ES2638051T3

ES2638051T3 - Procesamiento de cenizas volantes y fabricación de artículos que incorporan composiciones de cenizas volantes

Info

Publication number: ES2638051T3
Application number: ES10838423.1T
Authority: ES
Inventors: Sandor Koszo
Original assignee: NewSouth Innovations Pty Ltd; Vecor IP Holdings Ltd
Current assignee: NewSouth Innovations Pty Ltd; Vecor IP Holdings Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: EP2516348B1; RS56180B1; RU2640684C2; CN105906325A; AU2010336026B2; PL2516348T3; EP2516348A1; US20170073274A1; CN102770393A; AU2015246070A1; DK2516348T3; US9512038B2; CA2785044C; RU2013133756A; AU2010336026A1; EP2516348A4; WO2011075783A1; CA2785044A1; US20130052351A1; CN102770393B

Abstract

Un método para formar un artículo conformado que tiene una matriz que contiene ceniza volante sinterizada, comprendiendo el método las etapas de: proporcionar en un molde una mezcla que contiene una composición de cenizas volantes que comprende ceniza volante y un agente plastificante, estando la composición en forma de polvo, que tiene un tamaño promedio de partículas menor que 50 μm (50 micrómetros), y en el que la composición de cenizas volantes incluye más de 70% de ceniza volante por peso seco de la composición, y en la que el agente plastificante es capaz de unir juntas las partículas de cenizas volantes en la composición de cenizas volantes al prensar la composición de cenizas volantes; prensar la mezcla de cenizas volantes en partículas mediante prensado uniaxial a una presión mayor que 200 kg/cm2, opcionalmente prensando la mezcla a una presión de 300 kg/cm2 a 450 kg/cm2, en el molde para unir temporalmente la mezcla para formar un artículo verde conformado por el molde, en el que el contenido de agua en el artículo verde es menor que 6% en peso del peso total del artículo verde, y en el que el módulo de rotura del artículo verde es mayor que 1,5 kg/cm2 para permitir la manipulación del artículo verde mediante equipo de manipulación; y cocer el artículo verde para sinterizar la ceniza volante; en el que la mezcla no tiene sustancialmente resistencia verde antes del prensado de la mezcla.

Description

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DESCRIPCION

Procesamiento de cenizas volantes y fabricacion de artfculos que incorporan composiciones de cenizas volantes CAMPO TECNICO

La presente descripcion se refiere generalmente al procesamiento de ceniza volante, a composiciones de cenizas volantes, y a artfculos conformados que contienen ceniza volante, y a metodos para formar tales artfculos. La descripcion se refiere particularmente a la fabricacion ceramica, en la que se sinteriza la ceniza volante en la matriz del artfculo. El procedimiento se ha desarrollado especialmente, pero no exclusivamente, para la fabricacion de elementos relativamente delgados, tales como baldosas y losas, y se describe aqu en ese contexto. Sin embargo, se apreciara que el procedimiento tiene una aplicacion mas amplia, y se puede usar para la produccion de un vasto intervalo de artfculos que incluyen elementos decorativos y estructurales y productos ceramicos industriales.

ANTECEDENTES

La ceniza volante es un subproducto de la combustion del carbon de centrales de carbon, y se produce abundantemente. La ceniza volante es un polvo muy fino, facilmente portado por aire, y contiene tfpicamente cantidades mfimas de metales pesados tales como cadmio, cromo, cinc y plomo, que hacen problematico su eliminacion. Al tratar de minimizar el impacto medioambiental de la ceniza volante, se han contemplado diversos usos de la ceniza volante tanto para ayudar a la eliminacion de la ceniza volante como para obtener algun retorno economico. Sin embargo, se han encontrado dificultades en la fabricacion de artfculos que contienen cenizas volantes, tales como baldosas o similares, que se puedan fabricar a escala industrial, sean competitivas desde el punto de vista economico con los productos existentes a los que reemplazan, sean de una calidad consistente, y se comporten adecuadamente a lo largo de un intervalo de propiedades estructurales y tecnicas.

ZIMMER et al: “Fly ash of mineral coal as ceramic tiles raw material”, WASTE MANAGEMENT, vol. 27, no. 1, 11 de noviembre de 2006, paginas 59-68 (“Zimmer”) describe el uso de ceniza volante de carbon en la fabricacion de baldosas ceramicas.

ISAO FUKUMOTO et al: “Mechanical Properties of Composite Material Using Coal Ash and Clay”, JOURNAL OF SOLID MECHANICS AND MATERIALS ENGINEERING, col. 3, no. 5, 29 de mayo de 2009, pagina 739-747, describen la fabricacion de materiales compuestos usando ceniza volante y arcilla.

LINGLING X et al: “Study on fired bricks with replacing clay by fly ash in high volume ratio”, CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS, vol. 19, no. 3, 1 de abril de 2005, paginas 243-247, describen el uso de ceniza volante en estado humedo como materia prima para reemplazar la arcilla para obtener ladrillos refractarios.

JONKER A et al: “An evaluation of selected waste resources for utilization in ceramic materials applications”, JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY, col. 25, no. 13, 1 de agosto de 2005, paginas 3145-3149, describen un cuerpo ceramico que incluye ceniza volante, que se puede usar como un filtro ceramico para la purificacion de agua residual y agua potable.

CHANDRA N et al: “Effect of addition of talc on the sintering characteristics of fly ash based ceramic tiles”, JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY, col. 25, no. 1, 1 de enero de 2005, paginas 81-88, describen la adicion de talco a ceniza volante para obtener baldosas ceramicas.

El documento JP 10 025171 (ODA KENSETSU KK), 27 de enero de 1998, describe un “material aglutinante similar a una suspension” que se anade a una mezcla para dar una resistencia de union elevada.

El documento US 5 521 132 (TALMY et al), 28 de mayo de 1996, describe el uso de tetraborato de sodio como agente de flujo en combinacion con ceniza volante para unir junta la mezcla de ceniza volante. M. Serhat Baspinar et al: “Production of fired construction brick from high sulphate-containing fly ash with boric acid addition”, Waste Management & Research, vol. 28, no. 1, 7 de mayo de 2009, paginas 4-10, describen la produccion de bloques de construccion con propiedades mecanicas suficientes a partir de una mezcla que contiene cenizas volantes que contienen gran cantidad de sulfato y anadiendo arcilla y acido borico.

BHASIN S et al: “Effect of pyrophyllite additions on sintering characteristics of fly ash based ceramic wall tiles”, BRITISH CERAMIC TRANSACTIONS, INSTITUTE OF MATERIALS, LONDON, GB, vol. 102, no. 2, 1 de enero de 2003, paginas 83-86, describen un metodo para producir artfculos verdes a partir de mezclas de ceniza volante y polvo de mineral pirofilftico seridtico.

SUMARIO

En una realizacion no segun la invencion, la descripcion proporciona una composicion de cenizas volantes y una mezcla que incluye ceniza volante y un agente plastificante y que esta en forma de polvo, en la que el agente plastificante es capaz de unir juntas las partfculas de cenizas volantes en la composicion de cenizas volantes al prensar la composicion de cenizas volantes. La descripcion proporciona un metodo para formar un artfculo conformado que tiene una matriz que contiene ceniza volante sinterizada, segun la reivindicacion 1.

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BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

El sumario anterior es ilustrativo solamente y no pretende ser limitante de ningun modo. Ademas de los aspectos ilustrativos, realizaciones, y caractensticas descritas anteriormente, otros aspectos, realizaciones y caractensticas seran manifiestos mediante la referencia a los dibujos y a la siguiente descripcion detallada y ejemplos.

En los dibujos:

La Fig. 1 es una imagen de 400°C durante 3 min.;

La Fig. 2 es una imagen de 850°C durante 3 min.;

La Fig. 3 es una imagen de 1100°C durante 3 min.;

La Fig. 4 es una imagen de 1250°C durante 5 min.; y

La Fig. 5 es una imagen de 1250°C durante 10 min.

DESCRIPCION DETALLADA

Esta descripcion se refiere generalmente al procesamiento de ceniza volante para obtener productos y artfculos utiles. En particular, la descripcion incluye procedimientos para formar composiciones de cenizas volantes que se usan en procedimientos para formar artfculos conformados que se sinterizan. Esto es particularmente aplicable a la fabricacion de ceramica. La descripcion se refiere a la formacion de artfculos verdes que tienen una resistencia suficiente de manera que se pueden manipular en entornos industriales, y a procedimientos para formar artfculos conformados que tienen ceniza volante sinterizada.

En un primer aspecto no segun la invencion, la descripcion proporciona una composicion de cenizas volantes que comprende ceniza volante y un agente plastificante, estando la composicion en una forma de polvo, en la que el agente plastificante es capaz de unir juntas las partfculas de cenizas volantes en la composicion de cenizas volantes al prensar la composicion de cenizas volantes.

En una forma, el tamano promedio de las partfculas de la composicion es menor que 50 micrometros (50 micras), y en otra forma, es menor que 35 micrometros (35 micras). En una realizacion particular, el agente plastificante se mezcla mtimamente con la ceniza volante. En una forma, el agente plastificante se reviste al menos parcialmente sobre las partfculas de cenizas volantes.

Segun el aspecto anterior, se proporciona un agente plastificante como parte de la composicion de cenizas volantes. El agente plastificante puede estar hecho de un solo componente o puede estar hecho de multiples componentes. Estos componentes se pueden premezclar o se pueden anadir separadamente en la ceniza volante al mismo tiempo o en tiempos o etapas diferentes del procedimiento. En consecuencia, en el contexto de la memoria descriptiva, la expresion “un agente plastificante” incluye dentro de su alcance estas alternativas diferentes, y no esta limitada a un solo componente.

Segun el aspecto anterior, se proporciona una composicion de cenizas volantes que esta en forma de polvo (es decir, un estado flmble en partfculas). Como tal, la composicion de cenizas volantes tiene un aspecto y textura casi secos. En una forma, el contenido de agua en la composicion de cenizas volantes es menor que 3% en peso del peso total de la composicion. En una forma, el contenido de agua en la composicion de cenizas volantes es menor que 1% en peso del peso total de la composicion.

En una forma, la composicion de cenizas volantes se usa en una mezcla para formar un artfculo ceramico conformado, en la que la mezcla se comprime y despues se cuece. En tales mezclas, puede ser necesario anadir agua adicional para hidratar suficientemente el agente plastificante para permitir que se una a las partfculas de cenizas volantes bajo presion. Sin embargo, el contenido de agua en la mezcla todavfa puede ser bajo, tal como por debajo de 12% en peso de la mezcla total, e incluso menor que 6% en peso, y esto tiene ventajas en la fabricacion del artfculo conformado en una operacion comercial, como se describira con mas detalle mas abajo.

El prensado de la composicion es necesario para permitir que el agente plastificante una juntas a las partfculas de cenizas volantes para formar un artfculo verde que tiene una resistencia verde.

En uso, el agente plastificante puede unir solo “temporalmente” la mezcla de cenizas volantes, en el sentido de que tal union se proporciona solamente para ganar suficiente resistencia para permitir que un artfculo verde que resulte del prensado retenga su forma durante el procedimiento de fabricacion. Este procedimiento de union no es necesario despues de la coccion, en el que la resistencia del artfculo deriva de la sinterizacion de la matriz de

SEM que muestra la microestructura de una muestra de baldosa tras calentarla a

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cenizas volantes.

En una forma, la composicion de cenizas volantes tiene un porcentaje elevado de ceniza volante. En una forma, la composicion de cenizas volantes incluye de 70 a 95% de ceniza volante por peso seco de la composicion. La ceniza volante usada puede ser de clase F, C, o una combinacion de Clase F y Clase C. La ceniza volante de Clase F se produce a partir de carbon bituminoso o marron, y es principalmente silfcea. Segun la clasificacion de ASTM, la ceniza volante de Clase F contiene un total de al menos 70% de su compuesto que es oxido de silicio, oxido de aluminio y oxido de hierro. La ceniza volante de Clase C deriva de carbon sub-bituminoso y lignito. La ceniza volante de Clase C es rica en oxido de calcio. Mientras que el contenido tfpico de oxido de calcio en la ceniza volante de clase F esta entre 2-4%, y es generalmente menor que 10%, el contenido tfpico de oxido de calcio en la ceniza volante de clase C esta entre 10% y 20%, y puede ser tan elevado como 26%. En una forma, solamente, o al menos principalmente, se usa ceniza volante de Clase F, lo que es ventajoso desde un punto de vista del coste de fabricacion, ya que la ceniza volante Clase F es tfpicamente mas barata de adquirir que la ceniza volante de Clase C.

En una forma, el agente plastificante exhibe un comportamiento reologico apropiado para permitir que se extienda a la presion aplicada para ayudar al proceso de union temporal para proporcionar resistencia al artfculo prensado. En una forma, el agente plastificante comprende silicato de aluminio con propiedades reologicas sustanciales. En una forma particular, el agente plastificante comprende arcilla mineral de silicato.

En una forma, la composicion de cenizas volantes incluye de 5 a 30% de agente plastificante por peso seco de la composicion. En una forma, la composicion de cenizas volantes incluye de 5 a 15% de agente plastificante por peso seco de la composicion.

En una forma, la ceniza volante usada en la composicion de cenizas volantes es menor o igual a 100 micrometros (100 micras). Tfpicamente, la ceniza volante se tamiza inicialmente a traves de un tamiz de tamano apropiado para eliminar partfculas e impurezas de tamanos mas grandes.

En una forma particular, un superplastificante puede formar parte del agente plastificante en la mezcla. El superplastificante se puede anadir a la composicion de cenizas volantes, o junto con la adicion de agua proporcionada en la mezcla. La ventaja de usar un superplastificante es que ayuda a la dispersion del agua cuando se aplica presion a la mezcla, y reduce de ese modo la cantidad de agua que es necesaria para la mezcla. Los superplastificantes son mezclas dispersantes, y son una clase especial de agentes que reducen el contenido de agua. Son polfmeros organicos, y operan en virtud de sus propiedades electrostaticas para deflocular las partfculas de cenizas volantes para crear fluidez en la mezcla. Un tipo de superplastificante es una sal sodica pura de un polinaftalenosulfonato obtenido por Handy Chemicals y comercialmente disponible con el nombre comercial DISAL.

En una forma particular, la composicion comprende ademas uno o mas aditivos ceramicos en una cantidad total de 5 a 15% del peso total de la composicion. En una forma, el uno o mas aditivos ceramicos se selecciona del grupo que comprende feldespato, sflice pura, y talco. La adicion de otros aditivos ceramicos se puede usar ventajosamente para alterar las propiedades de un producto ceramico resultante, tal como su resistencia, tenacidad, o caractensticas de absorcion de agua. Tambien se pueden incluir aditivos colorantes, tales como oxidos, para alterar la coloracion en el artfculo resultante.

En una forma, el uno o mas aditivos ceramicos se mezclan mtimamente con la ceniza volante y el agente plastificante.

En una forma, la ceniza volante usada en la composicion de cenizas volantes sufre un proceso de descarbonizacion para reducir el contenido de carbono en la ceniza volante. En una forma, la ceniza volante se trata de manera que tenga un valor de LOI (Perdida en la Ignicion) de menos de 2%, y en una forma, de 0,5-1%. La LOI se refiere a la perdida de masa de un residuo de combustion, siempre que se caliente en una atmosfera de aire o de oxfgeno, y como tal es capaz de proporcionar una medida del contenido de carbono en la ceniza volante. En el contexto de la presente memoria descriptiva, los valores de LOI de la ceniza volante se analizan calentando la ceniza volante en presencia de aire hasta 950°C. El carbono sin quemar en la ceniza volante se puede separar mediante cualquier tecnica de separacion conocida, o una combinacion de tecnicas tales como separacion por gravedad, separacion electrostatica y separacion por espuma.

En una forma, la ceniza volante se puede tamizar previamente de manera que el tamano promedio de partfculas de la ceniza volante anadida para formar la composicion es menor que 150 micrometros (150 micras), y en una forma, menor que 100 micrometros (100 micras). El tamizado previo de la composicion de cenizas volantes permite de esta manera eliminar partfculas de cenizas volantes mas grandes que tienen tfpicamente un mayor contenido de carbono, permitiendo de ese modo una reduccion en la LOI de la ceniza volante.

En una forma, la ceniza volante se muele para reducir el tamano de partfculas. En una forma particular, la ceniza volante se muele como parte de la formacion de la composicion de cenizas volantes, para reducir el tamano de partfculas. En una forma, el tamano de partfculas de los componentes en el precursor de la mezcla de cenizas volantes molido es menor que 50 micrometros (50 micras), y en una forma, el tamano de partfculas se reduce a menos de o igual a 35 micrometros (35 micras). En una forma, los componentes molidos se tamizan, tfpicamente en

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el proceso de molienda, para asegurar que este presente la distribucion de tamanos de partfculas requerida en la composicion de cenizas volantes.

En una forma particular, la composicion de cenizas volantes que incluye al menos un componente del agente plastificante y posiblemente otros aditivos se combinan y se muelen. Un beneficio de moler la ceniza volante es que la reduccion del tamano de las partfculas permite una mejor combustion del carbono que quede en las partfculas de cenizas volantes durante la sinterizacion del artfculo verde. Ademas, la molienda de todos los componentes de la composicion de cenizas volantes ayuda al mezclamiento mtimo de los componentes, llegando a un polvo micronizado homogeneo. Y todavfa un beneficio adicional de la molienda es que se reduce la absorcion de agua del artfculo sinterizado, y se incrementa la resistencia a la flexion al incrementar la densidad de empaquetamiento en la mezcla de ceniza volante.

Se ha encontrado que una composicion de cenizas volantes segun al menos una forma anterior es capaz de ser usada para obtener productos ceramicos de gran calidad, tal como baldosas y losas de gran calidad para uso en edificios, en una operacion comercial que es competitiva desde el punto de vista del coste con las operaciones de baldosas existentes. Ademas, la composicion de cenizas volantes puede formar todos los constituyentes (sobre una base seca) de la mezcla usada para obtener el producto ceramico, o se puede anadir en menos proporciones a una mezcla ceramica. Una caractenstica de la composicion de cenizas volantes es que se puede proporcionar en un estado de polvo micronizado homogeneo que permite que se comporte consistentemente bajo la coccion, que es un elemento esencial de la fabricacion de productos ceramicos de consistentemente gran calidad. Ademas, la composicion de cenizas volantes no requiere contenidos elevados de agua para que sea eficaz para producir artfculos verdes que tengan una resistencia verde suficiente para ser movidos mediante un equipo de manipulacion industrial, los cuales son muy importantes en la fabricacion eficiente de los artfculos.

Una ventaja de este aspecto es que la composicion de cenizas volantes se puede suministrar como materia prima a una planta de fabricacion. Una vez en el sitio, el agua y posiblemente uno o mas componentes adicionales (por ejemplo un componente del agente plastificante u otro aditivo o aditivos) se anaden para formar la mezcla para el prensado y cocido, y opcionalmente el decorado.

Segun un segundo aspecto de acuerdo con la invencion, la descripcion proporciona un metodo para formar un artfculo conformado que tiene una matriz que contiene ceniza volante sinterizada, segun la reivindicacion 1. El contenido de agua en el artfculo verde es menor que 6%. El modulo de rotura del artfculo verde es mayor que 1,5 kg/cm2 El modulo de rotura, segun se cita a lo largo esta memoria descriptiva, del artfculo verde es una medida de la resistencia a la flexion del artfculo en su estado verde (es decir, antes de sinterizar el artfculo), y se calcula usando un ensayo de flexion mediante doblado de tres puntos.

La suficiente resistencia verde (es decir, que tiene un modulo de rotura igual o mayor que 1,5 kg/cm2) es importante al obtener los artfculos conformados en un entorno industrial, para permitir la manipulacion apropiada de los artfculos, por ejemplo mediante el equipo de manipulacion automatizado segun se requiera.

La cantidad de la composicion de cenizas volantes que se usa en la mezcla puede variar. Una caractenstica de la composicion de cenizas volantes es que puede constituir toda la mezcla (sobre una base seca), y se puede usar para fabricar productos ceramicos de gran calidad. La composicion se proporciona en forma de polvo, y se puede suministrar como materia prima a un molde sin requerir un procesamiento sustancial adicional (tal como el secado por pulverizacion o similar). Se puede anadir agua adicional para elevar el contenido de agua hasta un nivel deseado, y la mezcla resultante se puede prensar y cocer. En otra forma, la composicion de cenizas volantes puede constituir una proporcion mucho menor de la mezcla. En tal disposicion, la mezcla puede comprender arcillas minerales u otros componentes ceramicos conocidos en la tecnica para formar el grueso de la mezcla. En consecuencia, en una forma, la mezcla comprende de 70 a 98% en peso de la composicion de cenizas volantes por peso seco de la mezcla.

En otra forma, los componentes en la mezcla se pueden mezclar en una mezcladora granuladora antes de ser suministrados al molde, para asegurar la consistencia en la mezcla.

En una forma, la mezcla puede incluir uno o mas aditivos ceramicos adicionales (mas alla de aquellos que pueden formar ya parte de la composicion de las cenizas volantes) para refinar adicionalmente las propiedades del artfculo conformado. El uno o mas aditivos ceramicos se pueden seleccionar del grupo que comprende feldespato, sflice pura, talco, arcilla mineral de silicato, wollastonita, y otros aditivos ceramicos estandar.

En una forma, la mezcla comprende ademas otros aditivos. En una forma, la mezcla comprende ademas un superplastificante. En una forma, el superplastificante se anade con el agua a la mezcla.

En un tercer aspecto, no segun la invencion, la descripcion proporciona un metodo para formar un artfculo conformado que tiene una matriz que contiene ceniza volante sinterizada, comprendiendo el metodo las etapas de: proporcionar una mezcla que contiene ceniza volante, agua, y un agente plastificante, estando la mezcla en un estado flrnble en partfculas; prensar la mezcla para permitir que el agente plastificante una temporalmente la mezcla para formar un artfculo verde que tiene un modulo de rotura mayor que 1,5 kg/cm2; y cocer el artfculo verde para sinterizar la ceniza volante.

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A la mezcla de ceniza volante se aplica una presion mayor o igual a 200 kg/cm2

La mezcla segun los aspectos segundo o tercero no tienen sustancialmente resistencia verde antes del prensado. La mezcla esta en un estado en polvo generalmente en partfculas o micronizado, que tiene un tamano promedio de partfculas menor que 50 micrometros (50 micras) y un contenido de agua menor que 12% en peso. El agente plastificante y el agua solos pueden no estar en cantidades suficientes para proporcionar la plasticidad requerida a presion atmosferica, pero la mezcla en su forma casi seca se puede alimentar a un dispositivo de prensado para aplicar la presion requerida para conformar el artfculo. El aporte adicional (presion) es necesario para producir la plasticidad resultante para al menos unir juntas temporalmente las partfculas de cenizas volantes en la mezcla hasta tal punto que el artfculo prensado tiene un modulo de rotura de al menos 1,5 kg/cm2 y se puede manipular automaticamente mediante maquinas y se puede sinterizar en un equipo adecuado tal como un horno de rodillos. Tal disposicion es ventajosa ya que esta accion combinada de crear suficiente resistencia verde no requiere niveles relativamente elevados de agua y/o de agente plastificante para llevar a cabo el proceso de solidificacion y lograr el incremento en la resistencia verde en condiciones casi secas. De esta manera, el contenido de agua y/o de agente plastificante se puede mantener bajo. El problema con el uso de la ceniza volante con un contenido elevado de agua y agentes plastificantes, y u otros aglutinantes temporales, es que el proceso de curado/secado es un proceso que consume mucha energfa, que requiere alrededor de 10 a 16 horas, y tiene tendencia a niveles elevados de agrietamiento del artfculo conformado curado.

En un cuarto aspecto no segun la invencion, la presente descripcion proporciona un metodo para formar un artfculo conformado que tiene una matriz que contiene ceniza volante sinterizada, comprendiendo el metodo las etapas de: formar una mezcla que contiene ceniza volante, agua, y un agente plastificante; formar un artfculo verde en una forma deseada a partir de la mezcla, en el que, durante la formacion del artfculo verde, se aplica a la mezcla una presion mayor que 200 kg/cm2, teniendo el artfculo verde un contenido de agua menor que 10% en peso del peso total del artfculo verde; y cocer el artfculo verde para sinterizar la ceniza volante.

En una forma particular de los aspectos tercero o cuarto descritos anteriormente, el contenido de agua es igual o menor que 6%. En una forma particular, el contenido de agua es de 4 a 6%.

En una forma particular del aspecto segundo, tercero o cuarto, el artfculo conformado es relativamente delgado en comparacion con su superficie espedfica. Tales artfculos encuentran uso en edificios o construccion civil como baldosas o losas de pared o de suelo internas y externas. En una forma, el grosor del artfculo conformado es menor que 40 mm, y en una forma particular, es menor o igual a 20 mm, y puede llegar tan bajo como 3 mm de grosor.

En uso, la combinacion del prensado, del bajo contenido de agua y del agente plastificante proporciona la resistencia en el artfculo verde resultante. Se ha encontrado que tal combinacion puede proporcionar una resistencia verde sorprendentemente elevada que puede facilitar la fabricacion a escala comercial de los artfculos ya que permite la manipulacion automatica a escala industrial en un entorno de factona. En una forma particular, cuando el artfculo conformado tiene un grosor menor que 40 mm, el modulo de rotura del artfculo verde es mayor que 1,5 kg/cm2. Los artfculos verdes que tienen esta resistencia se pueden manipular, secar y decorar en una instalacion de produccion comercial.

En todavfa un quinto aspecto no segun la invencion, la descripcion proporciona un metodo para formar un artfculo verde conformado que contiene ceniza volante, teniendo el artfculo un grosor menor que 40 mm, comprendiendo el metodo la etapa de: formar el artfculo verde a partir de una mezcla que contiene ceniza volante, agua y un agente plastificante; prensar la mezcla de ceniza volante a una presion mayor que 200 kg/cm2, con lo que el artfculo verde tiene un contenido de agua menor que 12% en peso del peso total del artfculo verde, y el modulo de rotura del artfculo verde es mayor que 1,5 kg/cm2.

En todavfa un sexto aspecto no segun la invencion, la descripcion proporciona un metodo para formar un artfculo verde conformado que contiene ceniza volante, teniendo el artfculo un grosor menor que 40 mm, comprendiendo el metodo la etapa de: formar un artfculo verde en una forma deseada a partir de una mezcla que contiene ceniza volante, agua y agente plastificante, estando presentes el agua y el agente plastificante en una cantidad solamente suficiente para desarrollar la plasticidad requerida y actuar como un aglutinante temporal bajo presion; proporcionar resistencia en el artfculo verde prensando la mezcla a una presion mayor que 200 kg/cm2, con lo que el modulo de rotura resultante del artfculo verde es mayor que 1,5 kg/cm2.

En una forma particular del sexto aspecto, el artfculo verde tiene un contenido de agua menor que 12% en peso del peso total del artfculo verde, y en una forma particular, el contenido de agua es menor que 6% en peso. En una forma particular, el contenido de agua es de 4 a 6% en peso.

En cualquiera de los aspectos segundo, tercero, cuarto, quinto o sexto, la mezcla se prensa a una presion mayor que 200 kg/cm2. En una forma particular, la mezcla se prensa prensando uniaxialmente a una presion de 300 kg/cm2 a 400 kg/cm2. En una forma, la presion es mayor que 400 kg/cm2. Aunque el metodo se puede operar a estas mayores presiones, tfpicamente es mas caro aplicar las mayores presiones con un beneficio limitado, y en consecuencia se consideran preferidas las presiones menores que 450 kg/cm2. Una ventaja particular de uno cualquiera del aspecto segundo, tercero, cuarto, quinto o sexto es que el artfculo verde se proporciona con un

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contenido de humedad suficientemente bajo y una resistencia verde adecuada para permitir la coccion directa del artfculo sin requerir el curado separado del artfculo verde. Ademas, si se considera deseable hacerlo, el artfculo se puede calentar hasta 250°C a fin de preparar el artfculo verde para la decoracion, tardando este tratamiento termico tipicamente no mas de 10 a 15 minutos, lo que es un tiempo todavfa suficiente para permitir cierto secado del artfculo verde. Incluso permitiendo un calentamiento moderado de los artfculos verdes para decoracion, la energfa consumida y el equipo requerido son sustancialmente menores que los requeridos en tecnicas de procesamiento de cenizas volantes previos, o procedimientos de fabricacion de materiales ceramicos estandar que requieren procesos de curado/secado prolongados (del orden de 12-16 horas). Esto es un beneficio significativo en una instalacion comercial, ya que puede reducir significativamente los requisitos de energfa e infraestructuras que se necesitanan de otro modo si fuese necesario el curado/secado del artfculo verde.

Segun un septimo aspecto no segun la invencion, la descripcion proporciona un metodo para formar un artfculo conformado que tiene una matriz que contiene ceniza volante sinterizada, comprendiendo el metodo las etapas de formar un artfculo verde en una forma deseada a partir de una mezcla que contiene ceniza volante y que tiene un contenido de agua menor que 12% en peso del peso total de la mezcla; y cocer el artfculo verde que contiene sustancialmente el mismo contenido de agua presente como en la formacion de ese artfculo verde, para sinterizar la ceniza volante en la matriz del artfculo.

En una forma particular, el contenido de agua es menor que 8%, y en una forma particular, es menor que 6%. En una forma particular, el contenido de agua es de 4 a 6%.

En una forma de este septimo aspecto, el artfculo verde se cuece sin ningun curado sustancial del artfculo verde despues de que se forma.

Al conformar el artfculo, la mezcla que contiene la ceniza volante se puede alimentar en, para formarla en, moldes individuales. La mezcla se prensa entonces para unir la mezcla y formar artfculos conformados individuales en un estado verde, que entonces se decoran y se cuecen subsiguientemente. En una forma alternativa, la mezcla, que se une mediante el agente plastificante, se puede conformar tras prensarla para formar los artfculos verdes en su forma final. Por ejemplo, la mezcla se puede formar en un estado intermedio como una losa, que entonces se corta en unidades mas pequenas para formar los artfculos verdes para la coccion. La mezcla incorpora componentes (por ejemplo, ceniza volante, agente plastificante, arcilla mineral y/u opcionalmente aditivos ceramicos) como se describe en relacion con la composicion de cenizas volantes segun la reivindicacion 1, pero esos componentes se proporcionan separadamente a la mezcla. Por ejemplo, el agente plastificante proporcionado como parte de la mezcla se puede obtener a partir de un unico componente, o se puede obtener a partir de multiples componentes. Estos componentes se pueden premezclar o se pueden anadir separadamente a la mezcla al mismo tiempo o en diferentes tiempos o etapas del procedimiento. Sin embargo, para obtener un polvo mas homogeneo, se considera preferido combinar los agentes plastificantes y molerlos juntos. En consecuencia, en el contexto de la memoria descriptiva, la expresion “un agente plastificante” incluye dentro de su alcance estas alternativas diferentes, y no esta limitada a un solo componente.

Ademas, segun uno cualquiera de los aspectos segundo, tercero, cuarto, quinto, sexto o septimo de la invencion, la cantidad de la ceniza volante en la mezcla puede variar. Si se usa la composicion de cenizas volantes segun el primer aspecto de la invencion, entonces esa composicion de cenizas volantes puede constituir toda la mezcla (sobre una base seca). La composicion se proporciona en forma de polvo, y se puede suministrar directamente en esa forma a un molde. Se puede anadir agua adicional para llevar el contenido de agua hasta un nivel deseado, y la mezcla resultante se prensa y se cuece. En esta forma, la mezcla comprende mas de 70% en peso de ceniza volante, y tanto como 95% en peso de ceniza volante por peso seco de la mezcla. En otra forma, la mezcla comprende de 80 a 98% en peso de la composicion de cenizas volantes por peso seco de la mezcla.

En otra forma segun uno cualquiera de los aspectos segundo, tercero, cuarto, quinto, sexto o septimo, la mezcla incorpora componentes (por ejemplo ceniza volante, agente plastificante, arcilla mineral y/u opcionalmente aditivos ceramicos) como se describe con relacion a la composicion de cenizas volantes segun la reivindicacion 1, pero esos componentes se proporcionan separadamente a la mezcla. En esta ultima forma, los componentes se pueden proporcionar en cantidades que senan equivalentes a las composiciones de la mezcla descritas anteriormente cuando se utilizo la composicion de cenizas volantes. El mezclamiento de los diversos componentes se puede llevar a cabo en una mezcladora granuladora de alta velocidad.

En una forma, el artfculo conformado se forma como un material ceramico de gran calidad, y se puede usar como una baldosa de pared y de suelo interna o externa.

En una forma particular, el metodo de uno cualquiera de los aspectos segundo, tercero, cuarto, quinto, sexto o septimo comprende la etapa adicional de decorar el artfculo usando materiales y equipo decoradores de material ceramico antes de la coccion. En una forma, esta etapa de decoracion implica calentar el artfculo verde para permitir la aplicacion de un engobe u otro revestimiento decorativo al artfculo verde. El calentamiento del artfculo verde se realiza tipicamente en el intervalo de 150 a 250°C, y puede provocar una reduccion adicional en el contenido de agua del artfculo verde, y/o un incremento en la resistencia verde, lo que puede facilitar adicionalmente la manipulacion y la coccion del artfculo. La superficie del artfculo tambien se puede conformar con impresiones o

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patrones, segun se desee.

En una forma particular segun uno cualquiera de los aspectos segundo, tercero, cuarto, quinto, sexto o septimo, el artfculo verde se somete a un procedimiento de coccion por etapas para sinterizar la ceniza volante. En una primera fase, el artfculo verde se somete a coccion a una temperatura menor que 400°C, para permitir que la humedad escape del artfculo verde.

El procedimiento de coccion puede incluir una segunda fase en la que la temperatura se incrementa para permitir que el carbono liberado en las partfculas de cenizas volantes se prenda y se queme. En una forma, cuando la ceniza volante se muele hasta un tamano de partfculas menor que 50 micrometros (50 micras), el carbono es capaz de autoencenderse, proporcionando cierta energfa libre durante el proceso de sinterizado. Tfpicamente, el intervalo de temperatura esta en el orden de 500-950°, y mas preferiblemente en el intervalo de 650-850°. Si la ceniza volante tiene un bajo contenido de carbono (es decir, una LOI menor que 2%), esta fase de coccion se puede truncar o incluso omitir.

Para producir un producto ceramico de gran calidad, es preferible que todo el carbono se queme antes de incrementar la temperatura de coccion mas alla de 850°C-950°C. Si el carbono no se quema, el carbono que queda se quemara a una velocidad mucho mayor a estas mayores temperaturas, demandando oxfgeno que no esta disponible en el artfculo conformado, conduciendo a oxidacion y agrietamiento.

En una fase posterior del proceso de coccion, tiene lugar un proceso de sinterizacion del artfculo. Tfpicamente, la temperatura de coccion esta en el intervalo de 1000°C a 1200°C, y en una forma, de 1100 a 1220°C. En esta fase, el artfculo verde se sinteriza y se contrae tfpicamente alrededor de 6 a 10 por ciento.

En una fase posterior del proceso de coccion, tiene lugar un proceso de sinterizacion adicional del artfculo. Tfpicamente, la temperatura de coccion esta en el intervalo de 1150°C a 1250°C, y en una forma, de 1170 a 1235°C. En esta fase, algo del silicato de aluminio y otros aditivos ceramicos en la matriz alcanzan el punto de fusion y sustancialmente cierran o reducen los espacios vacfos entre las partfculas de cenizas volantes ya contrafdas, conduciendo a un ligero incremento en el tamano del artfculo ya contrafdo.

En la fase final, tiene lugar un proceso de enfriamiento del artfculo. Tfpicamente, el proceso de enfriamiento puede ser a una velocidad agresivamente elevada de hasta 200°C por minuto. Esto es un proceso significativamente mas rapido y de menor consumo de energfa en comparacion con el proceso de fabricacion de materiales ceramicos estandar. El enfriamiento agresivo es posible debido a que la ceniza volante sinterizada ya esta en una forma cristalizada, de manera que solamente se forman en el artfculo al enfriarlo rapidamente cristales adicionales limitados, si los hay. Puesto que la formacion rapida de cristales es la razon principal para el agrietamiento, la probabilidad de agrietamiento en el artfculo sinterizado se reduce enormemente.

EJEMPLOS

Ejemplo 1

Se realizaron ensayos para analizar las transformaciones microestructurales y de fases de baldosas de muestra comprimidas que contienen ceniza volante.

PREPARACION DE LA MUESTRA:

La ceniza volante se mezclo con silicato de aluminio y feldespato de sosa, en las siguientes proporciones (en peso seco):

Ceniza volante Silicato de aluminio Feldespato de sosa

80% en peso 10% en peso 10% en peso

El analisis qrnmico de las muestras se llevo a cabo usando tecnicas de fluorescencia de rayos X (XRF), y la especie qrnmica se representa en terminos de su oxido.

Ceniza volante

Compuesto: Materia prima (% en peso) Fraccion de tamano <150 micrometros (% en peso) Fraccion de tamano >150 micrometros (% en peso)

SiO2: 66,3 66,0 62,4

Al2O3: 23,66 23,78 27,1

Fe2O3: 4,98 5,02 5,03

K2O: 1,09 1,06 1,3

CaO: 1,09 1,08 1,05

TiO2: 0,99 0,99 1,04

MgO: 0,64 0,64 0,75

Na2O: 0,06 0,04 0,11

P2O5: 0,21 0,21 0,14

LOI: 0,5% 0,45% 1,77

Feldespato de sosa

Compuesto: % en peso

SiO2: 67,44

Al2O3: 18,96

Fe2O3: 0,23

K2O: 0,33

CaO: 0,31

MgO: 0,30

Na2O: 10,84

LOI: 0,62

Silicato de aluminio

Compuesto: % en peso

SiO2: 56,04

Al2O3: 26,51

Fe2O3: 1,06

K2O: 3,13

MgO: 0,97

TiO2: 1,47

Na2O: 0,50

LOI: 9,73

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La mezcla mezclada se tamizo entonces para eliminar partfculas mas grandes (>150 micrometros (>150 micras)). Esto se realizo puesto que se supuso que los carbones organicos estaban presentes en mayores proporciones en estos intervalos de tamanos.

Tras tamizar, la mezcla mezclada se molio en un molino de anillas. La composicion resultante tuvo el aspecto de un 10 polvo micronizado. Se anadio agua a la composicion molida, para mejorar la moldeabilidad. La mezcla se tamizo en

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un tamiz de 44 micrometros (malla 325), para evitar la aglomeracion. Las muestras se mezclaron entonces nuevamente a conciencia.

Se usaron 3 g de la muestra para preparar un sustrato para estudios de sinterizacion mediante compactacion en una matriz bajo una carga de 1,5 toneladas aplicada en una prensa hidraulica, que da una presion aplicada de 400 kg/cm2

Las estructuras compactadas se sometieron entonces al siguiente ciclo de sinterizacion en un horno de tubo horizontal:

a. 400°C - 3 min.

b. 850°C - 3 min.

c. 1100°C - 3 min.

d. 1250°C -5 min.

e. 1250°C -10 min.

SINTERIZACION DE BALDOSAS CERAMICAS:

Las dimensiones de las muestras se anotaron despues de cada etapa del ciclo de sinterizacion, y se calcularon las contracciones diametrales y volumetricas en base a las dimensiones originales del sustrato. Se observo que la contraccion diametral de las muestras era 10% tras la sinterizacion a 1250°C, mientras que se observo una contraccion menor que 2% a temperaturas de 1100°C e inferiores. El incremento en el tiempo de sinterizacion de 5 min. a 10 min. a 1250°C condujo a una contraccion adicional de 0,5% del material. Junto con la disminucion en el diametro, hubo una disminucion en el grosor de la muestra cuando se sinterizo a 1250°C, dando como resultado una contraccion volumetrica global de 25%.

Diametro inicial: 20,30 mm, grosor = 6,2 mm

S/N°: Temp Tiempo Diametro Grosor Contraccion diametral (%) Contraccion volumetrica (%)

1: 400°C 3 min 20,27 mm 6,20 mm 0,148 0,29

2: 850°C 3 min 20,22 mm 6,18 mm 0,396 1,10

3: 1100°C 3 min 20,10 mm 6,16 mm 0, 995 2,59

4: 1250°C 5 min 18,42 mm 5,78 mm 10,21 23,24

5: 1250°C 10 min 18,35 mm 5,72 mm 10,63 24,61

CAMBIOS MICROESTRUCTURALES EN LAS BALDOSAS DURANTE EL CICLO DE SINTERIZACION:

Tras las diferentes etapas del ciclo de sinterizacion, los sustratos se montaron en resina, y despues se seccionaron, y entonces se volvieron a montar en resina. Despues, se llevo a cabo un pulido a lo largo de varias etapas para obtener finalmente un acabado de la superficie de 1 micrometro (1 micra). Entonces, las muestras montadas se revistieron con carbono para observarlas usando un microscopio electronico de barrido. Las distribuciones elementales en los diferentes puntos en la microestructura se analizaron semicuantitativamente usando EDS (espectroscopfa de energfa dispersiva). En las Figs. 1 a 5 se muestran las imagenes de SEM. El analisis revelo lo siguiente:

• Las imagenes de SEM revelaron que las muestras calentadas a 400°C, 850°C y 1100°C parecieron similares en terminos de caractensticas microestructurales globales.

• Sin embargo, la muestra calentada a 850°C parecio tener una mayor porosidad que la muestra a 400°C. Esto podna ser debido a la perdida de carbonos organicos de los materiales a 700-800°C.

• Ademas, a estas temperaturas, se cree que se produce en la arcilla una inversion del cuarzo, lo que da como resultado una expansion ligera de las fases que contienen cuarzo, conduciendo a una mayor porosidad.

• La muestra calentada a 1100°C mostro la presencia de pequenas cantidades de fases vftreas en la microestructura, sugiriendo el inicio de la fusion de fases en el producto refractario.

• Las muestras calentadas a 1250°C durante diferentes tiempos mostraron la presencia de fases vftreas

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en la microestructura.

• La formacion de estas fases es debido a la fusion del feldespato de soda, y cierta porcion minoritaria de la arcilla. La formacion de estas fases ayudo a disminuir la porosidad global de la matriz ceramica debido a que las fases vftreas llenan los poros.

• Se observa un mayor grado de formacion de fase vftrea en la muestra calentada a 1250°C durante un tiempo mas prolongado (10 min.), segun se indica por el menor grado de porosidad en la matriz ceramica. Esto indica claramente que la sinterizacion de la fase lfquida es responsable de la mejora en la contraccion, y la resistencia de las baldosas que contienen cenizas volantes.

• Se observan fases de oxido de hierro como partfculas blancas en la matriz refractaria, y se observa que no se funden a estas temperaturas.

EJEMPLOS ADICIONALES

Se llevaron a cabo ejemplos adicionales usando diversos tipos de ceniza volante como se especifica mas abajo y otros constituyentes como se detalla en las Tablas 1 y 2.

La ceniza volante se tamizo previamente hasta 150 micrometros (malla 100) para eliminar las partfculas mas grandes. La ceniza volante tamizada previamente se mezclo entonces con los otros constituyentes, y la mezcla mezclada se molio. La composicion resultante tuvo el aspecto de un polvo micronizado. En algunos ensayos, la mezcla se tamizo en un tamiz de 44 micrometres (malla 325) para evitar la aglomeracion. Se anadio agua a la composicion molida, para mejorar la moldeabilidad, y se mezclo a conciencia. La mezcla se coloco entonces en moldes para el prensado y coccion.

Las muestras de ensayo se formaron a partir de 25 gramos de la mezcla, y se prensaron en discos de ensayo que tienen un diametro de 50,5 mm, que se cocieron subsiguientemente.

La composicion de la ceniza volante usada en los ensayos detallados en las Tablas 1 y 2 fue como sigue

Tipo de ceniza volante: Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO MgO LOI

YuHuan: 34,32% 52,59% 4,80% 3,49% 0,87% 0,89%

Hebi: 19,43% 56,37% 4,99% 4,39% 0,72% 3,59%

WangTang: 37,81% 49,50% 4,96% 3,72% 0,96% 1,51%

YuanPing: 33,94% 49,68% 4,72% 6,71% 1,48% 1,09%

WangTang: 37,81% 49,50% 4,96% 3,72% 0,96% 1,51%

En los ensayos realizados en la Tabla 1, se midieron las propiedades de contraccion y de absorcion de agua. La composicion de la mezcla y la carga de prensado, el contenido de agua, y las temperaturas de coccion se variaron como se detalla en la Tabla 1.

En cada uno de los ensayos identificados en la Tabla 1, el artfculo verde formado a partir del prensado y antes de la coccion tuvo una resistencia verde adecuada para ser manipulado; el artfculo verde se cocio sin curarlo.

En los ensayos realizados en la Tabla 2, se midio la resistencia del artfculo verde, y las propiedades de contraccion y de absorcion de agua del artfculo sinterizado. La composicion y preparacion de la mezcla, y la carga de prensado, se variaron como se detalla en la Tabla 1. El perfil de coccion fue consistente a lo largo de los ensayos, que implico un aumento escalonado de la temperatura a lo largo del tiempo de coccion, con una permanencia de tres minutos a la temperatura pico. Nuevamente, los artfculos verdes se cocieron sin que requiriesen el curado.

Numero del ensayo: Ceniza volante Arcilla blanca Talco Feldespato Otro Agua anadida Fuerza de prensado Temp. maxima de coccion Empapamiento a mitad del ciclo a 400 C en minutos Empapamiento a mitad del ciclo a 720 C en minutos Empapamiento a temp, maxima en minnutos Ciclo en minnutos Tipo de ceniza volante Contraccion % Absorcion de agua

1: 85% 4% 9% 0% 1% 5% 80MPA 1170 10 10 30 80 YuFluan 2,00% 0,00%

2: 90% 4% 4% 0% 1% 5% 80MPA 1170 10 10 30 80 YuFluan 4,00% 2,00%

3: 95% 3% 2% 0% 0% 4% 80MPA 1190 5 0 3 47 Hebi 6,00% 2,00%

4: 50% 0% 0% 0% 50% 5% 80MPA 1180 5 10 2 48 Hebi 10,00% 0,20%

5: 60% 40% 0% 0% 0% 11% 36MPA 1250 0 0 5 53 WangTang 10,00% 0,50%

6: 80% 20% 0% 0% 0% 8% 35MPA 1250 0 0 5 53 YuanPing 10,00% 1,00%

7: 90% 10% 0% 0% 0% 8% 35MPA 1245 0 0 5 53 YuanPing 10,00% 2,00%

8: 60% 20% 0% 20% 0% 11% 25MPA 1250 0 0 5 53 WangTang 12,00% 0,20%

9: 60% 10% 0% 30% 0% 11% 35MPA 1250 0 0 5 53 WangTang 14,00% 0,30%

Notas: Se estimo que el contenido de agua total en el prensado es del orden de 1 % mayor que el valor de agua anadida (para tener en cuenta el contenido de agua retenido en el agente plastificante) Ensayos 1 y 2 - “Otro” - superplastificante - Ensayo 4 - “Otro” - se mezclaron y molieron 60% de ceniza volante, 20% de arcilla blanca, 20% de feldespato, y se tamizaron hasta 37 micrometros (malla 400)

Muestra n°: Ceniza volante Tipo de ceniza volante Arcilla blanca Bentonita Tamiz Presion Temperatura ajustada Permanencia a la temp max Tiempo de calentamiento total Contenido de agua Contraccion Estimacion de absorcion de agua Perdida de peso en la coccion Resistencia verde

10: 70 Heibi 30 0 44 micrometros (malla 325) 20 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 12,7% 0,22% 12% paso2

11: 70 Heibi 10 20 44 micrometros (malla 325) 20 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 9,1% 0,20% 16% paso2

12: 75 Heibi 25 0 44 micrometros (malla 325) 20 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 12,7% 0,28% 16% paso2

13: 75 Heibi 10 15 44 micrometros (malla 325) 20 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 10,1% 0,30% 12% paso2

14: 85 Heibi 15 0 44 micrometros (malla 325) 20 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 12,1% 0,55% 16% paso2

15: 85 Heibi 10 5 44 micrometros (malla 325) 20 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 13,3% 0,60% 12% paso2

16: 70 Heibi 30 0 44 micrometros (malla 325) 40 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 10,1% 0,15% 16% paso2

17: 70 Heibi 10 20 44 micrometros (malla 325) 40 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 7,1% 0,18% 16% paso2

18: 75 Heibi 25 0 44 micrometros (malla 325) 40 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 10,1% 0,25% 16% paso2

19: 75 Heibi 10 15 44 micrometros (malla 325) 40 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 7,9% 0,20% 16% paso2

Muestra n°: Ceniza volante Tipo de ceniza volante Arcilla blanca Bentonita Tamiz Presion Temperatura ajustada Permanencia a la temp max Tiempo de calentamiento total Contenido de agua Contraccion Estimation de absorcion de agua Perdida de peso en la coccion Resistencia verde

20: 85 Heibi 15 0 44 micro metros (malla 325) 40 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 11,3% 0,50% 16% paso2

21: 85 Heibi 10 5 44 micrometros (malla 325) 40 Mpa 1210 3 min 3 h 8% 10,7% 0,50% 16% paso2

22: 70 Heibi 30 0 sin malla1 20 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 8,7% 1% 16% paso2

23: 70 Heibi 10 20 sin malla1 20 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 7,1% 1,20% 16% paso2

24: 75 Heibi 25 0 sin malla1 20 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 8,5% 1,80% 8% paso2

25: 75 Heibi 10 15 sin malla1 20 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 8,9% 1% 12% paso2

26: 85 Heibi 15 0 sin malla1 20 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 9,1% 2,20% 8% paso2

27: 85 Heibi 10 5 sin malla1 20 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 8,9% 4% 12% paso2

28: 70 Heibi 30 0 sin malla1 40 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 7,1% 2,50% 8% paso2

29: 70 Heibi 10 20 sin malla1 40 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 4,6% 0,90% 16% paso2

30: 75 Heibi 25 0 sin malla1 40 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 7,5% 1,30% 8% paso2

31: 75 Heibi 10 15 sin malla1 40 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 5,7% 0,80% 16% paso2

32: 85 Heibi 15 0 sin malla1 40 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 8,2% 3% 12% paso2

33: 85 Heibi 10 5 sin malla1 40 Mpa 1230 3 min 3 h 8% 7,9% 4% 12% paso2

Notas: 1) “Sin malla” significa que no se aplico al polvo ninguna malla particular. 2) Las particulas “sin malla” estan en el intervalo de 2630-58 micrometros (malla 8-250) de tamano 3) Pasar la resistencia verde significa alrededor de 1,8 kg/cm2

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El artfculo conformado producido muestra una resistencia elevada y una baja porosidad. Ademas, los artfculos, y en particular las baldosas, obtenidos mediante este procedimiento se pueden fabricar en cantidades comerciales, con al menos 35% de menos aporte energetico, y son competitivos desde el punto de vista del coste con los productos de baldosas existentes. Las baldosas son capaces de ser formadas, teniendo una resistencia verde adecuada para permitir la manipulacion mediante un equipo automatizado, se pueden cocer sin requerir un curado significativo, y se pueden enfriar de forma agresiva. Ademas, controlando la combinacion de contenido de agua, la cantidad y tipo de agentes plastificantes, el tamano de partfculas del proceso de molienda, la presion aplicada, y la curva de coccion/enfriamiento, las propiedades tecnicas del artfculo sinterizado se pueden ajustar para dar servicio a la demanda tecnica particular de la aplicacion del producto final.

Con respecto al uso de sustancialmente cualesquiera terminos plurales y/o singulares en esta memoria, aquellos de pericia en la tecnica pueden traducir desde el plural al singular y/o desde el singular al plural segun sea apropiado al contexto y/o a la aplicacion. Las diversas permutaciones de singular/plural se pueden exponer expresamente aqrn en aras de la claridad.

Aquellos dentro de la tecnica entenderan que, en general, los terminos usados aqrn, y especialmente en las reivindicaciones anejas, pretenden ser generalmente terminos “abiertos” (por ejemplo, la expresion “que incluye” debena interpretarse como “que incluye, pero sin limitarse a”, la expresion “que tiene” debena interpretarse como “que tiene al menos”, la expresion “incluye” debena interpretarse como “incluye, pero no se limita a”, etc.). Ademas, excepto donde el contexto lo requiera de otro modo debido a lenguaje expreso o a la implicacion necesaria, la palabra “comprender”, o variaciones tales como “comprende” o “que comprende”, se usa en un sentido inclusivo, es decir, para especificar la presencia de las caractensticas senaladas, pero no excluye la presencia o la adicion de otras caractensticas en diversas realizaciones de la invencion. Se entendera ademas por aquellos en la tecnica que si se pretende un numero espedfico de una cita de reivindicacion introducida, tal pretencion se citara explfcitamente en la reivindicacion, y en ausencia de tal cita, tal pretencion no esta presente. Por ejemplo, como ayuda para la comprension, las siguientes reivindicaciones anejas pueden contener el uso de las frases introductorias “al menos un” y “uno o mas” para introducir citas de reivindicaciones. Sin embargo, el uso de tales frases no se debe interpretar que implica que la introduccion de una cita de reivindicacion por los artfculos indefinidos “un” o “una” limita cualquier reivindicacion particular que contiene tal cita de reivindicacion introducida a realizaciones que contienen solamente una de tales citas, incluso cuando la misma reivindicacion incluye las frases introductorias “uno o mas” o “al menos uno” y artfculos indefinidos tales como “un” o “una” (por ejemplo, “un” y/o “una” se deben interpretar que significan “al menos uno” o “uno o mas”); lo mismo es cierto para el uso de artfculos definidos usados para introducir citas de reivindicaciones. Ademas, incluso si un numero espedfico de una cita de reivindicacion introducida se cita explfcitamente, los expertos en la tecnica reconoceran que tal cita debena interpretarse como que significa al menos el numero citado (por ejemplo, la sola citacion de “dos citas”, sin otros modificadores, significa al menos dos citas, o dos o mas citas). Ademas, en esos casos en los que se usa una convencion analoga a “al menos uno de A, B, y C, etc.”, en general tal construccion esta destinada en el sentido de que alguien que tiene pericia en la tecnica comprendena la convencion (por ejemplo, “un sistema que tiene al menos uno de A, B, y C” incluina, pero no se limita a, sistemas que tienen A solo, B solo, C solo, A y B juntos, A y C juntos, B y C juntos, y/o A, B, y C juntos, etc.). En esos casos en los que se usa una convencion analoga a “al menos uno de A, B, o C, etc.”, en general tal construccion pretende en el sentido de alguien que tenga pericia en la tecnica que se entienda la convencion (por ejemplo, “un sistema que tiene al menos uno de A, B, o C” incluina, pero no se limita a, sistemas que tienen A solo, B solo, C solo, A y B juntos, A y C juntos, B y C juntos, y/o A, B, y C juntos, etc.). Se entendera ademas por aquellos en la tecnica que virtualmente cualquier palabra disyuntiva y/o frase que presente dos o mas terminos alternativos, ya sea en la descripcion, reivindicaciones, o dibujos, se debena entender que contempla las posibilidades de incluir uno de los terminos, cualquiera de los terminos, o ambos terminos. Por ejemplo, la frase “A o B” se entendera que incluye las posibilidades de “A” o “B” o “A y B”.

Como entendera un experto en la tecnica, para cualquiera y todos los fines, tal como los terminos de proporcionar una descripcion escrita, todos los intervalos descritos aqrn tambien engloban cualquiera y todos los posibles subintervalos y combinaciones de subintervalos de los mismos. Como tambien entendera un experto en la tecnica, todo lenguaje tal como “hasta”, “al menos”, y similar, incluye el numero citado, y se refiere a intervalos que se pueden romper subsiguientemente en subintervalos como se explica anteriormente. Finalmente, como entendera alguien experto en la tecnica, un intervalo incluye cualquier miembro individual. De este modo, por ejemplo, un grupo que tiene 1-3 celulas se refiere a grupos que tienen 1, 2, o 3 celulas. De forma similar, un grupo que tiene 1-5 celulas se refiere a grupos que tienen 1, 2, 3, 4, o 5 celulas, etc.

La presente descripcion no se limita en terminos de las realizaciones particulares descritas en esta solicitud, que estan destinadas a ser ilustrativas de diversos aspectos. Se pueden realizar muchas modificaciones y variaciones sin separarse del esprntu y alcance, como sera manifiesto para los expertos en la tecnica. Los metodos y aparatos funcionalmente equivalentes dentro del alcance de la descripcion, ademas de los enumerados aqrn, seran manifiestos para los expertos en la tecnica a partir de las descripciones anteriores. Tales modificaciones y variaciones pretenden caer dentro del alcance de las reivindicaciones anejas. La presente descripcion estara limitada solamente por los terminos de las reivindicaciones anejas, junto con el alcance completo de equivalentes a los que tales reivindicaciones dan derecho. Se ha de entender que esta descripcion no esta limitada a metodos particulares, los cuales pueden variar, por supuesto. Tambien se ha de entender que la terminologfa usada aqrn es con el fin de describir realizaciones particulares solamente, y no pretende ser limitante.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para formar un artfculo conformado que tiene una matriz que contiene ceniza volante sinterizada, comprendiendo el metodo las etapas de:

proporcionar en un molde una mezcla que contiene una composicion de cenizas volantes que comprende ceniza volante y un agente plastificante, estando la composicion en forma de polvo, que tiene un tamano promedio de partfculas menor que 50 |im (50 micrometros), y

en el que la composicion de cenizas volantes incluye mas de 70% de ceniza volante por peso seco de la composicion, y en la que el agente plastificante es capaz de unir juntas las partfculas de cenizas volantes en la composicion de cenizas volantes al prensar la composicion de cenizas volantes;

prensar la mezcla de cenizas volantes en partfculas mediante prensado uniaxial a una presion mayor que 200 kg/cm2, opcionalmente prensando la mezcla a una presion de 300 kg/cm2 a 450 kg/cm2, en el molde para unir temporalmente la mezcla para formar un artfculo verde conformado por el molde, en el que el contenido de agua en el artfculo verde es menor que 6% en peso del peso total del artfculo verde, y en el que el modulo de rotura del artfculo verde es mayor que 1,5 kg/cm2 para permitir la manipulacion del artfculo verde mediante equipo de manipulacion; y

cocer el artfculo verde para sinterizar la ceniza volante;

en el que la mezcla no tiene sustancialmente resistencia verde antes del prensado de la mezcla.
2. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que en la composicion de cenizas volantes, el agente plastificante se reviste al menos parcialmente sobre las partfculas de cenizas volantes.
3. Un metodo segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la composicion de cenizas volantes incluye de 70 a 95% de ceniza volante por peso seco de la composicion.
4. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que el agente plastificante comprende silicato de aluminio, opcionalmente una arcilla mineral de silicato, con propiedades reologicas sustanciales, y opcionalmente la composicion incluye de 5 a 30% de agente plastificante por peso seco de la composicion.
5. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que el contenido de agua en la composicion de cenizas volantes es menor que 3% en peso, opcionalmente menor que 1% en peso, del peso total de la composicion.
6. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que la composicion comprende ademas uno o mas aditivos ceramicos en una cantidad total de 5 a 15% del peso seco de la composicion, seleccionandose opcionalmente el aditivo ceramico del grupo que comprende feldespato, sflice pura, y talco.
7. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que la mezcla contiene agua adicional ademas de la contenida en la composicion de cenizas volantes.
8. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que la mezcla comprende de 80 a 98% en peso de la composicion de cenizas volantes por peso seco de la mezcla.
9. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que el grosor del artfculo conformado es menor que 40 mm, opcionalmente el grosor del artfculo conformado es menor o igual a 20 mm, pero mayor que 3 mm.
10. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, que comprende ademas las etapas de cocer el artfculo verde que contiene sustancialmente el mismo contenido de agua presente en el momento de formar ese artfculo verde.
11. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que el agente plastificante incluye un superplastificante.
12. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que el artfculo verde se cuece sin ningun curado sustancial del artfculo verde.
13. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que la coccion del artfculo incluye opcionalmente una fase de sinterizacion de las cenizas volantes, en la que la ceniza volante en la matriz del artfculo se sinteriza a una temperatura de 1000°C a 1300°C y entonces el artfculo se enfna a una velocidad mayor o igual a 200°C/minuto tras la coccion.
14. Un metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que la mezcla que contiene la composicion de cenizas volantes comprende ademas un superplastificante.