Procedimiento para la obtención de fibras vítreas a partir de residuos de pizarra y otros residuos industriales.
Las explotaciones de pizarra se realizan mayoritariamente mediante minería a cielo abierto, en la cual los bloques útiles de este material se extraen del yacimiento tras la remoción de una gran cantidad de estériles. Estos bloques deben ser limpiados antes de su transporte a las instalaciones de serrado y exfoliado, en las cuales se obtienen las placas útiles en construcción, en aplicaciones tales como tejados, pavimentos, recubrimientos y encimeras, etc.
En estas operaciones se elimina más del 95% del material, de modo que las piezas o bloques finalmente utilizados representan tan solo unas pocas unidades por ciento del total removido del yacimiento, siendo el resto residuos de minería que se desechan en escombreras. Estos residuos representan uno de los problemas ambientales más acuciantes en regiones con este tipo de minería, tales como por ejemplo O Barco de Valdeorras, en la Provincia de Orense, España.
De esta enorme cantidad de residuos, parte debe considerarse "material sucio", es decir, formado por trozos y polvo de pizarra impurificados por otras rocas, esquistos, tierra vegetal, residuos de plantas, etc, mientras que otra parte, y en particular la procedente del serrado y pulido de los bloques es más limpia, estando constituida únicamente por polvo y pequeños trozos del material. Este polvo presenta una composición química variable, pero característica de una roca formada por silicatos del tipo de las arcillas.
TABLA 1 Composición típica de una pizarra en porcentaje 
En los últimos años se ha intentado aprovechar este tipo de residuos en diversas aplicaciones. Entre ellas pueden citarse la preparación de suelos artificiales, los expandidos ligeros, su uso como áridos en obras públicas, y especialmente su utilización en productos cerámicos. Así, aparece en 1996 una patente española titulada "Nuevo material cerámico y procedimiento para su fabricación, aplicable para la obtención de losetas, tejas y similares a partir de pizarras y sus residuos" (Pat. No. 2112799) . En ella se describe un procesamiento cerámico clásico que permite obtener ladrillos y otras cerámicas de construcción a partir del polvo de pizarra, o de mezclas de pizarra con arcillas. Existen además otras patentes similares tales como FR 2572392 ó EP59619A.
En 2005, los mismos inventores que firman esta solicitud registraron la solicitud de patente española de título: "Procedimiento para la obtención de vidriados y cristales negros a partir de residuos de pizarra".
De igual forma hay en la bibliografía internacional más de 80 publicaciones sobre aprovechamiento de residuos de pizarras en las más variopintas aplicaciones.
Sin embargo, no hay referencias a la aplicación de este tipo de materiales en la obtención de fibras vítreas.
Tal como puede observarse en el diagrama de fases del sistema SiO2- Al2O3- K2O, (Figura 1) , una composición típica de pizarra comenzará a fundir alrededor de 980ºC, primer punto invariante del campo primario de la mullita, y terminará su proceso de fusión alrededor de los 1600º-1700ºC, para convertirse en un líquido, que al enfriar formará un vidrio de silicato, probablemente con algunas cristalizaciones en su interior. Esta temperatura se rebaja en realidad 200º o más grados centígrados, debido a la presencia de impurezas tales como los óxidos de sodio, hierro, calcio, etc.
Asimismo, existen en Galicia otros residuos industriales de producción masiva, tales como los barros rojos del proceso Bayer, o las conchas de mejillón, cuyo reciclado y reutilización presentan claros beneficios medioambientales y sociales.
Los barros rojos del proceso Bayer se obtienen como residuo en el ataque de la bauxita con una disolución concentrada de hidróxido sódico, a alta temperatura y presión. En una factoría típica de producción de alúmina, tal como la implantada en Xove, Lugo (España) , se producen 500.000 toneladas anuales de barro rojo que se almacenan en un enorme pantano al aire libre. Su composición química contiene un 40 a 50% de óxido de hierro, un 20% de óxidos de aluminio y alrededor de un 20% de óxido de titanio, junto con cantidades menores de calcio, sodio, silicio y otros elementos.
Por otra parte, la utilización del mejillón por la industria conservera deja como principal residuo sus conchas, de las cuales se producen anualmente en Galicia entre 80.000 y 100.000 toneladas por año. Estas conchas están compuestas en más del 95% de carbonato cálcico, y contienen además proteínas, hierro, sodio, potasio, magnesio y otros elementos.
La industria del fibrado de roca ("lana de roca") utiliza como materia prima basalto y materiales similares de bajo precio, cuya composición química difiere de los residuos de pizarra en que éstos últimos contienen menos óxido de hierro y menos óxido de calcio, y más óxido de silicio y óxido de aluminio que los basaltos.
Por ello, es posible obtener una composición similar al basalto, fácil de fibrar, usando las mezclas adecuadas de residuos de pizarra, barros rojos y conchas de mejillón El presente procedimiento utiliza una mezcla de polvo o trozos de pizarra con otros residuos industriales, tales como los barros rojos del proceso Bayer y las conchas de mejillón, para obtener a temperaturas elevadas un líquido muy fluido, fácil de fibrar y con aplicaciones en la construcción, aislamientos térmicos y acústicos, y otras aplicaciones industriales.
Procedimiento El polvo de pizarra, que puede contener o no trozos de diversos tamaños se muele en un molino micronizador a tamaño inferior a 250 micras. En el caso de los residuos de corte y pulido, extraordinariamente finos, esta etapa puede eliminarse, sustituyéndola por un tamizado. En el caso de que el polvo presente humedad, debe secarse por cualquiera de los procedimientos habituales, por ejemplo, por estancia de 6 o más horas en una estufa a 120ºC.
Una vez preparado el polvo, se mezcla con las cantidades necesarias de barro rojo seco y cáscaras de mejillón molidas para obtener la composición global buscada, y se coloca la mezcla en un crisol refractario. El crisol y su contenido se calientan hasta fusión en un horno eléctrico, de inducción, de microondas, o de cualquier otro tipo. Dicha fusión se alcanza a partir de los 1200ºC, y la viscosidad del fundido desciende drástica y rápidamente hasta los 1600ºC o temperaturas aún mas altas.
Finalizada la fusión, que ocurre al cabo de unos pocos minutos, en función de la potencia del horno y de la composición de la mezcla de partida utilizada, el líquido fundido puede fibrarse en un equipo industrial, de laboratorio o manualmente, o puede colarse en moldes para conformarlo como un vidrio.
En la Figura 1 se representa el Diagrama de fases del sistema SiO2- Al2O3- K2O.
Ejemplo 1
Se trocean residuos de pizarra en una machacadora hasta obtener un tamaño de partícula de 5 a 50 mm. El material se seca en una estufa a 120ºC, y tras 6 horas, pesan aproximadamente 1 Kg. del mismo, que se colocan sobre un crisol. Se añade un 20% de barro rojo seco a 150ºC y pulverizado, y un 10% de concha de mejillón pulverizada. Se mezcla el producto resultante con una espátula.
El crisol se introduce en un horno convencional programable y se eleva su temperatura hasta 1500ºC. La masa funde y se fluidifica a partir de 1200º-1300ºC. A temperaturas del orden de 1500ºC, el fundido puede volcarse y con él llenar un molde metálico previamente calentado para colar una plaqueta vítrea. Este vidriado presenta un aspecto brillante y fuerte color negro.
El fundido puede alimentarse a 1500ºC a una máquina de fibrado, o fibrarse a mano. Se obtienen así fibras de color negro, con diámetros variables del orden de 5 a 50 o 100 micras, y longitudes desde algunos centímetros a varios metros, con aspecto y características similares a las fabricadas a partir de basalto fundido.
Ejemplo 2
Se tamizan entre 1 y 10 mm los residuos de serrado y pulido de pizarra convenientemente secos. Se desecha el rechazo. El material resultante del tamizado se seca a 110ºC, se mezcla con el 20% de barro rojo seco y con otro 20% de conchas de mejillón molidas, y se colocan 500 gramos del mismo en un crisol de grafito de alta densidad y de tamaño adecuado. El crisol se introduce en la espira de un horno de inducción de potencia suficiente, y se comienza la operación de fusión, que finaliza en unos minutos. Una vez alcanzada la temperatura de 1300º-1500ºC, el material se encuentra completamente fundido y fluidificado, con baja viscosidad.
La masa fundida se alimenta en la entrada de un equipo de fibrado o se fibra manualmente, obteniéndose fibras similares a las del ejemplo 1, pero más finas, dado que la finura de la fibra está determinada por la viscosidad en el fibrado, y ésta depende para una temperatura dada de la composición del material: a más óxido de hierro y mas óxido de calcio, menor viscosidad.
