lifeceram. residuo cero en la fabricación de baldosas cerámicas

LIFECERAM. RESIDUO CERO EN LA
FABRICACIÓN DE BALDOSAS CERÁMICAS
Quereda Vázquez, Mª Francisca(1); García-Ten, Francisco Javier(1); Ros
Dosdá, T(1); Gil Albalat, Carlos(2); Chumillas Villalba, David(3); Zaera,
Victoria(4); Segura Mestre, Mª Carmen(5).
(1)
Instituto de Tecnología Cerámica (ITC). Asociación de Investigación de las
Industrias Cerámicas (AICE). Universitat Jaume I. Castellón. España.
(2)
(3)
(4)
Keros Cerámica S.A., Nules. Castellón. España.
Chumillas & Tarongi, S.L., Villarreal. Castellón. España.
Asociación Española de Fabricantes de Azulejos y Pavimentos Cerámicos.
Castellón. España.
(5)
Vernís, S.A., Onda. Castellón. España.
1.
RESUMEN
La fabricación de baldosas cerámicas en la UE genera residuos en diferentes
etapas del proceso de producción. La cantidad total estimada de residuos es de casi
1,5 millones de toneladas al año. Un porcentaje significativo de éstos no puede ser
reciclado en los propios productos cerámicos y en los procesos actuales debido al
cambio en el comportamiento de las composiciones de cerámica durante el proceso de
fabricación y a las propiedades finales de la baldosa. Como resultado, una cantidad
importante de residuos se destina a vertederos o se utiliza como material de relleno
que proporciona un valor añadido muy bajo. El principal objetivo del proyecto
LIFECERAM es alcanzar la situación de residuo cero en la fabricación de baldosas
cerámicas. Para ello, se han planteado dos objetivos principales. El primero es el
desarrollo de un nuevo tipo de baldosas cerámica para uso en exteriores
(pavimentación urbana) en el que se pueda incorporar un elevado contenido de
residuos cerámicos. El segundo objetivo es el diseño de un proceso de preparación del
soporte altamente sostenible, basado en tecnologías de molienda en seco y
granulación, capaz de reciclar todo tipo de residuos cerámicos.
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En este trabajo se muestran los resultados de la caracterización de los residuos
cerámicos, desde un punto de vista físico-químico y de comportamiento en el proceso
cerámico. A continuación se muestran los resultados del estudio de formulación de
composiciones para el soporte del pavimento urbano, basado en los resultados de la
caracterización de estos residuos. Las composiciones, compuestas en su totalidad por
residuos, se han caracterizado tanto desde el punto de vista técnico como
medioambiental. Paralelamente se han evaluado diferentes sistemas de molienda en
seco y de granulación, para seleccionar los más adecuados en la preparación del polvo
de prensas del soporte del pavimento urbano.
2.
INTRODUCCIÓN
La fabricación de baldosas cerámicas en la UE genera residuos en diferentes
etapas del proceso de producción [1]. En la Figura 1 se muestran los residuos
generados y un esquema del proceso con los puntos en los que se genera cada
residuo (los residuos de fritas y los lodos de pulido se generan en las plantas de
fabricación de fritas y de pulido respectivamente).
Materias
Raw mateprimas
rials
Molienda
Milling
Atomización
s pray drying
Pre s s ing
Prensado
Glaze
paratio n
Prep.pre
Esmalte
Drying
Secado
Tiesto
Green crudo
scraps
Glazing
Esmaltado
Lodos
desludge
esmalte
Glaze
Greencrudo
scraps
Tiesto
Firing
Cocción
Baldosa
Tile
Tiesto
cocido
Fired scraps
Polvofrom
filtros
Dust
the
Kiln
filters
de hornos
Residuos de fritas
Lodos de pulido
Figura 1. Esquema del proceso de fabricación de baldosas y puntos en los que se generan los
residuos.
Teniendo en cuenta la producción de baldosas cerámicas en la UE + Turquía
(1800 MM m2 en 2014 [2]), se estima que la generación de los residuos previamente
mencionados asciende a 1,4 millones de toneladas (expresadas en base seca)
anuales, lo cual representa aproximadamente un 5% del consumo de materias
primas. En la Figura 2 se muestra una estimación de los porcentajes de cada tipo de
residuo respecto al total [3].
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Residuos de fritas
2%
Lodos de esmalte
Residuo de los
4%
filtros de hornos
Lodos de pulido
0,2%
8%
Tiestos crudos
45%
Tiestos cocidos
41%
Figura 2. Residuos generados en los procesos de fabricación de baldosas y esmaltes
cerámicos.
Aproximadamente un 65% de estos residuos se recicla en el propio proceso
como material prima, separando los residuos por tipología, homogeneizándolos e
introduciéndolos en pequeños porcentajes (<5%) como materias primas en las
composiciones de soporte y esmalte. El 35% restante (500 000 ton/año) se deposita
en vertederos o se utiliza como relleno en productos de bajo valor añadido.
Tal como se muestra en la Figura 3, el reciclado de los tiestos crudos, residuos
de fritas y lodos de esmalte es una práctica extendida en la UE. Por otro lado, el
reciclado del tiesto cocido de las baldosas de cocción roja no es habitual por el
elevado coste que implica su molienda y el bajo coste de las arcillas de cocción roja
[4]. En el caso de las baldosas de cocción blanca, principalmente en el caso de las de
gres porcelánico, los principales inconvenientes son la elevada dureza del producto y
la existencia de pigmentos en el tiesto, los cuales pueden producir cambios puntuales
de color en el soporte que lleguen a ser visibles en la superficie esmaltada. Aun así,
algunas empresas reciclan estos residuos hasta en un 10 % (en algunas de las
composiciones) debido al elevado coste de las materias primas de cocción blanca.
Porcentajes superiores no son habituales debido al considerable aumento del tiempo
de molienda. El resto de residuos, lodos de pulido y residuo de los filtros de los
hornos, prácticamente no se reciclan en el proceso de fabricación de baldosas debido
a que contienen sales solubles que producen la floculación de la suspensión
previamente a su secado por atomización. Los lodos de pulido, además, contienen
compuestos orgánicos difíciles de eliminar durante la cocción de las baldosas y
partículas abrasivas (SiC) que generan defectos en la superficie de la baldosa [5].
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Porcentaje reciclado
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Tiestos crudos Tiestos
cocidos
Lodos de
pulido
Lodos de
esmalte
Residuos
de fritas
Residuo de
filtros de hornos
Figura 3. Porcentajes reciclados de cada tipo de residuo.
La gran cantidad de residuos cerámicos depositados en vertederos es el origen
del proyecto LIFECERAM, en el cual se pretende conseguir la situación de residuo cero
en el proceso de fabricación de baldosas cerámicas [6, 7] a través del desarrollo de
una baldosa cerámica para su uso en exteriores (pavimentación urbana) que
incorpore un contenido muy elevado de residuos (>80%). Esta aplicación (todavía
incipiente), en la que se requieren acabados mates y con textura, proporciona al
sector cerámico la oportunidad de introducirse en este nuevo mercado con una
baldosa compuesta mayoritariamente por residuos.
Actualmente en esta aplicación se están utilizando baldosas de gres porcelánico
[8], que presentan un elevado coste de fabricación como consecuencia de las materias
primas empleadas (en gran medida importadas) y de la alta energía embebida del
proceso productivo (molienda en húmedo enérgica, secado por atomización y cocción
a alta temperatura, en torno a los 1200ºC), lo que dificulta la introducción de la
cerámica en el mercado de los pavimentos urbanos. Sin embargo, la gran acogida que
los ciudadanos han mostrado hacia el uso de la cerámica en algunas ciudades
europeas y no europeas [9] indica que existen grandes posibilidades para el uso de
baldosas cerámicas en este campo.
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3.
OBJETIVOS
En el presente trabajo se exponen algunos de los resultados de este proyecto,
concretamente los que tienen como objetivo diseñar la composición del soporte de la
baldosa para pavimentación urbana, en base a la caracterización previa de los
diferentes residuos, y el proceso de preparación de la composición del soporte. Este
proceso, para reducir el coste de fabricación, se basará en las tecnologías de molienda
en seco y granulación y debe ser lo suficientemente robusto como para poder reciclar
todos los residuos cerámicos, incluyendo los tiestos cocidos y los residuos con sales
solubles (lodos de pulido y residuo de los filtros de los hornos).
4.
EXPERIMENTAL
4.1.
MATERIALES
En la tabla 1 se muestra la composición química de los residuos utilizados en
este estudio:
•
Tiestos crudos. Presentan principalmente los elementos típicos de las
composiciones de soportes y, en menor medida los elementos habituales de
los esmaltes y engobes [4].
•
Lodos de esmalte. Los elementos mayoritarios son los típicos de las fritas,
esmaltes y engobes [10].
•
Tiestos cocidos. Presentan una composición química similar a la de los
tiestos crudos exceptuando la pérdida por calcinación [4].
•
Polvo procedente de los filtros de depuración de los hornos. Contienen calcio
como consecuencia del uso de aditivos básicos (CaCO3, Ca(OH)2, …) en los
filtros de mangas de los hornos junto a flúor, azufre y cloro que inicialmente
se encuentran en los gases ácidos generados durante la cocción de las
baldosas [11].
•
Lodos de pulido. Su composición química es consecuencia de la presencia
tanto de material cocido como de componenetes procedentes del desgaste
de los útiles de corte, rectificado y pulido [5]. Estos últimos están
constituidos por una matriz polimérica o de cemento (con cloro y magnesio
como elementos típicos) en la cual se encuentran las partículas abrasivas
(carburo de silicio y diamante) [12].
•
Residuos de fritas. Se generan en el proceso de fabricación de fritas,
durante el cambio de producción de una frita a otra. Los elementos
mayoritarios son los típicos de las fritas [10].
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Tipo de
residuo
Tiestos
crudos
Tiestos
cocidos
Lodos de
esmalte
Polvo de
los filtros
de hornos
Lodos de
pulido
Residuos
de fritas
SiO2
63.3
67.2
58.0
1.00
60.9
60.6
Al2O3
16.9
17.9
12.3
0.31
15.2
4.7
B 2O 3
0.1
0.1
2.6
0.22
0.93
8.0
Fe2O3
3.8
4.1
0.40
<0.15
0.84
0.1
CaO
3.0
3.3
9.7
62
3.81
12.0
MgO
1.2
1.2
1.66
0.44
3.57
2.9
Na2O
1.8
1.9
1.98
0.25
3.33
2.0
K 2O
2.8
3.0
2.69
0.46
2.48
3.4
TiO2
0.7
0.7
0.16
0.01
0.46
0.1
ZrO2
0.2
0.2
2.47
0.01
0.46
2.9
ZnO
0.2
0.3
4.09
0.12
2.51
6.6
BaO
0.1
0.1
1.09
0.02
0.65
2.4
S
-
-
0.02
2.53
0.03
-
Cl
-
-
0.05
1.41
0.79
-
F
-
-
-
32.0
-
-
ppc
6.0
0.2
2.72
7.63
3.90
0.2
Tabla 1. Composición química de los residuos [% en peso].
4.2.
ENSAYOS REALIZADOS
Las tareas realizadas han sido las siguientes:
•
Caracterización del comportamiento cerámico de los residuos. Ha consistido
en la determinación del comportamiento de los residuos (molturados en
molino de martillos con tamiz de salida de 1 mm) en las etapas del proceso
de fabricación de baldosas cerámicas (prensado y cocción) y sus
propiedades finales (contracción, porosidad, color, etc.). Los procedimientos
empleados para la realización de estos ensayos pueden encontrarse en la
bibliografía [13].
•
Selección de las variables de la tipología de molinos y granuladores más
adecuadas para la preparación de la composición del soporte. Para ello se
han utilizado diferentes sistemas de molienda en seco y de granulación,
determinando las características de los residuos procesados con dichos
sistemas.
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•
5.
Diseño de la composición del soporte del pavimento urbano. Se han
caracterizado diferentes mezclas de los residuos, preparadas con las
variables óptimas de proceso, hasta obtener la composición más adecuada
tanto desde un punto de vista técnico como medioambiental y que permita
alcanzar el objetivo de residuo cero en el proceso de fabricación de baldosas
cerámicas. La caracterización medioambiental ha consistido en la
determinación de la emisión de gases ácidos [14] y en la realización de
ensayos de lixiviado (según la norma UNE-EN 12457-2:2003).
RESULTADOS
5.1.
CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS
En la siguiente tabla se muestran las propiedades en crudo y la fundencia de los
diferentes residuos caracterizados para establecer su viabilidad de empleo en el
soporte del pavimento urbano. Resulta evidente que, salvo los tiestos crudos, el resto
de residuos no presenta un buen comportamiento en la etapa de conformado,
proporcionando bajos valores tanto de la densidad aparente como de la resistencia
mecánica en seco. Por tanto, los tiestos crudos deberán estar en proporción elevada
en las composiciones que se formulen para asegurar una adecuada procesabilidad en
crudo.
Densidad
aparente en
seco [g/cm3]1
Resistencia
mecánica en seco
[kg/cm2] 1
Absorción de
agua a 1150ºC
[%]1
Azulejo
1,95
24
14
Gres esmaltado
2,00
26
2,0
Gres porcelánico
1,89
22
4,0
Azulejo
1,59
1,0
14
Gres esmaltado
1,67
1,0
7
Gres porcelánico
1,71
1,0
10
Lodos de esmalte y
residuos de fritas
1,70
5
<0,1
Residuo de los filtros de
los hornos
1,36
1,0
<0,1
Lodos de pulido
1,40
7
<0,1
Residuo
Tiestos
crudos
Tiestos
cocidos
(1) Probetas conformadas por prensado (humedad del 5.5% y presión 250 kg/cm2).
Tabla 2. Resultados de la caracterización de los residuos.
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Por otro lado, en lo que respecta al comportamiento en la cocción, los
materiales más refractarios son los tiestos cocidos mientras que los lodos de pulido, el
residuo de los filtros de los hornos y los lodos de esmalte proporcionan una elevada
fundencia, aunque en el caso de los lodos de pulido se observa un fenómeno de
hinchamiento debido a la presencia de partículas de carburo de silicio que
descomponen en la cocción liberando CO2 y CO [5]. Algunas de las probetas cocidas
se muestran en la figura 4, observándose diferente tonalidad y textura en función del
tipo de residuo. Debido al elevado tamaño de partícula de los tiestos cocidos y a la
presencia de esmalte, las probetas de estos residuos presentan colores no uniformes,
lo cual puede resultar útil para la obtención de los acabados típicos de las baldosas de
gres porcelánico empleadas en pavimentación urbana [8, 9]. El resto de residuos,
debido a su menor tamaño de partícula, presentan tonalidades homogéneas.
Tiestos crudos de
gres
Tiestos crudos de
azulejo
Tiestos crudos de
gres porcelánico
Lodos de esmalte
Tiestos cocidos de
gres porcelánico
Lodos de pulido
Tiestos cocidos de
azulejo
5.2.
Tiestos cocidos de
gres
Figura 4. Aspecto de las probetas cocidas.
SELECCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE MOLIENDA EN SECO Y
GRANULACIÓN
Para el estudio de las tecnologías de molienda en seco y de granulación se han
utilizado los tiestos crudos y los tiestos cocidos, como residuos representativos de los
residuos de baja y alta dureza respectivamente. Se han evaluado a escala de
laboratorio las tecnologías de molienda en seco en molino de martillos (figura 5) y en
molino de discos (figura 6) para los tiestos cocidos, por su dureza y por no requerirse
tamaños de partícula excesivamente pequeños. Para los tiestos crudos se ha
ensayado el molino de martillos y molino pendular (figura 7) por precisar tamaños
más pequeños para favorecer su reactividad y el mezclado con los tiestos cocidos.
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Figura 5. Molino de martillos.
Figura 6. Molino de discos.
Figura 7. Molino pendular.
En la tabla 3 se muestran las distribuciones de tamaños de los dos tipos de
tiestos procesados en los diferentes molinos en diferentes condiciones.
Molino
Martillos Martillos Pendular Pendular Martillos Martillos Discos Discos
Condiciones
200 µm
molino
Producto
500 µm
más
menos
500 µm
enérgicas enérgicas
Tiesto crudo
Rechazo a
100 µm
(%)
40,1
Rechazo a
150 µm
(%)
Rechazo a
180 µm
(%)
63,1
1000
µm
500
µm
1000
µm
Tiesto cocido
3,7
7,7
35,7
2,5
3,4
8,0
1,1
1,3
35,7
53,0
64,9
Rechazo a
200 µm
(%)
13,1
19,4
51,2
Rechazo a
400 µm
(%)
0,3
2,4
29,7
79,0
Rechazo a
500 µm
(%)
12,6
54,0
Rechazo a
710 µm
(%)
3,3
43,7
Tabla 3. Tamaño de partícula de los residuos procesados en los diferentes molinos.
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Las conclusiones que pueden extraerse son las siguientes:
Molienda de materiales blandos
•
La molienda del tiesto crudo, y por similitud, de otros materiales blandos, en
un molino pendular posibilita la obtención de pequeños tamaños de
partícula, con un corte granulométrico próximo a 100 µm. Cuando se utiliza
un molino de martillos se obtiene prácticamente un 50 % del material sobre
100 µm, incluso utilizando tamices de salida de pequeña abertura.
•
Para la molienda de materiales blandos se aconseja la utilización del molino
de martillos para tamaños de partícula moderados (corte granulométrico a
200-300 µm) y el empleo de un molino pendular cuando el corte
granulométrico deba ser de unas 100 µm o inferior.
Molienda de materiales duros
•
La utilización del molino de martillos conduce a tamaños de partícula
inferiores y con una forma más similar a la esférica. El molino de discos
origina partículas con una forma más laminar.
A la vista de estos resultados se ha elegido para los materiales blandos el
molino de martillos con un tamiz de salida de 300 µm y para los materiales duros
también el molino de martillos con un tamiz de salida superior, de 1 mm. De este
modo se facilita la molienda de los materiales duros y disminuye la contaminación
metálica que pueda aportar el molino. Si se requieren tamaños de partícula inferiores
en los tiestos crudos, deberá utilizarse un molino pendular.
En lo que respecta a la etapa de preparación del gránulo, se ha estudiado la
eficacia de dos tipos de sistemas de mezclado y granulación, sistemas de alta y baja
intensidad (figuras 8 y 9). La composición estaba compuesta por un 50 % de tiesto
crudo y un 50 % de tiesto cocido.
Figura 8. Granulador de baja intensidad
(velocidad de giro del útil mezclador 380
rpm).
Figura 9. Granulador de alta intensidad
(velocidad de giro del útil mezclador 4800
rpm).
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Durante el proceso de granulación
se pudo comprobar que el agua necesaria
para la granulación en ambos tipos de
granuladora era muy similar y también la
humedad de los granulados obtenidos
(12%).
45
40
Baja intensidad
35
Alta intensidad
Masa (%)
30
25
20
15
En la figura 10 se muestran las
distribuciones de tamaños de los gránulos
y en las figuras 11 y 12 su aspecto.
10
5
0
<125 µm
125-200 µm 200-300 µm 300-500 µm 500-710 µm
>710 µm
En la tabla 4 se muestran los
principales resultados obtenidos en la
caracterización de su comportamiento en
el proceso.
Figura 10. Distribuciones de tamaños de
gránulo.
Figura 11. Granulado obtenido en el sistema
de baja intensidad.
Figura 12. Granulado obtenido en el sistema
de alta intensidad.
Granuladora
Alta
intensidad
Baja intensidad
Índice de Hausner
1,25
1,22
Densidad aparente de llenado (g/cm3)
1,111
1,180
Densidad aparente en seco (g/cm3)
2,035
2,055
Resistencia mecánica en seco
(kg/cm2)
18
21
Temperatura para A.a =3% (ºC)
1159
1148
Densidad aparente (A.a =3%) (g/cm3)
2,345
2,385
Tabla 4. Resultados de la caracterización de los granulados obtenidos.
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A partir de ellos puede concluirse lo siguiente:
•
La granuladora de elevada intensidad proporciona granulometrías más
estrechas y centradas en la fracción 300-500 µm, que es la que se desea
maximizar por semejanza con la granulometría habitual de los polvos
atomizados empleados actualmente en el prensado de las baldosas
cerámicas.
•
Los valores de fluidez (determinada como índice de Hausner) son en los dos
casos adecuados.
•
En lo que respecta al comportamiento cerámico, el obtenido con el sistema
de baja intensidad proporciona piezas de mayor densidad aparente y
resistencia mecánica en seco, lo cual es indicativo de una menor dureza de
los gránulos, que los hace más deformables e incrementa las uniones entre
partículas. Esto también explica la menor temperatura requerida para
alcanzar la absorción de agua del 3%, seleccionada al inicio del proyecto
como valor objetivo en base a un estudio comparativo de los productos
habitualmente empleados en pavimentación urbana [15, 16].
•
Aún así, puede concluirse que los dos granulados proporcionan un buen
valor de la densidad aparente y resistencia mecánica en seco y una
fundencia adecuada.
Por todo ello, se ha seleccionado el sistema de granulación de alta intensidad
para el desarrollo de la composición del soporte, debido principalmente a la
distribución de tamaños de los gránulos que proporciona. Esta distribución resulta
más parecida a la de los polvos atomizados utilizados en el sector y la proporción de
gránulos grandes, susceptibles de generar defectos en las baldosas, es más baja.
5.3.
DISEÑO DE LA COMPOSICIÓN DEL SOPORTE DEL PAVIMENTO
URBANO
Para la formulación de la composición para el soporte del pavimento urbano se
ha partido de una mezcla referenciada como PU-1, compuesta totalmente por residuos
(Tabla 5). Los porcentajes de cada residuo se han definido de forma que resultaran
similares a los volúmenes generados a escala industrial de dichos residuos y con el
requisito de que la proporción de tiestos crudos fuera superior al 40% para asegurar
un adecuado comportamiento en el prensado. Tanto los tiestos crudos como cocidos
son una mezcla a partes iguales de los diferentes tipos de soportes cerámicos
(azulejo, gres y gres porcelánico).
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El procedimiento utilizado para
preparar las composiciones fue el
seleccionado anteriormente (apartado
4.2):
Molturación de los residuos más
blandos en molino de martillos
con un tamaño < 300 µm
•
•
Molturación del tiesto cocido en
molino de martillos con un
tamaño < 1,0 mm
•
Granulación en la granuladora
de alta intensidad.
Residuo
PU-1
PU-2
PU-3
Tiestos crudos
44,75
44,75
44,88
Tiestos cocidos
44,75
44,75
44,88
Lodos de esmalte
5,00
7,50
7,50
Lodos de pulido
5,00
2,50
2,50
Residuo de los
filtros de los
hornos
0,50
0,50
0,25
Tabla 5. Fórmulas de las composiciones
ensayadas.
Los diagramas de gresificación de las composiciones formuladas se muestran en
la figura 13. La línea negra horizontal indica la absorción de agua del 3%. Las líneas
verticales muestran las temperaturas a las cuales se alcanza esta absorción de agua.
La primera composición formulada (PU-1) presenta una alta tendencia al
hinchamiento a temperaturas próximas a la temperatura de cocción. Por lo tanto, se
formuló una nueva composición reduciendo el contenido de lodos de pulido
(composición PU-2, tabla 5) ya que este residuo es el que mayor tendencia al
hinchamiento presentaba (apartado 4.1) y una última en la que se redujo a la mitad el
contenido de polvo de filtros de hornos (PU-3) para conocer su efecto sobre las
emisiones de compuestos ácidos, los resultados de las cuales se muestran en las
figuras 14 y 15. Estos resultados indican que para asegurar que el impacto ambiental
del pavimento urbano no es elevado (en lo que respecta a las emisiones), la
composición PU-3 es más adecuada que la PU-2.
10
8
C.L.
A.a.
PU-1
PU-2
8
Contracción lineal (%)
PU-3
6
6
5
4
4
2
3
2
1120
Absorción de agua (%)
7
1130
1140
1150
1160
1170
1180
1190
0
1200
Temperatura (ºC)
Figura 13. Diagramas de gresificación de las composiciones formuladas para el soporte del
pavimento urbano.
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6
0,10
5
Gres
0,09
PU-2
PU-2
0,08
PU-3
Emisiones HF FTIR
Emisiones SO2 (A/mgx1014)
Gres
4
3
2
PU-3
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
1
0,01
0
800
0,00
900
1000
1100
1200
0
200
400
Temperatura (ºC)
600
800
1000
1200
Temperatura (ºC)
Figura 14. Emisiones de SO2.
Figura 15. Emisiones de HF.
Esta última composición se ha caracterizado de forma completa, comparándose
su comportamiento con el de dos composiciones de soportes industriales estándares
(gres y gres porcelánico). En la tabla 6 se detallan las condiciones de prensado y las
propiedades en seco. La comparativa con composiciones de soportes industriales
permite concluir que el comportamiento en el prensado de la composición formulada
es el adecuado, aunque la resistencia mecánica en seco es más baja. Como el
pavimento urbano tendrá un espesor más elevado (15 mm) que las baldosas para uso
en interiores (10 mm), esta resistencia mecánica es suficiente para obtener un valor
adecuado de fuerza de rotura, tal como se muestra en esta tabla.
Composición
PU-3
Soporte
de gres
Soporte de gres
porcelánico
Humedad de prensado (%)
5,5
5,5
5,5
Presión de prensado (kg/cm2)
250
250
350
Densidad aparente en seco (g/cm3)
2,005
2,021
1,953
Resistencia mecánica en seco (kg/cm2)
20
31
35
Fuerza de rotura (N)1
294
203
229
(1) Calculada para soportes de 40x40 cm (espesor de 10 mm en el caso del gres y del gres porcelánico y espesor de
15 mm para el soporte del pavimento urbano, composición PU-3).
Tabla 6. Condiciones de conformado de la composición de soporte y de composiciones
estándar de gres y de gres porcelánico).
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En la figura 16 se ha representado de nuevo el diagrama de gresificación de la
composición desarrollada, comparándolo con el de los dos soportes industriales y en la
tabla 7 se muestran las temperaturas de cocción de cada material y las propiedades
de las piezas a dichas temperaturas. Por otro lado, en la figura 17 se muestra la
microestructura de piezas cocidas a partir de la composición desarrollada y de una
composición de gres preparada mediante el proceso vía húmeda habitual y mediante
un proceso vía seca similar al empleado en este estudio. Finalmente, en la tabla 8 se
muestran los resultados de los ensayos de lixiviado, los cuales se han comparado con
los límites establecidos para clasificar un residuo como inerte en la directiva
1999/31/CEE. Estos resultados permiten establecer las siguientes conclusiones sobre
la composición del soporte del pavimento urbano:
•
El comportamiento en la cocción es parecido al de las composiciones de
soportes industriales aunque el intervalo de cocción es más pequeño (mayor
pendiente de la curva contracción-temperatura). La tendencia a deformar
por piroplasticidad es similar a la de los soportes de gres.
•
Como las baldosas se van a emplear en exteriores, los requerimientos de
estabilidad dimensional son menores que cuando las baldosas van
destinadas a interiores, por lo que se considera que el comportamiento en la
cocción de esta composición es adecuado.
•
A pesar de la menor absorción de agua y mayor densidad de la composición
PU-3 respecto a la de gres, su resistencia mecánica es más baja. Esto se
debe a las grietas que se observan en la microestructura de las piezas
cocidas (figura 17 c), consecuencia de la menor deformabilidad de los
gránulos obtenidos vía seca, de forma semejante a lo que se observa en la
composición de gres procesada también por vía seca (figura 17 b) respecto
a la procesada vía húmeda (figura 17 a). Para incrementar esta resistencia
mecánica, debería aumentarse la deformabilidad de los gránulos, bien
actuando en el proceso de granulación, bien sobre las variables de prensado
(humedad y presión).
•
La baldosa urbana puede clasificarse como no peligrosa según los resultados
de los ensayos de caracterización medioambiental (ensayos de lixiviado y
determinación de emisiones gaseosas).
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Composición
PU-3
Soporte de gres
Soporte de gres
porcelánico
Temperatura (ºC)
1163
1158
1163
Absorción de agua (%)
3,0
4,0
0,5
Densidad aparente (g/cm3)
2,355
2,322
2,382
Contracción lineal (%)
6,5
6,2
7,3
Índice de piroplasticidad (cm1
x105)
2,3
2,5
3,5
Resistencia mecánica
(kg/cm2)
380
430
580
Tabla 7. Temperatura de cocción óptima y propiedades a dicha temperatura.
10
C.L.
A.a.
Contracción lineal (%)
7
8
6
6
5
PU-3
4
Gres
4
Gres porcelánico
2
3
2
1120
Absorción de agua (%)
8
1130
1140
1150
1160
1170
1180
1190
1200
0
1210
Temperatura (ºC)
Figura 16. Diagrama de gresificación de la composición óptima de soporte y productos
comerciales.
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a)
b)
c)
Figura 17. Microestructura de las muestras cocidas de: a) composición de gres preparada por
molienda vía húmeda y secado por atomización, b) la misma composición de soporte
preparada por molturación en seco en molino pendular y granulada y c) composición
de soporte para pavimento urbano PU-3.
Elementos (mg·kg-1)
Residuos inertes
PU-3
Pb
0,5
<0,5
Cloro
800
29
Azufre
1000
28
Tabla 8. Limites admisibles para residuos inertes acuerdo con la directiva 1999/31/CEE y
resultados del ensayo de lixiviación.
6.
CONCLUSIONES
En el proyecto LIFE CERAM se ha realizado una caracterización de los diferentes
residuos que se generan en el proceso de fabricación de baldosas cerámicas y se ha
desarrollado una baldosa para pavimentación urbana cuyo soporte está compuesto al
100% por estos residuos (tiestos crudos y cocidos, lodos de esmalte y de pulido y
polvo de filtros de hornos, en proporciones relativas similares a los volúmenes
generados a escala industrial). Para la fabricación de esta baldosa se ha diseñado un
proceso de preparación del soporte altamente sostenible y que permite el reciclado de
todos los residuos cerámicos. La caracterización de la composición permite concluir
que presenta un comportamiento adecuado en las diferentes etapas del proceso
productivo y las propiedades requeridas para su empleo como pavimento urbano.
Además se ha comprobado que es un producto respetuoso con el medioambiente a
pesar de estar compuesto por residuos ya que las emisiones de compuestos ácidos
son similares a las de las composiciones de soportes actuales y las concentraciones de
iones en los ensayos de lixiviado son menores que las requeridas para clasificar un
residuo como inerte.
Se han realizado pruebas a escala piloto para validar los resultados obtenidos
en el laboratorio y el resultado de las mismas ha sido satisfactorio.
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AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido financiado por la Comisión Europea a través del programa
LIFE+ Environment Policy and Governance (proyecto LIFE CERAM con referencia
LIFE12 ENV/ES/000230).
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Azulejo y del Pavimento Cerámico. Castellón: Cámara Oficial de Comercio, Industria y Navegación, 2014. XIII
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[16] http://www.lifeceram.eu/media/8496/Newsletter2_es.pdf
www.qualicer.org | 18