WO2015079077A1 - Procedimiento de obtención de gránulos para la fabricación de baldosas cerámicas - Google Patents

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Nicolas Vasseur
Juan Ramón FLORS GARCIA
Alejandro DE LA PEÑA ELIZALDE
Cesar MIRALLES ROIG
Carlos GIL ABALAT
Joaquin Emilio MARTI SEGARRA
Francisco Javier Garcia Ten
Francisca QUEREDA VAZQUEZ
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Definitions

  • the present invention is within the scope of raw materials for the manufacture of ceramic tiles, as well as among the procedures for manufacturing ceramic tiles.
  • the process of manufacturing ceramic tiles begins with the selection of raw materials that must be part of the composition of a paste, which are mainly clays, feldspars, sands, carbonates and kaolins.
  • raw materials are usually used, in general, as they are extracted from the mine or quarry, or after being subjected to a minimum treatment. Its natural origin requires, in most cases, a grain size or grain size and prior homogenization that ensures the continuity of its characteristics.
  • Homogenized raw materials we proceed to a process that seeks to obtain a composition of raw materials that include CaO (calcium oxide).
  • CaO is an active component necessary in the granules, so that the required ceramic compounds are generated by chemical combination with silica, alumina and other raw materials, during the cooking cycle at the temperature induced by their combination.
  • This component can be introduced in several ways, by the addition of CaCO3, as a carbonated precursor, by the direct contribution of CaO or Ca (OH) 2, the latter also as a precursor, but in this case, hydrated.
  • CaCO3 is used as a precursor to the necessary CaO, which is obtained during the cooking phase, when the decarbonation temperature is reached at 900 ° C.
  • the homogeneous mixture of raw materials with CaCO3 must be dried by an atomization process, the large amount of water that acts as a means for grinding and transporting the raw materials must evaporate, to finally obtain the atomized powder, after its passage through the atomizer.
  • the powder obtained by wet granulation is called atomized powder.
  • the atomized powder or granules obtained by wet route are subjected to a pressing and then to a cooking cycle, where the decarbonation of the carbonate occurs at a temperature of about 900 ° C, obtaining the CaO, which can be combined with the rest of the raw materials, to obtain ceramic compounds.
  • CO2 is emitted into the atmosphere.
  • the residence time at the decarbonation temperature must be wide enough for the complete to occur decarbonation of the carbonate provided and thus avoid the formation of bubbles in the enamelling, achieving a uniform enamelling.
  • the atomized powder, or granules obtained by wet route, are granules that are hollow inside.
  • the energy consumption is of greater importance with respect to the one presented in the following section (dry way), due to the large amount of water that must evaporate, giving rise to the emission of CO2, by decarbonation of the carbonate provided.
  • Another characteristic of this wet process in addition to the high consumption of water and energy, is the high time that as a precise production process, both in the wet milling stage of the raw materials, and in the drying stage to obtain the atomized powder, as during the cooking cycle, so that complete decarbonation occurs, in order to obtain a conformed enamelling.
  • the decarbonation of carbonate at 900 ° C is a critical stage of the cooking cycle that is eluded in the new modality proposed by dry route, being able to incorporate previously decarbonated calcines.
  • the object of the present invention is the use of calcined products in the production of granules by any dry preparation process of granules for the subsequent manufacture of ceramics.
  • the dry procedure includes the following stages:
  • the main raw materials used not being exclusive, would include:
  • Water is a necessary element, which acts as a binder to achieve the union of the raw materials to be granulated, giving the resulting granules the deformability necessary to be able to form the raw piece by pressure in its mold, before starting the cooking cycle.
  • the proportion of water required can range from 1 to 20% by weight of the mixture of raw materials to be granulated. This process is called the dry process, compared to the known wet granulation process, explained in the previous section, which uses 54% by weight of water, with respect to the mixture of dry raw materials.
  • the calcined are applicable in the dry granulation process, and could be products such as calcined dolomite, hydrated calcined dolomite, sintered dolomite, quicklime, calcium hydroxide, sintered lime or some mixture of some of those indicated. It is a process of obtaining alternative granules, which initially uses much less water.
  • Dehydration of the hydroxide takes place, preferably, but not limited to, at a temperature of the order of 500 ° C at which the hydration water evaporates. Thanks to the use of calcined products, as added material, together with the rest of raw materials, you get:
  • the process of manufacturing the granules, by dry route, for the manufacture of tiles comprises the following steps:
  • the raw materials used would include: calcareous clays, non-calcareous clays, feldspar, quartz, kaolin, calcite, dolomite and calcined products.
  • Added hydrated and unhydrated calcines such as: calcined dolomite, hydrated calcined dolomite, sintered dolomite, lime viva, calcium hydroxide, sintered lime, or mixture of some of the above, may also be included mixed with calcite or dolomite.
  • the granules obtained by the dry process have a composition similar to the granules obtained by the wet process, that is, calcareous and non-calcareous clays, feldspar, quartz, kaolin, calcite, dolomite, and calcined, or mixtures of the previous ones with calcined, obtaining solid granules, instead of the characteristic hollow granules resulting from the wet atomization process.

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Abstract

El procedimiento comprende las siguientes etapas: - Trituración y mezclado de materias primas: arcillas calcáreas, arcillas no calcáreas, feldespato, cuarzo, caolín, calcita y dolomita. Añadido de calcinados hidratados y sin hidratar, que pueden ser alguno o una combinación de entre: dolomía calcinada, dolomía calcinada hidratada, dolomía sinterizada, cal viva, hidróxido cálcico, cal sinterizada o una mezcla entre ellos, que pudiera incorporar además, calcita o dolomita. - Granulación con agua en una proporción entre un 1 a un 20% - Obtención de la humedad óptima por secado, para prensado posterior del gránulo macizo en condiciones óptimas. Se consigue un procedimiento que reduce el consumo de agua durante el proceso de mezclado de las materias primas por molienda, el consumo energético de secado de los gránulos y los ciclos de cocción, además de reducir la emisión de CO2 a la atmósfera.

Description

PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE GRANULOS PARA LA
FABRICACIÓN DE BALDOSAS CERÁMICAS
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, un procedimiento de obtención de unos gránulos para la fabricación de baldosas cerámicas, así como los gránulos obtenidos por dicho procedimiento.
Caracteriza a los gránulos objeto de la invención la particularidad de su composición, que es de tal naturaleza que la cantidad de agua y energía de secado necesaria para su conformación, se reducen de una manera significativa con respecto al proceso, por vía húmeda, que se explota actualmente.
Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de las materias primas para la fabricación de baldosas cerámicas, así como de entre los procedimientos de fabricación de baldosas cerámicas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El proceso de fabricación de baldosas cerámicas comienza con la selección de las materias primas que deben formar parte de la composición de una pasta, que son fundamentalmente arcillas, feldespatos, arenas, carbonatos y caolines. En la industria cerámica tradicional las materias primas se suelen utilizar, por lo general, tal y como se extraen de la mina o cantera, o después de someterlas a un mínimo tratamiento. Su procedencia natural exige, en la mayoría de los casos, una granulometría o tamaño de grano y homogeneización previa que asegure la continuidad de sus características. Homogeneizadas las materias primas, se procede a un proceso que busca obtener una composición de las materias primas que incluyan CaO (óxido de calcio). El CaO es un componente activo necesario en los gránulos, para que se generen los compuestos cerámicos requeridos por combinación química con la sílice, la alúmina y demás materias primas, durante el ciclo de cocción a la temperatura que induce su combinación. Este componente puede introducirse de varias maneras, mediante la adición de CaCO3, como precursor carbonatado, mediante la aportación directa de CaO ó Ca(OH)2, este último también como precursor, pero en esta caso, hidratado.
Por razones ligadas al proceso, en el método por vía húmeda, se emplea CaCO3 como precursor del CaO necesario, que se obtiene durante la fase de cocción, cuando se alcanza la temperatura de descabonatación a 900 °C. Previamente, la pasta homogénea mezcla de materias primas con CaCO3, debe secarse por un proceso de atomización, debiendo evaporarse la gran cantidad de agua que actúa como medio para la molienda y el transporte de las materias primas, para finalmente obtener el polvo atomizado, tras su paso por el atomizador. Así, se denomina polvo atomizado al granulo obtenido por vía húmeda.
El polvo atomizado o gránulos obtenidos por vía húmeda son sometidos a un prensado y luego a un ciclo de cocción, donde se produce la descarbonatación del carbonato a una temperatura de unos 900°C, obteniéndose el CaO, que podrá combinarse con el resto de las materias primas, para la obtención de los compuestos cerámicos. En el proceso de descarbonatación se emite CO2 a la atmósfera. El tiempo de residencia a la temperatura de descarbonatación, debe ser suficientemente amplio como para que se produzca la completa descarbonatación del carbonato aportado y evitar así, la formación de burbujas en el esmaltado, logrando un esmaltado uniforme.
El polvo atomizado, o gránulos obtenidos por vía húmeda, son gránulos que están huecos en su interior.
En el proceso de atomización, el consumo energético es de mayor importancia respecto al que se presenta en el apartado siguiente (vía seca), por la gran cantidad de agua que debe evaporarse, dando lugar a su vez a la emisión de CO2, por descarbonatación del carbonato aportado. Otra característica de este proceso por vía húmeda, además del elevado consumo de agua y energía, es el elevado tiempo que como proceso de producción precisa, tanto en la etapa de molienda en húmedo de las materias primas, como en la etapa de secado para obtener el polvo atomizado, como durante el ciclo de cocción, para que se produzca la descarbonatación completa, con objeto de obtener un esmaltado conforme. La descarbonatación del carbonato a 900 °C es una etapa crítica del ciclo de cocción que se elude en la nueva modalidad propuesta por vía seca, al poder incorporar los calcinados previamente descarbonatados. Por lo tanto, es objeto de la presente invención, descrita en el apartado siguiente, desarrollar un procedimiento de obtención de unos gránulos para la fabricación de baldosas, por vía seca, con un menor consumo de agua, durante el mezclado de materias primas, un menor consumo energético en el secado de los gránulos, como la reducción del tiempo en los ciclos de cocción, siendo más respetuoso con el medio ambiente buscando reducir la emisión de CO2, desarrollando un procedimiento como el que a continuación se describe y que queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera.
Fruto de un proyecto de investigación en el que se aplicó el procedimiento descrito, se ha demostrado concretamente que se podía producir un granulado de mayor eficiencia con el uso de calcinado de calcio en un proceso de molienda en seco. Sin embargo, es de suponer que cualquier técnica que permita incorporar materias primas calcinadas (con extracción previa del CO2) redundaría en obtener todas las ventajas planteadas. Por lo tanto, la invención consiste en la incorporación de materias primas descarbonatadas, independientemente de su proceso de incorporación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la presente invención la utilización de productos calcinados en la producción de gránulos mediante cualquier procedimiento de preparación por vía seca, de granulados para la fabricación posterior de la cerámica. El procedimiento por vía seca comprende las siguientes etapas:
- Trituración y mezclado de materias primas en seco.
- Añadido de calcinados que pueden ser hidratados y sin hidratar
- Granulación
- Obtención de la humedad óptima por secado, para prensado de los gránulos y obtención de la pieza cerámica en crudo, previamente al proceso de cocción.
Las materias primas utilizadas principales, no siendo exclusivas, comprenderían:
- arcillas calcáreas,
- arcillas no calcáreas,
- feldespato,
- cuarzo,
- caolín
- calcita
- dolomita - Producto calcinado como tal, o en mezcla con alguna o algunas de las materias primas anteriores.
El agua es un elemento necesario, que actúa como ligante para lograr la unión de las materias primas a granular, proporcionando a los gránulos resultantes la deformabilidad necesaria para poder conformar la pieza cruda por presión en su molde, antes de iniciar el ciclo de cocción. La proporción de agua necesaria puede oscilar entre el 1 al 20% en peso de la mezcla de materias primas a granular. Este proceso se denomina proceso por vía seca, frente al conocido proceso de granulado por vía húmeda, explicado en el apartado antenor, que llega a emplear un 54% en peso de agua, respecto de la mezcla de materias primas secas.
Los calcinados, son aplicables en el procedo de granulación por vía seca, y pudieran ser productos como la dolomía calcinada, dolomía calcinada hidratada, dolomía sinterizada, cal viva, hidróxido cálcico, cal sinterizada o alguna mezcla de algunos de los indicados. Se trata de un proceso de obtención de gránulos alternativo, que de partida emplea mucha menor cantidad de agua.
La deshidratación del hidróxido tiene lugar, preferentemente, pero no de forma limitativa, a una temperatura del orden de 500°C en la que se evapora el agua de hidratación. Gracias al hecho de utilizar productos calcinados, como material añadido, junto al resto de materias primas, se consigue:
- Que los volúmenes de agua necesarios para conformar los gránulos por vía seca, la energía para secado de los gránulos a un valor de humedad óptimo para su correcto prensado en molde, y los ciclos de cocción, se vean significativamente reducidos. En consecuencia mediante este procedimiento se consigue un importante ahorro de costes al no requerirse la evaporación de un elevado volumen de agua, por la reducción de la energía de secado de los gránulos, y la optimización del ciclo de cocción sorteando la etapa de descarbonatacion, requerida por vía húmeda.
- Que durante el ciclo de cocción el proceso de obtención del óxido por deshidratación del hidróxido tenga lugar a una temperatura del orden de
500°C, implicando un ahorro energético, en comparación con la temperatura de descarbonatacion a 900°C, característico en los gránulos obtenidos por vía húmeda.
- Que en el proceso de deshidratación del hidróxido se emita a la atmósfera vapor de agua, en lugar de CO2, como sucede en los procesos de obtención de gránulos para la fabricación de baldosas por vía húmeda, por la descarbonatacion de la caliza a 900°C, con el coste económico y medioambiental que la emisión de CO2 implica.
- Mientras que en este proceso de obtención de gránulos por vía seca, la pérdida de masa se debe a vapor agua, en torno a un 24% en masa, respecto de la cantidad de hidróxido cálcico aportada, en el proceso por vía húmeda, la pérdida de masa es CO2, del orden de un 44% respecto de la cantidad de carbonato aportado. Con lo cual, por vía seca se produce una menor pérdida de masa, a más baja temperatura, emitiéndose vapor de agua, en lugar de CO2.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.
El proceso de fabricación de los gránulos, por vía seca, para la fabricación de baldosas comprende las siguientes etapas:
- Trituración y mezclado de materias primas en seco. Las materias primas utilizadas comprenderían: arcillas calcáreas, arcillas no calcáreas, feldespato, cuarzo, caolín, calcita, dolomita y productos calcinados.
- Añadido de calcinados hidratados y sin hidratar, como por ejemplo: dolomía calcinada, dolomía calcinada hidratada, dolomía sinterizada, cal viva, hidróxido cálcico, cal sinterizada, o mezcla de algunos de los anteriores, pudiendo incluirse también mezclados con calcita o dolomita.
- Granulación
- Obtención de la humedad óptima por secado, para prensado posterior del gránulo en condiciones óptimas.
Los gránulos obtenidos por el procedimiento por vía seca, tienen una composición similar a los gránulos obtenidos por el procedimiento de vía húmeda, es decir, arcillas calcáreas y no calcáreas, feldespato, cuarzo, caolín, calcita, dolomita, y calcinados, o mezclas de los anteriores con calcinado, obteniéndose unos gránulos macizos, en lugar de los gránulos huecos característicos resultantes del proceso de atomización por vía húmeda.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . - Procedimiento de obtención de gránulos para la fabricación de baldosas cerámicas, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- Trituración y mezclado de materias primas en seco.
- Añadido de calcinados.
- Granulación.
- Obtención de la humedad óptima por secado, para prensado posterior del gránulo en condiciones óptimas.
2. - Procedimiento de obtención de gránulos para la fabricación de baldosas, según la reivindicación 1 caracterizado porque las materias primas utilizadas, comprenden o tiene una composición química equivalente a: - Arcillas calcáreas,
- Arcillas no calcáreas,
- Feldespato,
- Cuarzo,
- Caolín,
- Calcita,
- Dolomita,
- Producto calcinado como tal, o en mezcla con alguna o algunas de las materias primas anteriores.
3.- Procedimiento de obtención de gránulos para la fabricación de baldosas, según la reivindicación 1 caracterizado porque la cantidad de agua necesaria para su granulación está comprendida entre un 1 % al 20% en peso de la mezcla de materias primas a granular.
4.- Procedimiento de obtención de gránulos para la fabricación de baldosas, según la reivindicación 1 caracterizado porque los calcinados en caso de ser hidratados pueden ser alguno de los productos: dolomía calcinada, dolomía calcinada hidratada, dolomía sinterizada, cal viva, hidróxido cálcico, cal sinterizada o una mezcla de entre ellos, o una mezcla entre ellos, que pudiera incorporar además, calcita o dolomita.
5.- Gránulos para la fabricación de baldosas que tienen una composición de arcillas calcáreas y no calcáreas, feldespato, cuarzo, caolín, calcita, dolomita y producto calcinado, caracterizados porque tienen una estructura maciza, sin hueco interior.
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