MXPA01002703A - Producto ceramico basado en silicato aluminio litio. - Google Patents

Abstract

Se describe un producto ceramico, particularmente uno para el manejo de aluminio fundido, que contenga por lo menos 70% de silicato aluminio litio en una base de masa por masa, asi como un metodo para mejorar la falta de humedad del producto.

Description

PRODUCTO CERÁMICO BASADO EN SILICATO ALUMINIO LITIO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN • Esta invención se relaciona a un producto cerámico, y además particularmente con uno para el manejo de aluminio 5 fundido. En esta especificación el término 'producto cerámico' se refiere a un producto que ha sido formado caldeando materia prima cerámica hasta una temperatura adecuada . ^ 10 El aluminio fundido, que tiene un punto de fusión relativamente bajo de ±-aproximadamente 700°C, es difícil de manejar y por esta razón el aparato usado usualmente comprende un producto que tiene una alta resistencia a choques térmicos, una alta resistencia a la humedad, una baja 15 capacidad/conductividad térmica y una alta resistencia. Ninguno de los productos que hasta ahora se usaron para el propósito antes dichos, entre otros el titanato de aluminio; sílice fundido; hierro fundido y laca cerámica, • fibrosa, tienen las propiedades ideales en este respecto. 20 Es un objeto de esta invención proporcionar un producto cerámico que se cree tiene ventajas sobre las configuraciones conocidas. De acuerdo con la invención se proporciona un producto cerámico que contiene por lo menos 70% de silicato 25 aluminio litio en una base de masa por masa. i Á** ^ ^ ,,„ ¿<m,&¿¡L£» J.0 t £ ..- - .^- A*Al«J¡-.— - ^^^¿É-tt»:. .-. ....t-a-i- i. £ ¿ ¡ .?„. -»^gÜg «.>i El silicato aluminio litio (de ahora en adelante mencionado como LAS) se encuentra en forma natural como petalita mineral, y se usa en pequeñas cantidades en formulaciones cerámicas en lugar del feldespato para 5 disminuir la dilatación térmica de tales formulaciones, y por lo tanto mejorar su resistencia a choques térmicos. También se usa en composiciones vitreas para la parte superior de estufas y artículos para hornos. 3e encontró ahora que un producto cerámico-LAS, de r 10 acuerdo con la invención tiene extremadamente baja la dilatación térmica y puede por lo tanto como tal utilizarse en cualquier aparato sujeto a cualquier forma de exposición al calor, tal como por ejemplo, la que ocurre en el manejo del aluminio fundido. 15 Tal producto cerámico-LAS puede fabricarse formando una cantidad adecuada y de petalita dividida finamente con cualquiera de los métodos convencionales tales como el moldeo en barbotina; moldeo por inyección o extrusión y moldeo con • prensa en seco o húmedo, y luego caldearlo a una temperatura 20 del orden de entre 1150°C y 1210°C. Para su uso en la industria del aluminio, el producto cerámico-LAS no tiene que ser caldeado a total densidad. Se encontró que se obtienen densidades de caldeo del orden del 60 a 70% de lo que en teoría se obtienen, 25 cuando se caldean entre 1150°C y 1210°C. A estas densidades, . T|!* ». f|MÉ«-h-4.A?É---.fc <~- ,....- ....«-a M ^^¡^¡Égg^^^ el producto no muestra cambios dimensionales, ni dilatación térmica, muestra una resistencia adecuada, una baja • conductibilidad térmica y también toma un excelente revestimiento cuando se pinta con materiales protectores 5 tales como el nitruro de boro, como es la práctica normal en la industria del aluminio. Puede además impregnarse con sustancias líquidas que intentan mejorar las propiedades metalúrgicas del producto. Si se requiere, la densidad del producto cerámico- • 10 LAS puede disminuirse añadiendo microesferas de cenizas flotantes y/o un material combustible adecuado. Además, de acuerdo con la invención, el producto cerámico-LAS, de acuerdo con la invención, incluye un agente no humectante que se ha incorporado en el producto cerámico- 15 LAS caldeado. La razón para tal incorporación es que la humedad inherente de LAS por el aluminio fundido plantea severos fl problemas cuando se retira el revestimiento protector usualmente proporcionado en el producto cerámico-LAS, lo que 20 puede, por ejemplo, suceder durante el uso del producto cerámico. Se ha encontrado adicionalmente que tal humedad no puede reducirse por la incorporación de agentes no humectantes conocidos en la formulación cerámica del producto 25 de acuerdo con la invención, ya que tales agentes tienden a ir»»» - 1 1 t-htoßtMt*?m~ — — ^- - — - - A?**?*A*~.— . .*?V .? .. ^... ^gga^ reaccionar con LAS durante el proceso de caldeado, provocándoles que pierdan su capacidad como agentes no • humectantes . Adicionalmente, al incorporar el agente no 5 humectante en el producto cerámico-LAS caldeado, las propiedades de dilatación térmica del producto cerámico no se afectan adversamente. Adicionalmente de acuerdo con la invención, el agente no humectante comprende sulfato de bario (BaS0 ) , que 10 es un agente no humectante bien conocido en la industria de la cerámica. Adicionalmente de acuerdo con la invención, se proporciona un método para mejorar la falta de humedad del producto cerámico-LAS, que incluye la etapa de proporcionar 15 un agente no humectante adecuado tal como el BaS04 en el producto cerámico-LAS caldeado. En una forma de la invención, el BaS04 puede proporcionarse en el producto cerámico-LAS caldeado, impregnando el producto cerámico-LAS caldeado semi-poroso con 20 una solución acuosa saturada de sulfuro de bario (BaS) que, después de secarse, se oxida in situ en BaS04. Tal oxidación puede efectuarse calcinando el producto seco a 500-800°C en una atmósfera de oxidación. El BaS comercial puede usarse, o puede prepararse 25 el BaS por la reducción de BaS04 con carbono a 1190°C o con > *.* . **** , ~*r.*m» ...J....Í..I..IUHU1 amoniaco a 1000°C. En otra forma de la invención puede proporcionarse el BaS04, impregnando el producto cerámico-LAS caldeado semiporoso con una solución de BaCl2, y entonces tratando el producto el ácido sulfúrico para provocar que el BaS0 se precipite dentro de los poros del producto cerámico. Preferiblemente la solución de Ba-Cl2 es una sustancialmente saturada y el ácido sulfúrico comprende ácido sulfúrico diluido. La solución de BaCl2 puede también prepararse disolviendo BaCl2 en agua o tratando BaC03 con ácido clorhídrico . En una forma preferida de la invención, el producto cerámico de acuerdo con la invención comprende sustancialmente 100% de LAS (masa por masa) . Se proporciona un producto cerámico-LAS semiporoso, de acuerdo con la invención que comprende 100% (masa por masa) de LAS, formando una cantidad adecuada de petalita finamente dividida por medio de cualquiera de los métodos convencionales tales como el moldeo en barbotina; el moldeo por inyección o extrusión; el moldeo con prensa en seco o húmedo y caldeando el producto formado a una temperatura de entre 1150°C y 1210°C. Preferiblemente,' la petalita finamente dividida comprende una mezcla de dos fracciones: una primera que tiene un tamaño de partícula promedio del orden de 1 micrómetro, utilizado en una concentración desde 50 a 100% (masa por masa); y - una segunda que tiene un tamaño de partículas más 5 finas de 75 micrómetros, utilizado en una concentración de 0 - 50% (masa por masa) . Se mejora la falta de humedad del producto cerámico-LAS, de acuerdo con la invención, incorporando BaS0 como agente no humectante en el producto en cualquiera de los • 10 siguientes dos métodos. 1. Impregnación con BaS (i) se prepara una solución de BaS mezclando íntimamente una parte de la masa de BaSO^ con la mitad de masa del carbón y caldeando la mezcla a 1190°C durante 2 15 horas; (ii) Una parte de masa del producto de la etapa (i) se añade a cuatro partes de masa de agua; se hierve durante ^ 12 horas; y se filtran los sólidos; (iii) Se mantiene en punto de ebullición la 20 solución resultante de la etapa (ii) y el producto cerámico- LAS semiporoso inmerso en la solución hirviendo durante 15 minutos; (iv) El producto impregnado se seca al aire y se calcina entonces a 500-800'°C durante 3 horas. 25 2. Impregnación con BaCl2 f ffefr' - ?A<_hAAj»J.«M-.» JM_fcfe»*- ^z., ,*^ ^ , ., . ..*.«. .j. i^a ^M^tí^^A ??í?ikA^^?am? t.Jí?.i ^ ^« gjaij. (i) Se prepara una solución saturada de BaCl2 disolviendo 59 g de BaCl2 en 100 ml de H20 a 100°C. (Alternativamente 1 kg de BaC03 en 0.95 kg de H20 se trata con 1,11 kg de HCl (33% de concentración por volumen) para formar 5 una solución saturada de BaCl2) ; (ii) Se prepara una solución diluida de H2S04 (concentración no crítica, digamos 50% (volumen por volumen) ; (iii) Se impregna un producto cerámico-LAS caldeado, semiporoso, enfriado con una solución de BaCl2 • 10 hirviendo; (iv) Se enfría el producto cerámico para provocar que el BaCl2 se precipite en los poros del producto cerámico; (v) Se remueve cualquier exceso de agua del producto cerámico al vacío; 15 (vi) se impregna el cuerpo cerámico con el H2S0 que reacciona con el BaCl , para provocar que el BaS0 se precipite dentro de los poros del producto cerámico; (vii) Se seca el producto cerámico y se calcina a • 700°C para remover todos los volátiles. 20 En ambas instancias se forma el producto cerámico- LAS, que le falta humedad sustancialmente con el aluminio fundido . Se podrá apreciar que la invención también incluye dentro de su alcance un producto cerámico-LAS del que se ha 25 mejorado la falta de humedad por la incorporación en el mismo de BaS0 por cualquiera de los dos métodos antes mencionados. Los siguientes resultados se obtuvieron comparando • un producto cerámico-LAS de acuerdo con la invención, con productos utilizados convencionalmente en el manejo del 5 aluminio fundido. Al compilar estos resultados, se estima la importancia del proceso de la propiedad refractaria relevante desde 1-10 y entonces se multiplica por el rango (1-10) del material cerámico específico en términos de la propiedad, 10 para generar un rango normalizado para los diferentes materiales en términos de su total rendimiento. 1. Productos Competitivos Titanato de Aluminio (AT) Sílice Fundido (FS) 15 Hierro Fundido (Cl) Panel Cerámico Fibroso (CB) Producto Cerámico-LAS (LAS) ^ 2. Propiedades Pesadas Resistencia a choque térmico (10) 20 Resistencia a la humedad (8) Conductividad/capacidad térmica (5) Resistencia (5) 3. Evaluaciones Materiales 3.1 Choque Térmico (x 10) 25 AT 10 (100) , . ...... „...^., „,...«&... ...A-a^.., ..«^.«t ,. ..J gWÍ) ^a^^^?,-...,^r? ||t f ^^^..y. ..J FS 10 (100) Cl 10 (100) CB 6 (60) LAS 10 (100) 3.2 Humedad (x 8) AT 10 (80) FS 4 (32) Cl 0 (0) CB 10 (80) LAS 10 (80) 3.3 Conductividad/Rendimiento Térmico (x 5) AT 3 (15) FS 8 (40) Cl 0 (0) CB 10 (50) LAS 10 (50) 3. 4 Resis >tencia AT 10 (50) FS 6 (30) Cl 10 (50) CB 2 (10) LAS 10 (50) Evaluaciones ¡ Totales Ti .tanato de Aluminio (AT) (245)= ±9 Si .lice fundido (FS) (207)= ±7 Hierro fundido (Cl) (150)= ±5 Panel cerámico (CB) (200)= ±7 Producto cerámico-LAS (LAS) (280)= ±10 Es claro a partir de los resultados anteriores que cuando se usa para el manejo de aluminio fundido, un producto cerámico-LAS de acuerdo con la invención, tiene propiedades generales mucho mejores que aquella de los productos conocidos antes mencionados. También se apreciará que no hay duda de muchas variaciones en detalle posibles con un producto cerámico de acuerdo con la invención sin apartarse del alcance de las reivindicaciones .

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un producto cerámico, caracterizado porque • contiene por lo menos 70% de silicato aluminio litio (LAS) en una base de masa por masa; y un agente no humectante. 5 2. El producto cerámico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el silicato aluminio litio comprende petalita en forma finamente dividida que se ha caldeado a una temperatura de entre 1150°C y 1210°C. 3. El producto cerámico de conformidad con las 10 reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende sustancialmente 100% de silicato aluminio litio en una base de masa por masa. . El producto cerámico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado 15 porque el agente no humectante se incorporó en el producto cerámico-LAS después de ser caldeado. 5. El producto cerámico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el agente no humectante; comprende sulfato de bario. 20 6. El producto cerámico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tiene una densidad teórica de menos del 70%. 7. El método para mejorar la falta de humedad del producto cerámico de conformidad con cualquiera de las 25 reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque incluye la etapa y^^y de proporcionar el agente no humectante en la forma de sulfato de bario en el producto cerámico-LAS después de ser caldeado . 8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el sulfato de bario se proporciona al producto cerámico-LAS caldeado impregnando el producto cerámico-LAS caldeado semiporoso con una solución acuosa saturada de sulfuro de bario (BaS) que, después de ser secado, se oxida in situ en BaS0 . 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la oxidación se efectúa calcinando el producto secado a 500-800°C en una atmósfera de oxidación. 10. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el BaS04 se proporciona impregnando el producto cerámico-LAS caldeado semiporoso con una solución de BaCl2 y luego tratando el producto con ácido sulfúrico para provocar que el BaS04 se precipite dentro de los poros del producto cerámico. 11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la solución de BaCl2 es una sustancialmente saturada y el ácido sulfúrico comprende ácido sulfúrico diluido. 12. El método para formar el producto cerámico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque incluye las etapas de caldear la petalita dividida finamente a una temperatura de entre 1150°C y 1200°C, e impregnar el producto caldeado con un agente no • humectante . 13. El método de conformidad con la reivindicación 5 12, caracterizado porque el producto se forma por medio de cualquiera de los métodos siguientes: moldeo en barbotina; moldeo por inyección o extrusión; moldeo con prensa en seco o húmedo . 14. El método de conformidad con cualquiera de las • 10 reivindicaciones 12 ó 13, caracterizado porque la petalita dividida unamente comprende una mezcla de dos fracciones: una primera que tiene un tamaño de partícula promedio de 1 micrómetro, utilizado en una concentración de 50 a 100% (masa por masa) ; y 15 - una segunda que tiene un tamaño de partícula promedio de 75 micrómetros, utilizada en una concentración de 0-50% (masa por masa) . • ?iu^^^h «..^i I^JUat...»»!-. liiirtÉH t r-^^^-*^^*-**--**»*»*-^_ ^.4* ,. ~ é i ., -*X?i .