Respuestas Cúcuta-Colombia Vol. 21 No. 2

Evaluación de materias primas utilizadas en la fabricación de baldosas de gres en el sector cerámico de Norte de Santander (Colombia)

Jul - Dic 2016 ISSN 0122-820X E-ISSN 2422-5053

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Evaluation of raw materials used in the manufacture of stoneware tiles in the ceramic industry from Norte de Santander (Colombia) Avaliação de matérias primas utilizadas na fabricação de azulejos de grés no setor cerâmico de Norte de Santander (Colômbia). Jorge Sánchez-Molina1, Alejandra Sarabia-Guarin2, Diana Carolina Alvarez-Rozo3 Forma de citar: J. Sánchez-Molina, A. Sarabia-Guarin, D. C. Alvarez-Rozo “Evaluación de materias primas utilizadas en la fabricación de baldosas de gres en el sector cerámico de Norte-de-Santander (Colombia)”, Respuestas, vol. 21, no. 2, pp. 48-56, 2016.

Recibido: Febrero 18 de 2016 Aceptado: Mayo 27 de 2016

48 1 Magister en Gerencia de Empresas, Profesor titular, Facultad de Ciencias Básicas, Investigador del Grupo de Investigación en Tecnología Cerámica GITEC, Centro de Investigación de Materiales Cerámicos CIMAC [email protected] Orcid: 0000-0002-9080-8526 Universidad Francisco de Paula Santander Cúcuta-Colombia.

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Ingeniero Industrial, Joven Investigador, Grupo de Investigación en Tecnología Cerámica GITEC [email protected] Orcid: 0000-0001-8094-5538 Universidad Francisco de Paula Santander Cúcuta-Colombia. 2

Ingeniero Industrial, Grupo de Investigación en Tecnología Cerámica GITEC [email protected] Orcid: 0000-0002-1725-5750 Universidad Francisco de Paula Santander Cúcuta-Colombia.

Resumen Antecedentes: Los municipios de Cúcuta, Los Patios, Villa del Rosario, El Zulia y San Cayetano, representan el 10% de la extensión del departamento de Norte de Santander, y el 6,85% de su territorio lo ocupa la industria cerámica, la cual produce todo tipo de productos derivados de la arcilla; mineral cuyas características físicas, químicas y mineralógicas varían ampliamente, por lo que el control de la calidad de los productos empieza por la caracterización y control de calidad de sus materias primas. Objetivo: Caracterizar mediante análisis químicos, mineralógicos y físico-cerámicos tres materias primas utilizadas en la fabricación de productos de gres: arcilla, chamota y caliza provenientes del departamento Norte de Santander. Métodos: Se caracterizaron las materias primas mediante las técnicas de DRX, FTIR, y ensayos físico-cerámicos que incluyen contracción en secado, contracción en cocido, absorción de agua, pérdidas por calcinación y porcentaje de arena. Posteriormente por extrusión y prensado se obtuvieron probetas de tres tipos de mezclas referenciadas como M1, M2 y M3, con diferente composición de material arcilloso, chamota y caliza, luego se sinterizaron a 1050°C-1250°C y se analizó la absorción de agua y el porcentaje de contracción en la curva de gresificación. Resultados: El patrón de DRX muestra la presencia de cuarzo y caolinita en la arcilla, y de calcita y cuarzo en la caliza, lo cual se evidencia en el espectro FTIR. El comportamiento físico-cerámico de las mezclas realizadas evidenció valores significativamente bajos de absorción de agua (inferior al 6%) con temperaturas de cocción de entre 1150°C y 1250°C. Conclusión: Se identificó que las materias primas evaluadas son aptas para la fabricación de baldosas de gres, siendo M3-E la formulación más óptima, compuesta por 80% material arcilloso, 15% chamota y 5% caliza (pasante malla 100), y moldeada por extrusión. Palabras clave: arcilla, absorción de agua, caliza, difracción de rayos x, espectroscopia infrarroja.

Abstract

3

Background: The municipalities of Cucuta, Los Patios, Villa del Rosario, Zulia and San Cayetano, representing 10% of the department’s extension of Norte de Santander, and 6.85% of its territory is occupied by the ceramic industry, which produces all kinds of products derived from clay; mineral whose physical, chemical and mineralogical characteristics vary widely, so the quality control of products, beginning with the characterization and

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quality control of raw materials. Objective: To characterize by chemical, mineralogical, and physico-ceramic analysis three raw materials used in the manufacture of ceramic: clay, fire clay and limestone from the Norte de Santander department. Methods: raw materials were characterized by techniques of DRX, FTIR, and physical-ceramic tests including shrinkage in drying shrinkage cooked, water absorption, loss on ignition and percentage of sand. Subsequently they extruded and pressed samples of three types of mixtures referenced as M1, M2 and M3, with different composition of clay, fire clay, limestone, then were sintered at 1050°C-1250°C and the behavior of water absorption and the percentage shrinkage was analyzed in vitrification curve. Results: The pattern of DRX shows the presence of quartz and kaolinite in the clay and calcite and quartz in the limestone, which is evident in the FTIR spectrum. The physical-ceramic behavior of mixtures made significantly low showed water absorption values (less than 6%) with firing temperatures between 1150°C and 1250°C. Conclusion: Was identified that assessed raw materials are suitable for manufacturing of stoneware tiles, being M3-E the most optimal formulation composed of 80% clay material, 15% grog, and 5% limestone (through 100 mesh), and molded by extrusion.

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Keywords: clay, calcite, x-ray diffraction, infrared spectroscopy, water absorption

Resumo Antecedentes: Os municípios de Cúcuta, Los Patios, Villa del Rosario, El Zulia e San Cayetano, representam o 10% da extensão do departamento de Norte de Santander, e o 6,85% de seu território é ocupado pela indústria cerâmica, a qual produz todo tipo de produtos derivados da argila; mineral cujas características físicas, químicas e mineralógicas variam amplamente, pelo que o controle da qualidade dos produtos começa pela caracterização e controle de qualidade de suas matérias primas. Objetivo: Caracterizar através da análise química, mineralógica e físico-cerâmica três matérias primas utilizadas na fabricação de produtos de grés: argila, chamote e calcário originário do Estado Norte de Santander. Métodos: Caracterizaram-se as matérias primas através das técnicas: difração de raios-X (DRX), infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), e ensaios físico-cerâmicos que incluem contração em secagem, contração em cozido, absorção de agua, perdidas por calcinação e percentagem de areia. Posteriormente, por extrusão e prensado obtiveram-se provetas de três tipos de misturas referenciadas como M1, M2 e M3, com diferente composição de material argiloso, chamote e calcário. Logo após, se sintetizaram a 1.050°C - 1.250°C, sendo analisada a absorção de agua e a percentagem de contração na curva de gresificação. Resultados: O padrão de DRX mostrou a presença de quartzo e caulinita na argila, e de calcite e quartzo no calcário, o qual se evidenciou no espectro FTIR. O comportamento físico-cerâmico das misturas realizadas evidenciou valores significativamente baixos de absorção de agua (inferior ao 6%) com temperaturas de cocção de entre 1.150°C e 1.250°C. Conclusão: Identificou-se que as matérias primas avaliadas são aptas para a fabricação de azulejos de grés, sendo M3-E a melhor formulação, composta por 80% de material argiloso, 15% chamote e 5% calcário (malha 100), moldada por extrusão. Palavras-chave: absorção de agua, argila, calcário, difração de raios-X, infravermelho com transformada de Fourier

1. Introducción El Departamento Norte de Santander se caracteriza por tener abundantes yacimientos de arcilla, la cual es empleada como materia

prima en el proceso de fabricación de diversos productos cerámicos como ladrillo, bloque, teja, entre otros [1]. Estas arcillas presentan propiedades físicas y químicas apropiadas para su utilización en la industria cerámica

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[2]. Es de resaltar que las propiedades de las materias primas empleadas en la fabricación de productos cerámicos, pueden afectar directamente los parámetros del proceso y las características del producto final [3]. Por tal motivo, es de gran importancia caracterizar las materias primas con el fin de mejorar la eficacia y eficiencia del proceso y obtener productos que cumplan con las propiedades exigidas para su comercialización. Es importante destacar que los productos de gres son compactos, poco absorbentes, refractarios, aislantes eléctricos y su porosidad es bastante baja (inferior al 4%), se fabrican con arcillas de alto potencial de vitrificación a bajas temperaturas. Su porosidad y su impermeabilidad se deben a la combinación entre sílice libre, aluminio álcalis y silicatos de aluminio, sustancias que se solidifican después de la fusión [4].

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Partiendo de estas observaciones, la presente investigación se dirigió hacia el análisis de los resultados de la caracterización físicoquímica de tres materias primas: arcilla, caliza y chamota, provenientes del departamento de Norte de Santander, Colombia. Considerando su potencial aplicación, en la fabricación de baldosas de gres, que tienen estas materias primas por su calidad y potencial uso en la fabricación de materiales de construcción [5], la pesquisa se complementó con la realización de ensayos físico-cerámicos (contracción en secado, contracción en cocido, absorción de agua, pérdidas por calcinación y porcentaje de arena). 2. Materiales y métodos 2.1. Materias primas Para efectos de la investigación se seleccionaron las materias primas empleadas en la fabricación de baldosas cerámicas, estas son: arcilla, caliza y chamota. Se recolectaron aproximadamente 100Kg de arcilla de la mina de arcilla La Alejandra, la cual hace parte de

la formación Guayabo, y está localizada en la vereda La Alejandra, municipio del Zulia, Norte de Santander; la chamota cocida de bloque empleada como desgrasante, proviene de una empresa ubicada en la vereda La Alejandra, municipio del Zulia, Norte de Santander y, la caliza es proveniente del municipio de Los Patios. A las muestras de arcilla obtenidas se le aplicó un proceso de trituración primaria para obtener un tamaño de partícula entre 20-30mm, luego se le realizó molienda seca por medio de un molino de martillos para conseguir un tamaño de partícula de 0,5mm 2.2 Caracterización mineralógica de materias primas mediante DRX y FTIR Las muestras de arcilla y caliza fueron caracterizadas por Difracción de Rayos X utilizando el método de polvo en un difractómetro (marca BRUKER modelo D8 Advance con geometría DaVinci). El análisis cualitativo de las fases presentes en la muestra se realizó mediante comparación del perfil observado con los perfiles de difracción reportados en la base de datos PDF-2 del Internacional Center for Diffraction Data (ICDD). El análisis de las fases encontradas se realizó mediante el refinamiento por el método de Rietveld. En la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier se empleó un equipo Thermo NicoletTM, modelo FTIR iSTM10, y en el conformado de las pastillas de KBr se utilizó una prensa manual marca NicoletTM. Las condiciones de trabajo fueron: infrarrojo de 400 a 4000cm-1, lectura en X long onda, resolución 0,4cm-1 y número de escaneos igual a 32. El software utilizado fue el OMNIC. 2.3 Caracterización de prototipos Se formularon tres tipos de mezclas referenciadas como: M1, M2 y M3, a las cuales se les determinó contracción en cocido

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cantidad que los demás minerales presentes [6]. El cuarzo contribuye a disminuir la plasticidad de la mezcla de materia prima, aumentar la permeabilidad de la pieza cruda y el coeficiente de dilatación de la pieza cocida. Su alto contenido de cuarzo lo convierte en un material arenoso, que puede utilizarse como material desgrasante para la preparación de las pastas [7].

y absorción de agua, a temperaturas de 10501100-1150-1200 y 1250°C. La muestra M1 se elaboró como elemento patrón de comparación, por tanto fue preparada solo con material arcilloso (pasante malla 12), la muestra M2 corresponde 85% material arcilloso y 15% chamota (pasante malla 12) y la muestra M3 corresponde 80% material arcilloso, 15% chamota y 5% caliza (pasante malla 100).

3. Resultados y análisis

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Intensidad u. a.

Intensidad u. a.

Cuarzo Cuarzo Caolinita Caolinita

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3.1 Caracterización mineralógica mediante DRX y FTIR

ISSN 0122-820X

En la Figura 1 se observa la presencia de caolinita (19,3% en peso) de forma mas representativa en el plano 001, lo que coincide con lo expuesto por SACMI [8] quienes reportan que se forman picos de este mineral en las siguientes posiciones angulares: 12,5° (001); 24,9° (002); 37,7° (003); 51,1° (004). La caolinita es el principal mineral de arcilla utilizado en la fabricación de productos cerámicos, debido a que este influye en el proceso cerámico favoreciendo la homogeneización de la humedad, baja contracción y absorción de agua, baja moldeabilidad, secado fácil y cocción a altas temperaturas [9]

Las probetas se obtuvieron bajo dos técnicas diferentes de conformado: extrusión y prensado, para lo cual se usó la extrusora modelo New Wave serie 101 y la prensa hidráulica modelo GKM-1, marca Gabrielly Technology, respectivamente. Una vez extruidas y prensadas las probetas se dejaron secar al aire libre durante dos días, posteriormente se pasaron a la estufa de secado a una temperatura de 110ºChasta obtener un peso constante, con el fin de evaporar el agua presente en la mezcla. Teniendo en cuenta que la arcilla se contrae durante el proceso de secado, se midieron nuevamente las dimensiones de las probetas con el propósito de determinar el porcentaje de contracción en 5000 5000 secado. 4000 4000 Los análisis físico-cerámicos fueron desarrollados a escala laboratorio en el Centro 3000 3000 de Investigación de Materiales Cerámicos (CIMAC) de la Universidad Francisco 2000 de 2000 Paula Santander (UFPS), teniendo en cuenta 1000 el proceso productivo de las empresas 1000 fabricantes de productos cerámicos del área 0 0 metropolitana de Cúcuta.

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100

2 2 Figura 1. Análisis mineralógico de la arcilla La Alejandra. Figura 1. Análisis mineralógico de la de arcilla La Alejandra. Fuente: Autor Figura 1. Análisis mineralógico la arcilla La Alejandra.

51 100

Fuente: AutorAutor Fuente:

El patrón deX Difracción dedeRayos X(Ver de la El patrón de Difracción de Rayos de la Figura 2) muestra la ElXpatrón de Difracción de Rayos X la de muestra la muestra de caliza la caliza (Ver Figura 2) muestr El patrón de difracción de rayos de la muestra de la caliza (Ver Figura 2) muestra presencia de calcita en 75,1% y de cuarzo con 3,2%. Un incremento en el porcentaje de en 75,1% y de cuarzo con 3,2%. Un incremento en el porcentaje muestra arcillosa proveniente decarbonato lapresencia minacalcico Lade calcita de la la traetrae consigo un aumento en la y uny retraso presencia deconsigo calcita 75,1% y absorción de cuarzode agua carbonato calcico depasta la pasta unenaumento en la absorción de agua un ret Alejandra muestra un contenido en deen en el33,6% inicio de la sinterización por formación de fase líquida [6]. Esto se debe a que con 3,2%. Un incremento en el porcentaje el inicio de la sinterización por formación de fase líquida [6]. Esto se debe a qua orden de los 800-900°C, se produce la descomposición de la calcita en cuarzo (Figura 1); este mineral temperaturas notemperaturas arcilloso,del del orden de los 800-900°C, la descomposición de la calcita de carbonato calcico deselaproduce pasta trae consigo óxido calcico con la silice y la alúmina, procedentes de la deshidroxilación de los se encuentra naturalmente y en mayor óxido calcico con silice y en la alúmina, procedentes de la deshidroxilación de unlaaumento la absorción de agua y un minerales arcillosos, y con el cuarzo y feldespatos de pequeño tamaño de partícula para

minerales arcillosos, y con el cuarzo y feldespatos de pequeño tamaño de partícula p formar fases cristalinas cálcicas (silicatos y silicoaluminatos de calcio). PorPor lo tanto, si bien formar fases cristalinas cálcicas (silicatos y silicoaluminatos de calcio). lo tanto, si b la utilización de carbonatos o arcillas calcareas en la fabricación de revestimientos porosos la utilización de carbonatos o arcillas calcareas en la fabricación de revestimientos poro estaesta justificada porpor la doble función queque las las fases cálcicas desempeñan: regulan la justificada la doble función fases cálcicas desempeñan: regulan

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retraso en el inicio de la sinterización por formación de fase líquida [6]. Esto se debe a que a temperaturas del orden de los 800900°C, se produce la descomposición de la calcita en óxido calcico con la silice y la alúmina, procedentes de la deshidroxilación de los minerales arcillosos, y con el cuarzo y feldespatos de pequeño tamaño de partícula para formar fases cristalinas cálcicas (silicatos

y silicoaluminatos de calcio). Por lo tanto, si bien la utilización de carbonatos o arcillas calcareas en la fabricación de revestimientos porosos esta justificada por la doble función que las fases cálcicas desempeñan: regulan la porosidad, proporcionando un intervalo de cocción amplio a estas pastas y reducen la expansión por humedad.

Figura 2.Análisis Análisis mineralógico mineralógico de caliza. Figura delala lacaliza. caliza. Figura 2. 2. Análisis mineralógico de Fuente: Autor Fuente: Autor Autor Fuente:

Los espectros adquiridos de la caracterización por FTIR en las muestras de Arcilla y Caliza son Los adquiridos de la caracterización por FTIR en las muestras de Arcilla y Caliza Losespectros espectros presentados en laadquiridos Figura 3. de la caracterización por FTIR en las muestras de Arcilla y Caliza son presentados en la Figura son presentados en la Figura 3. 3. (a)(a)

(b) (b)

0.8 0.8

0.8 0.8

% Absorbancia % Absorbancia

1.0 1.0

% Absorbancia % Absorbancia

1.0 1.0

0.6 0.6

0.4

0.2

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0.4

0.2

0.6 0.6 0.4

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0.2

0.0 4000

4000

0.0 3000

3000

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2000

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Número de onda (cm ) Número de onda (cm-1)

4000

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4000

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2000

Número de onda ( cm-1) Número de onda ( cm-1)

1000

1000

Figura 3. (a) Espectro FTIR de la arcilla Alejandra. (b) Espectro FTIR de la caliza. Figura 3. (a) Espectro FTIR de la arcilla Alejandra. (b) Espectro FTIR de la caliza. Autor Figura 3. (a) Espectro FTIR deFuente: la Fuente: arcilla Alejandra. (b) Espectro FTIR de la caliza. Autor

Fuente: Autor

-1 1 el rango Nóteseque queenenelel espectro espectro de FTIR tuvieron ensentadas cuenta las bandas observadas Nótese FTIRsesetuviea 1090cm , 798.60cmen , 695.14cm1 -1 Nótese que en el espectro de FTIR se tuvieron en cuenta las bandas observadas enpara el rango 1 de en 670cuenta a 4000cm , es decir en una frecuencia dey infrarrojo identificándose lafueron las-1bandas observadas en el 468.21cmmedio, , la fase illita/moscovita dearcilla 670 a La 4000cm , es decir en una frecuencia de infrarrojo medio, identificándose para -1 -1 presentes [10]. Las vibraciones de la-1 rango de 670 Alejandra, a 4000cm ,varias es decirformas en unade fre-minerales ron presentadas a 3620.30cm , 3447.88cm -1 [10]. Las -1 vibraciones -1 de arcilla La Alejandra, varias formas de minerales presentes -1 , 798.60cm , 695.14cm y estiramiento de la fase cuarzo fueron presentadas a 1090cm cuencia de -1infrarrojo medio, identifi cándose y 537.21cm ; -1y por último la fase caolinita -1 -1, 695.14cm -1 -1 y , 798.60cm estiramiento dela lafase faseillita/moscovita cuarzo fueronfueron presentadas a 1090cm 468.21cm , presentadas a 3620.30cm , 3447.88cm y -1 para la arcilla La Alejandra, varias formas fue presentada a 3697.04cm . En la Figura -1-1 -1 -1 -1, 3447.88cm 468.21cm , la fase illita/moscovita fueron presentadas a 3620.30cm y ; y por último la fase caolinita fue presentada a 3697.04cm En lapronunciada Figura 3(b) de de537.21cm minerales 3(b) se evidencia una .-1fase -1 presentes [10]. Las vibraciones 537.21cm ; y por últimopronunciada la fase caolinita presentada a 3697.04cm . En laubicadas Figura 3(b) evidencia una deprelafue calcita correspondiente a bandas a deseestiramiento de lafase fase 1 -1 cuarzo fueron -1 -1la calcita correspondiente a bandas ubicase1426cm evidencia una fase , pronunciada de la calcita , 2925.15cm 875.28cm y 712.58cm . correspondiente a bandas ubicadas a 1426cm1, 2925.15cm-1, 875.28cm-1 y 712.58cm-1.

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3.2 Caracterización físico cerámica de las materias primas

No. 2

das3.2a Caracterización 1426cm , 2925.15cm , 875.28cm y materias porcentaje de humedad (agua) que contiene físico cerámica de las primas 3.2.1 Contenido de humedad -1 712.58cm . una materia prima [11]; esta se expresa en basede húmeda o en (agua) base seca En la una Tabla ElCaracterización contenido de de humedad determina humedad que[12]. contiene Contenido humedad 3.23.2.1 físico cerámica de el lasporcentaje I se oreportan porcentajes materia prima [11]; esta se expresa en base húmeda en baselos secadiferentes [12]. En la Tabla I sede materias primas humedad de la arcilla, caliza chamota usadas El contenido de humedad determina el porcentaje humedad (agua) quey contiene una reportan los diferentes porcentajes de humedad de lade arcilla, caliza y chamota usadas como como materias primas en el presente estudio. materia prima se expresa en base húmeda o en base seca [12]. En la Tabla I se materias primas[11]; elesta presente estudio. 3.2.1 Contenido deenhumedad reportan los diferentes porcentajes de humedad de la arcilla, caliza y chamota usadas como Tabla I.humedad CONTENIDOS DE HUMEDAD PARA Elmaterias contenido de en el LAS MATERIAS PRIMAS SELECCIONADAS primas el presentedetermina estudio. -1

-1

-1

Muestra Arcilla La Alejandra

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Contenido de humedad (%) 3,4

Tabla I.Caliza Contenidos de humedad para las MATERIAS materias primas seleccionadas 4,5 SELECCIONADAS Tabla I. CONTENIDOS DE HUMEDAD PARA LAS PRIMAS Chamota Muestra Arcilla La Alejandra Caliza Chamota

Fuente: Autor

Contenido de2,8 humedad (%) 3,4 4,5 2,8

Fuente: En la Tabla I se evidencia que los materiales presentaron una humedad relativamente baja Fuente: Autor Autor en referencia a la humedad ideal (10%) que deben contener las materias primas para llevar la Tabla I se evidencia que materiales presentaron relativamente baja en alacabo losI ensayos [12] posteriormente se seco aplástico, peso constante los materiales en la estufa EnEn Tabla se evidencia que loslos materiales louna cualhumedad puede ocasionar problemas en referencia a la humedad ideal (10%) que deben contener las materias primas para llevar de secado una durante 24 horas, para garantizar molienda. presentaron humedad relativamente baja la eficiencia la etapa de la secado. Para el presente estudio es cabo los ensayos [12] posteriormente se seco aun peso constante losporque materiales en laempleada estufa buen parámetro la caliza enareferencia a la humedad ideal (10%) que de secado durante 24 horas, para garantizar la eficiencia de la molienda. 3.2.2 contener Retenido las sobre tamiz primas para para las diversas muestras no es plástica o deben materias desgrasante. llevar a cabo los ensayos [12] posteriormente El retenido sobre tamiz se estimó aplicando la norma ASTM C325-81. La aplicación de la sobre tamiz se3.2.2 secoRetenido a peso constante los materiales en norma permite establecer para la muestra de arcilla, depor tamiz malla 230de(abertura 3.2.3 valores Pérdidas calcinación la caliza la El estufa de secado durante 24 horas, para la norma tamiz se estimó aplicando ASTMcontiene C325-81. aplicación de la de retenido 63µm), sobre obteniéndose como resultado que la arcilla unLa7,00% de arena, garantizar la eficiencia de la molienda. norma permite establecer para la muestra de arcilla, valores de tamiz malla 230 (abertura Con las pérdidas porocasionar calcinación se determinó describiéndolo como un material altamente plástico, lo cual puede problemas en

de 63µm),deobteniéndose resultado que lala arcilla contiene un 7,00% dela arena, la etapa secado. Paracomo el presente estudio escantidad un buen porque caliza 3) deparámetro carbonato de calcio (CaCO 3.2.2 Retenido sobre tamiz describiéndolo como un material altamente plástico, lo cual puede ocasionar problemas en empleada para las diversas muestras no es plástica desgrasante. queo compone la caliza, lo que permite anticipar etapa de secado. el presente estudio su es comportamiento un buen parámetro porque la caliza de durante la cocción Ellaretenido sobre tamiz Para se estimó aplicando empleada para las diversas muestras no es plástica o desgrasante. 3.2.3 Pérdidas por calcinación de la caliza los productos cerámicos a temperatura final la norma ASTM C325-81. La aplicación de la de 950°C durante dos horas. En la Tabla norma establecer para la muestra de Con permite las pérdidas porcalcinación calcinación seladeterminó la cantidad de carbonato de calcio (CaCO3) 3.2.3 Pérdidas por de caliza II se reportan los valores por pérdidas de arcilla, valores de (abertura que compone la tamiz caliza,malla lo que230 permite anticipar su comportamiento durante la cocción de calcinación caliza, con baseIIase los deCon obteniéndose resultado las pérdidas por calcinación se determinó cantidad depara carbonato deEn calcio (CaCO los63µm), productos cerámicos a como temperatura final dela950°C durante doslahoras. la Tabla 3) se caliza, puede con deducir escocción un material que lacompone arcilla unlopérdidas 7,00% dedearena, que la caliza, que permite anticiparcuales, supara comportamiento durante de reportan los contiene valores por calcinación la baseque a la los cuales, se técnicamente puro. describiéndolo altamente los productos cerámicos a temperatura final de puro. 950°C durante dos horas. En la Tabla II se puede deducircomo que esununmaterial material técnicamente reportan los valores por pérdidas de calcinación para la caliza, con base a los cuales, se Tabla II. DE Valores de pérdidas calcinación paraPARA el material caliza VALORES PÉRDIDAS DE de CALCINACIÓN EL MATERIAL CALIZA puede deducirTABLA que esII.un material técnicamente puro. Masa del crisol (m1)

Masa de la muestra (m2)

Masa m1 + m2

Masa de calcinación

G Masa del crisol (m1) 23,5797

G Masa de la muestra (m2) 2,0000

g Masa m1 + m2 25,5797

g Masa de calcinación 24,7553

G

G

g

23,5797

2,0000

25,5797

Masa de la muestra después de la calcinación

Pérdidas por calcinación

G Masa de la muestra después de1,1756 la calcinación

% Pérdidas por calcinación 41,22

G

%

1,1756

41,22

TABLA II. VALORES DE PÉRDIDAS DE CALCINACIÓN PARA EL MATERIAL CALIZA

g Autor Fuente: Fuente: Autor 24,7553

Fuente: Autor

Un material calizo se considera puro cuando el contenido de CaCO3 está entre 39 y 42% de pérdidas de calcinación [13]. Al ser mezclado en una formulación, permite mejorar las propiedades de adherencia, caso de las baldosas, e incluso puede controlar el color de quema y las dimensiones del producto terminado.

3.3 Caracterización de prototipos 3.3.1 Curvas de gresificación En la Figura 4, se aprecia que los prototipos obtenidos por extrusión presentan mayores valores de contracción en comparación a los obtenidos por prensado; obteniéndose

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3.3 Caracterización de prototipos Evaluación de materias primas utilizadas en la fabricación de baldosas de gres en el sector cerámico de Norte-de-Santander (Colombia)

3.3.1 Curvas de gresificación

En la Figura 4, se aprecia que los prototipos obtenidos por extrusión presentan mayores de más contracción en comparación a los obtenidos porde prensado; los losvalores valores bajos para M3, tanto en dimensiones la pieza obteniéndose durante la cocción valores (M3-E) más bajos paraenM3, tanto en(M3-P), extruido (M3-E) en prensado (M3-P), las cuales extruido como prensado [6]. Secomo observa además que las mezclas tienen contienen 5% de caliza, que le proporciona a la mezcla estabilidad en las dimensiones de la a las cuales contienen 5% de caliza, que le su punto de gresificación aproximadamente pieza durante cocciónestabilidad [6]. Se observa que las mezclas su punto de proporciona a lalamezcla en las además temperaturas alrededortienen de 1100°C y 1150°C. gresificación aproximadamente a temperaturas alrededor de 1100°C y 1150°C.

Figura Figura4.4.Curvas Curvasde degresificación gresificaciónde deM1-M2 M1-M2yyM3 M3(extrusión (extrusiónyyprensado) prensado) Fuente: Autor Fuente: Autor

3.3.2 Absorción de Agua 3.3.2 Absorción de agua

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En la Figura 5 se observa que la M1-E presentó valores muy bajos de absorción de agua, inferiores 3%, para temperaturas de 1100°C y 1250°C, lo cual la ubica en el grupo AIa según la ISO 13006 [14]. La mezcla M3-E presenta un incremento de la absorción de agua debido a la presencia de caliza en su composición, obteniéndose sus valores más bajos a 1150° y 1200°C. La caliza regula la porosidad, proporcionando un intervalo de cocción amplio a las pastas empleadas en la fabricación de productos gresificados, disminuyendo el intervalo de vitrificación, además de favorecer la deformación de las piezas durante la cocción [6].

La causa de que los valores de absorción de agua de las probetas prensadas sean más altos que los de las probetas extruidas en todas las temperaturas, puede encontrarse en el grado de compactación de las probetas, debido a la granulometría de la arcilla [15], a una menor presión de prensado y a la posición de las mismas dentro del horno; este último criterio puede verse reflejado además en el porcentaje de contracción, el cual será inferior en referencia a las probetas extruidas, a menor contracción, mayor absorción de agua. Los altos porcentajes de absorción de agua, indican mayor porosidad, lo que facilita la evaporación y salida del agua durante la etapa de cocción.

debido a la presencia de caliza en su composición, obteniéndose sus valores más bajos a 1150° y 1200°C. La caliza regula la porosidad, proporcionando un intervalo de cocción amplio a las pastas empleadas en la fabricación de productos gresificados, disminuyendo el Jorge Sánchez-Molina, Alejandra Sarabia-Guarin, Diana Carolina Alvarez-Rozo intervalo de vitrificación, además de favorecer la deformación de las piezas durante la cocción [6].

Respuestas Cúcuta-Colombia Vol. 21 No. 2 Jul - Dic 2016 ISSN 0122-820X

ABSORCIÓN DE AGUA

E-ISSN 2422-5053

ABSORCIÓN DE AGUA (%)

16,00

PP: 48-56

14,00 12,00 MUESTRA 1 - EXTRUIDO

10,00

MUESTRA 2 - EXTRUIDO

8,00

MUESTRA 3 - EXTRUIDO

6,00

MUESTRA 1 - PRENSADO

4,00

MUESTRA 2 - PRENSADO

2,00

MUESTRA 3 - PRENSADO

0,00

1050

1100

1150

1200

1250

TEMPERATURA (ºC) Figura 5. 5. Comparativo dede laslasmuestras Figura Comparativo muestras Fuente: Autor Fuente: Autor

La causa de que los valores de absorción de agua de las probetas prensadas sean más altos 4. Conclusiones temperatura puede de 1250°C, lo cual que que los de las probetas extruidas en todas las temperaturas, encontrarse en indica el grado tiene un altodecontenido de partículas finas de compactación las probetas, debidoLa a la granulometría la arcilla [15], a una menor Con respecto a la dearcilla de la mina que vitrifican mayor en este presión se de evidenció prensado yelapredominio la posiciónde delas las mismas dentro delcon horno; este facilidad último criterio Alejandra tipo de conformado, es decir esta mezcla es la puede verse reflejado además en el porcentaje de contracción, el cual será inferior en fases cuarzo y caolinita; donde los valores de ideal para lamayor fabricación de baldosas gres referencia a las probetas extruidas, a menor contracción, absorción de agua.deLos absorción de agua de M1 son inferior al 5% vitrificadas. altos porcentajes de absorción de agua, indican mayor porosidad, lo que facilita la en las temperaturas entre 1150 y 1200°C. evaporación y salida del agua durante la etapa de cocción. El diagrama de contracción lineal y absorción La porosidad del material disminuye en las de agua, permitió estudiar el comportamiento formulaciones con un contenido de caliza de las mezclas durante la cocción, siendo de Conclusiones menor al 5%, a temperatura de 1100°C la gran ayuda para identificar que la formulación absorción disminuye mientras la contracción más óptima para la fabricación de baldosas en aumenta, el punto de gresificación se gres es M3-E, compuesta por 80% material encuentra a temperatura de 1200°C por lo arcilloso, 15% chamota y 5% caliza (pasante cual a 1250°C se evidencia un considerable malla 100), y moldeada por extruido, aumento en la absorción de agua de 13,45% y una disminución en la contracción en cocido 5. Referencias de 1,87%. [1] J. Sánchez. “Caracterización físico Al analizar el comportamiento de las materias química de las arcillas rojas del área primas en el proceso de cocción se dedujo, metropolitana de Cúcuta”. Proyecto que el punto de gresificación de M1 está para el ascenso en el escalafón de muy cercano tanto en el proceso de extrusión la categoría Asociado a Titular. como en el de prensado (1050°C-1100°C), Departamento de Química, Facultad de a diferencia de M3 en donde el punto de ciencias básicas, Universidad Francisco gresificación se encuentra a las temperaturas de Paula Santander, 2014. de 1200°C. [2] Grupo de Investigación en Tecnología La muestra M2 por extrusión presenta el valor Cerámica GITEC. “Conformación más bajos de absorción de agua (1,76%) a la e implementación del clúster de la

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Evaluación de materias primas utilizadas en la fabricación de baldosas de gres en el sector cerámico de Norte-de-Santander (Colombia)

No. 2 Jul - Dic 2016 ISSN 0122-820X E-ISSN 2422-5053

PP: 48-56

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