Procedimiento de obtención de materiales cerámicos de alta densidad a partir de cenizas de piritas.
El proceso de obtención de ácido sulfúrico a partir de piritas, así como la tostación de éstas para la extracción de algunos de los metales que contienen, produce grandes cantidades de cenizas que se acumulan en enormes depósitos a cielo abierto.
Dichas cenizas están formadas por una mezcla de óxidos metálicos, fundamentalmente, Fe2O3 y otros componentes minoritarios (ver Tabla 1).
TABLA 1 Composición química de cenizas de piritas [5pt] | Fe2O3 | Cu | Zn | As | Pb | Silicatos | Agua |
| 70-80 % | 0,6 % | 0,3 % | 0,2 % | 0,5 % | 2-10 % | 10-15 % |
Dado que las cenizas de piritas proceden del procesamiento industrial de minerales de distintos yacimientos, su composición es muy variable, particularmente sus contenidos en metales tales como Cu, Pb, As, etc.. Todas ellas tienen un contenido en óxidos de hierro superior al 70 %. Su composición mineralógica, obtenida por difracción de Rayos X está formada por distintos óxidos de hierro tales como Fe2O3, Fe(OH)3, FeO(OH), etc., con pequeñas cantidades de cuarzo y otros silicatos.
Por otro lado, se están fabricando en numerosos países materiales cerámicos no convencionales de alto contenido en hierro para su uso en construcción, obras públicas, acumulación de calor, etc..
El procedimiento objeto de la invención permite obtener materiales cerámicos densos, cumpliendo dos objetivos: a) eliminar cenizas de pirita del medio ambiente dándoles una aplicación industrial, y b) obtener productos cerámicos de alta densidad e importante valor añadido, sustituyendo a otras materias primas más caras y susceptibles de otras aplicaciones. El procedimiento permite pasivar los metales traza presentes, algunos peligrosos como plomo o arsénico, incluyéndolos en solución sólida en los óxidos de hierro, o en todo caso en la fase vítrea formada durante la calcinación.
El procedimiento propuesto se divide en tres etapas:
1.- Las cenizas de pirita, de tamaño de grano fino, se amasan con agua, con o sin la adición de un plastificante industrial, y se conforman por extrusión, granulado o peletizado con un tamaño adecuado. El material se seca a 120ºC y se calcina a temperaturas comprendidas entre 900ºC y 1400ºC. Se obtiene así una chamota granulada en la cual la temperatura ha provocado las transformaciones químicas y estructurales necesarias para estabilizar su composición, eliminar el agua y recombinar sus elementos constitutivos.
2.- El material chamotado, con distribución de tamaño de grano adecuada, sólo o mezclado con otros componentes tales como arcilla, barro rojo del proceso Bayer u otros materiales, se extruye, prensa o conforma, por cualquier otro procedimiento, en bloques o ladrillos. El tamaño o granulometría del chamotado no produce más variaciones en el procedimiento propuesto y en las propiedades de los materiales obtenidos, que las correspondientes variaciones en la densidad aparente y en la porosidad de dichos materiales. Como confirmación de lo dicho puede observarse en los ejemplos 1 y 2 la obtención de materiales cerámicos a partir de granulados chamotados de cenizas de piritas con tamaños máximos de 3 mm. y de 200 micras respectivamente.
3.- Dichos bloques se secan, si es necesario, y se procesan térmicamente a temperaturas de 900ºC a 1400ºC.
Ejemplo 1
Ceniza de pirita, procedente de Huelva, con un contenido en Fe2O3 del 75 % se humedece con el 4 % de agua en una amasadora. La masa plástica se extruye y granula hasta un tamaño de grano inferior a 3 mm. El granulado se seca a 120ºC y se calcina a 1200ºC durante dos horas.
La chamota granulada fría se mezcla con el 1 % de metilcelulosa como plastificante y con el 2 % de agua. La masa homogénea se prensa a 650 Kg/cm2 en una prensa de doble efecto, en una matriz de 250 x 250 x 50 mm. Se seca de nuevo y se introduce en un horno con un ciclo de calcinación de temperatura máxima de 1250ºC y 10 horas de frío a frío. Las características del material obtenido se exponen en la Tabla 2.
TABLA 2 Características de los bloques
| Densidad | 3,8 g/cm3 |
| Porosidad | 20 % |
| Resistencia a compresión | 400 Kg/cm2 |
| Color | Pardo/negro |
| Resistencia al choque térmico | Buena |
| Calor específico | 0,23 Kcal/kgºC |
Ejemplo 2
La ceniza de pirita, granulada con tamaños inferiores a 200 micras, se seca y calcina a 1100ºC durante una hora. Se añade un 25 % de arcilla plástica y un 4 % de agua. Se homogeneiza la mezcla y se prensa a 500 Kg/cm2 en placas de 200 x 200 x 10 mm.
Las losetas obtenidas se secan a 120ºC y se introducen en un horno de 1300ºC de temperatura máxima, con un ciclo de cocción de frío a frío de 5 horas. Las propiedades de las placas obtenidas se presentan en la Tabla 3.
TABLA 3 Propiedades de las placas
| Densidad | 3,2 gr/cm3 |
| Porosidad total | 16 % |
| Absorción de agua | 6 % |
| Resistencia a compresión | 350 kg/cm2 |
| Color | Rojo oscuro |
| Resistencia a la abrasión | Buena |
| Heladicidad | No |
