EL CARBON Y LOS SUBPRODUCTOS CARBONOSOS COMO ALTERNATIVA ENERGÉTICA EN LA INDUSTRIA LADRILLERA.

A. GARCIA VERDUCH. Instituto de Cerámica y Vidrio.

Arganda del Rey, Madrid.

RESUMEN Las instalaciones de la industria ladrillera actual no están adecuadas para el quemado de combusti­

bles sólidos por los viejos sistemas. En el presente artículo se exponen algunos conceptos generales sobre las propiedades de los carbo­

nes y sobre su almacenamiento, y después se describen las características de las instalaciones para el quemado de combustibles sóüdos pulverizados. También se aborda el problema de la combustión de sólidos pulverizados inyectados en los hornos de ladrillería.

Por último, se estudia la posibilidad de uithzar combustibles como aditivos a las masas arcillosas pa­ra la fabricación de ladrillos.

ZUSAMMENFASSUNG. Die Produktionsanlagen der heutigen Ziegeleiindustrie sind für den Einsatz fester Brennstoffe nach

den alten Verfahren nicht geeignet. In der Arbeit Werden einige Überlegungen allgemeiner Art über die Eigenschaften der Kohle und

ihre Lagerung angestellt; anschliessend werden die Merkmale von Anlagen zur Verfeuerung fester fein­gemahlener Brennstoffe beschrieben. Auch die Frage der Einspritzung pulverförmiger fester Brenns­toffe in Ziegeleiöfen wird behandelt.

Abschliessend wird die Möglichkeit des Einsatzes von Brennstoffen als Zusatzmittel zu den für die Ziegelherstellung verwendeten Tonmassen erörtert.

SUMMARY The installations of the present day brick industry are not adequate for burning soUd fuels using

classical systems. This paper describes some general concepts on the properties of coal and its storage. This is followed by the description of the caracteristics of the facilities for burning solid fuels in the powder form.

The problem of the combustion of powdered soUds injected in brick furnaces is also considered. FinaUy, a study is made on the possibility of using fuels as additives to clayey masses for the ma­

nufacture of bricks.

RESUME Les installations de l'industrie de briques actuelle ne se trouvent pas accommodées pour le brûlage

de combustibles solides à travers les systèmes anciens. Le présent article expose quelque concepts généraux qui on décrit les caractéristiques des installa­

tions pour le brûlage de combustibles solides pulvérisés. On abordé aussi le problème de la condustion de soUdes pulvérisés, injectés dans les fours de bri­

queterie. Finalement, on étudié la possibilité d'utiliser des combustibles comme aditifs aux masses argilenses,

pour la fabrication de briques.

1. INTRODUCCIÓN.

Tradicionalmentô, la industria ladrillera española ha utili­zado carbón y otros combustibles sólidos de forma generali­zada.

El movimiento de expansión y modernización que expe­rimentó la industria española durante los años sesenta afec­tó incluso —y de modo señalado— a un sector industrial de tan antigua tradición como es el de la ladrillería.

Las nuevas instalaciones que se montaron fueron proyec­tadas para mayores producciones, y se equiparon para fun­cionar con un alto grado de automatización. Lo normal fué dotar a estas instalaciones de hornos túnel y secaderos arti­ficiales de diversos tipos.;Paralelamente a la construcción de nuevas plantas, se produjo una activa corriente de moderni­zación de las existentes. A los aumentos de producción, se

B 0 L . S 0 C . E ^ S P . C I : R A M . V I D R . V 0 L . 2 2 -NUM.l

unió la preocupación por aumentar la calidad, por proteger el medio ambiente y por mejorar las condiciones de trabajo.

Esta activa transformación de una parte importante del sector ladrillero fue acompañada en muchos casos por un abandono del carbón en favor del fuel-oil. Los anticuados sistemas para quemar combustibles sólidos no se adaptaban a los nuevos esquemas industriales, y como los combustibles líquidos eran fáciles de manejar y podían adquirirse enton­ces a bajos precios, la opción resultaba bastante clara. El he­cho ílie que, en pocos años, la industria ladrillera dejó prác­ticamente de consumir carbón.

Los restantes combustibles sólidos, tales como leña, se­rrín, cascara de almendra, orujo, cascara de piñón, etc., por ser consumidos preferentemente por industrias locales de menor entidad, no experimentaron grandes altibajos en su uso.

19

Si se analizan los datos, en valor, de la suma de combus­tibles, carburantes y lubricantes usados por la industria de tierra cocida en los años 1965 y 1971 , puede verse que el carbón representaba un 67^/o en el año 1965, y solamente un 29^ /o en 1971. En contrapartida, el fuel-oil, que en 1965 suponfa un lO^ /o , alcanzó un 46^ /o en 1971. La leña y otros productos varios se mantuvo en un 19^/o a lo largo de ese mismo período. El proceso de transformación a com­bustibles líquidos fue avanzando después de 1971 hasta ha­cerse casi completo pocos años más tarde.

Ahora ha hecho un quiebro la historia, y por curiosas, complejas y no bien asimiladas razones, el grifo de los com-butibles líquidos ha comenzado a cerrarse, al menos para los ladrilleros.

La actual estructura industrial de la ladrillería, y la impe­riosa necesidad de restringir el consumo energético, no per­miten volver, sin más, a utilizar los combustibles sólidos co­mo antes. Los viejos sistemas de quemado de sólidos son to­talmente inadecuados. Sin embarco, la alternativa de usar cobustibles sólidos es hoy preferente, o sencillamente única.

La situación, vista en forma esquemática, es la siguiente: El grifo de los combustibles líquidos se ha cerrado. Hay que usar combustibles sólidos. Los sistemas de quemado de sóli­dos que se arrinconaron hace años son anticuados y no se adaptan a las necesidades industriales de hoy. Hay que bus­car otros nuevos.

En los últ imos años, esta inquietud por poner a punto sistemas de combustión de sólidos adaptados a la industria ladrillera, se ha visto reflejada en mul t i tud de realizaciones prácticas que han surgido en diversos países, unas veces con el desarrollo de nuevas ideas, y otras, con el desempolvado y actualización de ideas y sistemas, que la irrupción del

fuel-oil y del gas hicieron arrumbar. Tenemos la seguridad de que este movimiento de resu­

rrección de procesos que ahora estamos presenciando, pon­drá en manos de los fabricantes de ladrillos las soluciones p-ácticas para el quemado de combustibles sólidos que tan urgentemente necesitan.

La industria ladrillera es una gran consumidora de ener­gía, no solamente por sus grandes volúmenes de produc­ción, sino también por su elevado consumo específico.

Un elevado consumo específico de energía cara para la fabricación masiva de productos muy baratos, como son los ladrillos, supone, en el momento actual, una incidencia del renglón energético en el costo de fabricación que en algunos productos supera el 50^ /o . Hace solamente unos años, esta incidencia no rebasaba el 25^/o.

El componente energético siempre ha sido importante en la economía de la fabricación de ladrillos. Hoy es crí t ico.

A la preocupación general del ahorro energético, se suma ahora la necesidad urgente de abandonar unos combustibles para sustituirlos por otros, con todas las implicaciones que ello lleva consigo. Además, se hace necesario reconsiderar si las pastas arcillosas utilizadas habituaímente son las más adecuadas para lograr bajos consumos energéticos. Otro as­pecto que debe considerarse es la posibilidad de incorporar combustibles a la masa, como medio de conseguir un ahorro energético adicional y de utilizar reservas energéticas de ba­jo precio.

2. COMPOSICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS CARBONES 2.1. Composición.

Los combustibles sólidos están compuestos por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, humedad y sustan-

o Ù: M. a lu 2 Lu

3 <

(D lU o LU

Û < n Q

< Q hi O n O -J lu >

TEMPERATURA DEL MATERIAL

Fig. 1.— Condiciones para el autocalentamiento (Según P.F. Bee-ver. Spontaneous combustion, BRE. Information Paper IR 6 /82 . Ma­yo 1982).

cias minerales. Los únicos elementos que aportan calor du­rante la combustión son el carbono, el hidrógeno y el azu­fre. De ellos, los dos primeros son deseables y el ú l t i m o , in­deseable, por formar gases sulfurosos que, con el agua, se transforman en ácidos corrosivos.

El carbono total puede considerarse dividido en dos frac­ciones: a) En una de ellas, el carbono está combinado con el hidrógeno y alguno o algunos de los elementos oxígeno, nitrógeno y azufre para formar los compuestos orgánicos que constituyen la mayor parte de las llamadas "materias volátiles", b) En una segunda fracción, el carbono no está combinado y se halla en forma residual constituyendo el llamado "carbono f i jo*' .

El azufre también puede considerarse dividido en dos fracciones: a) Fracción orgánica, en la cual está combinado con el carbono, hidrógeno y, a veces, otros elementos,y for­ma parte de las llamadas materias volátiles.b) Fracción inor­gánica, en la cual forma parte de sulfuros, tales como piritas o marcasitas, y de sulfatos tales como yeso y sulfatos de hierro o aluminio.

El nitrógeno, contenido esencialmente en la fracción or­gánica, se libera como amoniaco durante la destilación.

Las sustancias minerales que contiene el carbón se divi­den asimismo en dos cateogrías: a) Sustancias minerales f i ­jas que provienen de la propia sustancia vegetal de la cual se formó el carbón, y también de las finísimas partículas mine­rales que aparecen íntimamente mezcladas, b) Sustancias minerales libres, ajenas a la materia carbonosa, que pertene­cen a las rocas de formaciones colindantes, y que han sido mezcladas mecánicamente, la diferencia entre ambas frac­ciones es que la sustancia mineral f i ja es prácticamente inse-

/parable del carbón, y la libre puede separarse por medios industriales.

Las cenizas se originan durante la combustión por trans­formación de las sustancias minerales originales. Los sulfu­ros se oxidan, los carbonatos y sulfatos se descomponen y reaccionan con la sílice o las fracciones silicatadas, las sus-

20

tancias arcillosas se deshidroxilan y reaccionan también de diversos modos con los óxidos presentes. El resultado de to­do ello es, pues, un producto complejo de reacción que di­fiere notablemente de la sustancia mineral que conten Ta el carbón.

Se desea que las sustancias minerales estén en la menor proporción posible porque: a) Disminuyen el poder calorífi­co, b) Constituyen un peso muerto en el transporte y c) Una vez transformadas en cenizas, producen trastornos den­tro del horno.

Los buenos carbones no dan más de un 6^/0 de cenizas, los regulares de 6^/0 a 12^/o, los mediocres de 12^/o a 30^/0, y los que sobrepasan el 30^/o tienen poco valor co­mercial.

La fusibilidad de las cenizas constituye un importante parámetro a considerar, ya que las cenizas que funden a ba­ja temperaturas forman escorias y atacan a los refractarios de las paredes, o manchan los ladrillos que se están cocien­do en los hornos.

Se considera una fusibilidad favorable cuando la ceniza funde más de 1500^C, regular cuando funde entre 1500 y 1200^C, y desfavorable cuando funde a menos de 1200^C. Esta clasificación tiene solamente un valor relativo, porque la fusibilidad aceptable dependerá en último término de las temperatura máximas a que van a estar sometidas las ceni­zas, del modo en que va a ser usado el combustible, y de la naturaleza de las sustancias sólidas con las cuales se va a po­ner en contacto.

La fusibilidad de las cenizas está condicionada por su composición química, y como ésta es muy compleja, no es fácil establecer una relación entre ambas. De todos modos, si se prescinde de los componentes minoritarios, se puede establecer una relación orientativa, según la cual la tempe­ratura de fusión aumenta al aumentar la razón: AI2O3 + Si02/Fe203 4- CaO + MgO, y dentro de un mismo valor de esta razón, la temperatura de fusión aumenta al aumentar la razón: AI2O3/SÍO2.

La humedad total de los combustibles sólidos, según su grado de retención, puede dividirse en dos fracciones: a) La humedad accidental, que se elimina por exposición del com­bustible al aire ambiental, y b) La humedad higroscópica que, por estar retenida más íntimamente por fuerzas capila­res y por absorción, solamente se expulsa mediante calenta­miento a 105^C durante una hora o más. La línea, de sepa­ración entre ambos niveles de humedad no está bien defini­da, y tiene solamente una significación de orden práctico, ya que en el secado al aire ambiental, no quedan definidas ni la temperatura ni la humedad del aire.

El contenido en humedad de los combustibles sólidos es un factor indeseable por tres razones: a) Porque absorbe ca­lor durante su evaporación y hace disminuir la cantidad de calor útil del combustible, b) Porque supone un peso adicio­nal en el transporte, y c) Porque, en el caso de combustibles pulverizados, cuando la humedad sobrepasa determinados límites, se*producen adherencias y aglomeraciones que difi­cultan su manejo. Este comportamiento es muy de tener en cuenta cuando se quiere asegurar una buena regularidad y fluidez en el funcionamiento de las instalaciones.

Por simple analogía formal, deberíamos citar aquí otro tipo de agua que se desprende, que es el agua formada quí­micamente durante la combustión de la fracción hidrogena­da del combustible. Esta fracción de agua no cabe en el con­cepto normal de humedad del combustible, pero no tiene significación al definir su poder calorífico.

2.2. Poder calorífico. El agua, recién formada en la combustión, se halla en es­

tado gaseoso. Sin embargo, a efectos de balance térmico.

podemos considerar dos posibilidades, o que quede final­mente el agua en forma gaseosa, o que se enfríen los gases de la combustión hasta condensarla en forma líquida. El po­der calorífico es distinto en un caso y en otro. Si el agua queda finalmente en forma líquida, se recupera el calor de vaporización, mientras que si queda en forma de vapor, di­cho calor no se recupera. Así, pues, un mismo combustible posee dos valores de poder calorífico: a) Un poder calorífi­co superior, calculado considerando que el agua, después de la combustión, queda en estado sólido, y b) Un poder calo­rífico inferior en cuyo cálculo se considera que el agua que­da como vapor en su estado final.

El agua de que estamos hablando es el agua química for­mada durante la combustión, pues se considera que el com­bustible de partida está totalmente seco.

Si, por el contrario, el combustible está húmedo, esta fracción de agua, de naturaleza física, se evapora y absorbe calor. Durante el enfriamiento, podemos considerar, como antes, que dicha agua quede finalmente en estado líquido o en estado de vapor. En el primer caso se recupera el calor de vaporización, y en el segundo no.

El esquema general comprende dos poderes caloríficos, superior e inferior, para el caso de combustible húmedo.

A efectos de comparación, suele emplearse el poder calo­rífico superior del combustible seco, para evitar el factor de variación que supone la humedad. Sin embargo, en la prácti­ca se prefiere el valor del poder calorífico inferior del com-.bustible sin secar, ya que es con su humedad normal como se va a utilizar, y además los gases de la combustión salen a temperaturas suficientemente altas para que la condensa­ción del agua no se produzca.

El poder calorífico del carbón puede determinarse, o bien experimentalmente, usando técnicas calorimétricas, o bien por cálculo, basándose en fórmulas aproximadas. El cálculo mediante esta fórmulas requiere conocer o el análi­sis químico elemental, o el contenido en carbono fijo y en materias volátiles.

El contenido en humedad se determina por desecación del carbón durante 1 h. a lOS^C. Las materias volátiles se determinan por calentamiento de la muestra de carbón en un crisol tapado, durante 7 minutos a 950^C. La ceniza es el residuo que queda después de la combustión total de la sustancia carbonosa. El carbono fijo se determina restando de 100 los porcentajes de humedad, materias volátiles y ce­nizas. También puede considerarse como la diferencia entre el residuo coquizado y las cenizas.

2.3. Propiedades físicas.

Al considerar el peso específico de los carbones hay que distinguir tres valores: a) Peso específico de la propia sus­tancia sólida exenta de poros, b) Peso específico de los tro­zos de carbón, incluyendo el volumen que ocupan sus po­ros. Este dato es significativo en el caso de materiales poro­sos, como el coque, c) Peso específico bruto, determinado como el peso del carbón contenidö-en un recipiente de vo­lumen conocido. En este caso se tienen en cuenta, no sola­mente los poros que puedan existir en el interior de los tro­zos, sino también los espacios libres entre ellos, que, a su vez están relacionados con la distribución granulométrica. El peso específico bruto es un dato necesario para conocer los volúmenes requeridos para el almacenaje.

El calor específico de las carbones varía considerable­mente de unos a otros, dependiendo de su naturaleza, de su contenido en cenizas y de su humedad, pero su margen de variación suele estar comprendido entre 0,26 y 0,37 cal/g^C.

BOL.S0C. I :SP .CI :RAM.VIDR.VOL.22 - NUM. 1 21

La estabilidad de tamaño de los carbones es un modo de expresar su resistencia a la rotura durante el manejo y el transporte. Según la norma A.S.T.M. D440-37T, se determi­na dejando caer dos veces 50 libras de carbón desde una al­tura de 6 pies, sobre una plancha de acero. Conociendo la distribución de tamaños antes y después del ensayo, la nor­ma establece la estabilidad de tamaño como un factor de porcentajes.

El índice de molturabilidad constituye otra forma de ver la resistencia de los carbones, y significa la relativa facilidad con que pueden ser molidos.

La A.S.T.M. ha adoptado dos métodos para medir este índice. En uno de ellos se hace uso de la máquina de Hard-grove (A.S.T.M. D409-37T), y en otro de un molino de bo­las (A.S.T.M. D408-37T).

Según el método de Hardgrove, se utiliza un pulverizador de bolas con ocho bolas de 2,54 cm. La presión de las bolas, lograda por aplicación de pesos muertos, es de 29 Kg en to­tal. Se carga una muestra de 50 g de carbón de tamaños comprendido entre 16 y 30 mallas, y se hace girar el molino 60 revoluciones. Se pasa el producto a través de un tamiz de 200 mallas. El índice de Hardgrove se define como "13 más el peso en gramos de los finos obtenidos, multiplicado por 6,93''.

Según el método del molino de bolas, se determinan las cantidades relativas de energía requeridas para pulverizar di­ferentes carbones, colocando la muestra de carbón en un molino de bolas y hallando el número de revoluciones re­querido para molerla hasta que el 80^/o de la muestra pase por un tamiz de 200 mallas.

2.4. Comportamiento ténnico.

En una visión general simplificada del comportamiento térmico de los carbones, hay que considerar, por una parte, las profundas alteraciones que se producen por calentamien­to en ausencia de aire y, por otra, la destrucción por com­bustión en presencia de aire.

2.4.1. Coquización.

a) La carbonización o coquización se produce cuando se calienta un carbón o una mezcla de carbones en una retorta, en ausencia de aire.

El carbón así tratado se descompone en unos gases com­bustibles, en unas sustancias complejas condensables, y en un residuo sólido de coque.

Desde el punto de vista práctico, se desea que los carbo­nes usados den buenos rendimientos de gas, formen un co­que coherente de buena resistencia, contenga no más de 1,5^/o de azufre y 9 % de cenizas, y no se expandan en el horno durante su calentamiento. Una tendencia excesiva a la expansión puede producir considerables presiones sobre las paredes del horno. Existen métodos de ensayo para de­terminar los índices de hichamiento de los carbones.

Veamos ahora, sucintamente, la secuencia de las trans­formaciones que tienen lugar durante el calentamiento gra­dual de una mezcla de carbón bituminoso molido.

Al principio se produce un lento desprendimiento gaseo­so. Los gases que se liberan en esta etapa inicial son dióxido de carbono, monóxido de carbono y vapor de agua. Al ir elevándose la temperatura, va variando la composición de los gases que se desprenden. Comienzan por aparecer trazas de hidrocarburos gaseosos, especialmente metano. Si se con­tinúa calentando, se desprenden productos volátiles que contienen ya hidrocarburos condensables. De todos modos, la velocidad de desprendimiento de gases y vapores se man­

tiene moderada hasta que se alcanza la temperatura de re­blandecimiento del carbón.

Los carbones no funden a una temperatura bien defini­da. Cada uno de ellos posee un intervalo de temperaturas en el cual se forman sustancias líquidas en cantidades suficien­te para que el carbón se aglomere en una masa de partículas más o menos coalescidas.

La velocidad de desprendimiento de productos volátiles experimenta un rápido crecimiento cuando se calienta el carbón por encima de la temperatura de reblandecimiento. Al elevarse la temperatura lo suficiente para que alcance el carbón el estado piroplástico, los gases que.se desprenden forman burbujas en su seno y avanzan hacia el exterior, configurando una textura esponjosa.

A medida que progresa la descomposición del carbón, con desprendimiento de sustancias volátiles, va disminuyen­do su plasticidad, y las burbujas quedan retenidas finalmen­te en una estructura celular bastante rígida. Una vez alcan­zado este estado, la salida ulterior de sustancias gaseosas so­lamente es posible, o por difusión a través de las paredes ce­lulares, o a través de grietas producidas en la estructura.

A temperaturas todavía más altas se siguen desprendien­do sustancias volátiles al tiempo que se inicia una contrac­ción de la masa de coque. La progresiva eliminación de volá­tiles va acompañada de una disminución de la reactividad del coque y de un aumento de su resistencia y su dureza.

El margen de temperatura en el que se produce el reblan­decimiento de los carbones fusibles es relativamente estre­cho, y no suele pasar de los 50^C, aunque en algún caso ex­cepcional pasa de los lOO^C. La mayoría de estos carbones empiezan a reblandecer por debajo de los 410^C, y termi­nan antes de alcanzar los 500^C.

La estructura y posterior comportamiento del coque for­mado al concluir el estado plástico, depende, entre otros factores, de la velocidad del desprendimiento gaseoso, de la fluidez desarrollada, y de la velocidad de aumento de la temperatura.

Se han propuesto diferentes procedimientos dilatométri-cos y plastométricos para determinar la temperatura a la cual comienza el comportamiento plástico. Un método dis­tinto consiste en hacer pasar una corriente de gas inerte, a velocidad constante, a través de una columna llena de car­bón triturado, cuya temperatura va siendo elevada gradual­mente. El comienzo del reblandecimiento del carbón se ma­nifiesta por un señalado aumento de la resistencia al tlujo gaseoso a través de la columna.

2.4.2. Combustión.

El resultado global de la combustión es la combinación del carbono y del hidrógeno del combustible con el oxígeno del aire para dar dióxido de carbono y agua, más una deter­minada cantidad de calor. Si existe azufre, se forma además SO2.

Como ejemplo, veamos el esquema de combustión en un hogar con alimentación superior. Sobre la parrilla existe una capa de ceniza, y encima de ella está situado el carbón en ignición. El aire primario entra por la parrilla y asciende. Nuevo carbón es alimentado sobre el lecho existente.

Empezando por abajo, pueden establecerse cuatro zonas: 1.— Zona de ceniza, inmediatamente encima de la pa­

rrilla, en la cual la ceniza protege a la parrilla de un exceso de temperatura y, al mismo tiempo, facilita el precalenta-miento del aire que entra.

2.— Zona de oxidación, con aire abundante recién in­gresado, en la cual se produce la combinación exotérmica del carbono con el oxígeno para dar dióxido de carbono.

22

3.— Zona de reducción, ya pobre en oxígeno, en la cual parte del CO2 formado en la zona de oxidación se re­duce a monóxido de carbono por reacción con nuevo carbo­no.

4.— Zona de destilación, en la cual destila la sustancia volátil del carbón nuevo añadido sobre el lecho en ignición.

Tanto las sustancias volátiles destiladas en esta zona, co­mo el monóxido de carbono que procede de la reducción del CO2 en la zona inferior, arden sobre el lecho de carbón si se dan las circunstancias siguientes:

a) Existe suficiente aire secundario. b) Se produce una buena mezcla de dicho aire con los

gases combustibles. c) La mezcla gas-aire alcanza una temperatura superior a

la de ignición. Si no se da alguna de estas circunstancias, disminuye la

eficiencia de la combustión y se producen humos. La velocidad de quemado del carbón está determinada

por la velocidad de admisión de aire primario por debajo de la parrilla. La eficiencia de la combustión depende del con­trol de admisión de aire secundario.

2.4.3. Combustión espontánea.

La combustión espontánea es el proceso de ignición de una masa de material sin la intervención de fuente externa alguna de ignición. No nos referimos a aquellas sustancias que son inflamables en el aire, o son explosivas, o son clara­mente inestables. El concepto de combustión espontánea es aplicable exclusivamente a sustancias que, generalmente, son consideradas como estables en el aire de la temperatura ambiente.

Se llama autocalentamiento al proceso por el cual una masa de material adquiere una temperatura superior a la ambiental como resultado de reacciones exotérmicas que se producen en la propia masa o en su superficie. Si en este proceso se alcanza una temperatura suficientemente alta pa­ra iniciar la combustión, decimos que se ha producido igni­ción espontánea. Cuando después de un cierto grado de au­tocalentamiento, se dispara el proceso con un rapidísimo aumento de la temperatura, y se produce fuego —o incluso explosión, si las condiciones gaseosas son propicias— po­dríamos muy bien decir que se ha producido un desboca­miento térmico.

El autocalentamiento se produce sencillamente porque la masa genera calor a una velocidad superior a la que pue­de disiparse en el ambiente que le rodea. Para comprender el fenómeno, hay que analizar, por una parte, los mecanis­mos de todos los procesos exotérmicos que puedan ocurrir, y por otra, los modos de conducción y disipación del calor producido. El autocalentamiento se produce cuando se rompe el equilibrio entre ambos procesos globales.

Con muchísima frecuencia, las reacciones responsables de la producción de calor corresponden a la oxidación de la sustancias tólidas en contacto con el aire.

Cuando se almacena al aire el carbón, se produce una lenta oxidación de su carbono y de su hidrógeno, y también de las piritas que lo impurifican.

A temperatura ambiente estas reacciones son lentas, pero de velocidad medible. El crecimiento exponencial de la velocidad de reacción con la temperatura y, por tanto, la li­beración de calor en estas reacciones aceleradas, contrasta con los comportamientos lineales de transmisión de calor a través de la superficie de los sólidos.

El calor se libera según la curva H (fig. 1). La pérdida de calor a través de la superficie sigue a menudo la recta A.

Cuando el sólido se halla inicialmente a la temperatura T^ , que es la ambiental, la generación de calpr es superior a la pérdida, y se produce u n calentamiento! El calentamiento continúa hasta que se alcanza la temperatura de intersec­ción de la curva H con la recta A, que supone una situación estable, porque ambas velocidades, de generación y de pér­dida de calor, se igualan.

Si la temperatura ambiente fuese Tß, la velocidad de pér­dida de calor seguiría la línea B. Cuando se parte de esa teperatura, la velocidad de generación de calor, que indica la curva H, es siempre superior a la pérdida de calor, que indica la línea B, con lo cual jamás se alcanza el equilibrio, y el calentamiento se desboca hasta producir la ignición.

La temperatura inicial T^ siempre conduce al equilibrio, porque la línea A cruza la curva H. La temperaturaTg con­duce al autocalentamiento ilimitado porque la línea B no tiene ningún punto común con la curvea H. Entre ambas existe una temperatura T^, llamada crítica, porque la línea C es tangente a la curva H, y separa los campos de seguridad y de peligro. A temperaturas superiores a TQ existe riesgo de ignición. La velocidad de oxidación en la mayoría de los carbones es muy lenta por debajo de los 50^C. Entre los 70^ y 80^C suele hallarse la temperatura crítica.

En general, se admite que un gran contenido en azufre y un elevado porcentaje de materias volátiles son factores que favorecen la combustión espontánea. También la favorece la humedad, aunque sus efectos son complejos, porque existen acciones antagónicas. En muchas sustancias, la presencia de pequeñas cantidades de humedad aumenta la velocidad de oxidación y, por tanto, la velocidad de generación de ca­lor. También la humedad estimula la acción biológica de mi­croorganismos que producen calor como resultado de su respiración. Ambas acciones favorecen el autocalentamien­to.

La humedad actúa también en sentido inverso porque aumenta la conductividad térmica y favorece la disipación del calor que se genera.

Al analizar los factores que intervienen en el proceso del autocalentamiento, hay que distinguir claramente entre los parámetros geométricos y físicos del material, propiamente dicho, y los que corresponden al apilamiento. Es evidente que las condiciones de aireación para la oxidación, y de transmisión de calor para el enfriamiento, no son las mismas en un trozo de carbón aislado que en ese mismo trozo situa­do profundamente en un apilamiento.

Si la reacción exotérmica es esencialmente superficial, y se produce en la interfase sólido-gas, es evidente que se esti­mulará cuando se aumente dicha superficie. Los sólidos muy molidos y de estructura porosa son los que poseen ma­yor superficie de reacción y, por tanto, mayor facilidad pa­ra producir calor. Según este concepto, cuanto más menudo sea el carbón, mayor peligro ofrece de experimentar la com-butión espontánea. El carbón en trozos gruesos y limpios es el que ofrece menor peligro.

En relación con este hecho cabe hacer una recomenda­ción importante. Al hacer el apilamiento hay que evitar que se produzcan segregaciones de los tamaños finos. En las acu­mulaciones de carbón fino, producidas por segregación de tamaños en los apilamientos, existe especial peligro de que se inicie el fuego. En los apilamientos cónicos se dan favo­rables circunstancias para que los trozos de carbón rueden selectivamente por las laderas y se originen segregaciones de tamaños. Los apilamientos en capas ofrecen menos oportu­nidades a la segregación y, por ello, son mucho más desea­bles desde el punto de vista que ahora nos interesa.

Por efecto del calentamiento progresivo se alcanzan tem-peaturas a las cuales destilan sustancias volátiles del carbón.

B 0 L . S 0 C . I ' S P . C I : R A M . V I D R . V 0 L . 2 2 -NUM.l 23

que reaccionan en mezcla gaseosa con el oxfgeno del aire. Este mecanismo de destilación y reacción en fase gaseosa, ya no responde a los esquemas estrictamente superficiales que prevalecen a temperaturas inferiores.

La generación de calor, desde el punto de vista químico, responde a reacciones diversas que se desarrollan según me­canismos también muy diversos.

La pérdida de calor del carbón sólido tiene lugar, eviden­temente, a través de su superficie, pero el proceso ffsico se complica al considerar apilamientos de formas y tamaños diversos, compuestos de carbones de distintas granulóme-trías.

2.4.4. Recomendaciones para la seguridad en el almacenamiento del carbón.

Para disminuir el riesgo de combustión espontánea en los parques de carbón conviene tener presentes las siguientes re­comendaciones:

1.— Procurar que durante el transporte y el apeamien­to del carbón no se produzcan excesivas segregaciones de tamaños, con acumulaciones locales de finos.

2.— Evitar que en los apilamientos incidan fuentes ex­ternas de calor.

3.— El apilado no debe efectuarse en tiempo caluroso. 4.— No apilar carbón recientemente extraído. Si los

carbones tienen tendencia al autocalentamiento, esta ten­dencia es más alta durante las semanas siguientes a su ex­tracción, y el peligro de combustión espontánea va disminu­yendo a medida que pasa el tiempo. Es raro que se produz­ca la combustión espontánea en carbones que han sido ex­puestos a la intemperie durante más de un año. Por exposi­ción a la intemperie el carbón va perdiendo lentamente al­guna cantidad de materias volátiles, y va disminuyendo un poco su poder calorífico.

5.— En la formación del apilamiento se pueden seguir dos criterios distintos: a) Alta ventilación. Hacer apilamien­tos bajos y proveer conductos de ventilación apropiados para disipar el calor. Se acepta que el carbón va a sufrir li­bremente la oxidación superficial en exceso de aire, pero se facilita al máximo la evacuación del calor producido, b) Oxigenación limitada. Hacer apilamientos compactos, bien apisonados, rodeados de paredes impermeables. Un caso ex­tremo de oxigenación limitada para impedir la combustión espontánea es el de sumergir el carbón bajo agua. Este pro­cedimiento se practica muy rara vez.

6.— Cuanto más fino es un carbón y cuanto mayor es su contenido en materias volátiles, menor es la altura permi-sibe de apilamiento. Un carbón menudo, con más de 18°/o de materia volátiles, no ha de tener una altura de apilamien­to superior a los 3,5 metros. Cuando el carbón es grueso y contiene menos del 1 8 % de materias volátiles, pueden for­marse apilamientos de hasta 6,5 m de altura.

7.— Cuando se dispone de grandes máquinas para mo­ver y transportar el carbón, y al mismo tiempo el apila­miento está circundado por bocas de incendio con abundan­te disponibilidad de agua, se pueden hacer apilamientos de 9 metros o incuso más. Si no se dispone de máquinas ade­cuadas ni de bocas de incendio, no deben sobrepasarse los 34 metros. En resumen: Carbón grueso, bajo contenido en volátiles y disponibilidad de grandes máquinas y bocas de incendio, altos apilamientos. Bajos apilamientos cuando ocurre lo contrario.

8.— Un carbón muy húmedo no debe apilarse con otro muy seco.

9 . - Se debe establecer un sistema de vigilancia de la temperatura del interior del apilamiento. Para ello se intro­

ducen tubos metáleos terminados en punta y soldados en su extremo, a profundidad de unos 50 cm del suelo. Dentro de cada tubo se aloja un termómetro de máxima. Las dis­tancias entre tubos dependen de la peligrosidad del carbón y de las circunstancias de apilamiento, y pueden variar entre 3 y 10 metros.

Cuando en alguna zona existan temperaturas próximas a los 50*^C, debe iniciarse la alerta. Si la temperatura pasa de los 60^C debe procederse al aislamiento de la zona afecta-ua. rara atacar el foco de sobrecalentamiento se debe abrir un hoyo en el apilamiento hasta llegar a ei; empapando el carbón que se va sacando, con abundante agua. Al Negar al foco, hay que inundarlo con gran cantidad de agua. Un sim­ple rociado para humedecer el carbón resulta cotraprodu-cente.

10.- .La combustión espontánea de un apilamiento de carbón se inicia generalmente en una zona profunda, y se manifiesta externamente por el desprendimiento de vapores blancos o ligeramente azulados, de vapor de agua y de sus-tacias volátiles. Si, por desgracia, ocurre esto, hay que to­mar inmediatamente las drásticas medidas que se acaban de describir para aislar el foco y extinguir el sobrecalentamien­to.

3. ALIMENTACIÓN DE LOS HORNOS CON COMBUSTIBLES SOLIDOS.

Los alimentadores intermitentes de carbón, neumáticos o mecánicos, situados sobre la bóveda de los hornos de la­drillería, que antes eran de uso común, pueden ser susti­tuidos con ventaja por quemadores que insuflan mezclas de carbón pulverizado y aire.

En general, las instalaciones requeridas para quemar car­bón pulverizado en las fábricas de ladrillos están equipadas para las siguientes operaciones: Almacenaje, trituración y molienda, preparación de la mezcla combustible-aire, dis­tribución de dicha mezcla a los puntos de fuego, e impul­sión de la mezcla al interior del horno.

Existen dos alternativas principales: 1) Utilizar pequeñas unidades autónomas, que consiste en molinos inyectores de carbón, de pequeño tamaño, situados encima del horno, que trituran el carbón e insuflan directamente en el horno la mezcla de carbón y aire. 2) Utilizar una instalación cen­tralizada para la molienda del carbón, con los necesarios dispositivos para seleccionar los tamaños de grano, para rea­lizar la mezcla de carbón y aire, y para alimentar esta mez­cla en los puntos de fuego. Esta última alternativa es más perfeccionada y permite una mayor automatización y regu­lación, que se traduce en una mayor homogeneidad y regu­laridad en la cocción de los ladrillos.

Antes de pensar en ningún tipo concreto de instalación, hay que conocer la disponibilidad de combustibles. Ello su­pone estudiar las posibilidades de suministro, las caracterís­ticas técnicas, los precios, tanto de carbones como de resi­duos vegetales de diversos tipos, y los costos de transporte. Se desea que el combustible elegido posea unas buenas ca­racterísticas técnicas, y que pueda ser suministrado regular­mente en cantidades adecuadas y con una aceptable cons­tancia de calidad. Además, se suelen hacer, aunque con du­doso éxito, malabarismos futurológicos acerca de la evolu­ción de los precios del combustible preferido y de otras po­sibles alternativas.

De la instalación se espera que —aparte de las necesarias condiciones de eficiencia y seguridad— posea una razonable flexibilidad para adaptarse a las variaciones que pudieran producirse en la calidad o en la naturaleza de los combusti­bles.

24

Las características principales a considerar en los com­bustibles sólidos son las siguientes:Poder calorífico, conteni­do de humedad, contenido de cenizas, fusibilidad de las ce­nizas, contenido de materias volátiles, contenido de carbo­no fijo, granulometrfa, densidades real y aparente, tempera­tura de inflamación, abrasividad, y agresividad de los pro­ductos de la combustión.

En cuanto a la instalación, se deben discutir y compro­bar los siguientes aspectos: a) Posibilidad de descarga, alma­cenamiento y transporte interno, b) Modificaciones técnicas a llevar a cabo y coeficiente de rendimiento previsible, c) Control durante el almacenamiento, el transporte y el pro­ceso de combustión, d) Disponibilidad del combustible, con respecto a cantidad, calidad y seguridad de suministro, e) Eliminación de la ceniza y mantenimiento de la limpieza del aire, f) Limitaciones de las emisiones, de acuerdo con la reglamentación local, g) Corrosión, h) Gastos de inversión y servicio, i) Tiempo de amortización.

Al proyectar la instalación, se debe considerar deseable el logro de una serie de características, tales como: a) Regu­lación automática de la temperatura, b) Regulación indivi­dual de la altura de combustión en cada punto de fuego, c) Regulación individual del caudal de combustible en cada punto de fuego, d) Flexibilidad de adaptación a distintos combustibles, e) Compatibilidad con los equipos existentes para quemar combustible líquido, permitiendo la fácil susti­tución total o parcial de los mismos, f) Buen rendimiento y larga duración del equipo de molienda, g) Capacidad del equipo de molienda para la producción económica de la gra-nulometría deseada, h) Suficiente capacidad de almacenaje en las distintas etapas del proceso, i) Racionalidad en el transporte de la materia sólida en las diversas fases, j) Estan-queidad y seguridad de la instalación, k) Eficacia del siste­ma de captación de cenizas y de limpieza del material cerá­mico cocido. 1) Posibilidad de captación de gases sulfuro­sos.

Como objetivo último se desea lograr una cocción homo­génea y económica de los ladrillos, lo cual supone que hay que inyectar la mínima cantidad de combustible sólido pulverizado, con una granulometría y una mezcla de aire adecuadas, para que se distribuya en el horno de tal modo de la combustión sea lo más completa posible, y que de tal combustión resulten las mejores condiciones de transmisión de calor a los ladrillos para que éstos alcancen análogas temperaturas.

En cualquier razonamiento que se haga acerca de la coc­ción industrial de los ladrillos, hay que tomar en considera­ción que éstos se cuecen en paquetes o apilamientos bas­tante compactos, con unos espaciados entre paquete y pa­quete y entre éstos y ías paredes y la bóveda del horno. También hay que tomar en consideración que el objetivo que se persigue es la cocción homogénea de los ladrillos. Por una parte se desea lograr homogeneidad de temperatura en la sección transversal del horno, y por otra, lograr que el calor penetre en el interior de los paquetes a la mayor velo­cidad posible.

El tamaño de las partículas del combustible y la veloci­dad con que son inyectadas, condicionan el modo de com­bustión y el lugar donde libera el calor cada una de ellas.

Una partícula gruesa que cae libremente arde en las zo­nas bajas del horno —bien sea suspendida en el aire o apoya­da sobre el suelo o sobre cualquier otra superficie sólida— y tarda mucho tiempo en hacerlo. Por el contrario, una partí­cula fina arde suspendida en el aire, y lo hace en un tiempo muy corto y en la parte alta del horno.

Una partícula que arde en el espacio libre entre paquetes de ladrillos cede su calor a la masa gaseosa principal. Por el

contrario, una partícula que logra penetrar en el interior de un paquete, arde y cede su calor en un entorno más estático y más frío, y contribuye a homogeneizar la temperatura del paquete.

La ceniza que resulta de la combustión de una partícula en el interior de un paquete tiende a quedar atrapada en él.

Las finas partículas de combustible que arden en el se­no de la masa gaseosa principal ceden sus cenizas a dicha masa, y esas cenizas tienen muchas probabilidades de viajar lagas distancias hasta que encuentran ocasión de depositar­se. Incluso pueden no llegar a depositarse en el interior del horno y ser expulsadas de él con los gases de la combustión.

Las partículas que arden en el interior de los paquetes contribuyen a la homogeneización de la temperatura en su interior, pero, debido a la poca aireación existente, pueden llegar a crearse unas condiciones reductoras que impidan la combustión total, y produzcan inquemados. Asimismo, puede modificarse el color y la fusibilidad cíe los ladrillos, al tiempo que se estimulan las reacciones con las propias ceni­zas. La combustión en el interior de los paquetes es desea­ble solamente en la limitada medida que permita la airea­ción interna.

Unos combustibles, al arder, emiten mas energía lumino­sa que otros. Los ladrillos son opacos y, por tanto, la ener­gía luminosa no contribuye especialmente al calentamiento del interior de los paquetes ni del interior de los ladrillos.

El contenido en materia volátil de una partícula de com­bustible que es inyectada en el horno a gran velocidad, se quema en lugar distinto de aquel en que lo hace el residuo de carbono fijo.

La cantidad y la naturaleza de las sustancias volátiles in­fluyen notablemente sobre el esquema geométrico global de la combustión dentro del horno. A ésto hay que añadir las diferencias de velocidad de circulación de los gases en el exterior y en el interior de los paquetes de ladrillos, que tanta significación tienen en la transmisión del calor y en la composición química de la atmósfera.

El lograr homogeneidad de temperatura en la cocción de los ladrillos, sin incurrir en largos y costosos ciclos térmicos, no es, pues, asunto fácil, y requiere una cuidadosa optimiza-ción de todos los parámetros que intervienen.

Otro interesante aspecto a considerar es el de las interac­ciones de la atmósfera —más o menos sulfurosa— y de las cenizas —más o menos fusibles y reactivas— con los ladrillos que se hallan en proceso de cocción. Se desea que no afec­ten negativamente a su color, ni a la distribución del mismo, que no produzcan ataques superficiales a los ladrillos, y que no exalten su eflorescibilidad.

En cuanto a las cenizas y al azufre —que son dos compo­nentes indeseables— no hay más que dos alternativas, o evi­tarlos en lo posible, o neutralizar adecuadamente sus efec­tos.

4. ADICIÓN DE COMBUSTIBLES A LAS MASAS ARCILLOSAS PARA LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS.

La incorporación de combustibles a las arcillas para la fa­bricación de ladrillos se viene haciendo desde hace mucho tiempo. Hoy, sin embargo, se hace con un enfoque nuevo.

Como cualquier innovación industrial, estas adiciones tienen su cara positiva y su cara negativa.

La imagen favorable está formada por los siguientes ras­gos:

a) Posibilidad de acortar notablemente el ciclo de coc­ción. El calor se genera en el interior de la pieza y, por ello, disminuyen los gradientes de temperatura. Al no depender

BOL.SOC.ESP.CIiRAM.VIDR.VOL.22 - Nl'M.l 25

exclusivamente el calentamiento del interior de la pieza del transporte de calor por conducción, se puede aumentar la velocidad de cocción sin establecer peligrosos gradientes de temperatura.

b) Se logra una mayor homogeneidad de la distribución de la temperatura y, por tanto, una mejora de las propieda­des.

c) Es posible obtener piezas más ligeras con buenas pro­piedades mecánicas.

d) El combustible añadido a la arcilla suele ser pobre, de bajo precio, que difícilmente podría ser utilizado para otros fines. El uso de estos combustibles residuales libera cantida­des correspondientes de combustibles ricos que pueden des-tiarse a fines más nobles. Entre estos combustibles pobres ocupan un lugar destacado los residuos de la minería del carbón.

e) Existe la posibilidad de actuar favorablemente sobre el color de los ladrillos.

En contraposición a estos rasgos positivos hay que seña­lar las siguientes desventajas:

a) La combustión de los residuos carbonosos en el inte­rior de las piezas cerámicas exige la entrada de oxígeno y la salida de los gases de la combustión. Todo ello ha de verifi­carse en el seno de un sistema capilar. La combustión se rea­liza así en condiciones críticas, y su regulación exige coordi­nar los factores texturales del ladrillo, la cantidad de com­bustible incorporado y su facilidad de combustión, y los factores externos que prevalecen en el ambiente del horno.

En casos de desajustes de estas variables, pueden generar­se atmósferas fuertemente reductoras y producirse subidas incontroladas de la temperatura, lo cual origina fusiones prematuras, formación de corazón negro, e incluso defor­maciones de las piezas. Todos estos problemas se agravan en pastas muy plásticas y muy compactas.

b) La cocción reductora de productos porosos de arci­lla puede exaltar su capacidad de eflorescer.

c) Los combustibles pobres añadidos, debido a su alta o baja plasticidad, pueden modificar desfavorablemente la moldeabilidad de la masa o su comportamiento al secado o a la cocción, haciendo, por ello, necesario un reajuste'de la misma mediante otras adiciones.

d) El quemado de los granos de combustible provoca un aumento de la porosidad, que en algunos casos puede ser in­deseable.

4.1.2. Calidad.

La incorporación de subproductos a las masas arcillosas no debe suponer, en ningún caso, deterioro de la calidad de los ladrillos.

Con frecuencia es posible consumir subproductos sin sa­crificar la calidad, aunque ello exija introducir modificacio­nes en los procesos. También es posible en alguna ocasión lograr, incluso, mejoras de la calidad o la consecución de productos de calidades nuevas, que son aceptables por el mercado. En otros casos, desgraciadamente, existen graves inconvenientes de base que imposibilitan el uso de determi­nados subproductos.

Cuando se adquiera plena conciencia de la aplicabilidad de los subproductos y se domine su uso, se producirán inte­resantes modificaciones en el panorama de la industria de tierra cocida, que llegarán incluso a repercutir sobre la elec­ción de los lugares de asentamiento.

4.1.3. Suministro.

La industria ladrillera solamente consumirá aquellos sub­productos que puedan suministrarse con regularidad y en cantidades suficientes, y que además posean una razonable constancia de composición. En el teVmino composición in­cluímos todas aquellas variables que definen al subproducto tales como composición química global, composición mine­ralógica, tamaño de grano, humedad, etc.

La incorporación de un determinado subproducto a una determinada masa cerámica que ha de ser procesada en una determinada instalación, exige una larga y, a veces, costosa investigación, y también la realización de adaptaciones de la masa y de los procesos. Todo ello no puede quedar al ar­bitrio de una deficiente regularidad en el suministro del sub­producto, en cuanto a cantidad y calidad.

Una de las preocupaciones de las industrias generadoras de los subproductos debe ser el matenimiento de esta regu­laridad. Como es lógico, hay que buscar un equilibrio entre los aumentos de costo que supone garantizar la regularidad y los ingresos que se derivan de la venta continuada del sub­producto.

4.1.4. Contaminación.

4.1. Limitaciones para el empleo de subproductos en la industria ladrillera.

La industria ladrillera posee una gran capacidad para la absorción de subproductos de los más variados orígenes, pero esta capacidad no es ilimitada. Existen unos factores limitantes básicos que conviene recordar:

4.1.1. Economía.

El empleo de subproductos exige con frecuencia realizar unos gastos suplementarios, tanto en inversión como en ex­plotación y mantenimiento. Estos gastos han de guardar la moderación necesaria para que la operación, en su conjun­to, sea económicamente viable.

Gastos de inversión pueden ser, por ejemplo, la modifica­ción del sistema de molienda y de preparación de la masa, la instalación de un equipo de dosificación, la construcción de silos o depósitos, etc.

La existencia de un subproducto va siempre asociada, en mayor o menor grado, al concepto de contaminación. El subproducto deja de ser un elemento perturbador cuan­do se integra, o en unos productos útiles, o en el entorno natural que constituye el paisaje. Nosotros pensamos ahora en la primera posibilidad.

Algunos subproductos encuentran más dificultad que otros para integrarse, o en productos útiles o en el paisaje, porque en su composición intervienen sustancias nocivas.

La industria ladrillera únicamente podrá absorber aque­llos subproductos cuyo uso no suponga un mero traslado de la contaminación. No se trata de trasladar un problema, si­no de resolverlo.

La industria ladrillera no absorberá subproductos que pongan en peligro la salud de sus operarios, que creen pro­blemas de corrosión o de deterioro en sus instalaciones, o que afecten negativamente a la población, a la cabana o a la vegetación circundantes.

Algunos subproductos nocivos pueden ser absorbidos sin riesgos superiores a los normales. Otros subproductos, por el contrario, presentan unos riesgos tan elevados que su uso se hace totalmente inaceptable.

26

Cada caso particular debe ser estudiado con meticulosi­dad para conocer hasta qué punto el proceso cerámico pue­de amortiguar la nocividad de los subproductos. Es bien conocido que determinados elementos se fijan y se hacen menos nocivos cuando se integran en el sustrato cerámico. Otros, por su tendencia a formar compuestos gaseosos a al­tas temperaturas, o por otras razones, escapan y se difunden manteniendo su peligrosidad.

Algunas fábricas, por la modernidad de su equipo, por la pulcritud de sus instalaciones y por la disponibilidad de medios para el saneamiento ambiental, están más capacita­das que otras para manejar sustancias nocivas con un riesgo limitado.

4.2. Residuos de la minería del carbón.

En los trabajos de explotación de los yacimientos de carbón, y en los procesos de lavado para su enriquecimiento se producen variados residuos, en cantidades tales que, api­lados en inmensos montones, llegan incluso a modificar el aspecto de los paisajes.

La industria de materiales cerámicos de construcción, por sus especiales características, ofrece interesantes solu­ciones para el aprovechamiento integral de estas acumula­ciones de residuos.

Los estériles contienen, por una parte, un sustrato mine­ral de naturaleza silicatada y oxídica y, por otra, unos resi­duos carbonosos. Para lograr un aprovechamiento racional del conjunto, ambos tipos de sustancias deben ser estudia­das en cuanto a su composición y morfología para descubrir qué clase de acciones cabe esperar de ellas al integrarse en el seno de la masa cerámica.

A las arcillas para la fabricación de ladrillos se les pueden añadir determinadas cantidades de estériles de la minería del carbón, con lo cual se incorpora una fracción combusti­ble y una fracción mineral, que queda en el producto coci­do.

En este uso de los estériles caben dos posibilidades: a) Hacer piezas cerámicas utilizando exclusivamente los

estériles, y b) Hacer piezas cerámicas con una masa arcillosa a la

cual se ha adicionado una moderada proporción de dichos estériles.

Tanto en un caso como en otro, la masa contiene carbo­no, por lo cual el combustible total quemado resulta discri­minado en dos fracciones:

a) Combustible añadido al ambiente del horno para que arda en su seno, y

b) Combustible contenido en la propia masa cerámica. Cuando concurren las condiciones más favorables, esta

última fracción, contenida en la masa cerámica, se quema en su totalidad y libera todo su poder calorífico. El com­bustible quemado de este modo, que es barato, ahorra una cantidad equivalente de combustible añadido al horno, que es caro.

Los esquistos carboníferos provienen de arcillas antiguas que existían en la superficie del suelo en las épocas carboní­feras, y que tenían composiciones análogas a las de los sue­los superficiales de hoy, pero estaban mezcladas con pro­ductos de descomposición de los vegetales que dieron ori­gen a las capas de carbón. Por acciones geológicas posterio­res, estas arcillas fueron cubiertas y comprimidas junto con la masa vegetal, y adquirieron la textura laminar y la im­pregnación carbonosa que las caracteriza.

Los esquistos resultantes de estos largos procesos natura­les han perdido buena parte de la plasticidad que segura­mente tendrían las arcillas que les sieron origen, pero con

una adecuada molienda es posible, en muchos casos, regene­rar la plasticidad necesaria para fabricar ladrillos por extru­sión. Además, cabe la opción de mezclar esquistos de distin­tos grados de plasticidad y contenidos en carbono para lo­grar una masa cerámica que pueda ser moldeada y cocida.

En los esquistos carboníferos el carbono se halla en for­ma de finísima dispersión, lo cual, por una parte, elimina los problemas de mezclado del combustible, y por otra, fa­cilita la combustión.

El poder calorífico superior suele estar comprendido en­tre 650 y 1100 Kcal/Kg., que es suficiente, como valor teó­rico, para la cocción de los ladrillos. En esquistos españoles se han determinado incluso algunos valores más altos.

Para facilitar la comparación, puede ser útil conocer que la fabricación de una tonelada de productos de arcilla coci­da requiere aproximadamente 600 termias y 60 Kwh. Las sustanciales variaciones con respecto a estos valores que se hallan en la práctica, son debidas a la variedad de los pro­ductos y a la multitud de factores que intervienen en la fabricación.

En la molienda industrial de los esquistos para la fabrica­ción de ladrillos quedan siempre granos relativamente grue­sos que confieren a las masas unas texturas muy aptas para el secado. Para distintos tipos de piezas, el secado dura so­lamente de 3 a 5 horas.

La cocción de los ladrillos fabricados con esquistos car­bonosos es la operación más delicada, y exige el estricto cumplimiento de estos dos normas:

a) Mantener una atmósfera constantemente oxidante en todos los lugares del horno, y

b) Eliminar todo el carbono por combustión mantenien­do los productos a una temperatura inferior a la de vitrifica­ción. La formación de fases vitreas bloquea los capilares e impide el transporte gaseoso necesario para la combustión del carbono.

En esta combustión interviene el vapor de agua prove­niente de la deshidroxilación de los minerales de la arcilla, esecialmente de la caolinita, formando gas de agua que arde en la superficie del ladrillo.

Si la atmósfera del horno no es suficientemente oxidan­te, estos gases provocan una fuerte reducción de los ladri­llos, modificando su color y estimulando la aparición de fa­ses vitreas. Si, debido a la existencia de estas fases vitreas, se cierra la porosidad y se alcanza el estado piroplástico, las piezas sufren hinchamientos, deformaciones, agrietamien­tos, e incluso pueden producirse soldaduras de unas piezas con otras.

En los hornos Hoffmann, en los que no se puede contro­lar el fuego con la precisión necesaria, es aconsejable man­tener la temperatura por debajo de aquella en que empiezan a cerrarse los poros, hasta la total eliminación del carbono, y después subir hasta la temperatura máxima de cocción.

En los hornos túnel, en los que el control de las tempera­turas y de las atomósferas es más perfeccionado, se pueden gobernar con más precisión las fases de ignición, de oxida­ción y de gresificación, e incluso, en algunos casos, se puede llegar a la autococción de los ladrillos, aunque por razón del grado de gresificación deseado no es fácil evitar totalmente el uso de calor externo.

En el interior de las piezas se generará calor mientras exista combustible y mientras prevalezcan unas condiciones texturales y ambientales adecuadas para que prosiga la com­bustión.

En cuanto la porosidad alcanza un grando de bloqueo determinado, la combustión cesa. Está claro que, si lo que se desean son unas piezas más sinterizadas, no será posible alcanzar este estado por combustión dentro de las mismas.y

BOL.SOC.r.SP.Ci:RAM.VIDR.VOL.22 -NUM.l 27

habrá que hacerlo con aporte adicional de calor externo. Di­cho de otro modo, mediante el uso exclusivo de combusti­ble interno se pueden cocer las piezas solamente hasta que alcancen un cierto nivel de porosidad. Si se quieren obtener piezas más cerradas, cocidas correctamente, habrá que utili­zar, necesariamente fuentes complementarias de calor.

El empleo de los subproductos de las explotaciones car­boníferas en la industria cerámica ha despertado interés des­de hace muchos años en un gran número de países, y para la fabricación de productos muy diversos.

La investigaciones iniciadas en Francia en 1948, dieron origen a la creación de 1959 de la Sociedad Surchiste (So­ciété pour l'utilisation rationnelle des schistes) para la fabri­cación de ladrillos de diversos tipos, que en 1971 alcanzó una producción de 110.000 toneladas/año, solamente de los de cara vista. El consumo calorífico total, que incluye el se­cado de los esquistos y el secado y la cocción de los ladri­llos, asciende a 130-150 termias/tonelada. El consumo eléc­trico total de la fábrica es de 35 Kwh/tonelada. El rendi­miento por hombre y días, incluyendo el mantenimiento y el trabajo de cantera, es superior a 4 toneladas de ladrillo, cuando el rendimiento medio de la industria francesa de es­te sector es inferior a las 800 toneladas/año.

También, como resultado de las investigaciones france­sas, se ha montado en Lens una fábrica para la producción de áridos ligeros de esquistos carbonosos, con capacidad teórica de 300.000 m^/año. Como materia prima se utilizan esquistos de 400450 termias/tonelada, de una granulome-tría comprendida entre O y 80 mm.

El árido ligero obtenido tiene un peso específico, a gra­nel, de 350-700 Kg/m^, su absorción de agua, después de 48 h. de inmersión, es de 6-8^/o, y sus granos son práctica­mente esféricos, de diámetros 6-10 mm y 10-20 mm.

En la región inglesa de Midland existen varias fábricas de ladrillos de cara vista que utilizan lodos de los lavaderos de carbón como aditivo normal a sus pastas. Estos lodos con­tienen aproximadamente un 95^/o de partículas inferiores a 0,5 mm,.poseen un poder calorífico de unas 3.700 Kcal/Kg, y su humedad oscila entre el 20 y el 25^/o.

No todas las arcillas son igualmente adecuadas para reci­bir sustancias carbonosas como aditivo. Para obtener bue­nos resultados hay que vigilar:

a) La masa arcillosa que recibe el aditivo carbonoso, mezclando, si es necesario, dos o más arcillas e incorporan­do chamotas o desgrasantes de diversos tipos.

b) La calidad y cantidad de aditivo carbonoso. c) Las condiciones de la cocción, tanto en lo que se re­

fiere al ciclo térmico como a la provisión de la necesaria at­mósfera oxidante.

Alguna fábrica, por su cuenta y riesgo, y sin previa expe­rimentación, ha añadido a su arcilla un 25^/o de lodos de lavadero, y ha obtenido los desastrosos resultados que se­rían de esperar. La experiencia adquirida hasta ahora ha de­mostrado que la máxima adición aconsejable asciende a un 7 , 5 > .

Antes de tomar ninguna decisión, es prudente realizar ensayos previos a escala de laboratorio.

A continuación se hacen ensayos en pequeña escala, por ejemplo, con 500 ladrillos, y se aumentan las adiciones de lodos en incrementos sucesivos de un 1^/o, partiendo del valor que haya resultado de las pruebas de laboratorio.

En una etapa posterior se hacen ensayos con una vagone­ta de horno túnel, o con una cámara de horno, añadiendo el porcentaje óptimo de Iodo que haya resultado del ensayo anterior.

Por último se procede a un ensayo a horno completo. La evaluación del ahorro energético sólo es posible cuando se

trabaja en régimen normal a horno completo. La economía de la adición de lodos carbonosos a las arci­

llas para la fabricación de ladrillos está condicionada por tres factores principales:

1.— El máximo porcentaje de lodo que se puede aña­dir. Este factor está estrechamente relacionado con la natu­raleza de la materia prima.

2 . - El costo de la termia útil del combustible emplea­do normalmente por la fábrica.

3 . - El costo de la termia útil de lodo puesto en fábri­ca. Este factor depende de la distancia entre la ladrillería y el lavadero de carbón, y del volumen de los suministros. También depende de la eficiencia térmica en la utilización del lodo. A efectos de orientación práctica, puede suponer­se una eficiencia del 60^/o.

Al considerar el comportamiento de los combustibles só­lidos durante el gradual calentamiento de las mezclas arci­lla-combustible, debe recordarse que a bajas temperaturas se produce la destilación de sus componentes volátiles. El aprovechamiento energético de esta fracción volátil incor­porada a la atmósfera dependerá en último término de la ocasión que tenga de entrar en combustión. Si ésta no se produce, la fracción volátil resultará perdida.

5. œNSIDERACIONES FINALES.

El problema energético es especialmente grave en un sec­tor industrial, como el de tierra cocida, que, con una estruc­tura atomizada en centenares de instalaciones, produce una enorme cantidad de unos materiales de elevado consumo energético específico, que han de ser vendidos a bajos pre­cios. Este sector, además de sufrir el problema energético general, se ve compelido ahora a abandonar gradualmente el uso de los combustibles líquidos, al cual se había habitua­do, y a buscar soluciones alternativas en el campo de los combustibles sólidos.

Los combustibles sólidos eran los que tradicionalmente utilizaba esta industria, y ahora regresa a ellos. Sin embargo, no puede volver en condiciones idénticas a las que prevale­cían entonces, porque en la actualidad existen, al menos, tres condicionamientos nuevos: a) Existe una crisis energéti­ca que obliga a restringir el consumo energético específico, b) Existe una estructura industrial que no acepta, como an­tes, las operaciones manuales, y que exige métodos automa­tizados y bien controlados, y c) Existe una crisis económica que limita la capacidad operativa de las empresas.

El problema energético de la industria ladrillera puede abordarse, de un modo general, desde los siguientes puntos de vista:

a) Localización de adecuados suministros de combusti­bles sólidos, e instalación de equipos que permitan su efi­ciente combustión en forma de finas partículas que se ali­mentan al ambiente del horno.

b) Localización de adecuados suministros de subproduc­tos que contengan sustancias combustibles, y que puedan ser incorporados a las masas arcillosas para que liberen su contenido calorífico, con la mayor eficiencia, durante la cocción de los ladrillos.

c) Uso de composiciones cerámicas que: 1) Pueden se­carse en ciclos más rápidos. 2) Puedan cocerse en ciclos más rápidos. 3) Absorban menos calor durante la cocción. 4) Puedan cocerse a temperaturas más bajas, dando productos de calidad aceptable. 5) Faciliten la combustión completa de las sustancias combustibles finamente dispersas que pue­dan incorporarse a la masa.

d) Mejora de la eficiencia térmica de las instalaciones.

28