caolin y arena silicea como m c

5/26/2018 Caolin y Arena Silicea Como M C

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IX Jornadas Iberoamericanas de materiales de Construccin 1

EL CAOLIN Y LA ARENA SILICEA COMO MATERIALES DECONSTRUCCIN.

Alfonso J. Morao Rodrguez(1), Jos Luis Guilln Vias(2), Jos Antonio MartnezAlarcn(3), Moiss Martnez Alarcn(3)y Julin Daz Hospital(3)

(1) Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Minas. Universidad Politcnica de Madrid. C/ Alenza4. 28003 Madrid. Espaa. [email protected]. Miembro del Grupo de Investigacin:Sostenibilidad en la Construccin y en la Industria SCI.

(2) Comersand, S. [email protected] del Grupo de Investigacin: Sostenibilidaden la Construccin y en la Industria SCI.

(3) Caolina, S. L. Ctra. De Utiel. 58. 16360 Arguisuelas. Cuenca. [email protected].

RESUMEN

El caoln es una arcilla, blanca procedente de la descomposicin de rocas feldespticas y puede venirmezclada con cuarzo, feldespato y minerales ferruginosos.El caoln que se trata en esta ponencia procede la compaa Caolina, ubicada en Arguisuelas -Cuenca (Espaa). El objetivo es la explotacin minera, lavado, concentracin y comercializacin decaoln y arena silcea, dado que los dos minerales aparecen conjuntamente en la explotacin.Caolina explota a cielo abierto su recurso minero, para obtener un producto cuyas caractersticassean aceptadas por grandes fabricantes de porcelana sanitaria y de esmaltes cermicos.El valor aadido de los productos finales de Caolina se aporta en la planta de tratamiento, medianteprocesos de molienda, lavado, cribado, hidrociclonado, filtrado, secado y extrusionado.El caoln es un mineral bsico para la fabricacin de la porcelana sanitaria y otros materialescermicos de construccin tales como baldosas, azulejos, tejas y sus correspondientes esmaltes. EnCaolina el principal mercado es la porcelana sanitaria dadas las excelentes propiedades cermicasdel producto.El segundo mineral que se obtiene en Caolina, es un importante material de construccin, la arenasilcea. Adems de las aplicaciones en la industria de la cermica, el vidrio y los abrasivos, la arenasilcea es un constituyente de morteros y hormigones de alta resistencia a la abrasin. Caolinacomercializa su arena silcea fundamentalmente para estos prefabricados de hormign. Adems, laarena silcea presenta muy buenas propiedades como material de construccin drenante y filtrante. Elartculo describe detalladamente las aplicaciones del caoln de Caolina en los materiales cermicos yde construccin.

ABSTRACT

Kaolin is white clay, coming from feldspar rocks decomposition that can be mixed with feldspar, quartzand iron minerals.Kaolin described in this article is coming from Caolina society allocated in Arguisuelas Cuenca(Spain). Target of this company is extracting, washing, concentrating and selling the kaolin and silicasand, because both minerals are placed together in the geological bed.Caolina is doing Kaolin open mining to get a product which will be accepted for the big sanitary andceramic enamel industry.The added value of the Caolina end products is getting through the milling, washing, screening,filtrating, drying and extrusion.Kaolin is a basic row material to produce sanitary pieces and some other ceramic products like floorand roof tiles and its ceramic enamels. The main business of Caolina is the sanitary industry thanks to

the excellent properties of the minerals.
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Second mineral obtained which is an important building material is the silica sand. A part of theapplications in the ceramic and glass industry and abrasives, silica sand is a top component ofmortars and high resistance to abrasion concretes. Caolina is selling their silica sand for theseconcrete prefabricated products. Besides Caolina silica sand has very a good performance as buildingmaterial for filters and drainages.Article describes in detail the main applications of Caolina minerals in the ceramic and building

materials industry.

Palabras clave:Caoln, arena silcea, materiales cermicos, hormign. Kaolin, silica sand, ceramic products, concrete.

1.- INTRODUCCIN

Se denomina caoln a una arcilla muy pura, blanca o levemente manchada, queprocede principalmente de la descomposicin de rocas feldespticas y que suele

venir mezclada con otros componentes, tales como cuarzo, feldespato y mineralesferruginosos derivados de la roca matriz. Hay quien piensa que la palabra caolnderiva del chino kaoling (cresta alta). En el Reino Unido la arcilla de la localidad deCornualles se llamaba arcilla china (china clay), trmino todava usado en estacomarca, por ser un excelente caoln cermico, similar a los caolines chinos. Losprincipales yacimientos econmicos de esta arcilla son los formados a partir deprocesos metericos.

Los minerales que componen bsicamente el caoln son la caolinita, la dikita y lanacrita. Es higroscpico (absorbe agua) y su plasticidad es de baja a moderada.Otras propiedades importantes son su blancura, su inercia ante agentes qumicos,

es inodoro, aislante elctrico, moldeable y de fcil extrusin; adems, resiste altastemperaturas, no es txico ni abrasivo y tiene elevada refractariedad y facilidad parala dispersin en agua. Es compacto, suave al tacto y difcilmente fusible. Tiene granpoder de cubricin es absorbente y tiene baja viscosidad en altos porcentajes deslidos.

El caoln que se trata en este artculo procede la compaa Caolina, ubicada enArguisuelas, provincia de Cuenca (Espaa). Caolina es una empresa familiar, quegoza de una gran reputacin dentro del sector de la minera del caoln y de laindustria cermica. El objetivo principal de la compaa es la explotacin minera,lavado y comercializacin de mineral de caoln y arena silcea, dado que los dos

minerales aparecen conjuntamente en la explotacin.La arena silcea o arena de slice es un compuesto resultante de la combinacin delsilicio con el oxigeno, formando una molcula muy estable (SiO2). Esta molcula esinsoluble en agua, y en la naturaleza se encuentra en forma de cuarzo en estadocristalino y en forma de palo en estado amorfo. En Caolina, realmente la arenasilcea es un producto secundario, pero dada su presencia al estar combinada con elcaoln, su buena calidad y el valor aadido que se le aporta, constituye un productocomercial muy apreciado.

Desde el punto de vista minero, Caolina lleva a cabo la explotacin a cielo abierto desu recurso con el mximo rigor, para obtener un producto cuyas caractersticas sean

aceptadas por los grandes fabricantes de porcelana sanitaria y de esmaltescermicos.


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2.- MATERIALES Y MTODOS

El caoln se encuentra fundamentalmente en dos tipos de depsito:

- Caoln residual, donde la arcilla sustituye a la roca pegmatita (roca granticade grano grueso compuesta en su mayor parte por feldespato y cuarzo), apartir del cual se formaba por descomposicin de la roca u otras alteraciones.

- Caoln sedimentario formado por partculas de arcilla transportadas desde elpunto de origen por la accin de torrentes condiciones favorables no alcalinasy sedimentando en el fondo de aguas tranquilas a menudo con ulterioralteracin.

Los caolines de la zona de Arguisuelas son de tipo sedimentario y se presentan enforma lenticular con potencias muy variables. Se encuentran estratificados engrandes superficies que se extienden a lo largo de la Cordillera Ibrica en terrenosdel Wealdense (cretcico inferior) y la formacin Utrillas (albense).

Todas las tareas de explotacin redunda de forma muy positiva en la calidad delproducto entendida en su totalidad: Calidad de producto, servicio y logstica ysatisfaccin del cliente.

Despus de la geologa y la explotacin minera, el tercer pilar bsico para diferenciary caracterizar los productos finales de Caolina es la planta de tratamiento, ya que ahes donde se da el valor aadido a los minerales, transformndoles en productoscomerciales.

Despus de ser extrado el todo - uno se carga en un dumper y es transportadohasta las instalaciones de Caolina. All se va apilando el mismo en diferentes

acopios en funcin de sus caractersticas. Los acopios de mineral se vierten en unatolva, provista de bandeja alimentadora para alimentar al molino desmenuzador. Elmolino cuenta con un sistema de cintas transportadoras que van introduciendo elmineral a un tromel, donde se mezcla con agua y comienza el proceso de lavado yde molienda autgena

Fotografa 1: Tromel donde se produce el proceso de lavado.


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En el interior del tromel adems de lavarse el material se desmenuza y se clasificagranulomtricamente, diferencindose los siguientes productos:

Granza: Material mayor de 8 mm que constituyen el rechazo,

Arena gruesa, material con un dimetro entre 3 - 8 mm que se acopia para su

posterior comercializacin, Material con un dimetro inferior a 3 mm, que pasa del tromel a un lavadero

especial para caolines

Arena silcea.

En el lavadero lleva a cabo mediante hidrociclonado, la separacin arenas silceas ycaolines. Las primeras se acopian para su posterior comercializacin, mientras quelos caolines con una finura inferior quedan suspendidos en agua, y son tratados enmicro-hidrociclones, donde se eliminan los slidos de mayor granulometra, 44 m.Esta fraccin caolinfera entre 44 m y 55 m se acopia para su posteriorcomercializacin en el sector cermico.

A la fraccin fina (inferior a 44 m) procedente de la fase anterior se le aadefloculante para que ayude a decantar y se enva al tanque clarificador donde elcaoln se va depositando en el fondo y el agua va rebosando, quedando limpia yreutilizable. El caoln del fondo es bombeado a un pozo donde se succiona y seintroduce en unos filtros prensa. En los filtros prensa, el caoln va perdiendo todo elagua, formndose unas planchas o tortas.

Fotografa 2: Tanque clarificador para decantacin de caoln de tamao a inferior a 44 m.

Dichas planchas de caoln se paletizan y se acopian para posteriormente serintroducidas en el secadero. Antes de entrar al secadero las planchas de caolnpasan por una extrusionadora para obtener formas tipo "macarrn", dndole msesponjosidad y facilitando con ello el secado.

Una vez seco el caoln en forma de "macarrn", a travs de cintas transportadorasse almacena en forma de apiles, quedando preparado para ser cargado ysuministrado a los consumidores. Para darle ms valor aadido se puede transportarel caoln seco mediante una cinta hasta el molino de micronizacin donde del caolnes micronizado y almacenado posteriormente en silos, para la carga de cisternas.


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Fotografa 3: Filtro prensa. Se forman unas planchas o tortas.

Fotografa 4: Caoln extrusionado.

Fotografa 5: Caoln micronizado y seco.

Los cuatro productos ofrecidos al mercado son: Arena gruesa, Arena silcea, Caolngrueso (tipo G2), Caoln extrusionado y Caoln micronizado.


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3.- APLICACIONES DEL CAOLIN Y LA ARENA SILICEA COMO MATERIALESDE CONSTRUCCION

PorcelanaMateriales cermicos.

El caoln es un mineral bsico para la fabricacin de la porcelana. La porcelana esun tipo de cermica dura, translcida de composicin triaxial: arcilla (caoln) + cuarzo+ feldespato. Segn la aplicacin se pueden diferenciar tres tipos de porcelana:Sanitaria, De Mesa, Artstica y Elctrica, siendo la primera la de uso ms extendido.As mismo algunos tipos de azulejos, baldosas, tejas, etc., pueden estar fabricadoscon caoln al igual que los esmaltes cermicos. Todos de uso en construccin.

Por lo tanto, est claro que dentro de los materiales de construccin, la cermicaocupa un lugar muy importante y a su vez, dentro de las materias primas quecomponen algunos tipos de cermica el caoln es un constituyente fundamental.Dadas las propiedades mineralgicas y fsicas del mineral y al especfico tratamiento

sometido en la planta, se consigue un excelente caoln para la fabricacin deporcelana. De ah que su principal mercado sea la cermica sanitaria, siendo elGrupo Roca el cliente ms importante de la compaa.

Considerando el caso particular de un lavabo sanitario de porcelana, se puedeaproximar que la cantidad de caoln en peso por lavabo es de 4,8 Kg.

Suponiendo que en una obra de nueva ejecucin se coloquen 2 lavabos porvivienda, sern necesarios 4,8 x 2 = 9,6 Kg de caoln.

Considerando 100 000 viviendas nuevas al ao, y solo teniendo en cuenta loslavabos se obtienen 100 000 x 9,6 = 960 000 Kg = 960 T de caoln.

Si adems se tiene en cuenta otros sanitarios como platos ducha, vides e inodoros,la cantidad de caoln para 100 000 viviendas nuevas puede superar las 4000 T/ ao.De este modo se pone de manifiesto la dependencia del consumo de caoln con lanueva edificacin.

Tabla 1: Composicin qumica caoln.

COMPOSICION QUIMICA %

SiO2 49,60

Al2O3 36,30

Fe2O3 0,44CaO 0,11

MgO 0,11

Na2O


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Tabla 2: Granulometra caoln

GRANULOMETRIA %

+ 124 m 49,60

+ 74 m 36,30

+ 44 m 0,44- 20 m 0,11

- 15 m 0,11

- 10 m


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Estos materiales se trituran y almacenan en naves o reas reservadas para tal fin;se mezclan en dosificaciones preestablecidas de acuerdo a su anlisis qumico y semuelen hasta convertirlas en un producto pulverulento homogneo (harina cruda) delque se controla la composicin qumica y la granulometra.

La temperatura de clinkerizacin es de 1 450C, donde se producen las reaccionesque transforman los minerales en el clnker de cemento. Finalmente el clinker pasapor un sistema de parrillas de enfriamiento.

El cemento est formado por clnker (blanco o gris) y yeso, que regula el fraguado.Sin esta adicin de yeso, el cemento producira un fraguado instantneo con lamezcla de agua, por lo que impedira su trabajo en las etapas iniciales de lapreparacin de morteros y hormigones.

El resultado de la molienda del clnker con el yeso es el polvo de cemento; en estecaso se tratara de un cemento sin adicin. En los cementos con adiciones, se

agrega durante la molienda caliza blanca, en proporciones controladas ynormalizadas.

Sus usos pueden presentarse en una variedad de soluciones en la construccin civilmoderna; a continuacin se detallan las ms comunes:

a) Piezas prefabricadas: Baldosas de cemento, terrazos, adoquines, rejillas(adoquines perforados), losas (integrales), mortero (sobre losas, vaciados impresos,lavados, pulidos), placas GRC, etc.

b) Muros y pilares: De hormign claro y hormign arquitectnico, bloques y panelesprefabricados, etc.

c) Morteros: Enfoscados, revoques claros, monocapas, pinturas a base de cementoblanco, gunitados, etc.

d) Techos: Exterior (tejas), Interior (cielo raso, techo de cementoperlita), etc.

e) Prefabricados ornamentales: Dinteles, elementos ornamentales, pedestales,molduras, lavaderos, mobiliario interior, mesas, mobiliario urbano, bancos,jardineras, bajo relieve, sealizacin, letreros, etc.

Para obtener una tonelada de cemento blanco se utilizan aproximadamente 1,5toneladas de materia prima. La relacin aproximada entre los materiales calizos yarcillosos en el crudo del clnquer blanco es de 3 a 1 (es decir, se toma alrededor del75% de caliza y el 25% de arcilla tipo caoln para confeccionar el crudo)

El caoln debe contener del 65% - 80% de SiO2, no ms que 1,0% Fe2O3, menos de0,8% de TiO2, y solamente rastros de MnO2.

La composicin de la mezcla cruda del cemento blanco (en peso) es del 20% deSiO2, hasta el 5% del Al2O3y el 75 - 85% de CaCO3. Generalmente, la composicinde la mezcla cruda se disea para proporcionar un coeficiente de saturacin de 0,85- 0,88 y un mdulo de silicato de 3,2 - 4,0.

El clnquer blanco despus de fabricarlo y antes de enfriarlo del todo, es necesariodecolorarlo. En este proceso el Fe2O3 se transforma en FeO, es decir, lleva los ionesFe del estado de oxidacin (+3) de color rojo, al estado (+2) de color verde. Esta

reaccin se desarrolla en un medio reductor rico en CH4, segn las siguientesreacciones:


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Fe2O3+ H2 2FeO + H2O

Fe2O3+ CO 2FeO + CO2

Para conservar el hierro a su estado (+2), el clnquer se empapa en agua a partir desu salida del decolorante con la temperatura aproximadamente entre 250C - 300C.

Arena silcea.

Uno de los productos comerciales que se obtiene en Caolina es la arena silcea.Este tipo de arenas se utilizan en morteros, hormigones, fabricacin de vidrio y parafracturacin hidrulica en sondeos geotrmicos.

Fotografa 7: Arena clasificada y lavada

Concretamente la arena silcea de Caolina, se est suministrando en la actualidadpara prefabricados de hormign y esmaltes cermicos, dada su gran pureza ycalidad. La composicin qumica de la arena silcea se muestra a continuacin:

Tabla 3: Composicin qumica arena silcea.

COMPOSICION QUIMICA %

SiO2 99,00

Al2O3 0,55Fe2O3 0,037

CaO 0,01

MgO


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Destaca el elevado porcentaje de slice, lo cual evidencia la gran pureza qumica dela arena utilizada, y gracias ello, la posibilidad de ser usada en cermica fina, paraelaboracin de pastas de porcelana, esmaltes, etc. La granulometra de la arena semuestra en la tabla 4.

Tabla 4: Granulometra arena silcea.

GRANULOMETRIA (mm) (%)

> 2,8 0,6

2,8 - 2,00 2,71

2,00 - 1,60 3,90

1,60 - 1,00 12,26

1,00 - 0,80 7,75

0,80 - 0,40 30,71

0,40 - 0,250 19,41< 0,250 21,99

FONDO 1,08

PESO EN HUMEDO 1000,00 g

PESO SECO 951,30 g

DIFERENCIA PESO 48,7 g

% PERDIDA PESO 4,87

Las acciones de tipo fsico que pueden deteriorar al hormign dando lugar a sudesgaste superficial o a su prdida de integridad o disgregacin pueden ser dediferentes tipos tales como: hielo y deshielo, abrasin, cavitacin y choquestrmicos. Existen procesos muy variados de erosin del hormign, parte de ellosligados a usos industriales especficos. Otros son de tipo ms general y se resumena continuacin los que afectan al uso de la arena silcea:

Desgaste superficial por abrasin

- La abrasin producida por elementos que rozan sobre las superficies delhormign produce un desgaste muy importante del mismo que no slo se traduce enla formacin de una superficie suave y deslizante sino tambin, en muchasocasiones, en la destruccin del hormign.

- El desgaste superficial es producido por acciones mecnicas debidas a trficode peatones, vehculos ordinarios, vehculos industriales especiales y msexcepcionalmente a la accin del oleaje, si el agua lleva partculas en suspensin.La resistencia a la abrasin es proporcionada por el rido grueso, pues el morterotiene una resistencia al desgaste inferior a la del rido.

Una capa de acabado de alta resistencia (mayor a 40 MPa) proveer mayorresistencia a la abrasin utilizando los agregados disponibles localmente. Engeneral, el tamao mximo nominal de los agregados de una capa de acabado esde 12,5 mm. Seleccionar bien los agregados es una manera de mejorar laresistencia mecnica para una relacin arena /cemento determinada, pero tambin


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mejora la resistencia a la abrasin. Estos agregados normalmente se aplican enforma de mezcla espolvoreada en seco o en una capa de acabado de altaresistencia. Como recomendaciones en el uso de la arena silcea como agregadopara mejorar la resistencia superficial se pueden sealar las siguientes:

- Es importante retrasar el aplanado y fratasado hasta que el hormign hayaperdido el brillo que provoca el agua superficial.

- Puede ser necesario eliminar el agua libre de la superficie para permitir sucorrecto acabado antes que la base del hormign haya endurecido.

- No se deben acabar las superficies de hormign si hay agua acumulada, yaque al hacerlo se reducir radicalmente la resistencia a la compresin en lasuperficie.

- La demora en el acabado depender de la temperatura, la humedad y lacirculacin de aire.

Las caractersticas de la arena silcea indicada de Caolina la hacen muy adecuadapara este uso.

4.- CONCLUSIONES

CAOLIN

- Los depsitos de arcillas caolinferas combinadas con arenas silceas de lazona de Arguisuelas (Cuenca) y sus alrededores son susceptibles de ser explotados

econmicamente mediante minera a cielo abierto.- Desde el punto de vista mineralgico los dos productos bsicos que seobtienen, caoln y arena silcea, presentan excelentes propiedades y una granpureza qumica.

- La planta de tratamiento de Caolina permite aumentar el valor comercial dedichos productos especialmente del caoln, obteniendo caoln molido, lavado, seco yconcentrado. Segn el tratamiento al que se somete al caoln se obtienen diferentesproductos comerciales. Hay que destacar la accin de los hidrociclones quepermiten cortes muy finos, proporcionando curvas granulometras adaptadas a lasnecesidades de cada industria consumidora.

- La principal aplicacin del caoln de Caolina, as como el principal mercado deeste producto es la Industria Cermica Sanitaria. El caoln constituye la basearcillosa de la porcelana triaxial, por lo que cuanto mayor es la calidad de caoln,mejor porcelana sanitaria se obtiene (dentro de un proceso cermico controlado). Laproduccin de sanitarios va estrechamente ligada con la construccin y dentro deesta ltima, sta en relacin directa con la edificacin; es decir a mayor actividad enla edificacin, mayor es la produccin de sanitarios y mayor es el consumo decaoln, y viceversa.

- La aplicacin como materia prima para cemento blanco tambin es adecuadacumpliendo todos los requisitos necesarios. La ubicacin de la explotacinrelativamente alejada de cualquier fbrica de cementos hace que no sea unaaplicacin habitual de este caoln


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ARENA SILICEA

- En relacin a la arena silcea, para que puede ser destinada a labores defracturacin hidrulica y realice un trabajo eficiente debe presentar alto grado deredondez, y su tamao de la partcula debe estar comprendido entre la malla 40(0,516 mm) y malla 65 (0,274 mm). La arena de Caolina est bastante redondeadapero requerira separar la fraccin granulomtrica entre la malla 40 (0,516 mm) y lamalla 65 (0,274 mm) para poder ser usada en fracturacin hidrulica. Para ellohabra incorporar un equipo de cribado en seco adicional para separar esa fraccin.

- Considerando (segn Norton) que las pastas cermica triaxiales son aquellasque estn compuestas por arcilla, cuarzo y feldespato se puede afirmar que losminerales explotados en Caolina aportan a la cermica fina dos de los trescompuestos: La arcilla que es el caoln, y el cuarzo que es la arena silcea, dadoque el porcentaje en SiO2 es del 90%.

- Las caractersticas de la arena silcea de Caolina la hacen muy adecuadapara evitar el desgaste superficial del hormign por abrasin, en cualquiera de losprocesos indicados.

5.- BIBLIOGRAFA

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Damaris Giovanna. Tesis CARACTERIZACIN DEL CEMENTO BLANCO.Navarrete. VALDIVIA CHILE, 2006

KEIL, Fritz. CEMENTO, FABRICACION, PROPIEDADES y APLICACIONES.Editores Tcnicos Asociados, S.A. 1973

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caolin y arena silicea como m c

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