ES3067537T3 - Method for producing ceramic tiles - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para producir baldosas cerámicas en el que la cal se utiliza como uno de sus componentes. Asimismo, se refiere al uso de una fuente específica de cal en el proceso de producción de baldosas cerámicas. Además, la presente invención también se refiere a una baldosa cerámica producida de esta manera y a su uso en revestimientos de paredes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Método para producir baldosas cerámicas, baldosas cerámicas y pared

[0003] La presente invención se refiere al uso de la cal para la producción de baldosas cerámicas. En particular, la presente invención se refiere al uso de una fuente de cal específica en un proceso de producción de baldosas cerámicas. Además, la presente invención también se refiere a una baldosa cerámica que ha sido producida de esta manera y al uso de dicha baldosa cerámica en una pared.

[0004] Las baldosas se utilizan a gran escala en la industria de la construcción para el acabado de suelos y paredes. Por regla general, una baldosa es un panel plano que, por ejemplo, puede haber sido cocido a partir de arcilla o puede estar hecho de vidrio, hormigón o piedra natural. Con el fin de mejorar el rendimiento y/o por razones estéticas, las baldosas suelen estar provistas de un lado frontal esmaltado. La fijación de una baldosa suele realizarse de forma convencional, colocando la baldosa, normalmente formando un patrón relativamente grande junto con otras baldosas, sobre una capa de mortero, cemento, adhesivo o similar.

[0005] La solicitud europea EP 0300532 a nombre del solicitante actual divulga una baldosa cerámica, no esmaltada, para suelo, que consiste en una capa base relativamente gruesa y una capa superior relativamente delgada. El tipo de material para la capa base y la capa superior es el mismo y consiste en un material que contiene arcilla, compuesto principalmente de arcilla y caolín, un licuador y arena o polvo de cuarzo. El material del que está hecha la capa base se compone de aproximadamente un 50 % de arcilla y caolín, un 28 % de licuadores (abrillantadores tales como feldespato) con un tamaño máximo de grano de 63 µm y aproximadamente un 22 % de arena (cuarzo) con un tamaño máximo de grano de 63 µm. El material del cual está hecha la capa superior también consiste aproximadamente en un 50 % de arcilla y caolín, pero contiene más licuador que el material para la capa base, a saber, un 30 % de licuador con un tamaño medio de grano de 7 μm y el resto, es decir, un 20 %, consiste en polvo de cuarzo.

[0006] Se conoce por la Especificación Alemana de Publicación Previa DE 2450 944 para recuperar una valiosa materia prima para la producción de masas cerámicas a partir de la mezcla mineral natural obtenida como producto de desecho durante las etapas de fabricación ya conocidas en la industria de la cal y utilizando los estanques de lodos como cuencas de sedimentación. La suspensión procedente del lavado de piedra caliza se obtiene mediante la mezcla de minerales naturales extraídos de piedra caliza presente de manera natural, que contiene cuarzo y tipos de arcilla como minerales acompañantes, rompiendo primero y, opcionalmente, cribando la piedra caliza de una manera conocida per se, tras lo cual una mezcla mineral, consistente en arcilla, cuarzo y calcita, se lava y la arena se separa de la suspensión obtenida en el proceso por medio de hidrociclones, después de lo cual los constituyentes restantes de grano grueso, es decir, mayores que aproximadamente 100 micrómetros, se separan y la suspensión restante se desagua en cuencas de sedimentación.

[0007] La publicación china CN106699146A se refiere a una baldosa cerámica esmaltada semipulida con efecto fluorescente. Las materias primas utilizadas en este caso son cuarzo, feldespato, arcilla dura, arcilla plástica y piedra caliza.

[0008] La publicación estadounidense US 2018/0230646 se refiere a un método para producir una alfombra o baldosa de alfombra con contenido reciclado, que consiste en las etapas de extracción de CaCO<3>de aguas residuales mediante la extracción de CaCO<3>a partir de las aguas residuales durante un proceso de ablandamiento mediante la adición de un grano al agua, injertando el CaCO<3>al grano y añadiendo el CaCO<3>al material de soporte (líquido) para una baldosa de alfombra. Una posible distribución es una distribución que consiste en un D10 = 0-50 µm, D50 = 250-300 µm, D90 = 500-550 µm.

[0009] El documento WO2018188711 se refiere a un método para la producción de carbonato de calcio precipitado (PCC), comprendiendo el método las etapas de proporcionar una solución acuosa de calcio, dióxido de carbono, bicarbonato y carbonato, proporcionar al menos un reactor e introducir la solución del reactor y retirar la solución del reactor en el que se inyecta un gas comprimido en la solución acuosa para efectuar la precipitación de un recubrimiento superficial que consiste sustancialmente en carbonato de calcio.

[0010] Un folleto publicado por Aquaminerals divulga la aplicación de partículas de calcita molida libres de arena en soportes de alfombra y productos cerámicos.

[0011] En muchas de las baldosas que se utilizan actualmente, se emplea cal que se origina en fuentes naturales de cal, tales como canteras de marga. En los Países Bajos, la piedra caliza (en forma de marga) se extrajo en la cantera de ENCI, al sur de Maastricht, hasta 2018. Fundamentalmente, prácticamente todos los fertilizantes de cal están compuestos de carbonato de calcio o de una combinación de carbonato de calcio y carbonato de magnesio. La marga consiste en carbonato de calcio blando, la piedra caliza consiste en uno ligeramente más duro y la dolomita consiste en una combinación de carbonato de calcio y carbonato de magnesio. En Bélgica, Sibelco está extrayendo marga cerca de la mina Roosburg en Zichen-Zussen-Bolder en minería a cielo abierto y espera extraer 200,000 toneladas de marga por año.

[0012] Al preparar agua potable, existen varios requisitos legales que deben cumplirse. Uno de estos requisitos está relacionado con la dureza del agua. El Decreto de Agua Potable estipula que las compañías de agua no pueden ablandar el agua potable por debajo de 5.6° dH. Este Decreto sobre Agua Potable ha sido elaborado por las autoridades y sigue las directrices de la Organización Mundial de la Salud. Como resultado de este Decreto de Agua Potable, no se puede eliminar toda la cal del agua. La razón es que una pequeña cantidad de cal en el agua protege las tuberías de las casas y la red principal de suministro de agua. Además, el calcio y el magnesio se consideran minerales beneficiosos que contribuyen a la salud humana.

[0013] Aproximadamente la mitad del agua potable de los Países Bajos se ablanda en reactores de grano de flujo ascendente. El agua se ablanda por razones de salud pública (reducción de la capacidad de disolver metales), costos para la sociedad (reducción en los costos de mantenimiento de los aparatos de agua caliente y costos de energía), carga ambiental (reducción en el consumo de energía y liberación de metal) y confort (reducción en el depósito de cal, aumento en la satisfacción del cliente).

[0014] En la práctica, por ejemplo, el agua de las dunas se ablanda de aproximadamente 13° dH a 8.5° dH. El agua se bombea a través de un reactor desde abajo hacia arriba. En el reactor están presentes granos de arena que están suspendidos en el agua. Al añadir una base, se reduce la solubilidad de la cal en agua. El exceso de cal se adhiere a los granos de arena; los granos crecen y se vuelven más pesados, sobre los cuales se hunden. Cuando el agua que se encuentra en la parte superior sale del reactor, contiene mucha menos cal disuelta y está ablandada. La cal que ha sido eliminada del agua se vende, por ejemplo, a la industria del vidrio y a empresas productoras de piensos, tras lo cual las empresas productoras de piensos procesan la cal en, por ejemplo, alimento para pollos, porque los pollos necesitan cal para que puedan producir cáscaras de huevo fuertes.

[0015] Es un objeto de la presente invención reutilizar cal que se origina en los procesos para preparar agua potable de una manera útil.

[0016] Es otro objeto de la presente invención reemplazar la cal que se va a usar en la producción de baldosas cerámicas, que se origina en canteras de marga y de cal, por otra fuente sostenible de cal.

[0017] Es otro objeto de la presente invención usar la cal que se va a usar en la producción de baldosas cerámicas y que se origina en una fuente sostenible con un tamaño de partícula tal que se obtenga una baldosa cerámica que cumpla la planitud y exactitud dimensional deseadas, en particular la norma de producción europea elaborada para baldosas cerámicas, a saber EN14411.

[0018] Como se mencionó en la introducción, la invención se refiere así al uso de cal para producir baldosas cerámicas, caracterizado por el hecho de que la cal mencionada anteriormente se origina en un proceso para preparar agua potable.

[0019] Mediante dicha fuente de cal se consiguen los objetivos antes mencionados. Los presentes inventores han descubierto que la cal, que se recupera durante los procesos de preparación de agua potable, puede utilizarse fácilmente como un constituyente en el proceso de producción de baldosas cerámicas. El uso de tal fuente de cal hace posible así abandonar el uso de la fuente original de cal, a saber, la cal extraída en canteras. En el proceso mencionado anteriormente para la preparación de agua potable, en particular el ablandador, se añaden sosa cáustica o lechada de cal y un material de injerto al agua en el fondo de un reactor y el carbonato de calcio (cal) cristaliza sobre el material de injerto. Esto produce un grano redondo y sólido (pellet) que se compone principalmente de cal (calcita). Así, al utilizar calcita como material de injerto, se produce un grano de cal que consiste en casi un 100 % de calcita, y los presentes inventores han encontrado que dicho grano de cal es perfectamente adecuado para ser utilizado como fuente de cal en el método de producción de baldosas cerámicas. La cal que se va a usar en la presente invención se origina en instalaciones de ablandamiento tales como aquellas usadas en un proceso para preparar agua potable.

[0020] El término baldosa utilizado en la presente invención se refiere únicamente a las baldosas cerámicas que se han producido mediante un proceso de calentamiento. El término baldosa no debe confundirse con las baldosas fabricadas con materiales textiles naturales y sintéticos, tales como lana y algodón, plásticos, por ejemplo olefinas, tales como el polipropileno y polímeros de estireno, látex y cauchos, las cuales comprenden un soporte y una capa superior y que se producen por medio de, por ejemplo, un proceso de tufting para luego ser usadas como revestimiento de suelo.

[0021] La cal tiene un tamaño de partícula específico, a saber, un D50 de 3-6 micras y un D90 = 15-17 micras, ambos parámetros que se miden en particular mediante un Micromeritics Sedigraph. Los valores preferibles para D50 son preferiblemente de 4-6 micras y, más preferiblemente, de 3-4 micras. Un valor de 3-4 micras ha dado lugar a resultados sorprendentes con respecto a la planitud y la precisión dimensional deseadas, en particular la norma de producción europea que ha sido elaborada para baldosas cerámicas, a saber, EN14411.

[0022] El método de medición utilizado en el proceso se basa en dos fenómenos físicos: la sedimentación y la absorción de fotones. La ley de Stokes se utiliza para determinar el tamaño de las partículas midiendo las velocidades terminales de sedimentación de partículas de muestra de diferentes tamaños. La ley de Stokes establece simplemente que la velocidad final de una partícula esférica en un medio líquido es proporcional al cuadrado del diámetro de la partícula. Si una colección de partículas de diferente diámetro se dispersa uniformemente en un líquido a una densidad que es menor que la de las partículas y posteriormente se deja sedimentar debido a la fuerza de gravedad, entonces es posible predecir con precisión cuándo todas las partículas por debajo de un cierto tamaño han caído por debajo de un cierto nivel. Esta información permite deducir la distribución del tamaño de las partículas (véase ISO 13317-3: 2001). La concentración de masa relativa para cada categoría de tamaño se determina aplicando la ley de Beer-Lambert-Bouguer a la absorción medida de un haz de rayos X de baja potencia que se proyecta a través de la fracción de la muestra que permanece en suspensión. Los expertos en la materia también disponen de otros métodos de medición para determinar la distribución del tamaño, en particular los valores de D50 y D90. Un aparato adecuado para medir D50 y D90 es el SediGraph III Plus 5125, que es un analizador de tamaño de partículas único, fiable y probado, basado en leyes científicas y comercializado por Micromeritics (EE. UU.).

[0023] La distribución del tamaño de partícula buscada por la presente invención se logra, por ejemplo, realizando ciertas operaciones de cribado que son conocidas por una persona experta en la materia. Los presentes inventores han descubierto que la distribución del tamaño de partícula mencionada anteriormente es importante en lo que respecta a la reactividad durante el proceso de transformación del material, es decir, la sinterización, y la formación de anortita, que es un tectosilicato de calcio y aluminio.

[0024] Los presentes inventores han encontrado que el uso de cal que comprende partículas excesivamente finas, así como el uso de cal que comprende partículas excesivamente gruesas, puede resultar en problemas con respecto a las propiedades dimensionales de la baldosa cerámica final. Esto debe entenderse como la planitud de la baldosa cerámica, a lo largo de la diagonal de la baldosa cerámica, así como a lo largo de los lados largo y corto. Por lo tanto, tal baldosa cerámica no satisface la norma de producción europea elaborada para baldosas cerámicas, a saber, EN14411.

[0025] Los presentes inventores también han descubierto que se necesita mucho tiempo para moler la calcita en los molinos de producción hasta alcanzar la distribución de tamaño de partícula deseada mencionada anteriormente. Se supone que este largo tiempo de molienda se debe a la dureza del grano de calcita y a la finura requerida para el procesamiento. Se ha observado que, debido a su finura, la suspensión de calcita se comporta de manera diferente; la suspensión tiene una mayor viscosidad y la intensidad de molienda disminuye. Esto conlleva tiempos de molienda aún más prolongados durante el proceso de producción. Para mantener estable la intensidad de molienda a lo largo del tiempo, se pueden agregar ciertos aditivos al medio de molienda, como resultado de lo cual la intensidad de molienda permanece estable debido a que la viscosidad no aumenta con el aumento de la finura.

[0026] Los presentes inventores también han encontrado que el uso de cal que comprende partículas excesivamente gruesas conduce a problemas con respecto a la reactividad. Se supone que la superficie de la baldosa cerámica contiene CaO libre, que se convierte en hidrato de Ca después del esmaltado, lo que provoca defectos en la superficie. Por consiguiente, tal baldosa cerámica no satisface la norma de producción europea elaborada para baldosas cerámicas, a saber, EN14411.

[0027] La cantidad de cal en la baldosa cerámica está en el intervalo de 5 y el 20 % en peso, preferiblemente entre el 8 y el 15 % en peso y, en particular, preferiblemente entre el 10 y el 12 % en peso, basada en el peso de la baldosa cerámica. Los otros constituyentes de la baldosa cerámica son: 45-50 % en peso de materiales arcillosos, 10-15 % en peso de feldespato, 10-15 % en peso de arena (cuarzo) y 8-10 % en peso de constituyentes de desecho (principalmente fragmentos de baldosas cerámicas rotas), en donde la cantidad total de los constituyentes tiene que ser 100 %. Cabe señalar que, en la práctica, los valores de los demás constituyentes pueden, como se mencionó anteriormente, desviarse ligeramente de dichos valores. Si la cantidad de cal que se utiliza es excesivamente pequeña, no será posible mantener la porosidad deseada de la baldosa cerámica final. Sin embargo, si la cantidad de cal que se utiliza es excesivamente alta, esto dará como resultado una porosidad indeseablemente elevada en la baldosa cerámica final.

[0028] La presente invención se refiere al uso de cal procedente de un proceso de preparación de agua potable en una baldosa cerámica para la industria de la construcción, como revestimiento de paredes.

[0029] La presente invención se refiere además a una baldosa cerámica en la que uno de los constituyentes es la cal, tal como se define en la reivindicación 5, caracterizada por el hecho de que la cal antes mencionada proviene de un proceso para preparar agua potable.

[0030] En la baldosa cerámica, la cal mencionada anteriormente tiene un tamaño de partícula específico, al que se aplica lo siguiente: D50 = 3-6 micras y D90 = 15-17 micras, preferiblemente D50 = 4-6 micras y, en particular, preferiblemente D50 = 3-4 micras, en particular medidas mediante un Micromeritics Sedigraph.

[0031] La cantidad de cal en la baldosa cerámica mencionada anteriormente está en el rango de 5-20 % en peso, preferiblemente 8-15 % en peso, en particular preferiblemente 10-12 % en peso, basada en el peso de la baldosa cerámica. Los demás constituyentes de la baldosa cerámica son: 45-50 % en peso de materiales arcillosos, 10-15 % en peso de feldespato, 10-15 % en peso de arena (cuarzo) y 8-10 % en peso de constituyentes de desecho (principalmente fragmentos de baldosas cerámicas rotas), donde la cantidad total de constituyentes debe ser del 100 %.

[0032] La presente invención también se refiere a una pared compuesta por una o más baldosas cerámicas según la presente invención, como se explicó anteriormente.

[0033] La presente invención se explicará con más detalle a continuación por medio de uno o más ejemplos, en cuyo caso debe señalarse que los ejemplos mencionados anteriormente sirven para explicar la presente invención.

[0034] Ejemplo 1

[0035] Una pasta para usar como material para producir una baldosa cerámica tenía la siguiente composición: cal: 12 % en peso, un 50 % en peso de arcilla, un 15 % en peso de feldespato, un 15 % en peso de arena y un 8 % en peso de chatarra rechazada. La distribución del tamaño de partícula de la cal utilizada fue: D50 = 5 micrómetros y D90 = 16 micrómetros, cuyos valores se obtuvieron utilizando el SediGraph III Plus 5125, Micrometrics (EE. UU.). La cal usada era cal que se originaba en Waterleiding Maatschappij Limburg (WML), que utiliza principalmente agua subterránea para preparar agua potable, una parte de la cual proviene de agua superficial, a saber, del río Maas. Para reducir la dureza del agua potable, se utilizan instalaciones de ablandamiento, de las cuales se obtuvo la cal en cuestión.

[0036] La pasta fue procesada posteriormente de acuerdo con un proceso convencional, como se conoce, por ejemplo, de EP0300532, para producir una baldosa cerámica que satisfacía la norma de producción europea que ha sido elaborada para baldosas cerámicas, a saber, EN14411.

[0037] Ejemplo 2

[0038] Se utilizaron las mismas cantidades de los constituyentes que en el Ejemplo 1, excepto por la distribución del tamaño de partícula de la cal utilizada, a saber: D50 = 4 micrómetros y D90 = 15 micrómetros, valores que se obtuvieron utilizando el SediGraph III Plus 5125, Micrometrics (EE. UU.). La cal usada era cal que se originaba en Waterleiding Maatschappij Limburg (WML), como se describió con más detalle en el Ejemplo 1.

[0039] La pasta fue procesada posteriormente de acuerdo con un proceso convencional, tal como se conoce, por ejemplo, de EP0300532, para producir una baldosa cerámica que satisfacía la norma de producción europea que ha sido elaborada para baldosas cerámicas, a saber, EN14411.

[0040] Ejemplo 3

[0041] Se utilizaron las mismas cantidades de los constituyentes que en el Ejemplo 1, excepto por la distribución del tamaño de partícula de la cal utilizada, a saber: D50 = 3 micrómetros y D90 = 15 micrómetros, valores que se obtuvieron utilizando el SediGraph III Plus 5125, Micrometrics (EE. UU.). La cal usada era cal que se originaba en Waterleiding Maatschappij Limburg (WML), como se describió con más detalle en el Ejemplo 1.

[0042] La pasta fue procesada posteriormente de acuerdo con un proceso convencional, como se conoce, por ejemplo, de EP0300532, para producir una baldosa cerámica que satisfacía la norma de producción europea que ha sido elaborada para baldosas cerámicas, a saber, EN14411.

[0043] Ejemplo Comparativo 1

[0044] Se utilizaron las mismas cantidades de los constituyentes que en el Ejemplo 1, excepto por la distribución del tamaño de partícula de la cal utilizada, a saber: D50 = 8 micrómetros y D90 = 20 micrómetros, valores que se obtuvieron utilizando el SediGraph III Plus 5125, Micrometrics (EE. UU.). La cal utilizada procedía de Waterleiding Maatschappij Limburg (WML), como se divulga con más detalle en el Ejemplo 1.

[0045] La pasta fue procesada posteriormente de acuerdo con un proceso convencional, como se conoce, por ejemplo, de EP0300532, para producir una baldosa cerámica que no cumplía con la norma europea de producción que se ha elaborado para baldosas cerámicas, a saber, EN14411, en particular debido a la presencia indeseable de defectos superficiales en la baldosa cerámica.

[0046] Ejemplo Comparativo 2

[0047] Se utilizaron las mismas cantidades de los constituyentes que en el Ejemplo Comparativo 1, excepto por la distribución del tamaño de partícula de la cal utilizada, a saber: D50 = 1 micrómetro y D90 = 13 micrómetros, valores que se obtuvieron utilizando el SediGraph III Plus 5125, Micrometrics (EE. UU.). La cal usada era cal que se originaba en Waterleiding Maatschappij Limburg (WML), como se describió con más detalle en el Ejemplo 1.

[0048] La pasta fue procesada posteriormente de acuerdo con un proceso convencional, como se conoce, por ejemplo, de EP0300532, para producir una baldosa cerámica que no satisfacía la norma de producción europea que ha sido elaborada para baldosas cerámicas, a saber, EN14411, en particular en lo que respecta a la planitud de la baldosa cerámica.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

1. El uso de cal que se origina a partir de gránulos de calcita como material de injerto en un proceso de ablandamiento para la preparación de agua potable en una baldosa cerámica para la industria de la construcción, en donde dicha cal tiene un tamaño de partícula al que se aplica lo siguiente: D50 = 3-6 micras y D90 = 15-17 micras, medido por medio de un Micromeritics Sedigraph.

2. El uso según la Reivindicación 1, caracterizado porque dicha cal tiene un tamaño de partícula, al cual se aplica lo siguiente: D50 = 4-6 micras, preferiblemente D50 = 3-4 micras, medido por medio de un Micromeritics Sedigraph.

3. El uso según una o más de las Reivindicaciones 1-2, caracterizado porque la cantidad de cal en dicha baldosa cerámica está en el rango de 5-20 % en peso, preferiblemente 8-15 % en peso, en particular preferiblemente 10-12 % en peso, basada en el peso de la baldosa cerámica.

4. El uso según una o más de las Reivindicaciones 1-3 en una baldosa de pared.

5. Baldosa cerámica que comprende cal que se origina a partir de gránulos de calcita como material de injerto en un proceso de ablandamiento para la preparación de agua potable, en donde dicha cal tiene un tamaño de partícula al que se aplica lo siguiente: D50 = 3-6 micras y D90 = 15-17 micras, medido por medio de un Micromeritics Sedigraph, en donde la cantidad de cal en la baldosa cerámica está en el rango de 5-20 % en peso, basada en el peso de la baldosa cerámica, y los demás constituyentes son 45-50 % en peso de materiales arcillosos, 10-15 % en peso de feldespato, 10-15 % en peso de arena y 8-10 % en peso de constituyentes de desecho, donde la cantidad total de constituyentes debe ser del 100 %.

6. Pared compuesta por una o más baldosas cerámicas según la reivindicación 5.