ES2281830T3 - Procedimiento de preparacion de anhidrita iii estabilizada a partir de escayola y ligante hidraulico obtenido. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de preparación de anhidrita III estabilizada de sulfato de calcio, en el que se realizan las siguientes etapas sucesivas: a) calentamiento de una materia de partida pulverulenta a una temperatura comprendida entre 220ºC y 320ºC, para así formar anhidrita soluble III, y b) someter dicha materia así transformada a un temple térmico, para así bajar su temperatura de al menos 150ºC para alcanzar una temperatura al menos inferior a 100ºC, preferentemente inferior a 80ºC, en menos de 2 minutos, preferentemente menos de 20 segundos, para así obtener dicha anhidrita III estabilizada, procedimiento caracterizado porque dicha materia pulverulenta de partida es triturada a una granulometría inferior a 200 µm y preferentemente inferior a 150 µm y comprende mayoritariamente hemihidrato de sulfato de calcio.
Description
Procedimiento de preparación de anhidrita III
estabilizada a partir de escayola y ligante hidráulico obtenido.
La presente invención se refiere a un nuevo
procedimiento de preparación de anhidrita III estabilizada de
sulfato de calcio mediante tratamiento térmico de una materia
pulverulenta y a un nuevo ligante hidráulico obtenido.
En la estructura cristalina monoclínica del
sulfato de calcio dihidratado, las moléculas de agua están asociadas
a dos átomos de oxígeno de dos tetraedros de iones SO_{4}
diferentes y a un átomo de calcio. A escala molecular, presenta una
estructura en forma de hojas en capas paralelas, estructura en la
que se alternan una capa de agua y dos capas de CaSO_{4}. Las
moléculas de agua representan una proporción ponderal del 26,2% de
la estructura cristalina. El yeso contiene, además, unas moléculas
de agua superficiales (denominadas a continuación "agua
líquida") cuya cantidad depende del grado de humedad del yeso
interesado.
La escayola tradicional se obtiene por
deshidratación parcial del yeso (CaSO_{4}, 2H_{2}O) en
hemihidrato o basanita (CaSO_{4}, 1/2 H_{2}O). Su utilización
en forma de recubrimiento necesita una rehidratación del polvo de
hemihidrato.
Las escayolas comerciales corrientes son unas
escayolas \beta obtenidas por cocción del yeso, a una temperatura
inferior a 200ºC, en general de 110 a 140ºC, a presión atmosférica,
y después por trituración. Están constituidas por hemihidratos
\beta triturados de fórmula CaSO_{4}.0,5 H_{2}O que representa
una proporción ponderal de 5,5% de moléculas de agua en la
estructura cristalina (denominada a continuación "agua
sólida"). En las escayolas \beta comerciales corrientes, el
hemihidrato \beta puede ir acompañado de anhidrita soluble de
fórmula CaSO_{4}, \varepsilonH_{2}O y de anhidrita recocida
CaSO_{4} pero en pequeña proporción, en particular inferior a
20%.
Es conocida la preparación de escayolas
mejoradas (a veces denominadas "escayolas \alpha"). Estos
hemihidratos \alpha son obtenidos por cocción a unas presiones
superiores a la presión atmosférica. Presentan unas características
mecánicas más elevadas que las de las escayolas corrientes. Los
fenómenos que se desarrollan durante los tratamientos son poco
conocidos y se atribuye generalmente la mejora de las prestaciones
mecánicas a la presencia de la variedad cristalográfica \alpha en
los productos obtenidos, sin que se conozca exactamente la
proporción de esta variedad en estos productos ni las condiciones
que permiten obtenerlo de forma estable y reproducible.
Una deshidratación mayor del yeso produce la
transformación del hemihidrato en unas fases cada vez menos
hidratadas que son la anhidrita III también denominada anhidrita
soluble y a continuación la anhidrita II o \beta también
denominada anhidrita insoluble.
La anhidrita III puede ser representada por la
formula (CaSO_{4}, \varepsilonH_{2}O) con e= 0,06 a 0,11
según los datos de la literatura técnica más recientes y más
comúnmente admitidos, entendiendo obviamente que el número de moles
de agua ha podido ser controvertido en la literatura técnica.
La anhidrita III constituye una fase metaestable
extremadamente higroscópica y posee por lo tanto una cinética de
rehidratación muy grande. Se rehidrata espontáneamente en
hemihidrato en función de la higrometría del aire. Por lo tanto no
se obtiene nunca el 100% de anhidrita III, estando ésta siempre
asociada a unos compuestos que comprenden entre ellos
mayoritariamente basanita (hemihidrato).
Se conocen unos procedimientos de tratamiento
térmico del yeso o dihidrato de sulfato de calcio, que permiten
obtener la anhidrita III estabilizada con la finalidad de limitar su
rehidratación espontánea que comprende esencialmente las dos etapas
siguientes:
- a)
- Inicialmente, una etapa de secado seguida de una deshidratación del yeso por aumento de la temperatura para formar anhidrita III. Esta deshidratación debe permitir secar la humedad superficial del yeso, y eliminar las dos moléculas de agua de cristalización.
- b)
- A continuación, un temple térmico con la finalidad de estabilizar esta fase metaestable.
La estabilización de la anhidrita III bloquea la
evolución de la anhidrita III hacia otras formas cristalográficas e
impide su rehidratación espontánea.
La anhidrita III estabilizada posee unas
propiedades muy interesantes, tales como una resistencia mecánica
muy alta y una baja conductividad térmica y acústica.
El contenido en anhidrita III estabilizada está
en función del tratamiento térmico. Así, se sabe que son
determinantes la temperatura de calentamiento, el tiempo de cocción
y la granulometría del yeso de partida.
Se conoce a partir del documento WO 96 33957 un
procedimiento de tratamiento térmico de la materia pulverulenta, a
base de sulfato de calcio dihidratado, en el que se realiza una
etapa de cocción que lleva la temperatura del yeso tratado a una
temperatura comprendida entre 220 y 360ºC, según las características
del yeso tratado, y una operación de temple térmico realizada para
llevar la materia calentada por la cocción a una temperatura
inferior a 100ºC en un tiempo comprendido entre 6 y 12 minutos. Este
enfriamiento se realiza mediante aire frío y seco inyectado a
presión en el núcleo de la materia. De todas formas, este
procedimiento no permite obtener una proporción de anhidrita III
estabilizada muy elevada.
Este procedimiento no permite transformar más
del 65% del dihidrato de sulfato de calcio contenido en el producto
de partida, en anhidrita III estabilizada.
En el documento FR 2 767 816 se ha descrito un
procedimiento que permite transformar más del 70% de hidrato de
sulfato de calcio en anhidrita III estable en el que se realiza un
temple térmico más rápido bajando la temperatura a menos de 80ºC,
preferentemente entre 40 y 50ºC, en menos de dos minutos con la
finalidad de estabilizar la anhidrita III en una mayor proporción.
En efecto, este procedimiento permite obtener un producto que
contiene más del 70%, incluso más del 90% de anhidrita III
estabilizada con respecto al peso total de los compuestos
procedentes de la transformación del hidrato de sulfato de calcio
contenido en el producto de partida. Además este producto presenta
una superficie específica más elevada (aproximadamente 7 m^{2}/g)
y unas propiedades de resistencia mecánica mejoradas con respecto a
las composiciones con un contenido menor, descritas en la patente
anterior WO 96 33957. Así, el rendimiento máximo obtenido a partir
de yeso natural (Vieujot) es superior al 90% para unas condiciones
experimentales de cocción a 340ºC durante cuarenta minutos con una
granulometría de 315-400 micrones o únicamente 300ºC
con una granulometría de 80-100 micrones.
En la práctica, se emplea en estos
procedimientos de preparación de anhidrita III estable, como materia
de partida una materia pulverulenta a base de hidrato de sulfato de
calcio (CaSO_{4}, 2H_{2}O), tal como yeso natural o yeso de
síntesis, en particular sulfoyeso, fosfoyeso, boroyeso o
titanoyeso.
Sin embargo, estos yesos deben de ser triturados
para que su granulometría no exceda de 120 micrones, incluso
preferentemente 100 micrones.
En la patente FR 2 804 423 se describe una
instalación industrial y un procedimiento que permite obtener
anhidrita III estabilizada, producida en condiciones industriales,
que comprende al menos 85%, preferentemente al menos 90%, incluso
preferentemente al menos 95% en peso de anhidrita III estabilizada
con respecto al peso total de los compuestos procedentes de la
transformación del hidrato de sulfato de calcio contenido en el
producto de partida.
En el documento FR 2 804 423, el inventor ha
puesto en evidencia el problema planteado por las instalaciones
industriales anteriores; el problema es que durante la fase de
enfriamiento la materia puede ser mantenida en contacto con una
proporción demasiado importante de aire húmedo que puede producir
una rehidratación espontánea de la anhidrita III antes de su
estabilización.
El procedimiento descrito en el documento FR 2
804 423, permite reducir la presencia de aire húmedo durante la
fase de enfriamiento o temple térmico y ello con el fin de impedir
que la anhidrita III se transforme en hemihidrato durante su
estabilización y también de reducir el contacto de la anhidrita III
formada con la humedad del aire durante la etapa de cocción y hasta
la conclusión de la etapa de enfriamiento.
Para ello, en el documento FR 2 804 423, se ha
descrito un procedimiento de producción industrial de anhidrita III
estabilizada, mediante tratamiento térmico de una materia
pulverulenta a base de hidrato de sulfato de calcio (CaSO_{4},
2H_{2}O), tal como el yeso natural o de síntesis, en una
instalación industrial que comprende de corriente arriba a
corriente abajo:
- 1)
- un reactor de deshidratación por calentamiento, y
- 2)
- un reactor de enfriado,
- 3)
- una zona de paso entre el extremo corriente debajo de dicho reactor de deshidratación y el extremo corriente arriba de dicho reactor de enfriado,
procedimiento que comprende las etapas sucesivas
en las que:
- a)
- se calienta en dicho reactor de deshidratación (1) dicha materia pulverulenta a una temperatura comprendida entre 220ºC y 360ºC para transformar el hidrato de sulfato de calcio en anhidrita soluble III o \alpha, y
- b)
- se somete dicha materia así transformada a un temple térmico en dicho reactor de enfriamiento (2) para bajar así su temperatura de al menos 150ºC para alcanzar una temperatura al menos inferior a 110ºC, preferentemente inferior a 80ºC, todavía preferentemente en menos de dos minutos, para así obtener anhidrita III estabilizada.
Durante la etapa de cocción a), el dihidrato de
sulfato de calcio calentado pierde (26,2-e) % de
agua de cristalización (o "agua sólida"), así como el agua de
superficie (o "agua líquida").
Según dicho procedimiento descrito en el
documento FR 2 804 423, se reduce el grado de humedad en la
atmósfera ambiente en contacto con dicha materia transformada en
anhidrita III obtenida en la etapa a), y esto, antes y durante la
etapa b), aspirando la atmósfera ambiente en contacto con dicha
materia transformada, con unos medios de aspiración situados a
proximidad, preferentemente justo corriente arriba, de dicha zona de
paso, al extremo corriente abajo de dicho reactor de
deshidratación, y enviando un flujo de gas frío y seco,
preferentemente aire, sobre dicha materia transformada, a
contracorriente con respecto al desplazamiento de dicha materia, en
dicha zona de paso entre la etapa a) y la etapa b), y en dicho
reactor de deshidratación durante la etapa b).
Así, la materia deshidratada en la etapa a) no
corre el riesgo de rehidratarse antes de realizar la etapa b).
También ventajosamente, se envía un flujo de gas
frío y seco sobre dicha materia transformada a contracorriente con
respecto al desplazamiento de dicha materia durante la etapa b), y
dicho flujo de gas seco a contracorriente es evacuado con la
atmósfera húmeda de la etapa a). Así se evita que el aire caliente
húmedo desprendido de la etapa a) sea rechazado corriente arriba de
la etapa a) y esté en contacto con dicha materia antes de que ésta
sea calentada completamente, lo que aumentaría el grado de humedad
de dicha materia y afectaría el rendimiento de la etapa a).
El aire seco es inyectado a una presión
estudiada que permite rechazar el aire a baja presión con la
finalidad de no dificultar el desplazamiento del yeso hacia la
salida del reactor.
Este procedimiento requiere la utilización de
una instalación industrial de tratamiento térmico de una materia
prima pulverulenta a base de hidrato de sulfato de calcio, con
vistas a obtener anhidrita III estabilizada, que comprende de
corriente arriba a corriente abajo:
- a)
- un reactor de deshidratación por calentamiento y,
- b)
- un reactor de enfriamiento,
caracterizado porque la instalación
comprende
- -
- unos medios de aspiración del gas contenido en dicho reactor de deshidratación, situados en la proximidad, preferentemente justo corriente arriba de dicha zona de paso, en el extremo corriente abajo de dicho reactor de deshidratación, y
- -
- unos medios de inyección de gas seco a contracorriente del desplazamiento de dicha materia, preferentemente aire, de tal manera que la zona de paso entre el extremo corriente abajo (1_{2}) de dicho reactor de deshidratación y el extremo corriente arriba de dicho reactor de enfriamiento es recorrida por dicha corriente de gas seco a contracorriente del desplazamiento de dicha materia, y
- -
- unos medios de inyección de gas frío y seco a contracorriente del desplazamiento de dicha materia, situados en dicho reactor de enfriamiento, preferentemente en el extremo corriente abajo de dicho reactor de deshidratación, de tal manera que el gas recorre todo el reactor de enfriamiento de corriente abajo a corriente arriba.
Más particularmente, dichos medios de inyección
de gas seco están situados corriente abajo de dichos medios de
aspiración, preferentemente corriente abajo de dicho reactor de
enfriamiento y dicho gas inyectado es aspirado por dichos medios de
aspiración situados corriente arriba de dicha zona de paso,
preferentemente en dicho reactor de deshidratación.
Los experimentos realizados muestran que la
etapa de presecado del yeso para llevar el contenido en agua libre
a una proporción inferior preferentemente al 3%, presentando los
yesos naturales un contenido en agua libre que varía entre 4 y 10%
y presentando los yesos industriales unos contenidos en agua libre
entre 10 y 60%, es muy importante puesto que este contenido en agua
libre es nefasto para un buen arranque de la cocción con una buena
deshidratación del agua molecular cristalina. Sin embargo se observa
por un lado que una parte del producto es arrastrada por el vapor
de agua durante su evaporación, y por otro lado, que unos granos de
yeso se pegan entre sí y contra las paredes del reactor de
deshidratación provocando atascos, afectando estos dos fenómenos
negativamente los rendimientos de la reacción.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento de preparación de anhidrita III
estabilizada más simple y menos costoso de realizar, en particular
en términos de instalación industrial.
Otro objetivo de la presente invención es
suministrar un procedimiento de preparación de anhidrita III
estabilizada con un mayor rendimiento y que suministre una
proporción ponderal en anhidrita III estabilizada, preferentemente
de al menos 90%, preferentemente de al menos 95%, incluso de al
menos 98% en el producto obtenido y de mejor calidad, en particular
en términos de propiedades mecánicas, tales como las resistencias a
la compresión (Rc) y a la flexión (Rf).
El inventor ha descubierto ahora de forma
sorprendente que era posible obtener la producción industrial de
anhidrita III estabilizada en unas proporciones importantes y de
mejor calidad, en términos de propiedades mecánicas, en particular
resistencias a la compresión (Rc) y a la flexión (Rf) utilizando,
como materia pulverulenta de partida, hemihidrato \beta triturado
o escayola \beta comercial corriente, de una granulometría
inferior a 200 micrones, preferentemente inferior a 150, incluso
inferior a 100 micrones, es decir una escayola \beta comercial
corriente, y realizando las mismas etapas sucesivas de cocción y
temple térmico sin, precisar sin embargo ninguna etapa de presecado
puesto que la escayola \beta comercial es por sí misma seca, ni
una etapa de pretriturado puesto que se utiliza una escayola
\beta triturada de granulometría apropiada.
La presente invención tiene por lo tanto por
objeto un procedimiento de preparación de anhidrita III estabilizada
de sulfato de calcio de fórmula, en el que se realizan las etapas
sucesivas siguientes:
- a)
- calentamiento de una materia de partida pulverulenta a una temperatura comprendida entre 220ºC y 320ºC, para formar así anhidrita soluble III o \alpha, y
- b)
- sometimiento de dicha materia así transformada a un temple térmico, para bajar así su temperatura de al menos 150ºC para alcanzar una temperatura al menos inferior a 100ºC, preferentemente inferior a 80ºC, en menos de 2 minutos, preferentemente en menos de 20 segundos, para obtener así dicha anhidrita III estabilizada,
procedimiento caracterizado porque dicha materia
pulverulenta de partida es triturada a una granulometría inferior a
200 \mum y preferentemente inferior a 150 \mum y porque
comprende mayoritariamente hemihidrato de sulfato de calcio
(CaSO_{4}, 0,5 H_{2}O).
Preferentemente, dicha materia pulverulenta de
partida triturada está constituida por escayola \beta que
comprende, preferentemente, al menos 95% de hemihidrato \beta de
sulfato de calcio.
Todavía preferentemente, dicha materia
pulverulenta de partida consiste en un compuesto de hemihidrato
\beta de sulfato de calcio triturado.
De todas formas se puede utilizar, como dicha
materia pulverulenta triturada de partida, una materia constituida
mayoritariamente por escayola \alpha, preferentemente constituido
por escayola \alpha que comprende al menos 95% de hemihidrato
\alpha de sulfato de calcio.
El procedimiento según la invención es ventajoso
por varias razones. En primer lugar, permite obtener un producto
que comprende un contenido elevado de 85 a 95%, en peso, de
anhidrita III estabilizada, estando constituido el resto de
constituyentes mayoritariamente por hemihidrato \beta. En segundo
lugar, el rendimiento de la reacción es más importante puesto que
se observa más material pulverulento pegado sobre las paredes del
reactor de cocción y menos pérdidas de producto en el momento en
que se produce la evaporación del vapor de agua.
Además, se puede realizar el procedimiento según
la invención en una instalación térmica simplificada que no precisa
del empleo de medios de evacuación de humedad, tales como los
empleados en los procedimientos industriales anteriores de
producción de anhidrita III estabilizada descritos anteriormente, y
el tratamiento térmico es más rápido. En resumen, el procedimiento
y la instalación térmica simplificada permiten economizar
considerablemente energía e inversión en materiales.
En un modo de realización particular, las dos
etapas del procedimiento según la invención pueden ser realizadas
sucesivamente en el mismo reactor, en particular un reactor de doble
envolvente, obteniendo entonces la cocción y el enfriamiento por
circulación de un fluido caliente o frío respectivamente en la doble
envolvente.
El resultado del procedimiento según la
invención es sorprendente puesto que no se había evidenciado, en los
procedimientos anteriores, que el paso yeso a anhidrita III se
realizaba mediante una etapa intermedia de transformación de todo
el yeso en hemihidrato, y los mecanismos complejos de la
deshidratación del agua cristalina no permitían suponer que el
cambio de la forma cristalina de la materia pulverulenta de partida
permitiría obtener anhidrita III estabilizada que responde a las
mismas características que las obtenidas a partir del tratamiento
térmico del yeso.
En efecto, se debe recordar que la temperatura
de cocción y el tiempo de calentamiento tales como los determinados
en las patentes anteriores, se apoyaban en una metodología de un
plan de experimentación basado en un enfoque matemático y
estadístico denominado "teoría de la red uniforme DOHELERT" que
permitía limitar, y fijar a continuación la temperatura y el tiempo
de cocción mediante un número limitado de manipulaciones a partir de
un polinomio escrito en variables codificadas adimensionales. Por
otro lado, hay que indicar que la deshidratación del yeso no es
regular con el aumento de la temperatura y que las fases de
evacuación del agua libre de superficie y del agua cristalina de
deshidratación y el agua libre de superficie residual son
consideradas como concomitantes y que interactúan una sobre la
otra, mientras que la escayola triturada es un producto sin "agua
líquida".
En un modo preferido de realización del
procedimiento según la invención, se utiliza como materia
pulverulenta de partida, escayola \beta caliente triturada
después de la salida del reactor de fabricación de la escayola
\beta a partir de yeso, es decir una escayola \beta a una
temperatura de 110 a 140ºC. Evidentemente, el cambio de materia
prima de partida se traduce en una disminución del tiempo de
duración de la etapa de cocción en aproximadamente 50% con respecto
a un procedimiento que implica como materia de partida yeso natural
o sintético. Por lo tanto se pueden prever en este modo de
realización unas instalaciones mixtas simplificadas que producen a
la vez escayola y un ligante sulfático a base de anhidrita III
estabilizada, obtenido a partir de la escayola, lo que permite
mejorar las condiciones económicas de explotación y de fabricación
de dichos productos.
En el procedimiento según la invención, cuando
se utiliza escayola \beta comercial corriente, ésta presenta una
granulometría homogeneizada de 0 a 150 micrones, preferentemente de
0 a 100 micrones, garantía y seco, lo que explica también en parte
el mejor rendimiento del procedimiento según la invención con
respecto a un procedimiento en el que la materia pulverulenta de
partida es yeso puesto que los cristales de yeso presentan una
granulometría y unas formas cristalográficas de una mayor
heterogeneidad y, desde este momento, el hemihidrato formado
durante la cocción se encuentra, no solamente, en una atmósfera más
húmeda, sino también bajo una granulometría menos homogeneizada, lo
que perjudica a la vez el rendimiento de la reacción y la cantidad
del ligante obtenida y de la anhidrita III obtenida que
contiene.
Ventajosamente, según una variante de
realización, dicha materia pulverulenta de partida procede de un
tratamiento térmico de yeso natural o sintético, y presenta una
temperatura inicial, antes de la etapa a) de cocción, de 100 a
150ºC, preferentemente de 110 a 140ºC. Por lo tanto, este nuevo
procedimiento permite que los yeseros realicen también anhidrita
III estabilizada mediante una modificación poco costosa de su
instalación actual y, por lo tanto, suministra un nuevo
procedimiento industrial económico sabiendo que la adición de
gypcement en la escayola aporta una mejora muy clara de las
características mecánicas.
Según otra variante de realización, dicha
materia pulverulenta de partida está a una temperatura inferior a
110ºC, preferentemente a temperatura ambiente.
Otra ventaja del procedimiento según la
invención es que, en la etapa de calentamiento de la materia
pulverulenta de partida que contiene mayoritariamente hemihidrato
\beta de sulfato de calcio, se puede obtener anhidrita III a una
temperatura de 220 a 320ºC mucho más fácilmente y mucho más
rápidamente por calentamiento por contacto directo con un gas
caliente, en particular aire caliente, siendo transportada
preferentemente dicha materia pulverulenta de partida a
co-corriente y calentada por dicho gas caliente en
forma de lecho fluidizado.
Mas particularmente, se realiza el calentamiento
con ayuda de un dispositivo de flash térmico anular que comprende
una columna de secado con aire caliente en la que el aire caliente
es apto para transportar a co-corriente y calentar
dicha materia pulverulenta a lo largo de una rampa helicoidal.
Los ensayos realizados por los inventores han
permitido evidenciar que realizando el procedimiento en las mimas
condiciones de instalación industrial, cambiando la materia de
partida constituida a partir del yeso presecado y triturado por un
lado, y la escayola \beta con la misma granulometría por otro
lado, se puede aumentar la proporción ponderal de anhidrita III o
\alpha estabilizada obtenida en una proporción significativa.
El procedimiento según la invención permite
obtener anhidrita III estabilizada producida en una instalación
industrial y que presenta un grado de pureza de al menos el 90% en
peso, preferentemente el 95% en peso, incluso el 98% con respecto
al peso total de los compuestos procedentes de la transformación del
hidrato de sulfato de calcio de la materia de partida.
En los procedimientos descritos anteriormente no
se han obtenido unos contenidos tan elevados.
Más particularmente, la anhidrita III
estabilizada según la presente invención, está asociada a un
contenido bajo en hemihidrato de sulfato de calcio (o basanita), de
tal manera que la proporción ponderal entre hemihidrato y anhidrita
III estabilizada es inferior a 10/90, preferentemente inferior a
9/91, incluso preferentemente inferior a 5/95.
En el caso en que el producto de partida
comprende al menos 95%, preferentemente al menos 98% de dihidrato
de sulfato de calcio, se puede obtener anhidrita III estabilizada
con un grado de pureza que representa al menos el 90%, incluso
preferentemente el 95%, con respecto al peso total del producto
obtenido.
Siendo la escayola triturada un producto sin
"agua líquida" y presentando una mayor homogeneidad
granulométrica así como cristalográfica, en particular en términos
de forma de los cristales, que el yeso industrial o sintético, la
anhidrita III estabilizada obtenida presenta una mejor calidad den
términos de homogeneidad granulométrica y cristalográfica con unos
cristales de forma más gruesa y más corta que los cristales de
anhidrita III estabilizada obtenidos a partir de un tratamiento
térmico de yeso según la técnica anterior.
De ello resulta que los ligantes hidráulicos
según la invención presentan unas propiedades mecánicas de
resistencia a la compresión mejoradas.
La presente invención tiene asimismo por objeto
por lo tanto un ligante hidráulico que comprende anhidrita III
estabilizada obtenida mediante el procedimiento según la
invención.
Más particularmente, un ligante hidráulico de la
presente invención comprende, en peso, más de 95%, incluso de 98%
de anhidrita III estabilizada.
Todavía más particularmente, un ligante
hidráulico según la invención confiere una resistencia acrecentada
a la compresión, en particular Rc de al manos 45 MPa,
preferentemente al menos 50 MPa a los 28 días al aire según los
ensayos realizados según la norma EN-196.1.
Más particularmente, el ligante según la
invención comprende unos aditivos de cargas minerales seleccionados
de entre las escorias, las cenizas volantes, puzolana, humos de
sílice, finos calcáreos, cal y subproductos y residuos industriales
de naturaleza mineral u orgánica.
La presente invención tiene asimismo por objeto
unos materiales formulados a partir de un ligante según la
invención, preferentemente en forma de mortero, hormigón,
revestimiento o argamasa, en particular útiles para la fabricación
o la realización de paneles, ladrillos, perpiaños y enlucidos.
Otras características y ventajas de la presente
invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de los
siguientes ejemplos de realización detallados.
Ejemplo
1
Comparativo
Se cuece en un horno del tipo rotativo de doble
envolvente, por calentamiento indirecto con ayuda de un fluido
caliente circulante en la doble envolvente, 1.000 kg de yeso
industrial triturado llamado sulfoyeso, de una granulometría
0-100 \mum, presecado para así presentar un
contenido en humedad, después del presecado, inferior o igual al
3%, que contiene al menos 98% de dihidrato de sulfato de calcio y 2%
de impurezas (MgO, cloruro, Na_{2}O, SO_{2}…). Se realiza la
cocción hasta una temperatura de 230ºC, alcanzando dicha temperatura
en 40 minutos.
Se realiza seguidamente un temple térmico
bajando la temperatura a 80ºC, en 4 segundos. Se realiza este temple
térmico de enfriado en un reactor situado en un cilindro giratorio
de doble envolvente enfriado con agua fría a menos de 20ºC.
Al final se obtienen 700 kg de un ligante
hidráulico que contiene de 70% a 80% de anhidrita III estabilizada
y 20 a 30% de otros constituyentes, que comprenden mayoritariamente
hemihidrato (aproximadamente 15 a 20%) así como unos productos
tales como MgO, cloruro, Na_{2}O y SO_{2}, etc..
Durante el procedimiento, se observa una pérdida
importante de producto y por lo tanto de rendimiento de
transformación a causa, por un lado, del pegado de granos de yeso
entre sí y sobre la superficie del horno giratorio provocando
atascos y, por otro lado, debido al hecho que el producto es
arrastrado por el vapor de agua eliminado.
Además, las condiciones de reacción en una
atmósfera muy húmeda perjudican la estabilización de anhidrita III
y favorecen su transformación en hemihidrato.
Ejemplo
2
Según la
invención
Se cuece en un mismo horno que para el ejemplo
1, una misma cantidad de 1.000 kg de una escayola \beta seca
comercial corriente en particular del tipo Lafarge Prestia Selecta®
y que presenta la misma granulometría de 0 a
100 \mum que el producto del ejemplo 1. Dicha escayola \beta seca utilizada contiene al menos 98% de hemihidrato \beta de sulfato de calcio y 2% de compuestos residuales.
100 \mum que el producto del ejemplo 1. Dicha escayola \beta seca utilizada contiene al menos 98% de hemihidrato \beta de sulfato de calcio y 2% de compuestos residuales.
En 10 minutos se obtiene la misma temperatura de
cocción de 230ºC.
Posteriormente se realiza el temple térmico en
las mismas condiciones que en el ejemplo 1 y se obtienen 920 kg de
un ligante hidráulico que contiene 96% de anhidrita III
estabilizada.
No se observa ningún fenómeno de pegado de los
granos entre sí ni sobre las paredes del reactor de cocción y la
ausencia de atmósfera sobresaturada en humedad permite acrecentar el
rendimiento en ligante y anhidrita III estabilizada obtenido.
El procedimiento según la invención de obtención
de anhidrita III estabilizada por deshidratación a partir de la
escayola, por lo tanto de un producto triturado según una
granulometría homogénea, aporta una mejora a la calidad de la
anhidrita III en términos de homogeneidad de la forma
cristalográfica y el contenido ponderal en anhidrita III
estabilizada (de 95 a 98% en vez de 70 a 80% para el producto del
ejemplo I).
Por otra parte, con un tiempo de cocción que
pasa de 40 minutos a 10 minutos, se realiza una economía de energía
considerable.
Se puede realizar el tratamiento térmico según
la invención con las instalaciones ya existentes para la fabricación
de escayola, limitando así considerablemente las inversiones
materiales.
Se realiza la cocción en un dispositivo de flash
térmico anular, que consiste en una columna de secado con aire
caliente que se detalla a continuación, una misma cantidad y una
misma calidad de escayola \beta tal como en el ejemplo 2, a la
misma temperatura de cocción de 230ºC.
Se realiza esta etapa de calentamiento en
algunos segundos, en particular menos de 5 segundos.
La columna de secado comprende una rampa
helicoidal apta para recibir en su base dicha materia pulverulenta,
que puede ser transportada a co-corriente por gas
caliente también inyectado a la base de la rampa de la columna,
siendo dicha materia pulverulenta transportada hasta la cabeza de la
columna, en el vértice de dicha rampa
helicoidal.
helicoidal.
El dispositivo de calentamiento por flash
térmico funciona más precisamente de la siguiente manera:
- -
- el producto a secar es introducido en la base de una columna de secado en la que es transportado, a una velocidad de más de 2 m/s, por aire caliente pulsado procedente de un generador de gas caliente que circula a co-corriente, a lo largo de un trayecto helicoidal en el seno de dicha columna, de tal manera que el calentamiento de la materia pulverulenta que se encuentra en forma de lecho fluidizado se realiza por contacto directo del producto con el aire caliente,
- -
- el caudal y la longitud de la columna son tales que, con un aire caliente enviado a una temperatura de 280 a 320ºC, la materia pulverulenta alcanza una temperatura de 230ºC en la cabeza de la columna.
- -
- se introduce puntualmente a diferentes niveles a lo largo de la columna, aire de calentamiento secundario procedente de esta misma fuente de calor, lo que permite:
- \bullet
- secar el producto en función de su granulometría modificando el ángulo de la trayectoria helicoidal de la partícula a secar y por lo tanto su tiempo de estancia,
- \bullet
- mantener el potencial energético a lo largo de la columna mediante aportes caloríficos,
- -
- los elementos pesados son recuperados en la base de la columna y eventualmente evacuados por una trampilla,
- -
- el producto es evacuado en la cabeza de la columna a donde ha llegado con una temperatura de 230ºC y separado del aire de transporte y de secado en un ciclón y/o un filtro,
- -
- un ventilador permite la evacuación de este aire a la atmósfera,
- -
- el producto recuperado es evacuado a su vez a la base del ciclón gracias a una esclusa.
Se realiza posteriormente un temple térmico en
las mismas condiciones que en los ejemplos 1 y 2 y se obtiene una
misma cantidad y una misma calidad de ligante hidráulico que
contiene anhidrita III estabilizada que en el
ejemplo 2.
ejemplo 2.
Se puede realizar asimismo el temple térmico con
un dispositivo de enfriamiento a aire frío en una instalación en la
que dicha materia pulverulenta se encuentra en forma de lecho
fluidizado.
La ventaja de este tipo de calentamiento por
flash térmico anular es:
- -
- el rendimiento térmico elevado;
- -
- la baja carga térmica;
- -
- el pequeño volumen de la instalación; y
- -
- la rapidez de secado.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
Los ligantes hidráulicos obtenidos en los
ejemplos 2 y 3 según la invención han sido observados por
microscopía electrónica y microfotografiados.
Los cristales de anhidrita III estabilizada se
presentan en forma de bastoncillos cortos y gruesos con unos
tamaños más homogéneos que los cristales de anhidrita III
estabilizada obtenidos a partir de yeso de acuerdo con el ejemplo 1
cuyas microfotografías muestran unos cristales en forma de agujas
más finas y más largas que los bastoncillos cortos y gruesos de los
ligantes de los ejemplos 2 y 3.
\newpage
Ejemplo
5
Unos ensayos comparativos de resistencia a la
compresión han permito asimismo demostrar las ventajosas propiedades
mecánicas de un ligante hidráulico obtenido mediante el
procedimiento según la invención.
Se han valorado un ligante según el ejemplo 1,
denominado a continuación "Gypcement" y un ligante según los
ejemplos 2 y 3 denominado a continuación "Hydrocim".
Los siguientes datos indican los valores de Rc=
resistencia mecánica a la compresión en MPa (mega Pascal) medidos
según la norma EN-196.1 "método de ensayo de
cementos- parte I: determinación de las resistencias
mecánicas".
Ligante Gypcement: Rc a 28 días al aire= 40
MPa
Ligante Hydriocim: Rc a 28 días al aire= 47
MPa.
- -
- el tiempo de fraguado del ligante Hydrocim es ligeramente inferior al del Gypcement, es decir aproximadamente 3-4 minutos para el Hydrocim en lugar de 4-5 minutos para el Gypcement.
Se han realizado también unas pruebas sobre unos
morteros que comprenden 35% de ligante + 65% de arena normalizada
EN 196.1 y que han sido preparados en las siguientes
condiciones:
- -
- amasado en seco durante 30 segundos,
- -
- introducción del agua durante 30 segundos manteniendo el amasado a baja velocidad,
- -
- la proporción agua/ligante está fijada en 0,7,
- -
- amasado a baja velocidad durante 90 segundos,
- -
- mortero con ligante Gypcement: Rc a los 28 días al aire= 35 MPa,
- -
- mortero con Hydrocim: Rc a 28 días al aire= 45 MPa,
- -
- los tiempos de fraguado de un mortero tal como se ha descrito anteriormente con un ligante Hydrocim son del orden de 10 a 15 minutos en lugar de 12 a 17 minutos con un ligante Gypcement.
Las resistencias a la flexión (Rf) medidas según
la misma norma son del mismo orden con el ligante Hydrocim que con
el ligante Gypcement pero son superiores a las obtenidas con los
cementos, es decir por lo general del orden de Rf= 1,5 x Rc.
Estas propiedades mecánicas elevadas de
resistencia a la flexión confieren al ligante Hydrocim morteros y
unas propiedades que comprenden propiedades parasísmicas.
Claims (13)
1. Procedimiento de preparación de anhidrita III
estabilizada de sulfato de calcio, en el que se realizan las
siguientes etapas sucesivas:
- a)
- calentamiento de una materia de partida pulverulenta a una temperatura comprendida entre 220ºC y 320ºC, para así formar anhidrita soluble III, y
- b)
- someter dicha materia así transformada a un temple térmico, para así bajar su temperatura de al menos 150ºC para alcanzar una temperatura al menos inferior a 100ºC, preferentemente inferior a 80ºC, en menos de 2 minutos, preferentemente menos de 20 segundos, para así obtener dicha anhidrita III estabilizada,
procedimiento caracterizado porque dicha
materia pulverulenta de partida es triturada a una granulometría
inferior a 200 \mum y preferentemente inferior a 150 \mum y
comprende mayoritariamente hemihidrato de sulfato de calcio.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha materia pulverulenta de partida
triturada está constituida por escayola \beta que comprende,
preferentemente, al menos 95% de hemihidrato \beta de sulfato de
calcio.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha materia pulverulenta de partida
triturada consiste en un compuesto de hemihidrato \beta de sulfato
de calcio.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
granulometría de la materia pulverulenta de partida es
homogeneizada en una horquilla de valores de 0 a 110 \mum.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha materia
pulverulenta de partida procede de un tratamiento térmico de yeso
natural o sintético, y presenta una temperatura inicial, antes de
la etapa a) de cocción, de 100 a 150ºC, preferentemente 110 a
140ºC.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha materia
pulverulenta de partida está a una temperatura inferior a 100ºC,
preferentemente a temperatura ambiente.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se realiza la
etapa de calentamiento por contacto directo con un gas caliente, en
particular aire caliente, siendo transportada preferentemente dicha
materia pulverulenta a co-corriente y calentada por
dicho gas caliente en forma de lecho fluidizado.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se realiza la etapa a) de calentamiento
con ayuda de un dispositivo de flash térmico anular que comprende
una columna de secado con aire caliente en la que el aire caliente
es apto para transportar a co-corriente y calentar
dicha materia pulverulenta a lo largo de una rampa helicoidal.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se realizan las
dos etapas a) y b) en un mismo reactor, preferentemente de doble
envolvente.
10. Ligante hidráulico que comprende anhidrita
III estabilizada obtenida mediante el procedimiento según una de
las reivindicaciones 1 a 9.
11. Ligante hidráulico según la reivindicación
10, caracterizado porque comprende más de 95%, incluso 98%
de anhidrita III estabilizada en peso.
12. Ligante hidráulico según una de las
reivindicaciones 10 a 11, caracterizado porque comprende
además unos aditivos de carga mineral seleccionados de entre las
escorias, cenizas volantes, puzolana, humos de sílice, finos
calcáreos y cal y subproductos y residuos industriales de naturaleza
mineral u orgánica.
13. Material formulado a partir de un ligante
según una de las reivindicaciones 10 a 12, preferentemente en forma
de hormigón, mortero, hormigón, revestimiento o argamasa.
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