y homogéneo.

Posteriormente, se formó un cuerpo conformado mediante un método de extrusión, un método de moldeo por inyección o método de prensado, y luego se secó el cuerpo conformado a aproximadamente 50ºC durante más de 24 horas después de insertarse el cuerpo conformado en un horno de caja. Se mantuvo la humedad relativa a aproximadamente el 80% durante la etapa de secado. A continuación, se sinterizó el cuerpo conformado en el horno para fabricar un cuerpo sinterizado. Se realizó el procedimiento de sinterización a una temperatura de aproximadamente 1200ºC.

En el presente ejemplo, no se llevó a cabo la prueba de escape de metales pesados. Se preparó el bloque de muestra usando la composición cerámica del presente ejemplo y las dimensiones del bloque de muestra fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5. Se exponen la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra en la tabla 10.

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TABLA 10

113

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Tal como se muestra en la tabla 10, el bloque de muestra tiene una densidad aparente relativamente grande pero el bloque de muestra tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 205,4 MPa (29.800 psi) que es mayor que la resistencia a la compresión convencional de 10,34 MPa (1.500 psi) propuesta por la norma ASTM C62, de modo que el bloque de muestra del presente ejemplo es adecuado como material de construcción de edificios o material de ingeniería. Además, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene un color negro intenso y tiene un aspecto brillante mediante el control de la cantidad de la escoria de acería. Por tanto, puede usarse el bloque de muestra como producto cerámico tal como una losa o una porcelana.

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Ejemplo 14

Con el fin de fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron homogéneamente una escoria de acería, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 40 partes en peso de la escoria de acería, 30 partes en peso de la ceniza volante y 30 partes en peso de la arcilla. Las etapas de fabricación sucesivas fueron las mismas que las del ejemplo 13.

En el presente ejemplo, se preparó el bloque de muestra usando la composición cerámica y las dimensiones del bloque de muestra fueron idénticas a las del bloque del ejemplo 5. Se exponen la densidad aparente y la resistencia a la compresión del bloque de muestra en la tabla 10.

En referencia a la tabla 10, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una densidad aparente relativamente grande de aproximadamente 2,96 g/cm^{3}, sin embargo, el bloque de muestra tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 198,6 MPa (28.800 psi) que es mayor que la resistencia a la compresión convencional propuesta por la norma ASTM C62. Por tanto, el bloque de muestra del presente ejemplo es adecuado como material de construcción de edificios o material de ingeniería.

Ejemplo 15

Para fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron homogéneamente una escoria de acería, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 30 partes en peso de la escoria de acería, 30 partes en peso de la ceniza volante y 40 partes en peso de la arcilla. Las etapas de fabricación sucesivas fueron las mismas que las del ejemplo 13.

En referencia a la tabla 10, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una densidad aparente relativamente grande de aproximadamente 2,88 g/cm^{3}, sin embargo, el bloque de muestra tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 176,0 MPa (25.524 psi), de modo que es adecuado el bloque de muestra del presente ejemplo como material de construcción de edificios o material de ingeniería.

Ejemplo 16

Con el fin de fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron homogéneamente una escoria de acería, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 20 partes en peso de la escoria de acería, 40 partes en peso de la ceniza volante y 40 partes en peso de la arcilla. Las etapas de fabricación sucesivas fueron las mismas que las del ejemplo 13.

En referencia a la tabla 10, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene una densidad aparente relativamente grande de aproximadamente 2,86 g/cm^{3}, sin embargo, el bloque de muestra tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 163,4 MPa (23.701 psi), de modo que es adecuado el bloque de muestra del presente ejemplo como material de construcción de edificios o material de ingeniería. Además, tal como se describió anteriormente, el bloque de muestra del presente ejemplo tiene un color negro intenso y tiene un aspecto brillante mediante el control de la cantidad de la escoria de acería. Por tanto, puede usarse el bloque de muestra como un producto cerámico tal como una losa o una porcelana.

Ejemplo 17

Para fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron homogéneamente un polvo de HAE, una escoria de acería, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 20 partes en peso del polvo de HAE, 50 partes en peso de la escoria de acería, 20 partes en peso de la ceniza volante y 10 partes en peso de la arcilla. El polvo de HAE y la escoria de acería contienen metales pesados tales como cobre, zinc, hierro, cromo, arsénico y manganeso y la ceniza volante puede incluir los metales pesados.

En el presente ejemplo, el procedimiento de mezclado fue idéntico al del ejemplo 1, sin embargo, se trituró la mezcla con un molino de bolas durante aproximadamente 4 horas con el fin de formar un engobe estable y homogéneo. Concretamente, se mezcló en primer lugar el polvo de HAE con el agua y se añadió la ceniza volante. Luego se mezcló la escoria de acería después de añadir la arcilla. El procedimiento de formación, el procedimiento de secado y el procedimiento de sinterización fueron los mismos que los del ejemplo 1.

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En el presente ejemplo, se mencionó el resultado de la prueba de escape de metales pesados del cuerpo sinterizado en la tabla 11. La tabla 11 es el resultado de la prueba de escape de metales pesados usando la composición cerámica que comprende el polvo de HAE y la escoria de acería. En la tabla 11, se midieron las cantidades de escape de metales pesados del cuerpo sinterizado mediante la unidad de p.p.m.

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TABLA 11

114

En referencia a la tabla 11, el cuerpo sinterizado de la presente invención cumple de manera suficiente el criterio de los límites admisibles de escape de metales pesados de la USEPA.

Mientras tanto, se preparó una muestra usando el cuerpo sinterizado de la composición cerámica según el presente ejemplo. La muestra tenía una forma hexaédrica rectangular como un bloque y tenía unas dimensiones de 30 cm x 30 cm x 60 cm. Es decir, la muestra tenía la forma del bloque de 30 cm de anchura, 30 cm de longitud y 60 cm de altura. Se dan a conocer las propiedades de la muestra en la tabla 12. La tabla 12 indica la densidad aparente y la resistencia a la compresión de las muestras según varios ejemplos.

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TABLA 12

115

En referencia a la tabla 12, la muestra en bloque del presente ejemplo tiene una alta resistencia a la compresión de aproximadamente 151,9 MPa (22.025 psi) y una densidad aparente relativamente baja de aproximadamente 2,82 g/cm^{3}. Por tanto, está disponible de manera suficiente el bloque del presente ejemplo como material de construcción de edificios o material de ingeniería.

Ejemplo 18

Se mezclaron un polvo de HAE, una escoria de acería, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente con el fin de producir una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho. La composición cerámica comprendía 20 partes en peso del polvo de HAE, 40 partes en peso de la escoria de acería, 20 partes en peso de la ceniza volante y 20 partes en peso de la arcilla según el presente ejemplo. Se preparó el engobe homogéneo del presente ejemplo triturando la composición cerámica mezclada durante aproximadamente 4 horas tal como se describió anteriormente. En el presente ejemplo, se mezcló en primer lugar el polvo de HAE con agua suficiente y se añadió en segundo lugar la ceniza volante. Luego, se añadió la arcilla y se mezcló finalmente con la escoria de acería. Después de ese momento, el procedimiento de fabricación fue el mismo que el del ejemplo 13.

En el presente ejemplo, se sometió a prueba el cuerpo sinterizado de la composición cerámica según el criterio de la USEPA. Se expusieron las cantidades medidas de metales pesados que se escaparon del cuerpo sinterizado tal como se muestra en la tabla 11. En referencia a la tabla 11, el cuerpo sinterizado de la presente invención cumple diversos límites admisibles de escape de metales pesados según el TCLP de la USEPA.

Además, la muestra en bloque de la presente invención estaba compuesta por la composición cerámica y se midieron las propiedades tal como se muestra en la tabla 12. Las dimensiones y la forma de la muestra del presente ejemplo fueron idénticas a las del ejemplo 17. La muestra en bloque tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 140,3 MPa (20.351 psi) y una densidad aparente de aproximadamente 2,77 g/cm^{3} que son superiores a las del bloque convencional. Por tanto, puede usarse la muestra en bloque del presente ejemplo como excelente material de construcción de edificios o excelente material de ingeniería.

Ejemplo 19

Con el fin de fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron homogéneamente un polvo de HAE, una escoria de acería, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente. En el presente ejemplo, la composición cerámica comprendía 30 partes en peso del polvo de HAE, 30 partes en peso de la escoria de acería, 20 partes en peso de la ceniza volante y 20 partes en peso de la arcilla. Se preparó el engobe homogéneamente estable del presente ejemplo triturando la composición cerámica mezclada durante aproximadamente 3 horas tal como se describió anteriormente. En el caso del presente ejemplo, se mezcló en primer lugar el polvo de HAE y se añadió en segundo lugar la ceniza volante. Luego se añadió la arcilla y se mezcló finalmente con la escoria de acería. Después de ese momento, el procedimiento de fabricación fue idéntico al del ejemplo 13.

Según el presente ejemplo, se sometieron a prueba las cantidades de escape de metales pesados del cuerpo sinterizado de la composición cerámica según el criterio de la USEPA. Se mencionaron las cantidades medidas de los metales pesados que se escaparon del cuerpo sinterizado en la tabla 11. En referencia a la tabla 11, el cuerpo sinterizado del presente ejemplo cumple diversos límites admisibles de escape de metales pesados del TCLP de la USEPA.

Además, la muestra en bloque del presente ejemplo estaba compuesta por la composición cerámica y se midieron las propiedades tal como se muestra en la tabla 12. Las dimensiones y la forma de la muestra del presente ejemplo fueron idénticas a las del ejemplo 17. La muestra en bloque tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 146,2 MPa (21.208 psi) y una densidad aparente de aproximadamente 2,73 g/cm^{3} que son superiores a las de los bloques comunes para la construcción de edificios. Por tanto, puede usarse la muestra en bloque del presente ejemplo como excelente material de construcción de edificios o excelente material de ingeniería.

Ejemplo 20

En el presente ejemplo, se mezclaron un polvo de HAE, una escoria de acería, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente de modo que se fabricó una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 30 partes en peso del polvo de HAE, 20 partes en peso de la escoria de acería, 20 partes en peso de la ceniza volante y 30 partes en peso de la arcilla. Se preparó el engobe homogéneo triturando la composición cerámica mezclada durante aproximadamente 2 horas después de mezclar los componentes de la composición cerámica en ese orden tal como se describió anteriormente. El procedimiento de fabricación sucesivo fue el mismo que el del ejemplo 13.

En el presente ejemplo, se enumeró el resultado de la prueba de escape para el cuerpo sinterizado de la composición cerámica en la tabla 11. En referencia a la tabla 11, el cuerpo sinterizado del presente ejemplo cumple diversos límites admisibles de escape de metales pesados según el TCLP de la USEPA.

La muestra en bloque del presente ejemplo estaba compuesta por la composición cerámica y se midieron las propiedades tal como se muestra en la tabla 12. Las dimensiones y la forma de la muestra del presente ejemplo fueron idénticas a las del ejemplo 17. La muestra en bloque tiene una resistencia a la compresión de aproximadamente 155,6 MPa (22.563 psi) y una densidad aparente de aproximadamente 2,68 g/cm^{3} que son superiores a las del bloque común para la construcción de edificios. Por tanto, puede usarse la muestra en bloque del presente ejemplo como excelente material de construcción de edificios o excelente material de ingeniería.

Ejemplo 21

Se mezclaron una arcilla, una ceniza volante, una ceniza de papel y una escoria de acería en ese orden con agua suficiente para formar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según el presente ejemplo. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 50 partes en peso de la escoria de acería, 20 partes en peso de la ceniza de papel, 20 partes en peso de la ceniza volante y 10 partes en peso de la arcilla. En el presente ejemplo, se obtuvo el engobe estable y homogéneo mezclando los componentes de la composición cerámica y triturando la composición cerámica con un molino de bolas durante aproximadamente 4 horas. El procedimiento de fabricación sucesivo del presente ejemplo fue el mismo que el del ejemplo 17.

La tabla 13 muestra las propiedades del bloque preparado usando la composición cerámica del presente ejemplo. El bloque tenía una forma hexaédrica rectangular durante los procedimientos de formación y de sinterización según el presente ejemplo.

TABLA 13

116

Tal como se muestra en la tabla 13, el bloque del presente ejemplo tenía una buena resistencia a la compresión de aproximadamente 165,2 MPa (23.956 psi) y una baja densidad aparente de aproximadamente 2,52 g/cm^{3} que son superiores a las de los bloques normales para la construcción de edificios. Por tanto, el bloque del presente ejemplo cumple de manera suficiente el criterio de 1.500 psi tal como se propone en la norma ASTM. Además, el bloque tiene diversos brillos según el control de la cantidad de la escoria de acería, de modo que el bloque tiene un excelente aspecto cuando se usa el bloque como material de construcción de edificios. Por tanto, se aplica el bloque del presente ejemplo como buenos materiales de construcción de edificios y de ingeniería puesto que tiene una excelente resistencia mecánica y un magnífico aspecto.

Ejemplo 22

Con el fin de fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron una escoria de acería, una ceniza de papel, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente. La composición cerámica del presente ejemplo comprendía 40 partes en peso de la escoria de acería, 20 partes en peso de la ceniza de papel, 20 partes en peso de la ceniza volante y 20 partes en peso de la arcilla. La escoria de acería incluía metales pesados y las cenizas de papel y volante también pueden incluir los metales pesados.

Según el presente ejemplo, se mezcló en primer lugar la arcilla con agua y se añadió la ceniza volante. Posteriormente, se añadió la ceniza de papel y se mezcló finalmente con la escoria de acería. Luego se trituró la composición cerámica usando un molino de bolas durante aproximadamente 4 horas de modo que se preparó un engobe estable y homogéneo. En el presente ejemplo, los procedimientos de formación, de secado y de sinterización fueron los mismos que los del ejemplo 17.

Durante el procedimiento de formación, se convirtió la composición cerámica en el cuerpo conformado que tenía una forma de bloque hexaédrico rectangular, de modo que el cuerpo sinterizado también tenía la forma de bloque.

Se midieron la densidad aparente y la resistencia a la compresión tal como se expone en la tabla 13. En referencia a la tabla 13, el bloque del presente ejemplo tiene una excelente resistencia a la compresión de aproximadamente 156,3 MPa (22.674 psi) y baja una densidad aparente de aproximadamente 2,44 g/cm^{3}. La resistencia a la compresión convencional de un bloque es de aproximadamente 10,3 MPa (1.500 psi) según la norma ASTM, de modo que el bloque del presente ejemplo es muy adecuado como material de construcción de edificios. El bloque que comprende la escoria de acería representa el color negro intenso según el control de la cantidad de la escoria de acería en la composición cerámica, de modo que el bloque tiene un magnífico aspecto cuando se usa como material de construcción de edificios. Además, el bloque es reluciente o apagado mediante el control de la cantidad de la escoria de acería en la composición cerámica y el bloque tiene una alta resistencia mecánica, de modo que el bloque se aplica de manera suficiente como producto cerámico tal como la losa o la alfarería.

Ejemplo 23

Se mezclaron una arcilla, una ceniza volante, una ceniza de papel y una escoria de acería en ese orden con agua suficiente según el método descrito anteriormente para fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho. La composición cerámica comprendía 30 partes en peso de la escoria de acería, 30 partes en peso de la ceniza de papel, 20 partes en peso de la ceniza volante y 20 partes en peso de la arcilla.

Se trituró la composición cerámica usando un molino de bolas durante aproximadamente 4 horas de modo que se obtuvo un engobe homogéneamente estable. Los procedimientos de formación, de secado y de sinterización fueron idénticos a los del ejemplo 17. La composición cerámica tenía una forma de bloque hexaédrico rectangular durante los procedimientos de formación y de sinterización, de modo que el cuerpo sinterizado también tenía la forma de bloque.

Se midieron la densidad aparente y la resistencia a la compresión tal como se muestra en la tabla 13. En referencia a la tabla 13, el bloque del presente ejemplo tiene una excelente resistencia a la compresión de aproximadamente 140,5 MPa (20.374 psi) y una baja densidad aparente de aproximadamente 2,40 g/cm^{3}. La resistencia a la compresión convencional del bloque es de aproximadamente 10,3 MPa (1.500 psi) según la norma ASTM, de modo que el bloque del presente ejemplo es adecuado de manera suficiente como material de construcción de edificios.

Ejemplo 24

Para fabricar una composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho, se mezclaron una escoria de acería, una ceniza de papel, una ceniza volante y una arcilla con agua suficiente. La composición cerámica comprendía 20 partes en peso de la escoria de acería, 30 partes en peso de la ceniza de papel, 20 partes en peso de la ceniza volante y 30 partes en peso de la arcilla. La escoria de acería incluye metales pesados y las cenizas de papel y volante pueden contener los metales pesados.

En primer lugar, se mezcló la arcilla con el agua y luego se añadió la ceniza volante. A continuación, se añadió la escoria de acería después de mezclar la ceniza de papel. Posteriormente, se trituró la composición cerámica usando un molino de bolas durante aproximadamente 4 horas, de modo que se produjo un engobe estable y homogéneo. En el presente ejemplo, el procedimiento de formación, el procedimiento de secado y el procedimiento de sinterización fueron idénticos a los procedimientos del ejemplo 17 descritos anteriormente.

Se mencionaron la densidad aparente y la resistencia a la compresión en la tabla 13. En referencia a la tabla 13, el bloque del presente ejemplo tiene una excelente resistencia a la compresión de aproximadamente 146,0 MPa (21.172 psi) y una baja densidad aparente de aproximadamente 2,32 g/cm^{3}. La resistencia a la compresión convencional de un bloque es de aproximadamente 10,3 MPa (1.500 psi) según la norma ASTM, de modo que el bloque del presente ejemplo es muy adecuado como material de construcción de edificios.

Aplicabilidad industrial

Tal como se describió anteriormente, los materiales de desecho que incluyen los metales pesados peligrosos se reciclan de manera eficaz y económica como materiales de construcción de edificios o materiales de ingeniería sin producir contaminación medioambiental puesto que la composición cerámica de la presente invención se prepara a partir de materiales de desecho tales como el polvo de HAE, la escoria de acería o la escoria metálica de aluminio y el bloque de muestra producido usando la composición cerámica tiene excelentes características tales como una resistencia mecánica suficiente y una baja densidad aparente.

Aunque la presente invención se ha mostrado y descrito particularmente con respecto a las realizaciones particulares de la misma, los expertos en la técnica entenderán que pueden realizarse diversos cambios en la forma y detalle en ellas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho que comprende entre aproximadamente 5 y aproximadamente 75 partes en peso de un material de desecho en estado sólido que incluye metales pesados, entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 partes en peso de una ceniza volante y entre aproximadamente 5 y aproximadamente 55 partes en peso de una arcilla, en la que dicho material de desecho en estado sólido es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un polvo de horno de arco eléctrico, una escoria de acería y una ceniza de papel.

2. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según la reivindicación 1, en la que dicha composición cerámica comprende además entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 partes en peso de una escoria metálica de aluminio.

3. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según la reivindicación 1, en la que dicha composición comprende entre aproximadamente 5 y aproximadamente 55 partes en peso de un polvo de horno de arco eléctrico, entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 partes en peso de una ceniza volante y entre aproximadamente 15 y aproximadamente 55 partes en peso de una arcilla.

4. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según la reivindicación 3, comprendiendo además dicha composición cerámica entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 partes en peso de una ceniza de papel.

5. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según la reivindicación 4, en la que dicha composición cerámica comprende además entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 partes en peso de una escoria metálica de aluminio.

6. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según la reivindicación 1, en la que dicha composición comprende entre aproximadamente 25 y aproximadamente 40 partes en peso de una ceniza volante, entre aproximadamente 15 y aproximadamente 55 partes en peso de una ceniza de papel y entre aproximadamente 15 y aproximadamente 50 partes en peso de una arcilla.

7. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según la reivindicación 1, en la que dicha composición comprende entre aproximadamente 15 y aproximadamente 55 partes en peso de una escoria de acería, entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 partes en peso de una ceniza volante y entre aproximadamente 5 y aproximadamente 45 partes en peso de una arcilla.

8. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según la reivindicación 7, en la que dicha composición cerámica comprende además entre aproximadamente 15 y aproximadamente 35 partes en peso de un polvo de horno de arco eléctrico.

9. Composición cerámica preparada a partir de materiales de desecho según la reivindicación 8, en la que dicha composición cerámica comprende además entre aproximadamente 15 y aproximadamente 35 partes en peso de una ceniza de papel.

10. Método para fabricar un cuerpo sinterizado que comprende las etapas de:

a): formar un engobe homogéneo mezclando una composición cerámica con agua, siendo dicha composición cerámica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9;

b): formar un cuerpo conformado que tiene una forma predeterminada usando dicho engobe;

c): secar dicho cuerpo conformado; y

d): formar el cuerpo sinterizado sinterizando dicho cuerpo conformado.

11. Método según la reivindicación 10, en el que dicha etapa a) se realiza tras analizar los elementos químicos de los componentes de dicha composición cerámica y medir las distribuciones del tamaño de partícula de los componentes de dicha composición cerámica.

12. Método según la reivindicación 11, en el que dicha etapa a) se realiza mezclando en primer lugar un componente de dicha composición cerámica con agua considerando las razones volumétricas de partículas que tienen diámetros inferiores a aproximadamente 10 \mum, incluyendo dicho componente una razón volumétrica de las partículas de 10 \mum que es mayor que la de otros componentes de dicha composición cerámica y mezclando los componentes con agua en el orden de los tamaños de partícula incluidos.

13. Método según la reivindicación 10, comprendiendo además dicha etapa a) tamizar y moler dicho engobe para mantener de manera homogénea los aglomerados en dicho engobe.

14. Método según la reivindicación 13, en el que dicha molienda se realiza usando un molino de bolas durante de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 horas.

15. Método según la reivindicación 10, en el que dicha etapa b) se realiza mediante un método de extrusión, un método de inyección o un método de prensado.

16. Método según la reivindicación 10, en el que dicha etapa c) se realiza en un horno a una temperatura de aproximadamente 40 a 60ºC durante un tiempo superior a 24 horas.

17. Método según la reivindicación 10, en el que dicha etapa d) se realiza a una temperatura de entre aproximadamente 900ºC y aproximadamente 1300ºC durante de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 horas.