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EFECTO DE LA ADICIÓN DE LA CALCITA EN EL COMPORTAMIENTO DE SINTERIZACIÓN DEL

SOPORTE DE UN MODELO DE AZULEJO

A. Kucuker(1,2), K. Kayac�(1), & A. Kara(2)

(1)Termal Seramik Sanayi Ltd., Bilecik, TURQUÍA(2)Universidad de Anadolu, Dpto. de Ciencia e Ing. de los Materiales,

Eskisehir, TURQUÍA

RESUMEN

En este estudio, se ha investigado el efecto de varias adiciones de calcita sobre el comportamiento de sinterización de un soporte de azulejo, consistente fundamentalmente de una arcilla arenosa local; los resultados fueron comparados con aquellos obtenidos con una formulación comercial. El comportamiento de sinterización de los soportes fue evaluado usando un dilatómetro óptico de doble haz sin contacto. La DRX fue usada también para analizar las fases formadas tras la cocción. Las características microestructurales y microquímicas del soporte cocido fueron observadas usando microscopia electrónica de barrido (MEB). Finalmente, se midieron las propiedades físicas y mecánicas de los soportes investigados, como la absorción de agua, contracción lineal en cocido, densidad aparente, blancura y resistencia a la ruptura.

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1. INTRODUCCIÓN

Los carbonatos son constituyentes importantes de los soportes cerámicos de baldosas para revestimientos producidos por procesos de cocción dobles o por monococción. La presencia de carbonatos en las formulaciones y las reacciones que se dan entre estos y otros componentes modifican las propiedades de los soportes. La porosidad abierta, y por tanto la absorción de agua, son el resultado de la descomposición de los carbonatos. Las reacciones de los óxidos resultantes con otros materiales forman nuevas fases (como la gehlenita, anortita y wollastonita) que afectan a propiedades importantes como la estabilidad dimensional con la temperatura y la dilatación por humedad[1, 2].

El objetivo principal de este trabajo fue el de estudiar el comportamiento de sinterización de un modelo de baldosa cerámica para revestimiento, consistente principalmente en una arcilla arenosa local, con una cantidad creciente de incorporación de calcita. Por consiguiente, también se pretendió desarrollar una nueva formulación con un comportamiento de cocción rápida y propiedades tecnológicas similares a aquellas mostradas por la formulación comercial, sin embargo empleando un número reducido de materias primas con el fin de facilitar la operación y ahorrar costes.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

Se prepararon varias formulaciones con arcilla arenosa (designada SC) y con mármol que contiene arcilla arenosa (designadas SC1 y SC2).

MATERIAS PRIMAS AZULEJO TIPO SC SC1 SC2

Arcilla (A) + Arcilla (B) 18.0 - - -

Arcilla arenosa (SC) 44.0 100 95 90

Pegmatita 30.0 - - -

Mármol 8.0 - 5 10

Tabla 1. Formulaciones investigadas (en % de peso)

Este comportamiento de densificación fue descrito en términos de absorción de agua y contracción lineal en cocido de acuerdo con los procedimientos normalizados. Los valores de resistencia a la ruptura de las muestras representativas cocidas en condiciones industriales también fueron medidas usando un método de flexión de tres puntos (Gabrielli S.R.L, Italia). El comportamiento de vitrificación de compactos rectangulares de soportes de baldosa representativos fue estudiado usando un dilatómetro de doble haz sin contacto (MISURA, Soluciones de Sistema Profesional, Italia). Las mediciones fueron llevadas a cabo de acuerdo con el perfil de cocción industrial correspondiente.

Se obtuvo una determinación cualititativa de fases cristalinas importantes presentes en las baldosas cocidas por DRX (Rigaku, Rint 2000, Japón) en las muestras con polvo sobre un intervalo de 2θ valores de 5º a 40º. Las observaciones microestructurales fueron llevadas a cabo sobre superficies fracturadas y atacadas de algunas muestras cocidas seleccionadas usando un MEB (Zeiss Supratam 50 VP) en modos secundarios de figura de electrones tras bombardear con una capa fina de aleación de oro-paladio para evitar la carga.

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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1. PROPIEDADES FÍSICAS Y TÉRMICAS

La Tabla 2 presenta algunas de las propiedades tecnológicas importantes de los soportes cocidos investigados a una temperatura máxima de 1150ºC en un horno de rodillos SITI en condiciones industriales. La contracción en cocido, la absorción de agua y la resistencia a la ruptura de soportes se encuentran próximas, excepto en el caso de la formulación SC. No obstante, las propiedades cromáticas de las formulaciones medidas fueron casi las mismas.

PROPIEDADES DE COCCIÓN STD SC SC1 SC2

Contracción lineal en cocido (%) 0 0.2 +0.05 +0.1

Absorción de agua (%) 15.6 18.3 14.8 16.1

Resistencia a la ruptura(N/mm2) 13.1 6.5 13.2 12.2

Coordinadas cromáticas

L* 71.2 69.9 70.4 70.7

A* 7.1 6.9 6.5 4.2

B* 15.8 14.2 15.2 12.7

* El signo positivo (+) significa dilatación

Tabla 2. Algunas propiedades de cocción importantes de los soportes investigados cocidos en condiciones industriales (1150ºC durante 32 minutos).

La Figura 1 presenta las curvas dilatométricas de los soportes cerámicos ensayados usando un dilatómetro óptico de doble haz sin contacto. Como puede verse en la Figura, todas las curvas de sinterización muestran dilatación desde la temperatura inicial hasta los 900ºC. Entre 900ºC y 1000ºC la estructura de arcilla se descompone y los soportes empiezan a mostrar un comportamiento de contracción. Todos los soportes, con excepción de SC muestran dilatación entre los 1000ºC y los 1150ºC debido a la formación de fases cristalinas que estabilizan las mezclas. Comportamientos similares fueron también observados en la bibliografía especializada para materiales de arcilla con contenido en óxido de calcio[3-5].

Figura 1. Curvas dilatométricas del azulejo tipo y de las formulaciones investigadas (ciclo: 1150ºC, 32 min.).

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3.2. EVOLUCIÓN DE LAS FASES Y ANÁLISIS MICROESTRUCTURAL

Las fases cristalinas presentes en los soportes investigados tras la cocción en condiciones industriales son, principalmente, cuarzo residual, y plagioclasa (albita, anortita), tal y como muestra la Figura 2. La desaparición de reflejos de arcilla y calcita, y el cambio de intensidad del reflejo de la plagioclasa indican la cristalización de una nueva fase con una composición intermedia entre anortita y albita.

La figura 3 presenta las imágenes obtenidas por MEB de las superficies atacadas y fracturadas de los soportes investigados. Las microestructuras contienen porosidad, resultante principalmente de la descomposición del carbonato. En la formación de SC no parece haber ninguna vitrificación considerable, que a su vez es, probablemente, responsable de su baja resistencia (ver Tabla 2). El número de poros aumenta a medida que aumenta la cantidad de mármol debido a la descomposición de la calcita.

Figura 2. Espectros DRX de los soportes cocidos investigados (ciclo: 1150ºC, 32 min.)A: plagioclasa (albita, anortita), M: mullita, Q: cuarzo.

Figura 3. Imágenes por MEB representativas de las superficies fracturadas y atacadas de las formulaciones investigadas (ciclo: 1150ºC, 32 min.).

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4. CONCLUSIONES

Se desarrolló un nuevo soporte de azulejo usando simplemente una mezcla de arcilla y mármol de arcilla arenosa, ambas suministradas por fuentes locales. Esta nueva formulación muestra un comportamiento de cocción similar y por tanto propiedades tecnológicas similar es a las obtenidas de homólogos comerciales. Se averiguó que la mejor formulación era la designada como SC1. Se espera que la nueva formulación facilite la operación y reducción de costes para la compañía. De todas formas, se requieren más modificaciones para confirmar su idoneidad para aplicaciones industriales.

BIBLIOGRAFÍA

[1] Yekta, B.E. and Alizadeh, P., “Effect of Carbonates on Wall Tile Bodies”. Am. Ceram. Soc. Bull., 1996, 75(5), 84-86.

[2] Traore K., Ouedraogo G. V., Blanchart P., Jenot J. P., Gomina M., “Influence of Calcite on the Microstructure and Mechanical Properties of Pottery Ceramics Obtained from a Kaolinite-Rich clay from Burkina Faso”, J. Am. Ceram. Soc., 2007, (27), 1677-1681.

[3] Montorsi M., Reginelli M., Rovini A., Settembre D., Siligardi C., Lugli C.,” Reactivities of Carbonates with Illite and Kaolinite in Monoporosa Bodies”, Ceramic World Review ,n. 69, 2006, 110-120.

[4] Acchar W., Vieira F. A., Hotza D., “Effect of Marble and Granite Sludge in Clay Materials”, Materials Science and Engineering, A 419, 2006, 306-309.

[5] Kara A., Özer F., Kayac� K., Özer P., “Development of a Multipurpose Tile Body; Phase and Microstructurel Development”, J. Euro. Ceram. Soc., 2006, 26: 3769-3782