APLICACIONES DEL OXIDO DE MAGNESIO

Contenido
1. Conceptos de MgO
2. Terminologías del MgO
3. Aplicaciones del MgO
a) Refractarios con composición en MgO
4. Diagramas de fase
a) Diagrama Binario
a) Diagrama Ternario
CONCEPTOS DEL MgO
Óxido de Magnesio
“Es el producto final de la
descomposición
térmica
de
numerosos compuestos y minerales
de magnesio. El óxido de magnesio
se presenta raramente en la
naturaleza como periclasa.”
El nombre mineralógico que recibe la
magnesia es PERICLASA. Su alto
punto de fusión de 2800°C, lo hace ser
un compuesto ampliamente utilizado
como
materia
prima
para
la
elaboración de ladrillos refractarios
El enlace que se forma entre los átomos de magnesio y oxígeno es del tipo
iónico, resultando por lo tanto de naturaleza fuerte y estable.
un enlace iónico o electrovalente es la unión de átomos que resulta de la
presencia de atracción electrostática entre los iones de distinto signo, es decir,
uno fuertemente electropositivo (baja energía de ionización) y otro
fuertemente electronegativo (alta afinidad electrónica).
MgO
Ambos elementos quedan
unidos a través de una
Fuerza electrostática
Mg
Principales características
Elemento cristalino
Elevados puntos de fusión
O
TERMINOLOGÍAS DEL MgO
La materia prima para el óxido de magnesio y sus productos pueden ser
referido de manera intercambiable por unos de los 4 nombres o términos
comunes y de este modo conduce a alguna confusión en gente que no está
familiarizada con la industria comercial refractaria
1. MgO
(Formula química para el oxido de magnesio puro)
2. Magnesia
(Nombre químico aplicado al oxido de magnesio)
3. Periclasa
4. Magnesita
(Nombre Mineralógico)
(Nombre que se le da al carbonato de magnesio, MgCO3)
La magnesita cruda
(mineral) no tiene un
mercado muy amplio :
1. Fertilizantes agricolas
2. Soportes para
insecticidas y pesticidas
3. Fertilizantes
El contenido teórico en MgO de la magnesita pura es del 47,8% en peso
Algunas materias primas de productos refractarios pueden ser utilizados
directamente, los cuales pueden ser parcialmente alterados de cómo ocurren en
los depósitos de la naturaleza o también pueden ser producidos sintéticamente
mediante varias combinaciones de procesos químicos y tratamientos térmicos.
Magnesia Caustica
La mayoría de la producción de magnesita se destina a la calcinación, bien a temperaturas
inferiores a 900ºC (magnesita calcinada cáustica). Absorbe fácilmente agua y CO2
Magnesia Calcinada
Si la temperatura de tratamiento térmico es baja (900 – 1300 °C), la materia prima
es descrita como calcinada. Absorbe fácilmente agua y CO2
Magnesia Calcinada a muerte o sinterizada
Si la temperatura del tratamiento está en 1500 – 2200 °C, la materia prima final se
describe como magnesia sinterizada (materiales calcinados a muerte también
entran dentro de este grupo). Es el estado de un material refractario básico el cual
resulta de un tratamiento térmico que da un producto con una resistencia a la
hidratación atmosférica, o que no se puede recombinar con el dióxido de carbono.
Los cristales de periclasa son grandes, y el producto denso, lo que implica una
mayor estabilidad química .
Magnesia Fundida
Si el tratamiento térmico consigue la fusión de la materia (es decir en el MgO
excede los 2800 °C de temperatura ), la materia prima se le conoce como fundida.
APLICACIONES DEL ÓXIDO
DE MAGNESIO (MgO)
Investigación (MgO)
Magnesia
Caustica
Colchas cerámicas
Industria del Acero
Industria del Cemento
Los
materiales
refractarios
son
extensamente utilizados en los procesos
de transformación de diferentes industrias
Televisiones de plasma
Medicina
(suplemento
alimenticio)
Hidróxido de magnesio
Hidróxido de magnesio o brucita es usada en el refinado de azúcar como flama y
retardante de humo, en el tratamiento de aguas y finalmente como farmacéutico.
Magnesia Caustica
La magnesia cáustica es extensamente usada en el drenado de minas ácidas y
tratamiento de agua para precipitar metales dañinos.
Por otra parte, la magnesita cáustica calcinada es usada en la agricultura como
fertilizante, en aplicaciones ambientales y en la industria química para elaborar
oxicloruro de magnesio y cementos que son resistentes contra el fuego, contra
chispa , es usado como rellenador en pinturas, papel y plástico.
• La industria de la construcción consume grandes cantidades de
magnesita calcinada cáustica para ser usado como materiales
para pisos, en paredes, y en pisos acústicos.
• Una calidad de óxido de magnesio puro fundido eléctricamente,
se usa en la fabricación de crisoles que soportan temperaturas
elevadas.
• La industria de la limpieza en seco consume cantidades
considerables de MgO como agente descolorantes para los
disolventes.
• Numerosas composiciones catalíticas usadas en la preparación
de compuestos orgánicos contienen óxido de magnesio.
• Es también un ingrediente de diversas fórmulas farmacéuticas
y cosméticas, como polvos.
Recientemente la Magnesia se utiliza para realizar materiales refractarios para
contener metales fundidos es por ello que industrias tales como la metalúrgica,
cementera, vidrio, etc han utilizado una variedad de formas para el revestimiento
de interiores de hornos u otras maquinarias.
Del mismo modo se han utilizado para llevar a cabo investigaciones tecnológicas y
científicas, en la misma vida cotidiana.
Las funciones básicas de los materiales refractarios son las siguientes:
Asegurar la seguridad física del personal y de la
instalación entre el material caliente (el producto
de proceso) y la coraza de afuera : es importante
hacer notar que el material caliente debe ser
encontrado bajo cualquiera de sus formas
usuales
Líquido, Sólido, Gas
¿Qué es un material refractario?
ASTM C71
Resistencia
Mecánica
Resistencia
térmica
Metales
fundidos y
escorias
Resisten la
erosión
Materiales
refractarios
consumidos por diferentes
industrias
Vidrio
2%
Otros
13%
Acero
68%
Cemento
8%
Fundiciones
9%
Industria del Acero
Las industrias productoras de hierro y
acero son las principales consumidoras de
refractarios, ya que utilizan el 65 y 70 % de
los refractarios que se producen
Consumo de Refractactarios
Producción de Refractarios
Consumo y producción
de
la
industria
refractaria
en el 2007, en el cual
china es por mucho el
consumidor dominante
de refractarios , con
mas del 50 % del
mercado mundial.
50
10
0
LUGARES
Otras Regiones
Asia
Latino América
Norte América
20
Europa Oriental
30
Europa Occidental
40
China
% de producción y consumo
de refractarios
60
Esto es debido a que
China produjo el 36 %
de acero mundial (para
el 2010 ya había
alcanzado el 50%), 49%
del cemento mundial y
44% de vidrio
Norte America
USA
Mexico
Japon
Produccion Mundial
China
4 10
Producción de refractarios
a Nivel Mundial (Millones de USD)
Producción de refractarios
a Nivel Mundial (Millones de USD)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
4
4
3.5 10
3 10
4
4
2.5 10
2 10
4
4
1.5 10
1 10
4
500
5000
0
0
1997
2002
2007
Año
2012
2017
1997
2002
2007
2012
Año
La producción en millones de pesos en México desde 1997 fue de 365 a
495 millones de dólares.
2017
REFRACTARIOS CON COMPOSICIÓN
EN MgO
Refractarios de con composición en MgO
Tres diferentes categorías importantes de ladrillos básicos son utilizadas para los
revestimientos refractarios en la refinación del acero
Composición principal en Magnesia
Ladrillos de magnesia
quemados a muerte
Ladrillos de magnesia
enlazados con resina o
brea
Ladrillos de
magnesia - grafito
(MgO-C)
Refractarios de Magnesia- Cromita y Magnesia-Espinel
Magnesia-Espinel Alúmina
Magnesia- Cromita
Refractarios de Dolomita
Conocidos como ladrillos de dolomita (doloma)
Ladrillos de magnesia quemados a muerte
No son utilizados frecuentemente en el revestimiento de las ollas
metalúrgicas debido a su extrema sensibilidad a los choques térmicos
y a la carencia de resistencia de escorias.
Ladrillos de magnesia enlazados con resina o brea
Son producidos con diferentes calidades de sinterizado. Los ladrillos
enlazados con brea pueden ser calentados para eliminar la mayoría de
los materiales volátiles a una cierta temperatura. Las resinas son
compuestos orgánicos que sirven para enlazar los granos de magnesia y
otros aditivos y que se convierten en carbón a elevadas temperaturas. La
presencia de carbón incrementa la resistencia a la escoria previniendo la
penetración de la misma debido a que el carbón no se humedece por
escorias en fase líquida de silicatos que contiene la escoria.
Ladrillos de magnesia - grafito
(MgO-C)
Este tipo de refractarios presentan una excelente
resistencia a la corrosión, son ideales para colocarlos en las
paredes de los hornos de arco eléctrico, se suelen colocar
en la línea de escoria de las ollas metalúrgicas. los metales
Almet se utilizan para proteger al carbón particularmente al
grafito, de una oxidación prematura en servicio. Se le ha
adicionado como metal antioxidante
Almet, el cual
reacciona con el C, formando carburos de aluminio (Al4C3),
que se distribuye alrededor de todos los limites del carbón,
incrementando el módulo de ruptura en caliente, es decir,
mejora la fuerza en el
refractario
a
elevadas
temperaturas. Puesto que el Almet y el Al4C3 tienen una
mayor afinidad por el oxígeno, se oxidan por el oxígeno y
por el FeO de la escoria, el cual reduce el promedio de
oxidación para carbón.
Olla de metalurgia secundaria
Cinturón de
escoria
Zona de
metal
fundido
Zona de impacto
Características
principales
Tener un alto grado de refractariedad
Soportar elevadas temperaturas
Soportar el ataque químico de las escorias
Esfuerzos mecánicos en caliente
Soportar el efecto erosivo del acero fundido
Olla metalúrgica
Horno de arco eléctrico
cA
Boveda
Paredes
Composición % P
MgO
CaO
SiO2
Fe2O3
Al2O3
Composición
MgO
C
97.2
1.6
0.8
0.2
0.2
Piso
Composición
MgO
SiO2
CaO
Fe2O3
Al2O3
%P
95
2.5
1.5
0.3
0.4
%P
70-78
12-16
Ladrillos Cromita-Magnesita
Tienen mayor cantidad de CrO2, en el caso de MgO hay de un 25 a
50% de periclasa, estos refractarios tienen buena resistencia a los
esfuerzos en caliente, estabilidad en su volumen. Usados en zonas de
quemado de hornos de cemento, tanques de vidrios.
Los ladrillos de cromo magnesita, son hechos con mineral de cromo
elaborados todos con granos largos.
Los ladrillos de cromo magnesia son más refractarios y estables en
volumen y poseen mejor resistencia a alta temperatura que los refractarios
hechos solamente del mineral de cromo
Ladrillos Magnesita - Cromita
Contienen de 55 a 80% de MgO, tienen alta
refractariedad por arriba de los 1650 ° C, son
utilizados para condiciones mas severas que
los ladrillos cromita-magnesita
Magnesia-Espinel Alúmina
Los ladrillos de magnesia-espinel alúmina contienen magnesia y
magnesia- alúmina sintética (MA) y también espinel (MgOnAl2O3). Los
ladrillos magnesia-espinel son más difíciles de producir que los
refractarios ordinarios de magnesia- cromita. Ellos tienen una excelente
resistencia a los choques térmicos así como también una buena
refractariedad. Los ladrillos de magnesia-espinel son actualmente
utilizados en las zonas calientes de los hornos rotarios de producción de
cemento, pero están siendo utilizados ahora en la producción de acero.
Ya que hay una tendencia de remplazar revestimientos que contienen
cromo, debido al impacto ambiental negativo que estos ladrillos pueden
ocasionar.
Ladrillos de DOLOMITA [CaMg (CO3)2].
Los granos de dolomita pueden ser:
1) Dolomita quemada
2) Magnesia-dolomita quemada
3) Dolomita enlazada con resina
4) Dolomita- magnesia enlazado con resina.
Los ladrillos de dolomita (doloma) utilizados en ollas metalúrgicas, son
resistentes a escorias básicas, tienen una alta resistividad eléctrica, una
resistencia térmica pobre y expansión térmica alta. Si el ciclo térmico en
el horno es muy severo, a los ladrillos se les adiciona zirconia, lo anterior
para proteger a al ladrillo en contra de los choques térmicos. Sin
embargo, decrece la resistencia a la escoria de los ladrillos, puesto que la
zirconia reacciona con la cal en ladrillo para formar compuesto de bajo
punto de fusión .
Fibras cerámicas para revestimientos en tuberías
calientes.
Se considera fibra refractaria aquellas fibras que pueden ser utilizadas a
temperaturas mayores que la lana refractaria y la ASTM las clasifica como una
cubierta en fase vítrea que posee propiedades aislantes a altas temperaturas.
El sistema de Al2O3-SiO2 – ZrO2
de acuerdo al contenido de ZrO2
alcanzan temperaturas hasta de
1430 °C
Fibras con contenidos de CaO y/ó MgO dan por resultado altas temperaturas y
como consecuencia buenas propiedades de refractariedad además de tener
propiedades de biosolubilidad interesantes desde el punto de vista de salud. Los
refractarios basados en dolomita [CaMg(CO3)2] puede proporcionar materiales
con buenas propiedades refractarias y es la fase más popular para ser utilizada
comercialmente.
TENDENCIAS TECNOLÓGICAS
• Studies on MgO-Doped Reaction-sintered
ZrO-Al2O3-SiO2 Refractory Materials
Para obtener la reacción de mulita – zirconia en muestras sinterizadas utilizando
una mezcla de Zircon ( Zr2SiO4) y alúmina (Al2O3) en proporción estequiometrica,
se necesita una cierta temperatura y presion
Mulita
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Baja expansión térmica
Alta temperatura de fusión
Resistencia a choques térmicos
Alúmina
Puede ser aplicable a trabajos
con altas temperaturas, y
soportar escorias básicas
Polvos de alúmina Calcinada y Zircón de tamaño micrométrico (325 y 170 µm respectivamente)
fueron utilizados.
Polvos de MgO calcinado fue utilizado como aditivo .
Los ingredientes fueron mezclados en diferentes proporciones, haciendo 3 lotes con diferentes
porcentajes de peso Zircon : Alumina y MgO como aditivo.
Los polvos fueron mezclados y prensados a una presión de 1500 bar.
Las probetas fueron calentadas a 1550 °C, por 2.5 hrs
Se analizó :
a) Densidad y porosidad
b) MOR y HMOR
c) Resistencia a la corrosión
d) Resistencia a la abrasión
e) El análisis de fase fue realizado mediante un DRX.
Lote 1
Lote 2
Lote 3
Zircon :
Alumina
MgO (%
p)
1:4
2.5
5.0
7.5
10
1:5
1:6
2.5
5.0
7.5
10
2.5
5.0
7.5
10
Composición de los
lotes de las muestras.
Composición
Química (%)
Zircon
Alumina
calcinada
Magnesia
calcinda
ZrO2
65.40
-
-
Al2O3
0.60
98.61
0.10
MgO
-
-
98.30
SiO2
31.5
0.19
0.20
CaO
-
0.18
0.75
Fe2O3
0.75
0.16
0.50
TiO2
0.37
0.24
-
Composición química de las materias
primas utilizadas
Variación de la densidad con contenido
De MgO para las muestras sinterizadas
Variación de la porosidad aparente con
contenido de MgO para muestras
sinterizadas
Variación en el modulo de ruptura con
contenido de MgO para muestras
sinterizadas
Variación en el modulo de ruptura en
caliente con contenido de MgO para
muestras sinterizadas
Variación en la dureza con contenido
de MgO para muestras sinterizadas
Variación en la resistencia a la
corrosión con contenido de MgO para
el lote 3.
Difractograma de rayos X de las
muestras sinterizadas (de arriba abajo
lote 3,lote2, lote1)
(B=ZrO2, M = Mulita C= Corundum
Difractograma de rayos X de las
muestras sinterizadas (de arriba abajo
5% MgO, 7.5 % MgO y 10% MgO)
(B=ZrO2, M = Mulita C= Corundum
S=Spinel
Improvement in performance of MgO–CaO
refractories by addition of nano-sized ZrO2
Se realizaron probetas con mezclas de polvos de MgO – CaO con concentraciones de
Micro y nano ZrO2 .
Las probetas fueron calentadas a 1600 °C por 3 hrs
Se analizó:
1. Densidad y porosidad
2. Resistencia a choques térmicos
3. Análisis microestructural
4. Resistencia a la corrosión
Densidad – porosidad aparente en
terminos de las adiciones del % de
Zirconia, sobre el refractario MgO – CaO.
Patrones de difraccion de las fases
formadas
a) Sin adicion de nano- ZrO2
b) 2 %P de nano-ZrO2
c) 4 %P de nano-ZrO2
Puesto que las nano- ZrO2 tienene un efecto en superficial reaccionará con el
CaO a bajas temperaturas y formaran pequeñas cantidades de CaZrO3, el
cual se localizará en sitios intergranulares y puntos triples de los granos de
MgO y CaO.
Imágenes del SEM a) Sin adiciones de ZrO2, b) 2% ZrO2 c) 4% ZrO2 d) 8% ZrO2
Sin adiciones de nano-ZrO2
4% P de adiciones de nano-ZrO2
Corte transversal después de la prueba de corrosión con escoria de clinker.
Se observa que la trayectoria de penetración (Dp) de la muestra con
nanoadiciones de ZrO2 fue mucho menor comparada con la muestra sin
adiciones, aunque la profundidad de erosion (DE) de la anterior fue menor.
SiO2
Pb - Sn
DIAGRAMAS DE
FASE
Fe - C
Fe – Alfa
Ferrita
Fe – Gama
Austenita
MgO – SiO2 – Al2O3
Diagramas de Fase
INTRODUCCIÓN A LOS DIAGRAMAS
DE FASE
(DIAGRMAS BINARIOS)
Diagramas de Fase
Los diagramas ternarios se utilizan principalmente para:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Estudio de las transformaciones de fase
Obtener la constitución mineralógica del producto a cualquier temperatura
La temperatura inicial de formación de liquido
Base para relacionar comportamiento con estructura
Aportan gran interés para la selección de alguna aleación o composición
Son gráficos que representan CAMBIOS ESTRUCTURALES en aleaciones
de dos o mas componentes en función del tiempo a lo largo de procesos de
enfriamiento
La variación del contenido de liquido y de la composición del mismo a una
T.
Se pueden clasificar en :
1.
2.
3.
Diagramas Binarios
Diagramas Ternarios
Diagramas Cuaternarios
Definiciones importantes de los diagramas de fase
SISTEMA
COMPONENTES
Al2 O3
Si O2
FASE
Se puede definir como una porción homogénea de un sistema el cual
tiene características físicas y químicas iguales.
Diagramas de Fase
Se debe de comprender que cuando ya se tengan las fases identificadas , estas
fases no necesariamente deben de tener diferentes composición química, o
física, puede haber solo una disparidad en alguna de estas características.
Diferente composición
Fase
Fase 1
H2O- C12H22O11
Fase 2
C12H22O11
Misma composición
Fase
Fase 1
H2O
Fase 2
H2O
Diagramas de Fase
Entonces una sustancia o componente puede existir en varias formas de
acuerdo a la temperatura, (es decir puede modificar su estructura con incremento
de temperatura) las cuales tendrán ambas diferentes características físicas.
Transformaciones polifórmicas del HIERRO
Ferrita o hierro - α
Austenita o Hierro - γ
Hierro - δ
25 a 912 °C
913 a 1394 °C
1395 a 1538 °C
HIERRO SUAVE
HIERRO DURO
CARACTERISTICAS DEL
HIERRO SUAVE
Diagramas de Fase
Transformaciones polifórmicas de la SILICE (4)
Cuarzo - α
25 a 573 °C
Cuarzo - β
Tridimita
Cristobalita
574 a 870 °C
871 a 1470 °C
1470 a 1723 °C
La estructura cristalina de cada una de ellas está formada por
tetraedros de SiO4 (Ortosilicatos) ordenados de distinta manera
En un diagrama de fases es común encontrar el termino FASE EN SOLUCION
SOLIDA, la cual consiste en átomos de soluto y átomos del solvente y se
mantiene la estructura cristalina del disolvente. Los átomos de soluto en el
solvente pueden ser:
SOLUCION SOLIDA
SUSTITUCIONAL
Átomo con tamaño menor
que el átomo base.
Átomo con tamaño mayor
que el átomo base.
INTERSTICIAL
Átomo con menor tamaño que el
átomo de la base, y ocupan
intersticios o huecos y tienen radios
menores de 0.75 A.
Limite de solubilidad
Es la concentración máxima de átomos de soluto que se disuelven en el
disolvente para formar una solución solida .
El limite de solubilidad de azúcar en agua depende de la temperatura del agua.
(es decir que tan rápido alcanzará a ser agua - azúcar con solido cristalino en el
fondo el cual es azúcar sin disolver.
Microestructura
Cada fase tiene una microestructura característica la cual es susceptible de
ser observada, microscópicamente utilizando microscopios ópticos y
electrónicos
Diagramas de Fase
NOMENCLATURAS IMPORTANTES EN EL SISTEMA BINARIO
Las disoluciones solidas se designan mediante las primeras letras del alfabeto griego (
α, β, γ).
Existen diferentes líneas que limitan a diferentes fases, las cuales son las siguientes :
Calentarse
Línea de Liquidus = L Enfriarse
Línea de Solidus = α
α+β
Calentarse
α+L
Enfriarse
Línea de Solvus = α
α+β
(Linea que divide a un solido de 2 solidos)
Se llaman puntos invariantes a los puntos que implican tres fases en equilibrio. La
reacción que se genera por ejemplo :
Una reacción EUTECTICA es aquella cuando se enfría la disolución partiendo del
liquido y se transforma en dos fases solidas.
Enfriar
(L)
Calentar
(α, β )
La reacción EUTECTOIDE es cuando se enfría una disolución solida (δ) y se
transforma en dos fases solidas (γ,ε), la reacción inversa ocurre al calentar esta
misma disolución.
Enfriar
(δ)
(γ,ε)
Calentar
Reacción PERITECTICA , el calentamiento de una fase solida se transforma en una
solida y liquida.
Enfriar
(δ + L)
(ε)
Calentar
Diagramas de Fase
Ejemplo de reacciones PERITECTICAS y EUTECTOIDE
DIAGRAMA Fe – Fe3C
BCC
Eutéctico
FCC
Eutéctoide
BCC
Diagramas de Fase
La siguiente figura es un diagrama isomorfo y se observa la composición
que aumenta desde la parte izquierda donde se encuentra 0 % de Cu (100
% de Ni) hasta 100 % de Cu (0% de Ni) en el extremo izquierdo.
Se observa en el diagrama las
temperaturas de fusión de 1085
y 1455 °C para el Cu y el Ni,
pero calentando una aleación
de 50% en peso de Ni y 50%
en peso de Cu, observamos
que empieza a fundir desde los
1280 °C y la proporción de
liquido aumenta al incrementar
la temperatura hasta llegar a
los 1320 °C en la cual la
aleación funde totalmente.
Diagramas de Fase
Calcular las fracciones de cada una de las fases de una aleación, con 35 % de
peso de Cu a una temperatura de 1250 °C.
Para calcular la presencia de ambas fases se toma en cuenta LA REGLA DE LA
PALANACA, para calcular el porcentaje de fase solida y liquida
Trazando una línea horizontal hacia la línea de solido
Y liquido se calcula la composición de solido y liquido
% Peso de Ni, Cα = 42.5 %P
% Peso de Ni, Cl = 31.5 % P
DIAGRAMA TERNARIO
Diagramas de Fase
Cada vértice del triangulo representa el 100 % del componente con que se
designa, existen diferentes ejemplos de sistemas ternarios.
Para la localización de una composición se debe de tener en cuenta la
siguiente información.
A. Las divisiones o líneas paralelas al lado BC, dan los porcentajes de A,
que van desde 0 hasta 100 % (Vértice).
B. Las líneas que son paralelas a AC, nos dan los porcentajes de B.
C. Las líneas paralela a AB, representan los porcentajes de C.
Diagramas de Fase
Localización
de
una
composición en el diagrama
ternario
C
A
B
Para localizar un punto en
el diagrama tal como D,
localizamos
su
composición en :
C
A = 30 %
B = 40 %
C = 30 %
10 20
A
30
40
50
60
70
80
90 100
B
B
C
C
A
A
B
Se pueden INTERCONECTAR
Se forma un TRIANGULO
A
B
C
A
B
B
C
B
C
Mejor perspectiva para entender un DIAGRAMA TERNARIO
PUNTO
EUTECTICO
A
C
Se puede retirar el área AZUL
Se obtiene un prisma de tres lados
Si se hacen cortes, se retirarán
triángulos estos nos pueden dar una
idea, de como se encuentra el
sistema en distintas temperaturas.
Corte a 500 °C
Concentración en que se
presenta la sustancia de A en
estado solido con liquido de A,
B, C
Corte a 1000 °C
Concentracioon
donde
la
sustancia de B se encuentra en
estado solido con líquido de las
tres sustancias.
Corte a 1500 °C
Concentraciones en que se
presenta la sustancia de C con
liquido de A, B, C.
Aumenta la fase
liquida con aumento
de temperatura.
Solo prevalece la
fase
con
mayor
punto de fusión.
Vista en 2D y 3D del
Sistema Ternario
CaO – SiO2- Al2O3
Diagramas de Fase
NOMENCLATURAS IMPORTANTES EN EL SISTEMA TERNARIO
Triángulos de compatibilidad
En la siguiente figura se muestra el
diagrama ternario correspondiente al
sistema SiO2 – Al2O3 – MgO, donde solo se
ha representado los
triángulos
de
compatibilidad en estado solido.
Estas son subdivisiones triangulares dentro
del triangulo general y nos pueden decir las
fases solidad que coexisten de una
composición en un punto dado dentro de
algún triangulo de compatibilidad.
Ejemplo :
La composicion A tiene:
33 % de MgO
33 % de Al2O3
34 % de SiO2
Campos primarios
líneas eutécticas binarias.
Los campos primarios están limitados
por líneas denominadas, líneas
eutécticas binarias.
Puntos invariantes
Son puntos de temperatura y composicion en
los cuales se producen procesos de fusión.
Estos puntos se pueden diferenciar por la
orientación de las flechas
Son áreas de forma irregular
limitadas por líneas de trazo mas
grueso, que representan los campos
primarios. Entre las características
mas importantes
es que las
composiciones que se encuentren
dentro de el, darán, cuando se enfríe
a partir del fundido, como primera
fase la que corresponde a dicho
campo primario.
Cuando un solido funde puede
La temperatura de este punto, marca la hacerlo de dos formas.
temperatura a la cual tiene lugar la primera
da un Liquido de igual
formación de liquido para todas las Solido
composiciones que caen dentro del triangulo, composicion
también dicho punto dá la composicion del Solido de un Solido y un Liquido
liquido formado.
Diagramas de Fase
Diagramas de Fase
Tm = 1400 °C
65 % SiO2
28 % CaO
7 % Al2O3
Tm = 1470 °C
73 % SiO2
16% CaO
11 % Al2O3
Diagrama ternario
CaO – SiO2 - MgO
Consideraciones importantes de acuerdo a los contenidos
de CaO/SiO2
•
En análisis químicos realizados al MgO comercial pueden dar las siguientes
impurezas.
1.
2.
3.
4.
5.
SiO2 (silica);
CaO (lime);
Al2O3 (alumina);
Fe2O3 (iron oxide);
B2O3 (boric oxide)
Estas impurezas no existen en los agregados MgO como óxidos
independiente, más bien, se combinan entre sí con el MgO para formar
minerales, los cuales se pueden predecir mediante una difracción de rayos
X. Los cuales generalmente se distribuyen en :
1. Los puntos triples de los limites de grano
2. Como solución solida dentro de los cristales del MgO
3. En forma de espinelas que se combinan con los cristales de MgO
Es importante controlar la relación de CaO/SiO2 , ya que determina la
formación de silicatos de calcio que ocurren en los granos.
RELACION
CaO/SiO2 ,
FASES PRESENTES
INICIA FASE LIQUIDA
(°C)
>2.8
Ca3SiO5 (Silicato Tricalcico)
y CaO libre
1850
2.8
Ca3SiO5 (Silicato Tricalcico
2.8 a 1.8
Silicato Tricalcico
Ca3SiO5 y Silicato
Dicálcico Ca2SiO4
1.8
Silicato Dicálcico Ca2SiO4
1.87 a 1.4
Silicato Dicálcico Ca2SiO4
y Merwinita Ca3MgSi2O8
1.4
Merwinita
1.4 a 0.93
Merwinita (Ca3MgSi2O8 ) y
Monticelita CaMgSiO4
0.93
Monticelita
< 0.93
Monticelita y Forsterita
Mg2SiO4
1790
1575
1490
1500
Se debe de tener cuidado cuando la relación CaO/SiO2 es mayor a 2, y
concentraciones de Fe2O3 y Al2O3 ya que estas impurezas causan una
perdida de la refractariedad en los granos del MgO, porque la cal reacciona
con la alumina y el oxido de hierro para formar.
1. Aluminatos calcicos
2. Ferritas calcicas
3. Aluminatos de calcio-hierro
El oxido de boro es también muy indeseable ya que se puede combinar con
la cal y puede formar fases liquidas as a muy bajas temperaturas.