ES2282486T3 - Composiciones que contienen boro para usar en la fabricacion de pasta de arcilla por ej., ladrillos. - Google Patents
Composiciones que contienen boro para usar en la fabricacion de pasta de arcilla por ej., ladrillos. Download PDFInfo
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Abstract
El uso, como aditivo de la arcilla en la fabricación de artículos de arcilla, tales como ladrillos y azulejos, de (a) una fuente de B2O3 y (b) un inhibidor de la migración capaz de inhibir el transporte de borato a la superficie de la arcilla durante su secado; siendo añadidos los componentes (a) y (b) juntos o por separado.
Description
Composiciones que contienen boro para usar en la
fabricación de pasta de arcilla, por ej., ladrillos.
Esta invención se refiere a composiciones que
contienen boro para utilización en la fabricación de pasta de
arcilla, por ejemplo, ladrillos. La descripción que sigue se refiere
principalmente a modo de ejemplo, a la fabricación de ladrillos
para uso general. Se debe apreciar que esto se hace sólo para
simplificar y que la invención se puede aplicar a la fabricación de
otros artículos de arcilla, incluyendo azulejos, tuberías y
pavimentos.
En la fabricación de ladrillos y otros artículos
de arcilla, se moldea típicamente arcilla húmeda en la forma
requerida, se seca y después se cuece. Como es sabido, se incluyen
aditivos en la arcilla húmeda.
Las propiedades y composición de las arcillas
usadas en la fabricación de ladrillos pueden variar según la fuente
de la que se toma la arcilla. Generalmente, en la arcilla usada en
la fabricación de ladrillos hay de forma natural, sales solubles,
particularmente sulfatos. Durante el ciclo de secado de los
ladrillos, estas sales solubles pueden migrar a la superficie del
ladrillo, y pueden reaccionar durante la posterior etapa de
cocción, para formar depósitos duros de aluminosilicato de calcio y
de magnesio, que aparecen como coloraciones amarillentas o
blanquecinas en la superficie. Este efecto, conocido como
eflorescencia, se observa cuando se usan la mayoría de las arcillas
y pizarras para ladrillos.
Como es sabido, se incluyen aditivos
anti-eflorescencia en la arcilla húmeda. Estos
aditivos anti-eflorescencia actúan por diferentes
mecanismos. Por ejemplo, se usa generalmente en la industria,
carbonato de bario que controla la eflorescencia en los ladrillos y
azulejos precipitando los sulfatos solubles naturales como sulfato
de bario.
El documento AU 507340 propone la adición de
melazas a la arcilla húmeda, preferiblemente también con un reactivo
que reacciona con las sales de calcio y/o de magnesio solubles en
agua para formar sales de calcio y/o de magnesio insolubles en
agua, para evitar la eflorescencia causada por el cloruro de sodio y
por las sales de calcio y/o de magnesio solubles en agua presentes
de forma natural en la arcilla de partida.
El documento
GB-A-2300632 describe el uso de
carbohidratos de jarabe líquido solubles en agua derivados de la
hidrólisis parcial del almidón hasta un valor DE inferior a 50, como
aditivos anti-eflorescencia en la fabricación de
artículos de arcilla, tales como los ladrillos.
Los boratos son bien conocidos como fundentes a
baja temperatura, y se usan en una serie de aplicaciones
industriales. En la producción de vitrofibra textil y lana de
vidrio, el uso de boratos proporciona beneficios tales como
temperatura de fusión y temperatura líquida más bajas y menor
viscosidad. En los vidriados cerámicos la adición de borato permite
la expansión térmica del vidriado para ser adaptado al uso
particular propuesto.
Se ha propuesto añadir boratos, como una fuente
de B_{2}O_{3}, a la arcilla, para que actúen como agentes
fundentes. Se había visto previamente que los boratos reducían los
efectos de la eflorescencia al aumentar la vitrificación en la
superficie del ladrillo.
Debido a su efecto fundente, la adición de
boratos permite el uso de intervalos más amplios de temperatura en
el procedimiento de fabricación de ladrillos. En particular los
boratos permiten que se alcancen las propiedades requeridas del
producto final usando temperaturas más bajas de cocción en horno que
las que se requerirían normalmente para la arcilla sin aditivo
fundente, lo que se asocia con un ahorro de energía. Por ejemplo,
0,25% y 0,5% en peso de B_{2}O_{3} como inclusiones de
pentahidrato de tetraborato de sodio pueden hacer que las
temperaturas del horno de 1050ºC se puedan reducir 25ºC y 50ºC
respectivamente. Los boratos actúan también como agentes
vitrificantes para los artículos de cerámica. La vitrificación de un
ladrillo aumenta la densidad del ladrillo, lo que hace mejorar la
resistencia y reducir la absorción de agua. Además, modifica la
distribución del tamaño de los poros. Estos efectos son beneficiosos
aumentando el valor al mejorar las propiedades de congelamiento y
deshielo, reducir la eflorescencia que resulta de la migración de
las sales solubles después de la cocción y permitir que se bajen las
temperaturas de cocción.
Las adiciones de borato permiten por tanto
obtener arcillas de bajo grado para ser usadas en artículos cocidos
que presentan propiedades que se pueden comparar favorablemente con
las obtenidas con materiales de más alto grado. Estos efectos
generalmente son más apreciables cuanto más alto es el nivel de
adición del borato.
Sin embargo, aunque la adición de borato
proporciona efectos beneficiosos como se ha descrito antes, también
puede ir asociada con cambios inaceptables de aspecto, en los
ladrillos, u otros artículos de arcilla, particularmente cuando se
usa como aditivo un borato soluble en agua. Por ejemplo, el color
rojo natural de los ladrillos cocidos generalmente se intensifica
cuando se aumentan los niveles de adición de borato; dependiendo la
extensión del cambio de color del borato añadido, del tipo de
arcilla para ladrillos y de las condiciones de secado. Aunque se
puede ver el cambio en algunos casos como un realce del color,
generalmente se prefiere que la adición de un borato produzca
cambios visibles mínimos en la superficie de los ladrillos. Además,
durante el ciclo de secado en la fabricación de ladrillos, la
humedad migra a través del ladrillo hacia la superficie, arrastrando
con ella todos los boratos disueltos, lo que produce, durante la
cocción, cambios en la superficie de los ladrillos a través de la
formación de una capa vítrea. Los efectos son más marcados con los
aditivos de borato solubles que con los escasamente solubles. A
altos niveles de adición, los ladrillos pueden pegarse unos a
otros.
Los intentos anteriores, que se han realizado
para limitar la migración del borato, han incluido el uso de borato
de baja solubilidad. Se sabe que los boratos escasamente solubles
son relativamente inmóviles y por tanto los efectos en la
superficie se reducen, pero no se evitan completamente. Los boratos
insolubles presentes en la naturaleza, generalmente son inadecuados
para el uso y, aunque hay disponibles boratos sintéticos insolubles,
generalmente son demasiado caros para uso en la fabricación de
artículos de arcilla, por ejemplo, ladrillos. Nada de la técnica
anterior señala la prevención de la migración del borato añadido
mediante el uso de aditivos adicionales. Como resultado de los
efectos encontrados en la superficie, el uso de aditivos de borato
en los ladrillos ha sido limitado, y no ha sido adoptado por la
industria.
Se ha encontrado ahora que las ventajas
asociadas con el uso del borato como un aditivo de la arcilla se
pueden conseguir sin las desventajas asociadas con el aspecto de la
superficie y las propiedades expuestas anteriormente, si se usa,
como aditivo de la arcilla en la fabricación de artículos de
arcilla, tales como ladrillos y azulejos, una fuente de
B_{2}O_{3} y un inhibidor de la migración capaz de inhibir el
transporte de borato a la superficie de la arcilla durante su
secado, antes de la cocción.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona el uso, como aditivo de la arcilla en la fabricación de
artículos de arcilla, tales como ladrillos y azulejos, de (a) una
fuente de B_{2}O_{3} y (b) un inhibidor de la migración capaz
de inhibir el transporte de borato a la superficie de la arcilla
durante su secado; siendo añadidos los componentes (a) y (b) juntos
o por separado.
Según un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona un método de fabricación de artículos de
arcilla, tales como ladrillos o azulejos, cuyo método comprende:
- mezclar en la arcilla de partida, opcionalmente con agua añadida para alcanzar la plasticidad deseada, de forma conjunta o por separado, (a) una fuente de B_{2}O_{3} y (b) un inhibidor de la migración capaz de inhibir el transporte de borato hacia la superficie de la arcilla durante su secado;
- moldear la arcilla en la forma deseada;
- secar los artículos de arcilla moldeados; y
- cocer los artículos de arcilla moldeados secos.
Las condiciones de la fabricación de un artículo
de arcilla son bien conocidas. La arcilla de partida húmeda para ser
moldeada generalmente contiene 10 a 30% de agua, en peso.
Típicamente, el secado de los artículos de arcilla moldeados se
lleva a cabo durante varias horas, por ejemplo 24 a 48 horas, y a
temperaturas de hasta 200ºC. Las temperaturas de cocción están
usualmente en el intervalo de 980ºC - 1130ºC, por ejemplo 1050ºC o
podría estar en intervalo de 1000ºC, por ejemplo, de 1100ºC a
1200ºC.
La fuente de B_{2}O_{3} usada según la
presente invención, es generalmente un borato soluble en agua, por
ejemplo, un borato de sodio, o ácido bórico. Se puede usar más
adecuadamente un pentaborato de sodio, por ejemplo, pentaborato de
sodio decahidratado. En el contexto de esta memoria descriptiva, por
el término borato soluble en agua se entiende un borato con una
solubilidad en agua mayor que 1% en peso a 25ºC.
Con el fin de facilitar la mezcla uniforme del
componente B_{2}O_{3} con la arcilla, es preferible que se use
dicho componente en solución, en la forma de polvo fino, o como una
dispersión o suspensión acuosa. Más preferiblemente, se usa el
borato en la forma de una dispersión o suspensión acuosa en la que
el tamaño de partícula del borato es menor que 75 micras, por
ejemplo menor que 50, o más adecuadamente menor que 25 micras. Lo
más preferiblemente, el componente B_{2}O_{3} comprende
cristales microfinos suspendidos en una solución saturada.
El inhibidor de la migración del borato (b) debe
ser capaz de inhibir el transporte del borato hacia la superficie
de la arcilla durante su secado. Esto es, en una arcilla en la que
el borato es transportado hacia la superficie de la arcilla durante
su secado, se inhibe dicho transporte, incluyendo que es evitado,
usando un inhibidor de la migración del borato según la
invención.
Los materiales adecuados para uso como
inhibidores de la migración del borato pueden ser polímeros
orgánicos. Los materiales que se pueden usar como inhibidores de la
migración incluyen almidones, gelatina, azúcares incluyendo
sacarosa y fructosa, lignosulfonatos, particularmente lignosulfonato
de calcio, poli(alcohol vinílico), polietilenglicol, goma
guar, goma xantano, melazas y carbohidratos solubles en agua (por
ejemplo, jarabe líquido) derivados de la hidrólisis parcial de
almidón hasta un valor DE inferior a 50 como se describe en el
documento GB-A-2300632. La
fabricación de ladrillos no es tan rentable como para soportar el
uso de ingredientes que son de alguna manera caros o que tienen un
alto coste de producción. Por tanto los productos preferidos para
uso como el inhibidor de la migración del borato (b) según la
presente invención, son materiales de bajo coste, típicamente
subproductos y materiales secundarios. Los preferidos de tales
materiales son lignosulfonato de calcio, melazas y más
particularmente los productos de almidón parcialmente
hidrolizado.
Para facilitar la mezcla con la arcilla, se usa
adecuadamente el inhibidor de la migración del borato (b) como un
polvo fino, dispersión o solución acuosa.
Como se ha mencionado antes, la composición real
de las arcillas y sus propiedades varían generalmente según su
origen. Las arcillas de alta calidad requerirán típicamente menos
adición de borato que las arcillas de baja calidad. Por tanto la
cantidad de componente (a) a ser incorporada a una arcilla
particular, dependerá, al menos hasta cierto punto, de la
composición de la arcilla. Dependerá también por ejemplo de la
extensión de la acción fundente y vitrificante requerida.
Típicamente el contenido de componente (a) en el artículo final de
arcilla, será tal que proporcione de 0,1 a 1% de B_{2}O_{3} en
peso basado en el peso del artículo de arcilla seco. En términos
generales el contenido estará en el intervalo de 0,15 a 0,6%, por
ejemplo, 0,5% en peso como B_{2}O_{3}.
No se conoce completamente el mecanismo por el
cual, el componente (b) inhibe el transporte del borato durante el
secado de la arcilla. Se cree que los inhibidores pueden formar, en
las condiciones de secado, una barrera física, que inhibe el
transporte de los boratos. Como material orgánico, el inhibidor de
la migración (b) será eliminado del artículo de arcilla quemándose
durante la cocción.
La cantidad de inhibidor de la migración (b)
usada dependerá de la cantidad de aditivo borato usado. Puede
depender también de la arcilla usada ya que diferentes tipos de
arcilla tendrán en términos generales diferentes propiedades de
migración del borato, y de la presencia de materiales añadidos para
abrir la estructura de la arcilla, tales como arena.
Típicamente, los inhibidores de la migración se
usan en una cantidad tal que su relación, en peso, es de 1 parte en
peso del componente (a):2 partes en peso del componente (b) a 2
partes del componente (a):1 parte en peso del componente (b).
Típicamente, la composición de la arcilla seca contendrá de 0,2 a 3%
en peso del inhibidor. Generalmente se usará hasta 1% en peso o más
preferiblemente hasta 0,6% de inhibidor.
Lo más preferiblemente, el inhibidor usado es
aquel que proporciona también buenas propiedades
anti-eflorescencia. Por tanto el inhibidor más
preferido es un producto de almidón parcialmente hidrolizado.
Como se ha indicado antes, los componentes (a) y
(b) se pueden añadir a la arcilla húmeda antes del moldeado, por
separado. Sin embargo, generalmente es más conveniente que los
ingredientes se añadan juntos en una única composición, que
naturalmente puede contener también cualquier otro aditivo
usado.
Adicionalmente, puede ser ventajoso aplicar
además el inhibidor de la migración, generalmente en solución o
suspensión, a la superficie de los ladrillos formados, antes del
secado. Este inhibidor de la migración aumentará el efecto del
inhibidor de la migración dentro de la composición del ladrillo.
Por consiguiente, según un aspecto adicional de
la presente invención, se proporciona una composición para uso como
un aditivo de la pasta de arcilla, por ejemplo en la fabricación de
ladrillos o azulejos, que comprende (a) una fuente de
B_{2}O_{3}, preferiblemente un borato soluble en agua, por
ejemplo, un borato de sodio, y (b) un inhibidor de la migración
capaz de inhibir el transporte de borato hacia la superficie de la
arcilla durante su secado, en particular durante el secado previo a
la cocción de un artículo de arcilla que contiene la
composición.
La composición puede tener la forma de un polvo
fino, dispersión o solución acuosa. Preferiblemente, los componentes
(a) y (b) se usan en la forma de una suspensión, esto es, una
suspensión estable que tiene un tamaño de partícula fino.
Las composiciones preferidas para uso según la
presente invención, son composiciones acuosas, típicamente
suspensiones, que contienen los componentes (a) y (b) en las
siguientes cantidades:
- 20 a 55%, preferiblemente 30 a 50%, por ejemplo, 37% en peso, basado en el peso total de la composición, del componente (a); y
- 15 a 45%, preferiblemente 15 a 35%, por ejemplo, 31% en peso, basado en el peso total de la composición, del componente (b).
La cantidad del componente (b) en la composición
debe ser tal que evite de forma sustancial el transporte de borato
hacia la superficie de la arcilla durante su secado. Como se ha
indicado antes, esta cantidad puede depender del tipo particular de
arcilla usado; permitiendo algunos tipos de arcilla más transporte
que otros. En términos generales sin embargo, las proporciones de
los dos componentes (a) y (b) serán usadas en las proporciones
indicadas antes.
Las composiciones preferidas según la invención,
son suspensiones acuosas vertibles que contienen borato, que
contienen pentaborato de sodio en suspensión, como la fuente de
B_{2}O_{3}, y un inhibidor de la migración. Preferiblemente,
tales composiciones contienen una pequeña proporción de una arcilla
hinchable, que ayuda a la vertibilidad de la suspensión y mantiene
su estabilidad de forma análoga a la señalada en la Solicitud de
patente internacional WO 00/23397. Tales suspensiones, por un lado
pueden tener un alto contenido en borato y por otro lado son
vertibles, lo que las hace capaces de ser fácilmente manejables por
los usuarios. En particular, tales suspensiones pueden ser
bombeadas fácilmente sin obstruir el equipo de bombeo.
Las arcillas hinchables adecuadas incluyen el
grupo de arcillas de monmorillonita particularmente las arcillas de
monmorillonita enriquecida con sodio y las arcillas de
monmorillonita de sodio, algunas de las cuales son conocidas
comercialmente como bentonita, minerales análogos a la
monmorillonita tales como hectorita y sepiolita.
De forma adecuada, la cantidad de arcilla
hinchable empleada en las suspensiones, que se usa en la presente
invención es 0,01 - 3% en peso, basado en el peso total de la
suspensión. Generalmente, la composición podría contener entre 0,01
y 1,5% en peso de arcillas de monmorillonita tales como minerales de
arcilla IGB disponibles de IMV Nevada. Cuando se usan otras
arcillas, tales como bentonita de calcio enriquecida con sodio, por
ejemplo, bentonita MB 300S de Fordimin Company Limited, la cantidad
de arcilla hinchable requerida puede ser de hasta 3% en peso,
preferiblemente aproximadamente 2,5% en peso.
Una suspensión preferida para uso según la
presente invención, comprende:
- 20 a 55%, por ejemplo, 30 a 55% o 35 a 50%, más preferiblemente 35 a 40%, por ejemplo, 37% en peso de pentaborato de sodio;
- 15 a 45%, por ejemplo, 15 a 35% o 20 a 30%, y por ejemplo, 31% en peso, del inhibidor de la migración, adecuadamente un almidón parcialmente hidrolizado;
- 0,01 a 3% en peso, de arcilla hinchable;
siendo el resto
agua.
Tales suspensiones para uso según la presente
invención, se pueden preparar de forma adecuada formando pentaborato
de sodio en suspensión, con agitación, in situ mediante la
reacción en agua de ácido bórico y tetraborato de sodio,
típicamente un tetraborato de sodio hidratado, y preferiblemente
tetraborato de sodio pentahidratado. Se debe añadir la arcilla
hinchable antes de la reacción, seguida por al menos un inhibidor de
la migración del borato (b).
Según una realización preferida, se puede
preparar una composición fundente para incorporación en las arcillas
según la presente invención, por un método que comprende, dejar que
el ácido bórico y el tetraborato de sodio en una suspensión acuosa,
generalmente en cantidades sustancialmente estequiométricas para
pentaborato de sodio, reaccionen bajo agitación, y antes, durante o
después de la reacción, añadir a la suspensión una arcilla
hinchable o añadir la suspensión a una arcilla hinchable, también
dispersada en agua, seguido por al menos un inhibidor de la
migración del borato (b).
Según una realización preferida, se proporciona
un método para preparar una composición fundente para uso según la
invención, cuyo método comprende dispersar la arcilla hinchable en
agua, añadir ácido bórico seguido por un tetraborato de sodio
hidratado en cantidades sustancialmente estequiométricas para
pentaborato de sodio, dejar que la mezcla reaccione mientras se
agita y después añadir al menos un inhibidor de la migración del
borato.
La mezcla se realiza preferiblemente con un
propulsor de mezclado recomendado para las aplicaciones de flujo
controlado de baja viscosidad, tal como el propulsor Lightin' A310
disponible de Lightnin' Mixers ltd.
Los tamaños de partícula de los stocks de
alimentación de borato no son críticos. Pueden estar en forma
granular, cristalina o finamente divididos. Alternativamente,
pueden estar en forma de tortas húmedas o suspensiones.
Preferiblemente, la arcilla hinchable se
dispersa e hidrata en agua según las recomendaciones del fabricante
(típicamente aproximadamente 10 minutos). Después de este periodo se
puede calentar opcionalmente la mezcla, por ejemplo, hasta
aproximadamente 50ºC, por ejemplo de 35ºC a 40ºC. Se añaden entonces
ácido bórico y tetraborato de sodio y se deja que reaccione la
mezcla, con agitación, generalmente durante aproximadamente de
media hora a una hora y media, esto es hasta que las partículas
gruesas de los materiales de partida hayan esencialmente
reaccionado en su totalidad. Rápidamente se debe completar la
solución de los ingredientes de borato y del producto de la
reacción pentaborato de sodio. Una vez que la reacción está
sustancialmente completa, se añaden a la suspensión en agitación,
uno o más inhibidores de la migración del borato, en polvo, en forma
de solución o suspensión, para producir la composición de la
invención.
La ventaja de este método es que el producto
comprende una suspensión estable vertible en la que hay una alta
concentración de boro como borato en estado finamente dividido que
tiene un tamaño de partícula sustancialmente menor que 75 micras
sin necesidad de una etapa de trituración. De hecho, el tamaño de
partícula puede ser tan bajo como de 0,1 a 10 micras.
Típicamente se añadirá a la arcilla húmeda antes
de darle forma, de 0,5 a 5% en peso, preferiblemente 1,0 (por
ejemplo, 1,5) a 3,5% en peso, de la composición acuosa según la
invención.
La invención se ilustra adicionalmente con
referencia a los siguientes ejemplos.
Se preparó una composición de aditivo mezclando
ácido bórico (H_{3}BO_{3}) con una suspensión acuosa de
carbohidratos de jarabe líquido solubles en agua derivados de la
hidrólisis parcial de almidón hasta un valor DE inferior a 50
(Activ-7 de Castle Clays Ltd. que contiene
aproximadamente 62% en peso de sólidos) para dar una composición
que comprende 53,3% en peso de ácido bórico, y el resto derivado de
la suspensión de almidón hidratado. Se mezcló la composición con
una composición de arcilla que consiste en 58% en peso de keuper
marl y 42% en peso de pizarra, de modo que la composición final
contenía 0,6% en peso de B_{2}O_{3}.
Se produjeron los ladrillos de ensayo a partir
de esta mezcla de arcilla por prensado en un troquel. Se secaron
después los ladrillos en una estufa eléctrica de secado a 40ºC
durante 24 horas seguido por 100ºC durante 24 horas.
Con fines comparativos, se prepararon ladrillos
sin utilizar la composición de aditivo.
Después, se cocieron a 1010ºC los ladrillos
secos que contienen la composición de aditivo, mientras que los
ladrillos comparativos se cocieron a 1050ºC, que es la temperatura
normal de cocción para estos ladrillos sin tratar.
Se midieron entonces la absorción de agua y las
propiedades de contracción de los ladrillos cocidos. Los ladrillos
que contienen boratos cocidos a 1010ºC tenían esencialmente las
mismas propiedades que los ladrillos estándar comparativos cocidos
a 1050ºC.
Se añadió la composición que contiene ácido
bórico descrita en el ejemplo 1 a una arcilla keuper marl que
se sabe presenta pobres características de durabilidad bajo
condiciones de congelamiento y deshielo como se describen más
adelante, para dar una composición de arcilla que contiene 0,6% en
peso de B_{2}O_{3} y se prepararon los ladrillos y se
sometieron a extrusión a escala de planta como sigue:
La arcilla seca tomada de un almacén se
introdujo en la planta sobre una cinta transportadora. Se pasó la
arcilla a través de etapas de trituración y molienda hasta que el
tamaño de partícula típico fue de 0,3-3
centímetros. Se añadió agua, y en esta etapa se introdujo la
composición de aditivo descrita en el ejemplo 1 por medio de una
bomba peristáltica regulada. Se continuó mezclando cuando la arcilla
pasó por otra etapa de molienda. Finalmente, se añadió agua
adicional para subir el contenido de humedad hasta aproximadamente
el 15%, adecuado para extrusión. Se pasó la mezcla de arcilla a una
prensa extrusora al vacío, a partir de la cual salieron los
ladrillos extruídos.
Se cortaron los ladrillos a su tamaño y se
apilaron dispuestos para la estufa de secado. Se secaron los
ladrillos durante 42 horas, durante las cuales los ladrillos
estuvieron sometidos a una rampa de temperatura de
20-150ºC. En este punto, se tomaron los ladrillos
secos y se cocieron en un horno de ensayo alimentado con gas.
La resistencia a la helada de los ladrillos
cocidos mejoró de forma significativa cuando se comparó con los
ladrillos sin adiciones de borato. Usando un equipo estándar del
ensayo de congelamiento y deshielo, el número de ciclos completados
antes de que se vieran fallos mejoró de 30 a 85.
Se seleccionó una arcilla de baja calidad que en
circunstancias normales se mezcla con una arcilla de más alta
calidad y mucho más cara con el fin de alcanzar propiedades
adecuadas después de cocida, para hacerla apropiada para uso en la
fabricación de ladrillos.
Se añadió la composición de aditivo descrita en
el ejemplo 1 a la arcilla de baja calidad a un nivel de 0,06% de
B_{2}O_{3} usando el método descrito en el ejemplo 2.
Los ladrillos moldeados y secados se cocieron
entonces a 30ºC por debajo de la temperatura estándar de cocción de
1050ºC.
Cuando se compararon con los ladrillos estándar
que contienen la arcilla de alta calidad adicional, se encontró que
las propiedades de los ladrillos cocidos eran esencialmente las
mismas.
(Comparativo)
Se formaron ladrillos a partir de una
composición de arcilla que comprende keuper marl (17
toneladas) y pizarra (3 toneladas) preparada como se describe en el
ejemplo 2. Se seleccionaron 30 ladrillos secos y se cocieron en un
horno eléctrico en condiciones de laboratorio a una temperatura
máxima entre 1000ºC y 1020ºC, esto es diez ladrillos se cocieron a
una temperatura máxima de 1000ºC, diez a una temperatura máxima de
1010ºC y diez a una temperatura máxima de 1020ºC.
Se sometieron entonces los ladrillos al ensayo
de congelamiento y deshielo. Usando un equipo estándar del ensayo de
congelamiento y deshielo, el número de ciclos completados antes de
que los ladrillos fallaran fue menos de 10 en cada caso.
Se formaron ladrillos a partir de una
composición de arcilla con keuper marl (17 toneladas),
pizarra (3 toneladas) y la composición de aditivo del ejemplo 1 (600
kg) preparada como se describe en el ejemplo 2. Se seleccionaron 30
ladrillos secos y se cocieron en un horno eléctrico en condiciones
de laboratorio como se describe en el ejemplo 4.
Se sometieron entonces los ladrillos al ensayo
de congelamiento y deshielo. Usando un equipo estándar del ensayo de
congelamiento y deshielo, no hubo ladrillos que fallaran después de
100 ciclos completos.
El aspecto de los ladrillos era visualmente
ligeramente más oscuro que los del ejemplo 4, pero estaba claramente
dentro de los límites de control de calidad.
(Comparativo)
Se añadieron ácido bórico y tetraborato de sodio
pentahidratado (Na_{2}B_{4}O_{7}.5H_{2}O), por separado a
las composiciones de ladrillos de ensayo de laboratorio a un nivel
constante de 0,25% de B_{2}O_{3}. Se prensaron las mezclas en
troqueles y se secaron de tal modo que se promovió la migración
solamente hacia un lado del ladrillo. Se favoreció la migración
uni-direccional poniendo los ladrillos juntos cara a
cara. Cada par de ladrillos se envolvió en plástico dejando
solamente las dos caras del extremo expuestas al aire. Se pusieron
en una estufa de secado a 100ºC durante 24 horas. De este modo, el
secado tuvo lugar solamente a través de las caras expuestas a la
atmósfera. Por tanto la migración aparece solamente en esta
cara.
La composición de los ladrillos de ensayo (que
era moldeada en 2 ladrillos de ensayo) fue como sigue:
- 82,5 g de pizarra
- 27,5 g de arena
- 0,16 g de carbonato de sodio
- 0,56 g de tetraborato de sodio pentahidratado o 0,48 g de ácido bórico
- 16,48 g de agua.
Se cocieron los ladrillos en un horno eléctrico
de laboratorio con un aumento de temperatura de 1ºC/min hasta
1050ºC. Se mantuvo esta temperatura durante 60 minutos y después se
redujo la temperatura a 1,37ºC/min hasta 20ºC.
El aspecto de los ladrillos cocidos presentó una
superficie muy oscura, altamente vitrificada en comparación con los
ladrillos no tratados.
Se prepararon composiciones de aditivo añadiendo
arcilla IGB (1 g) a agua (39 g) y agitando durante 5 minutos. Se
añadieron después simultáneamente a esta mezcla, ácido bórico (60 g)
y tetraborato de sodio pentahidratado (Neobor de Borax Europe
Limited) (46 g). Se agitó vigorosamente la mezcla resultante en un
vaso de precipitados utilizando un agitador eléctrico de laboratorio
durante aproximadamente 40 minutos hasta que la mezcla se hizo
uniforme.
Se añadió una suspensión acuosa de carbohidratos
de jarabe líquido solubles en agua (Activ-7 como se
ha usado en el ejemplo 1) (106 g), como inhibidor de la migración y
se agitó la mezcla resultante continuamente usando una pulga
magnética y se dejó durante la noche.
Se obtuvo entonces una suspensión acuosa con
partículas finamente divididas que tiene la siguiente composición
(en peso):
| Pentaborato de sodio | 37,2% |
| Carbohidratos | 26,3% |
| Arcilla IGB | 0,4% |
| Agua | 36,1% |
Se agitó esta suspensión (1 g) en agua (15,48 g)
durante 1 a 2 minutos hasta que fue completamente homogénea.
Se añadió entonces lentamente esta mezcla a una
composición de arcilla que contiene pizarra (82,5 g), arena (27,5 g)
y carbonato de bario (0,16 g) y se mezcló vigorosamente en un
mezclador eléctrico de laboratorio.
Se prensaron 2 x 55 g de la mezcla de arcilla
húmeda en forma de ladrillos usando un troquel metálico.
Después se secaron y se cocieron los ladrillos
como se describe en el ejemplo 6.
En comparación con el ejemplo 6 que no usa
ningún inhibidor de la migración de borato, se encontró que el
aditivo usado aquí eliminaba sustancialmente los efectos adversos de
la migración de borato. En lugar de una superficie muy oscura,
vitrificada, las muestras de ladrillos tenían un aspecto de la
superficie similar al de los ladrillos sin tratar, esto es sin
ningún signo de vitrificación.
Se observaron resultados similares, utilizando
como inhibidor de la migración de borato, cantidades equivalentes de
poli(alcohol vinílico), polietilenglicol, gelatina, sacarosa,
fructosa, melazas, almidón de patata, y lignosulfonato de
calcio.
Se repitió el ejemplo 7 pero antes de secar se
distribuyó Activ-7 (0,5 g) sobre la superficie
expuesta de cada muestra. Después se secaron y se cocieron las
muestras.
El aspecto de los ladrillos después de la
cocción fue esencialmente el mismo que el de las muestras que no
habían tenido ninguna adición de borato.
Se añadieron cuatro composiciones de aditivo
diferentes que contienen entre 25% en peso de pentaborato de
sodio/41% de inhibidor de la migración y 37% de pentaborato de
sodio/30,5% de inhibidor de la migración (siendo el resto agua), a
una pizarra carbonífera de un filón de hulla conocida por presentar
pobres características de eflorescencia como se describe más
adelante, para dar una composición de arcilla que contiene entre
0,30% y 0,50% en peso de B_{2}O_{3} basado en la arcilla
seca.
El inhibidor de la migración en cada caso fue
Activ-7 como se usa en el ejemplo 1 que contiene
aproximadamente 62% de ingrediente activo.
Las composiciones de aditivo fueron como sigue
(siendo el resto agua)
La arcilla seca tomada de un almacén se
introdujo en la planta sobre una cinta transportadora. Se mezcló con
arena asfáltica en la proporción de 75% de arcilla en peso/25% de
arena en peso. Se pasó la arcilla a través de diferentes etapas de
trituración y molienda hasta que el tamaño de partícula típico fue
de 0,3-3 centímetros. Se añade agua en una serie de
puntos durante este proceso. En esta etapa se añade a la mezcla una
de las composiciones de aditivo por medio de una bomba peristáltica
calibrada. Se añade también carbonato de bario como estándar para
esta mezcla.
Se lleva a cabo una mezcla adicional en un
mezclador de doble eje, y después se transfiere la mezcla a una
tolva oscilatoria. Ésta alimenta a una prensa extrusora a vacío, de
la que surgen las columnas de arcilla extruída. La columna de
arcilla se corta con alambres en forma de ladrillos.
Los ladrillos individuales se apilan en carros
de horno dispuestos para secar. Este proceso tiene lugar en un
túnel de secado a lo largo de un periodo de aproximadamente 24
horas. Los ladrillos secos se cuecen después en un horno de túnel
durante aproximadamente 36 horas a una temperatura máxima de
aproximadamente 1050ºC.
Los ladrillos cocidos se inspeccionaron
visualmente en cuanto al color de la superficie y daños. Se midió
también la absorción de agua y la contracción de los ladrillos
seleccionados. Los ladrillos seleccionados se sometieron también a
un ensayo de eflorescencia patentado, para cuantificar el
comportamiento de eflorescencia de los ladrillos.
Se demostró que cuanto más alto era el nivel de
Activ-7 usado, más bajo era el grado de
oscurecimiento del color de la superficie. También a mayor nivel de
borato, menor cantidad de eflorescencia producida por el ladrillo.
Se demostró globalmente que hay una composición de aditivo óptima de
tal modo que el nivel de eflorescencia producida por los ladrillos
se minimiza, mientras que la prevención de la migración de borato a
la superficie se maximiza.
Claims (24)
1. El uso, como aditivo de la arcilla en la
fabricación de artículos de arcilla, tales como ladrillos y
azulejos, de (a) una fuente de B_{2}O_{3} y (b) un inhibidor de
la migración capaz de inhibir el transporte de borato a la
superficie de la arcilla durante su secado; siendo añadidos los
componentes (a) y (b) juntos o por separado.
2. El uso según la reivindicación 1, en el que
el componente (a) es ácido bórico o un borato de sodio.
3. El uso según la reivindicación 1, en el que
el componente (a) es pentaborato de sodio.
4. El uso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el componente (b) es un
almidón, gelatina, azúcar, lignosulfonato, poli(alcohol
vinílico), polietilenglicol, goma guar, goma xantano, melazas o un
carbohidrato soluble en agua derivado de la hidrólisis parcial de
almidón hasta un valor DE inferior a 50.
5. El uso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la relación de componentes
(a) y (b) usada es de 1 parte en peso del componente (a):2 partes en
peso del componente (b) a 2 partes en peso del componente (a):1
parte en peso del componente (b).
6. El uso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el componente (a) se usa en
una cantidad de 0,15 a 0,6% en peso, basado en el peso seco de la
arcilla.
7. El uso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el componente (b) se usa en
una cantidad de 0,2 a 3% en peso, basado en el peso seco de la
arcilla.
8. El uso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que se usa como aditivo una
composición acuosa que comprende:
- 20 a 55% en peso, basado en el peso total de la composición, del componente (a); y
- 15 a 45% en peso, basado en el peso total de la composición, del componente (b); y
- opcionalmente hasta 3% en peso, de arcilla hinchable;
siendo el resto
agua.
9. El uso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que se usa como aditivo una
suspensión acuosa que comprende:
- 35 a 40% en peso de pentaborato de sodio;
- 15 a 30% en peso del componente (b); y
- 0,01 a 3% en peso, de arcilla hinchable;
siendo el resto
agua.
10. Un método de fabricación de artículos de
arcilla, tales como ladrillos o azulejos, cuyo método comprende:
- mezclar en la arcilla de partida, opcionalmente con agua añadida para alcanzar la plasticidad deseada, de forma conjunta o por separado, (a) una fuente de B_{2}O_{3} y (b) un inhibidor de la migración capaz de inhibir el transporte de borato hacia la superficie de la arcilla durante su secado;
- moldear la arcilla en la forma deseada;
- secar los artículos de arcilla moldeados; y
- cocer los artículos de arcilla moldeados secos.
11. Un método según la reivindicación 10, en el
que el componente (a) es ácido bórico o un borato de sodio.
12. Un método según la reivindicación 10, en el
que el componente (a) es pentaborato de sodio.
13. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 12, en el que el componente (b) es un almidón,
gelatina, azúcar, lignosulfonato, poli(alcohol vinílico),
polietilenglicol, goma guar, goma xantano, melazas o un
carbohidrato soluble en agua derivado de la hidrólisis parcial de
almidón hasta un valor DE inferior a 50.
\newpage
14. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 13, en el que la relación de componentes (a) y
(b) usada es de 1 parte en peso del componente (a):2 partes en peso
del componente (b) a 2 partes en peso del componente (a):1 parte en
peso del componente (b).
15. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 14, en el que el componente (a) se usa en una
cantidad de 0,15 a 0,6% en peso, basado en el peso seco de la
arcilla.
16. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 15, en el que el componente (b) se usa en una
cantidad de 0,2 a 3% en peso, basado en el peso seco de la
arcilla.
17. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 16, en el que se usa como aditivo una
composición acuosa que comprende:
- 20 a 55% en peso, basado en el peso total de la composición, del componente (a); y
- 15 a 45% en peso, basado en el peso total de la composición, del componente (b); y
- opcionalmente hasta 3% en peso, de arcilla hinchable;
siendo el resto
agua.
18. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 17, en el que se usa como aditivo una
suspensión acuosa que comprende:
- 35 a 40% en peso de pentaborato de sodio;
- 15 a 30% en peso del componente (b); y
- 0,01 a 3% en peso, de arcilla hinchable;
siendo el resto
agua.
19. Una composición para uso como un aditivo de
la arcilla en la fabricación de artículos de arcilla, cuya
composición es una composición acuosa que consiste en:
- 20 a 55% en peso, basado en el peso total de la composición, de (a) una fuente de B_{2}O_{3}, y
- 15 a 45% en peso, basado en el peso total de la composición, de (b) un inhibidor de la migración capaz de inhibir el transporte de borato a la superficie de la arcilla durante su secado; y
- opcionalmente hasta 3% en peso, de arcilla hinchable;
siendo el resto
agua.
20. Una composición según la reivindicación 19,
que es una suspensión acuosa que consiste en:
- 35 a 40% en peso de pentaborato de sodio;
- 15 a 30% en peso del componente (b); y
- 0,01 a 3% en peso, de arcilla hinchable;
siendo el resto
agua.
21. Una composición según la reivindicación 19,
en la que el componente (a) es ácido bórico o un borato de
sodio.
22. Una composición según la reivindicación 19,
en la que el componente (a) es pentaborato de sodio.
23. Una composición según cualquiera de las
reivindicaciones 19 a 22, en la que el componente (b) es un almidón,
gelatina, azúcar, lignosulfonato, poli(alcohol vinílico),
polietilenglicol, goma guar, goma xantano, melazas o un
carbohidrato soluble en agua derivado de la hidrólisis parcial de
almidón hasta un valor DE inferior a 50.
24. Una composición según cualquiera de las
reivindicaciones 19 a 23, en la que la relación de componentes (a) y
(b) usada es de 1 parte en peso del componente (a):2 partes en peso
del componente (b) a 2 partes en peso del componente (a):1 parte en
peso del componente (b).
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