Study of a Waste Kaolin as Raw Material for Mullite Ceramics and Mullite Refractories by Reaction Sintering
En este trabajo se ha estudiado un yacimiento de caolín bruto, situado en Andalucía occidental (España), utilizando una muestra representativa. Los métodos de caracterización utilizados han sido la difracción de rayos X (XRD), la fluorescencia de rayos X (XRF), el análisis del tamaño de partícula me...
| Autores: | , , , , |
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| Formato: | artículo |
| Estado: | Versión borrador |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Recursos: | Universidad de Jaén |
| Repositorio: | RUJA. Repositorio Institucional de la Producción Científica de la Universidad de Jaén |
| OAI Identifier: | oai:ruja.ujaen.es:10953/7412 |
| Acesso em linha: | https://hdl.handle.net/10953/7412 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | Kaolin Raw materials Kaolinite Washing Mullite Ceramics Refractories Reaction sintering alfa-alumina 620.22 |
| Resumo: | En este trabajo se ha estudiado un yacimiento de caolín bruto, situado en Andalucía occidental (España), utilizando una muestra representativa. Los métodos de caracterización utilizados han sido la difracción de rayos X (XRD), la fluorescencia de rayos X (XRF), el análisis del tamaño de partícula mediante tamizado y sedimentación, y el análisis térmico. Se han determinado las propiedades cerámicas. Se utilizó una muestra de caolín comercial de Burela (Lugo, España), con aplicaciones en la industria cerámica, en algunas determinaciones con fines comparativos. El yacimiento de caolín se ha producido por la alteración de rocas ricas en feldespato. Este caolín en bruto se aplicó como aditivo en la fabricación local de cerámicas y refractarios. Sin embargo, no existen estudios previos sobre sus características y propiedades de cocción. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación era realizar un estudio científico sobre este tema y evaluar las posibilidades de aplicación. El caolín crudo se lavó para el beneficio de la roca utilizando agua para aumentar el contenido de caolinita del material resultante. Los resultados indicaron que el contenido de caolinita de la materia prima era del 20 % en peso, según se determinó mediante XRD, mostrando un ~23 % en peso de partículas inferiores a 63 µm. El contenido de caolinita de la fracción inferior a 63 µm era del 50 % en peso. Así, se produjo una mejora del contenido de caolinita de este caolín crudo mediante separación húmeda. Sin embargo, el caolín se consideró un caolín residual, con microclina, moscovita y cuarzo identificados por XRD. Los análisis térmicos mediante termodilatación (TD), análisis térmico diferencial (DTA) y termogravimetría (TG) permitieron observar la descomposición térmica de la caolinita, la transición de fase del cuarzo y los efectos de sinterización. Las muestras prensadas de este caolín crudo, la fracción inferior a 63 µm obtenida mediante lavado con agua y el caolín crudo molido con un molino de martillos se calcinaron a varias temperaturas en el intervalo de 1000-1500 °C durante 2 h. Se determinaron y compararon las propiedades cerámicas de todas estas muestras. Los resultados mostraron una contracción lineal progresiva por sinterización en estas muestras, con un valor máximo de ~9 % en la fracción inferior a 63 µm. En general, la capacidad de absorción de agua de las muestras cocidas mostró una disminución de ~18-20 % a 1050 °C hasta casi cero después de la cocción a 1300 °C, seguida de un aumento de los valores experimentales. La porosidad abierta fue casi nula tras la cocción a 1350 °C durante 2 h y la densidad aparente alcanzó un valor máximo de 2,40 g/cm3, tal y como se observó en la muestra de caolín crudo molido. El examen XRD de las muestras cocidas indicó que están compuestas por mullita, procedente de la descomposición térmica de la caolinita, y cuarzo, presente en la muestra cruda, como fases cristalinas principales, además de una fase vítrea. Se obtuvieron materiales totalmente densificados o vitrificados mediante cocción a 1300-1350 °C durante 2 h. En una segunda etapa de esta investigación, se examinó la prometedora aplicación del estudio anterior para aumentar la cantidad de mullita mediante la incorporación de alúmina (α-alúmina) a esta muestra de caolín. La cocción de mezclas, preparadas con este caolín y α-alúmina en condiciones de procesamiento húmedo, produjo el aumento de la mullita en proporción relativa por sinterización por reacción a temperaturas superiores a 1500 °C durante 2 h. En consecuencia, se puede preparar un refractario de mullita utilizando este caolín. Este procesamiento de refractarios con alto contenido en alúmina se ve favorecido por una separación previa por tamaño, que aumenta el contenido de caolinita, o mejor aún, por un tratamiento de molienda del caolín en bruto. |
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