ES2585213B2 - Arcillas expandidas - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02P40/60—Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

Abstract

La presente invención se refiere a una arcilla expandida que comprende, una mezcla de arcillas cerámicas, cenizas volantes procedentes de biomasa, residuos de la elaboración del papel reciclado y residuos de harinas cárnicas. Al procedimiento de obtención de dichas arcillas y al uso de las mismas en cultivos, en tejados verdes y en la fabricación de áridos ligeros.

Description

DESCRIPCION
Arcillas expandidas Campo de la invencion
La presente invencion se encuadra en el campo general de la ingeniena qwmica y 5 desarrollo de nuevos materiales y en particular se refiere a una composicion a base de arcillas expandidas y a su uso en floricultura y horticultura.
Estado de la tecnica
Actualmente existen distintos productos comercializados para la proteccion de plantas frente a heladas o altas temperaturas, la mayona elaborados a partir de 10 arcillas expandidas tales como Arexpan Hidro®, Arlita®, Leca®. Ninguno de estos productos comprende la incorporacion de ningun residuo.
Los productos Zincolit y Zincolit Plus, de la empresa ZinCo, son productos elaborados a partir de reciclados de ladrillos de arcilla sin adicion de otros productos.
Existen otros productos, con la misma finalidad que los productos anteriores, 15 elaborados con aridos ligeros expandidos a partir de residuos fabricados con arcilla y fangos procedentes de la industria papelera.
Existe pues la necesidad de proporcionar un producto que ademas de proteger las plantas frente a las altas temperaturas o frente a las heladas, tengan una funcion fertilizante.
20 Breve descripcion de la invencion
La presente invencion soluciona los problemas del estado de la tecnica ya que proporciona una arcilla expandida con las caractensticas de vitrificacion mejoradas, con un mayor aislamiento termico y mayor retencion de agua y ademas presenta propiedades fertilizantes.
25 Por otro lado, al fabricarse a partir de distintos residuos de distintas industrias tiene como ventaja la reutilizacion de productos de desecho y por lo tanto, una mejora para el medio ambiente.
Asf pues en un primer aspecto la presente invencion se refiere a una arcilla
expandida (de aqu en adelante, arcilla expandida de la presente invencion) que comprende:
- una mezcla de arcillas ceramicas
- cenizas volantes procedentes de biomasa
5 - residuos de la elaboracion del papel reciclado
- residuos de harinas carnicas
En una realizacion en particular, la arcilla expandida de la presente invencion comprende:
- 60-65% en peso de una mezcla de arcillas ceramicas,
10 - 15-20% en peso de cenizas volantes de biomasa,
- 4-6% en peso de residuos de elaboracion del papel reciclado, preferentemente 5%,
- 14-18% en peso de residuos de harinas carnicas, preferentemente 15%.
En una realizacion mas en particular, la mezcla de arcillas ceramicas que forma 15 parte de la arcilla expandida de la presente invencion esta formada por una mezcla de arcilla blanca y arcilla negra, mas en particular, comprende entre 20-32% de arcilla blanca y entre 68-80% de arcilla negra.
En otra realizacion en particular, las cenizas volantes de biomasa que forman parte de la arcilla expandida de la presente invencion, comprenden un contenido de sflice 20 de 1-10% en peso, preferentemente oxido de calcio de 5-10% en peso y oxido de potasio de 50-60% en peso. Mas en particular, comprenden 6% en peso de carbono, 0.03 % en peso de hidrogeno y 0.05 % en peso de azufre.
En otra realizacion en particular, los residuos de la elaboracion de papel reciclado que forman parte de la arcilla expandida de la presente invencion, comprenden 4025 43% en peso de C, 6-7% en peso de H y 0,2-0,3% en peso de N.
En una realizacion en particular, los residuos de la elaboracion de papel reciclado que forman parte de la arcilla expandida de la presente invencion comprenden un poder calonfico inferior cercano a las 4000 cal/g.
En otra realizacion en particular, la arcilla expandida de la presente invencion
comprende una superficie BET de 1.5-2.8 m2/g, una porosidad abierta de 35-43 % ASTM C373, una densidad aparente de 1.3-1.7 kg/m3 y una absorcion en agua hirviendo de 20-29 %.
En otro aspecto, la presente invencion se refiere a un procedimiento para la 5 fabricacion de la arcilla expandida de la presente invencion (de aqu en adelante, procedimiento de la presente invencion) que comprende las siguientes etapas:
a) secado de los residuos,
b) secado de la mezcla de arcillas,
c) molturacion y tamizacion de los elementos de la etapa a) y de la etapa b),
10 d) mezclado de los residuos y de las arcillas con agua,
e) precalentamiento de la mezcla obtenida en d) en horno durante 24 horas a una temperatura de 180-220°C,
f) coccion en horno a una temperatura comprendida entre 900-1000°C. Mas en
particular, la etapa f) comprende una rampa de calentamiento comprendida entre 1015 15°C/min.
En una realizacion mas en particular, el secado de residuos de la etapa a) y de la arcilla de la etapa b) se realiza a una temperatura comprendida entre 90-120°C, preferentemente a una temperatura de 100°C.
En otra realizacion en particular, la molturacion de los elementos de la etapa a) y de 20 la etapa b) se realiza entre 1-3 mm, preferentemente 2 mm.
En otra realizacion particular, el procedimiento de la presente invencion comprende una etapa adicional previa a la etapa e), consistente en el calentamiento en estufa a una temperatura comprendida entre 90-120°C.
En otro aspecto, la presente invencion se refiere al uso de la arcilla expandida de la 25 presente invencion en cultivos.
En otro aspecto, la presente invencion se refiere al uso de la arcilla expandida de la presente invencion para la construccion de tejados verdes.
En la presente invencion por "tejado verde” se entiende cualquier estructura aplicada
a una fachada, principalmente pero no limitadas a tejados, que se recubre con vegetacion. El termino verde indica su valor ecologico y no se limita unicamente al color de la vegetacion.
En otro aspecto, la presente invencion se refiere al uso de la arcilla expandida de la 5 presente invencion para la fabricacion de aridos ligeros.
"En la presente invencion por aridos” se entiende al material granular que se anade como fase dispersa para obtener morteros y hormigon constituido por material poroso y de baja densidad, de origen natural o fabricados de manera artificial, en este caso por la arcilla expandida de la presente invencion.
10 Descripcion de las figuras
La figura 1 muestra la imagen infra-rojo con camara termografica. A: Arcilla expandida sin residuos (AR0), max: 68.7°F, promedio: 63°F, Min: 61°F; B: Arcilla expandida de la presente invencion (ARR) max: 67.2°F, promedio: 61.4°F, Min: 59.3°F.
15 La figura 2 muestra los resultados de simulacion de riegos con A: Magnesio, B: Fosforo y C: Potasio.
Descripcion detallada de la invencion
Ejemplo 1: fabricacion de las arcillas expandidas de la presente invencion
Se prepararon cuatro tipos de arcillas expandidas con la composicion descrita en la 20 tabla 1:
MUESTRA 1 (% en peso) MUESTRA 2 (% en peso) MUESTRA 3 (% en peso) MUESTRA 4 (% en peso)
ARCILLA (30% arcilla blanca + 70% arcilla negra)
60 65 60 65
CENIZAS VOLANTES
20 15 20 15
RESIUDO DE PAPEL
5 5 2 6
CENIZAS DE HARINAS
15 15 18 14
Tabla 1: composicion de las arcillas expandidas de la presente invencion
El proceso de fabricacion comenzo con el secado de los residuos y arcillas, en estufa a 100 °C durante 24 h. Se molturaron y tamizaron a 2 mm. A continuacion se
5
10
15
20
25
30
mezclaron segun la composicion de la tabla 1. Se adiciono un 15% de agua para mejorar la conformacion y obtener la plasticidad adecuada.
Despues las muestras se secaron a 110 ° C durante 48h en estufa para reducir su contenido de humedad. Las muestras secas se sometieron a coccion en horno, pero antes de cargar las muestras en el horno, se precalentaron a 200 °C durante 24 horas evitar fracturas durante el proceso de la smtesis. Una vez que el horno alcanzo la temperatura deseada (900, 950 y 1000 °C), las muestras se introdujeron y se mantuvieron en el horno a la temperatura requerida durante 1 hora, despues se enfriaron dentro del horno por conveccion natural.
Ejemplo 2: Efecto del uso de la arcilla expandida de la presente invencion: comportamiento frente a los cambios de temperatura, aporte de elementos fertilizantes y frente a la humedad.
Con la bajada de temperaturas en la epoca invernal las plantas de la terraza y jardm empiezan a sufrir con las bajas temperaturas. Se puede proteger la parte aerea, los tallos, hojas y flores, pero lo importante es proteger las rafces, que son la parte mas sensible, porque una vez heladas no son capaces de recuperarse, a diferencia de la parte aerea, que es capaz de rebrotar ante la llegada de la primavera.
Para comprobar el efecto protector de la temperatura de la arcilla expandida de la presente invencion se procedio a cubrir la superficie de una maceta con unas dimensiones de 21*21 cm y con un espesor de 5 cm de las muestras elaboradas a base de arcilla expandida de la presente invencion y otra con muestra de arcilla expandida similares a los productos comercializados que sirvieron de referencia, a continuacion se dispusieron sobre el techo de una casa termica de laboratorio Phywe-04507-93 y se sometio a las muestras a una temperatura de 50 °C durante un periodo de 24 horas.
Una vez pasado este periodo de tiempo se midio la temperatura de ambas macetas empleando una camara termografica Fluke T-32i, los resultados obtenidos se muestran en la tabla 2 y figura 1, que confirman la proteccion del producto de la presente invencion frente a la temperatura.
Nombre
Promedio Emisividad Desviacion estandar
AR0
63,1°F/17,3°C 0,95 1,18
ARR
61,4°F/16,3°C 0,95 0,98
Tabla 2. Temperaturas medias
Ademas se realizaron ensayos de riegos para comprobar si las muestras elaboradas aportaban elementos fertilizantes, para ello se realizaron medidas en las aguas obtenidas tras el riego de las muestras durante 1 min, 5 min, 15 min, 1 h y 24 h. En
5 el agua obtenida tras el programa de simulacion de riegos se midieron diferentes
elementos durante 30 dfas. Los resultados obtenidos se muestran en las graficas 2a, 2b y 2c para el Mg, P y K respectivamente. Se aprecia que con independencia del tiempo de riego, la mayor parte del K presente en los aridos fertilizantes pasa a las aguas en los 10 primeros dfas del programa de simulacion. El contenido en Mg de
10 las aguas de riego muestra un maximo hacia el dfa 15 del inicio de la simulacion. La
figura muestra que al finalizar el periodo de ensayos aun continuaba transfiriendose Mg a las aguas de riego. Los resultados muestran que el P tambien se libera a las aguas de riego.
Por ultimo para comprobar la aparicion o no de pudriciones se efectuo un ensayo en 15 macetas con plantas de tomate (Solanum lycopersicum) con y sin muestras de la arcilla expandida de la presente invencion, durante un mes, procediendo al riego de las mismas cada tres dfas. Pasado ese tiempo se aprecio que en ninguna de las macetas habfan aparecido pudriciones, asimismo se aprecio mayor humedad en las macetas con muestra que en el blanco.
20 Los ensayos demostraron que:
- Al no haber materia organica se evitaron las posibles pudriciones.
- Como los componentes son inertes, no se descompusieron, ni se perdio volumen o se compactaron en exceso. De esta forma, ademas, se propiciaron unas mejores condiciones de aeracion para la rafz.
25 - Se propicio un buen drenaje a la vez que se ahorro agua. Esto es asf porque
todos los componentes son capaces de absorber agua hasta saturarse, dejandola a disposicion de la planta, y drenan el resto de agua.
5
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20
Ademas a diferencia con las arcillas comerciales, el uso de la arcilla de la presente invencion presenta las siguientes ventajas:
- Su elaboracion presenta ventajas medioambientales y economicas, ya que da utilidad a dos residuos que pasan a convertirse en materias primas secundarias o nutrientes tecnologicos, evitando el gasto de materias primas tradicionales, por lo que en producto presentara menor huella de carbono.
- Al emplearse cenizas como fundentes nos permite rebajar y controlar la temperatura de coccion, con el consiguiente ahorro energetico.
- Al emplear un residuo organico en su elaboracion (residuo de papel), se consiguen productos de menor densidad, lo que es una ventaja para su empleo en tejados verdes ya que no sobrecarga la estructura del edificio. Tambien aporta por su combustion una mayor porosidad al producto respecto a los comercializados, lo que es beneficioso para su capacidad de absorcion de agua y a la par mejora las propiedades aislantes respecto a los comerciales, ventaja tanto en su uso en jardinena para la proteccion frente a heladas o altas temperaturas y para su uso en tejados verdes ya que mejora el aislamiento del edificio donde se empleen.
- Al usar en su formulacion tambien un residuo que aporta elementos fertilizantes, como es la harina carnica, hace que se diferencien de los comerciales pues al ser sometidos los materiales elaborados a ciclos de riego pueden aportar a la planta dichos elementos fertilizantes.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Arcilla expandida que comprende:
    - Una mezcla de arcillas ceramicas
    - cenizas volantes procedentes de biomasa
    5 - residuos de la elaboracion del papel reciclado
    - residuos de harinas carnicas
  2. 2. Arcilla expandida segun la reivindicacion 1, que comprende:
    - 60-65% en peso de la mezcla de arcillas ceramicas,
    - 15-20% en peso de cenizas volantes de biomasa,
    10 - 4-6% en peso de residuos de elaboracion del papel reciclado,
    - 14-18% en peso de residuos de harinas carnicas.
  3. 3. Arcilla expandida segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la mezcla de arcillas ceramicas es una mezcla de arcilla blanca y arcilla negra.
  4. 4. Arcilla expandida segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las 15 cenizas volantes de biomasa, comprenden un contenido de s^lice de entre el 1-10%
    en peso, oxido de calcio entre el 5-10% en peso y oxido de potasio entre el 50-60% en peso.
  5. 5. Arcilla expandida segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los residuos de la elaboracion de papel reciclado comprenden 40-43% en peso de
    20 carbono, 6-7% en peso de hidrogeno y 0,2-0,3% en peso de nitrogeno.
  6. 6. Arcilla expandida segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende una superficie BET de 1.5-2.8 m2/g, una porosidad abierta de 35-43 % ASTM C373, una densidad aparente de 1.3-1.7 kg/m3 y una absorcion en agua hirviendo de 20-29 %.
    25 7. Procedimiento para la fabricacion de la arcilla expandida segun cualquiera de las
    reivindicaciones 1-6, que comprende las siguientes etapas:
    a) secado de los residuos
    b) secado de la mezcla de arcillas
    c) molturacion y tamizacion de los elementos de la etapa a) y de la etapa b)
    d) mezclado de los residuos y de las arcillas con agua
    e) precalentamiento de la mezcla obtenida en la etapa d), en horno durante 24 horas a una temperatura de 180-220°C
    5 f) secado en horno a una temperatura comprendida entre 900-1000°C.
  7. 8. Procedimiento segun la reivindicacion 7, donde el secado de residuos de la etapa a) y de la arcilla de la etapa b) se realiza a una temperatura comprendida entre 90- 120°C.
  8. 9. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 7-8, donde la molturacion 10 de los elementos de la etapa a) y de la etapa b) se realiza entre 1-3 mm.
  9. 10. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 7-9, que comprende una etapa adicional previa a la etapa e) de calentamiento en estufa a una temperatura comprendida entre 90-120°C.
  10. 11. Uso de la arcilla expandida segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6 en 15 cultivos.
  11. 12. Uso de la arcilla expandida segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6 para la construccion de tejados verdes.
  12. 13. Uso de la arcilla expandida segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6 para la fabricacion de aridos ligeros.
    20
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