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Materias primas para la industria cerámica: beneficio y procesamiento.

Mariano Vélez, Amoldo Cedeño, Carlos González; VENCERAMICA, Apdo. 57 Zona 2121-A. La Victoria, Edo. Aragua.

RESUMENSe consideran las características y propiedades de ciertas materias primas minerales básicas a la industria cerámica con énfasis en las arcillas, caolines y feldespatosnacionales. El carácter de los productos elaborados con arcillas varia. con la naturaleza de ella y con los contaminantes orgánicos o inorgánicos que contenga. Sepresenta un resumen del trabajo realizado recientemente para sustituir materia prima importada tomando en cuenta la composición química, mineralogía,distribución del tamaño de las partículas, costos y lISO de defloculantes especiales y aditivos que puedan utilizarse en diferentes procesos cerámicos.

INTRODUCCION

En este trabajo se consideran las diferentes materias primasdisponibles en la industria cerámica y su beneficio para el usoen pastas cerámicas. La información presentada es el esfuerzoen sustituir totalmente o en gran parte, las materias primasimportadas. Nuestro principal interés ha sido la sustituciónde arcillas plásticas y caolines, así como el uSOde aditivos ynuevos deflocu1antes.Los principales minerales considerados aquí son feldespatosódicó, arcillas blancas (después de la quema) y caolines. Setienen ubicados industrialmente algunos depósitos, pero laexplotación muchas veces es dificil debido a la no homogenei-dad de las minas y la falta de recursos de transporte y equipode excavación y mineria.Debido a los problemas económicos actuales tenemos un plande sustitución de materias primas ímportadas, con metas de90-95% materias primas nacionales. En la industria desanitarios algunas materias primas simplemente no puedenser sustituidas por el momento:' Silicato de Zirconio, algunospigmentos inorgánioosy algunos caolinesyarcíllas especiales.Existen indicios de arenas de Zirconio en el Distrito Cedeñodel Estado Bolívar pero la información no pasa de ser un datogeológico. La industria de pigmento s ha crecido considera-blemente en Venezuela y la sustitución actual de pigmentosllega a 90%. El caso de las arcillas y caolines es un pocodiferente para las industrias sanitarias ya que es muy impor-tante poder controlar lareología de las suspensiones cerámicas.Existen bastante buenas arcillas blancas y plásticas en el paíspero se requiere una homogeneización fisica antes de enviar-las a las plantas. Este proceso es bastante caro y es dificilconseguirlo. El caso de los caolines es algo diferente. Lasimpurezas férreas de hasta 3 - 4 % no afectan el producto(afecta el color de la pasta después de la quema, pero el colorfinal de las piezas puede controlarse con pigmentos y/oopacificantes). Sin embargo es dificil controlar el comporta-miento reológico de los minerales y el costo de la operaciónpara ponerlos en Planta: costo en explotación, beneficio ytransporte.

1.- FELDESPATOS

Industrialmente, sólo se conocenfeldespatos sódicos (albita) enVenezuela, representados por las arenas de Tinaco y SanAntonio - Mataira del Estado Cojedes y el gneis deBarinitas -Campo Elías - Booonó de los Estados Mérida y Tiujillo.Actualmente se tienen indicaciones de feldespatos potásicos enel Distrito Cedeño del Estado Bolívar y en el Territorio delAmazonas. Sin embargo, aún cuando su potencial sea consi-derable, su explotación es bastante dificil.En la Tabla 1 se resume el análisis químico del feldespatopotásico. Este feldespato consta de sobre 73% albita con cercade 22% cuarzo. Su procesamiento sigue una trituración ymolienda amalla 200, utilizándose imanes para descontaminarlode impurezas férricas. Este proceso es diferente del empleadopara arenas feldespáticas del Tinaco, donde se utiliza unamolienda en húmedo yuna limpieza por flotación para eliminar

FELDESPA SILICE SILICELA(ALBITA) MONAGAS GUACHARACA

Al203 12.60 0.22 1.27

Si02 76.00 99.20 97.31

Fe203 0.05 0.l6 0.08

CaO 0.03 ---- 0.10

MgO ----- ---- 0.02

Na20 10.68 0.38 0.12

K20 0.28 ......- 0.06

Ti02 ----- 0.04 ----

PPI 0.60 0.10 0.90(l000°C)TABLA 1

ANALISIS Qf.jIMICO DE FELDESPATO SOLIDO (REGlONBARINITA$) yARENAS SIL1CEAS NACIONALES

Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales. VoL 10 Nos. 1 & 2 (1990) 75

contaminantes.En la TablaI también se presentan los análisis químicos de dosarenas nacionales: Sílice Monagas y una Sílice del EstadoBarinas. Ambas tienen un porcentaje de cuarzo sobre 97%,sin embargo la arena del Estado Barinas tiene algo de materialcaolinítico (hasta 5% en algunos casos). En la Figura 1 sepresenta la distribución de tamaños de las partículas de estosminerales luego de la molienda.

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Figura 1:Distribución del tamaño de las partículas para FeldespatoSádico (Región Barinitas) y arena stlicea de Monagas

2.- ARCILLAS

Se consiguen arcillas blancas principalmente en el EstadoLara en las regiones de Quíbor - Sanare - Curarigua y Bobare- Carorita -El Callao; arcillas caoliníticasen elEstado Bolívaren la región de Ciudad Bolívar -Puerto Ordaz y en los Estados

ARCILLAARCILLA ARCILLA ARCILLA ARCILLAANDREA,ARBACO ~UPREMJ VILLA ( !uAYANIT

BLANCA

Al203 20.80 16.93 19.03 19.48 31.42

Si02 69.00 71.93 72.48 6.50 52.38

Fe203 1.51 0.42 0.86 1.63 0.82

CaO 0.30 T'RAZA5 0.31 0.20 IrRAZM

MgO 0.29 0.)8 0.18 0.80 0.03

Na20 0,75 0.53 0.38 0.74 0.53

K20 1.35 3.47 1.14 2.20' 0.69

Ti02 0.94 1.18 0.94 1.21 2.56

PPI 7.00 6.27 5.20 6.54 11.56lOOO°C)

,- TABlAll "COMPOSICION QUIMICA DE ALGUNAS ARCILLAS ESTADO

!ARA Y UNA ARCILLA DEWS ANDES

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Figura 2 (a): Análisis Térmico Diferencial de las arcillas Andrea Blancay Villa Rosa de la zona de Quibor: Sanare.

Táchira y Barinas en la región de Abejades - Santa María delCaparo.En la Tabla II se presenta la composición química de algunasarcillas importantes del Estado Lara (Barbacoa, Suprema,Villa Rosa) y una arcilla caolinítica de la región de Los Andes.Las arcillas Suprema, Villa Rosa y Andrea Blanca (la cual yano está en explotación) son de la región de Quíbor - Sanare.Estas arcillas son de composición y comportamiento muyparecidos, como lo demuestra la Figura 2, donde se presenta elanálisis térmico de ambas arcillas. Su composición mineraló-

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Figura 2 (b): Análisis Termo-Gravimético de las arcillas Andrea Blancay Villa Rosa de la zona de Quibor - Sanare.

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gica aproximada es Ilita y Mica (16%), Pirofilita (40%),Caolinita (16%) y el resto es cuarzo con algo de materiaorgánica (1 %). En algunos casos se observa contaminaciónférrea y algo de sultatos (hasta 1000 ppm). Son mineralessuaves los cuales se integran en suspensión vía dispersión poragitación, utilizándose Silicato de Sodio como defloculante.La arcilla Barbacoa es un mineral duro que requiere moliendavía húmeda para lograr su integración en una dispersión conSilicato de Sodio. Sin embargo, al final tiene bastanteplasticidad y su potencial es enorme.En la Figura :3 se presenta la distribución del tamaño de laspartícula s de estas arcillas luego de su beneficio vía húmeday tamizado por malla 80. En la Figura 4 se presentan lascurva" de detloculación de estas arcillas integradas en unapasta cerámica y se observa un comportamiento reológicosimilar para las arcillas Suprema y Barbacoa.Las arcillas caolinítlcas de laregión de Los Andes son bastantedura" y requieren generalmente una trituración (hasta 1 - 2 cmpromedio) previa a una dispersión vía molienda en húmeda.Esta." arcillas tienen un contenido alto de alúmina (sobre 30%)pero tienen una cantidad apreciable de Ti02 y Fe.O¿ Seconsiguen suspensiones cerámicas bastante estables y d6,buenas propiedades geológicas para la industria de sanitarios.Las arcillrl." caoliníticas del Estado Bolívar (Ciudad Bolívar - I

Puerto Ordaz) tienen un alto contenido de cuarzo, el cualpuede ser fácilmente eliminado. Sin embargo presentaninconvenientes en fórmulas ya establecidas (i.e, fórmulastradicionales) ya que presentan un alto encogimiento despuésde la quema.Hemos investigado también otras arcilla" en la región de Lara,provenientes de la zona de Curarigua. Estas arcillas tienenbastante plasticidad, semejando un ball-clay, pero con conte-nidos al tos de sul fatos.lo cual impide o dificulta la dcfloculación,En estos casos hemos estudiado el uso de resinasintercambiadoras de iones [1,2), así como el uso de otrosdetloculantes (fosfatos, poliacrilatos) y aditivos especialespara controlar la reología de barbotinas para la industria desanitarios [3).En la Figura 5 se presenta la variación de la viscosidad de unasuspensión de arcilla Villa Rosa (p.e. 1,675) en función del

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Figura 3: Distrburion del tamaño de las paniculas d« anillas delEstado Lara.

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Figura 4: Curvas de defloculacián de pastas cerámica. (25% feldespato, 25%sí/ice, 50% arcilla) en funci/m del tipo de arcilla: Peso Especificoe lBl S

/

tipo de defloculante. Se observa una viscosidad más baja conpoliacrilato, pero su uso está restringido por el precio ya que esun producto de importación. En la Figura 6 se presenta el efectode una arcilla caolínítíca y de un caolín de Guayana en una pastacerámica (25% feldespato, 25% sílice, 50% caolín), Se observaun mejor comportamiento reológico con la arcilla caolinítica,aunque requiere una mayor adición de detloculante.En la Figura 7 se presenta la variación de la viscosidad de unaarcilla plástica dé la región de Sanare. Esta arcilla es de difícildefloculación debido asu alto contenido de sulfatos (sobre 2000ppm). Hemos utilizado resina'! nafténicas como defloculantesy se observa que el comportamiento reológico es similar al usocon defloculantes tradicionales [4).

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ARCILLA VILLA RJ9A"'300

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Figura S: Yuriacion de la viscosidad enfunrián del defloculante para laarcilla Villa Rosa. malla RO.peso especljico 1,675

Revista Latinoamericana deMetalurgia y Materiales. Vol. 10Nos. 1 & 2 (/99(}) 77

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Figura 6: Efecto de una arcilla caolinittca en una pasta cerámica y sucomparación con un caolín de Guayana (25%feldespato. 25% sílice.

5()% arcilla caolinuica; Peso Especifico= 1.815).

3.- CAOLINES

Los yacimientos comerciales importantes de caolín se en-cuentran en la zona del Km.88 - LaEscalera, en el área deUpata, en la zona de Angelitos - El Carmen y en la región deMaripa, todos ubicadosen elfistado Bolívar Lacomposiciónmineralógica es principalmente caolinita (94% - 96% paraChina Clay Guayana). En la Tabla III se presenta la compo-sición química de diferentes caolines nacionales y se comparancon un caolín típico de Georgia (U.SA) y uno de la regiónNoreste de Brasil. Se observa que químicamente son muy

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Figura 7: Variación de la viscosidad de una suspensión de arcillaGeronimo en funcion del defloculante. Pese Especifico= 1.583.

parecidos, pero su comportamiento rcológico es bastante dife-rente. Creemos se deba a contaminaciones mineralógieas(presencia de gibsita) o a la presencia de cristales no bienformados que impiden 1ma buena defloculación 15] En laFigura 8 se presenta la distribución del tamaño de las partículaspara diferentes caolines nacionales. Se observa que el mineralprocesado de China Clay Guayana (vía seca) es bastante fino.El uso de defloculantes especiales no ha ayudado a controlar lareología de suspensiones con este mineraL

CAOUN REGlON AOUN F.~T ADO D CHINA CLAY~AOLIN PJ:F]..10NTf

, ORESTE DE BRAS . GEORGIA liSA GIiAYANA

AI203 37 - 38 38.80 37.70 37.00

Si02 46 - 47 45.12 46.10 450(J

Fe203 0.70 0.36 0.77 4.20

CaO 0.20 0.22 0.004 0.04

MgO 0.20 0.05 0.11 0.04

Na20 0.20 0.10 0.07 ----

K20 020 020 0.04 0.12

Ti02 0.50 0.45 1.42 0.35

PPI 13.80 u.so 1422 13.10

TABL411lCOAIPOSICION (jUIMIC:4 DE DEL EW;WO HOUl AR EN COA1PARA-ClON CQN UN CAOLIN TIPICO DE GEORGL4 (USA) r UN CAOLIN DE

fA RTi'GfON N()RF.~r:;n·fJEBRASrr

CONCLUSIONES

El beneficio de las materias primas mencionadas es tradicionaly ya conocido. Sin embargo, es necesario optimizar ciertosparámetros para lograr una mejor integración en productos conmateria prima nacional. El uso de poliacrilatos en la industriasanitaria permiten grandes beneficios ya que facilitan ladefloculación de suspensiones cerámicas y producen unasuspensión más estable durante el tiempo de aplicación Laspruebas de laboratorio indican que se facilita la absorción ymoldcabilidad de pasta y piezas con menos grietas

El uso de fluidificantcs es bastante limi tado ya que no se puedecontrolar lareología depastas cerámicas en función del tiempo:sin embargo, son interesantes en la defloculación de arcillas

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~t lf:' 1 t'.~DlAME9RQ E5FE~¡CO EQUlVRLENTE (MlCRONES)Figura 8: Distribución del tamaño de las parüculas de caolines nacionales.

con altos' niveles de sulfatos y otros contaminantes. Suprincipal uso posiblemente queda para la producción depiezas prensadas y piezas extruídas, donde permiten unamayor plasticidad con un menor contenido de agua y/oaditivos como Bentonita. Las resinas usada') fueron sales deFonnaldehído Naftaleno Sulfonado, sin embargo existenotras resinas sintéticas que también pueden utilizarse.

El tratamiento con resinas de intercambio aniónico no fuesatisfactorio para su posible aplicación con arcillas de altosniveles de sulfatos y cloruros, siendo el método alternativolavado y tiltroprensado para eliminar sales solubles. Losproblemas encontrados fueron la necesidad de preparar sus-pensiones de bajo contenido de sólidos, la absorción departículas finas y orgánicas (lo cual imposibilita ladefloculación) y la dificultad de regenerar las resinas. Elproceso, sin embargo, parece interesante para eliminar clorurosen caolines contaminados [6].

REFERENCIAS

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