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FABRICACIÓN DE CRISOLES CON CAOLINITA DE COMBITA-BOYACÁ, PARA LA CARACTERIZACIÓN DE MINERALES DE ORO

SANDRA MILENA GARCÍA TOCARRUNCHO

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE METALURGIA

TUNJA 2019

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FABRICACIÓN DE CRISOLES CON CAOLINITA DE COMBITA-BOYACÁ,

PARA LA CARACTERIZACIÓN DE MINERALES DE ORO

SANDRA MILENA GARCÍA TOCARRUNCHO

TRABAJO DE GRADO Para optar al título de ingeniera metalúrgica

Directora

Gina Alejandra Jiménez Tovar Ingeniera MSC Metalurgia

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE METALURGIA

TUNJA 2019

3

Nota de aceptación:

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Firma del presidente del jurado

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Firma Jurado

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Firma Jurado

Tunja, marzo de 2019

4

La autoridad científica de la facultad de ingeniería reside en ella misma, por lo tanto no responde por las opiniones expresadas en este proyecto de grado.

“Se autoriza su reproducción indicando necesariamente su origen”.

5

A DIOS por ser mi guía y fortaleza

A mi esposo e hijo: Wilber y Alejandro, que con su existencia alegran mi vida y con su cariño y comprensión me han ayudado en todo

momento.

A mi hermana: Diamile que siempre me ha apoyado en todo proyecto que he emprendido.

A mis padres Daniel e Isabel, por enseñarme a esforzarme para

cumplir mis metas.

6

Agradezco A DIOS por guiarme y darme fortaleza para superar los

obstáculos que se han presentado en mi camino.

A mi esposo e hijo Wilber y Alejandro por su apoyo y comprensión.

Agradezco a mi directora de tesis por su paciencia y enorme ayuda para la realización de este proyecto.

Al coordinador del grupo de investigación de metalurgia no ferrosa

ingeniero Robinson Torres y a los demás personas que conforman este grupo, que siempre estuvieron dispuestos a colaborarme en todo

lo que necesite.

A la escuela de metalurgia en general, todos los docentes que dejaron una gran enseñanza en mi para siempre.

7

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCION…………………………………………………………………....... 12

1.ESTADO DEL ARTE……………………………………………………………….. 15

1.1. BENEFICIO Y CARACTERIZACION DE ARCILLAS……………………….. 15

1.2. DISEÑO Y ELABORACION DE CRISOLES…………………………………. 18

1.3. INNOVACION EN EL SECTOR CERAMICO……………………………….. . 20

2. MARCO REFERENCIAL…………………………………………………………. 22

2.1 ARCILLAS....……………………………………………………………………… 22

2.1.1. Generalidades…………………………………………………………………. 22

2.1.2. Clasificación de las arcillas…………………………………………………… 22

2.1.3. Química y estructura………………………………………………………….. 23

2.1.4. Grupo de minerales arcillosos……………………………………………….. 24

2.2. CARACTERIZACION FISICOQUIMICA………………………………………. 25

2.2.1. ENSAYOS FISICOQUIMICOS………………………………………………. 25

2.3. ENSAYO AL FUEGO……………………………………………………………. 27

2.3.1. Acción de los reactivos……………………………………………………….. 27

2.3.2. Fases del proceso……………………………………………………….......... 28

2.4. PROCESOS DE OBTENCION DE PRODUCTOS CERAMICOS………..... 31

2.4.1. Beneficio de la arcilla………………………………………………………… 31

2.4.2. Procesos de formado………………………………………………………… 32

2. 4.3 Secado y cocción......................................………………………………… 35

2.5. ENSAYOS DE CONTROL DE CALIDAD……………………………………. 38

2.6. EMPRESA TEJESAN………………………………………………………….. 39

8

2.6.1 Localización geográfica………………………………………………………. 41

3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL……………………………………………… 42

3.1. MATERIALES……………………………………………………………………. 42

3.1.1. Arcilla…………………………………………………………………………… 42

3.1.2. Matriz mecánica……………………………………………………………… 43

3.1.3 Molde de yeso………………………………………………………………… 43

3.1.4. Unidades de cocción………………………………………………………… 44

3.1.5. Equipos y reactivos usados en el ensayo al fuego………………………. 44

3.2. METODOLOGIA EXPERIMENTAL…………………………………………… 45

3.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………………………………… 47

3.3.1. Caracterización fisicoquímica de la arcilla…………………………………. 48

3.3.2. Elaboración de crisoles……………………………………………………… 49

3.3.3. Cocción de los crisoles……………………………………………………….. 51

3.3.4. Ensayos experimentales……………………………………………………… 52

4. RESULTADOS Y ANALISIS…………………………………………………....... 56

4.1. CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA………………………………………. 56

4.2. ANALISIS DE LOS PROCESOS DE FORMADO…………………………... 61

4.2.1. Vaciado deslizante…………………………………………………………… 62

4.2.2. Prensado semiseco…………………………………………………………… 62

4.3 ANALISIS DEL PROCESO DE COCCIÓN…………………………………… 68

4.3.1. Temperatura de cocción……………………………………………………… 68

4.3.2 Tiempo de cocción……………………………………………………………... 69

4.4. EVALUACION DE LOS CRISOLES EN UN ENSAYO AL FUEGO……...... 70

5. CONCLUSIONES………………………………………………………………….. 72

6. RECOMENDACIONES…………………………………………………………… 73

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………….. 74

ANEXOS………………………………………………………………………………. 79

9

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1 Resultados de análisis de la ladrillera mazateca 17

Tabla 2 Factores y niveles usados en el diseño

experimental

45

Tabla 3 Matriz experimental 46

Tabla 4 Análisis granulométrico 48

Tabla 5 Probetas de ensayo para vaciado deslizante 55

Tabla 6 Convenciones usadas en ensayo de porosidad 62

Tabla 7 Resultado de ensayo de porosidad y densidad

aparente

65

Tabla 8 Resultados del ensayo de compresión 67

Tabla 9 Proceso de cocción 68

Tabla 10 Tiempo de cocción 69

10

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1 Cámara areste-1, resultados de los perfiles de llama 10

Figura 2 Esquema de la técnica de vaciado deslizante 28

Figura 3 Técnica de formado plástico (extrusión) 28

Figura 4 Esquema de técnica de prensado 29

Figura 5 Forma de presentación de agua en las arcillas 30

Figura 6 Dilatación térmica en materiales refractarios 31

Figura 7 Diagrama esquemático del caolín cristalizado 31

Figura 8 Fotos de instalaciones y productos elaborados en la

empresa TEJESAN

34

Figura 9 Localización geográfica 35

Figura 10 Foto de banco de arcilla 36

Figura 11 Prensa hidráulica con matriz adaptada 36

Figura 12 Molde de yeso 37

Figura 13 Unidades de cocción 37

Figura 14 Fotos de equipo y reactivos usados en el ensayo al

fuego

38

Figura 15 Metodología para la fabricación de crisoles con

caolinita

40

Figura 16 Distribución de grano por número de malla 41

Figura 17 Fotos de elaboración de crisol 42

Figura 18 Fotos de proceso de vaciado 43

Figura 19 Fotos de procedimiento de cocción 44

Figura 20 Balanza utilizada en el ensayo de porosidad 44

Figura 21 Foto tomada durante el ensayo de compresión 45

Figura 22 Fotos de ensayo al fuego 46

Figura 23 Difractograma de arcilla caolinitica 49

11

Figura 24 Análisis de FRX de arcilla caolinitica de Combita

Boyacá

50

Figura 25 Micrografías obtenidas en el microscopio electrónico

de barrido

51

Figura 26 Termogramas de la arcilla caolinitica de Combita

Boyacá

52

Figura 27 Fotos mostrando el espesor de los crisoles 53

Figura 28 Foto de crisol elaborado por prensado semiseco 54

Figura 29 Curvas de ensayo de compresión 55

Figura 30 Fotos de inspección visual 58

Figura 31 Fotos de crisoles usados en el ensayo al fuego 59

12

LISTA DE ANEXOS

Anexo A Fotografías de conformado de crisoles por prensado semiseco Anexo B Fotografías de conformado de crisoles por vaciado deslizante

13

INTRODUCCIÓN

La obtención de oro a partir de minerales es un proceso de gran utilidad para la industria metalúrgica y tecnológica. El primer paso que se realiza en este proceso es la determinación total de la cantidad de oro, lo cual requiere de gran exactitud. Uno de los métodos utilizados es el ensayo al fuego, en los que se hace necesario, entre otros materiales, el uso de crisoles para la fusión. Los crisoles utilizados para fusión de oro tienen varias finalidades, entre ellas contener la mezcla de distintos elementos en un mismo medio, resistir altas temperaturas sin descomponerse ni adherirse, poseer gran resistencia química, mínima expansión térmica y ser resistentes a los choques térmicos. Las arcillas de la vereda de San Isidro del municipio de Combita tradicionalmente se han utilizado para la elaboración de teja y ladrillo, pero estas no han sido estudiadas en detalle para su posible utilización en otro tipo de piezas cerámicas. Dada la potencialidad económica de la región en términos de sus arcillas, es importante realizar un estudio que sirva para el aprovechamiento de este recurso natural en la región. La presente propuesta pretende buscar una alternativa de uso para este tipo de materiales suministrando productos de alta calidad, elaborados con materias regionales. También se desea establecer una alternativa tecnológica que cumpla con las normas ICONTEC para productos refractarios tanto para requerimientos de investigación y a nivel industrial, acorde a la necesidad de los consumidores. El objetivo general de este proyecto es fabricar crisoles con arcilla caolinita procedente del municipio de Combita Boyacá para la caracterización de oro. El primer objetivo específico fue caracterizar física y químicamente una muestra de arcilla caolinita. Para lo cual se utilizaron técnicas de difracción de rayos X, fluorescencia de rayos X y análisis granulométrico. Para determinar morfología microestructural se usó microscopio electrónico de barrido (MEB). Para establecer el comportamiento térmico se efectuó un ensayo termogravimetrico (TGA). El segundo objetivo específico fue comparar la fabricación de crisoles por método de vaciado deslizante y método de prensado semiseco. Como tercer objetivo específico se tiene examinar la temperatura para la cocción de crisoles de arcilla caolinita, para lo cual se efectuó la cocción 800 ºC, 900 ºC y 1000 ºC. El cuarto objetivo es determinar el tiempo mínimo para la cocción de crisoles de arcilla caolinita, para esto la cocción se realizó durante tres periodos de tiempo; 9 h, 10 h y 36 h. El quinto objetivo específico fue evaluar la fabricación de crisoles en un proceso de fusión para minerales de oro, para su cumplimiento se ejecutó un ensayo al

14

fuego a un mineral aurífero de Marmato Caldas donde se comprobó la calidad de los crisoles elaborados. El desarrollo de los materiales cerámicos constituye hoy en día una preocupación permanente, con el fin de sustituir materiales en ingeniería. Con este proyecto estamos contribuyendo a complementar los diferentes estudios que se han realizado en el campo de los minerales arcillosos con base en las técnicas modernas de análisis, así como el desarrollo tecnológico en la industria de estos minerales en el municipio de Combita Boyacá.

15

1. ESTADO DEL ARTE

Las arcillas constituyen la principal materia prima para la fabricación de cerámicos. Éstas aparecen en todo tipo de formación rocosas; ígneas y sedimentarias, como consecuencia de ello sus características físicas, químicas y mineralógicas varían ampliamente, incluso entre las capas de un mismo depósito arcilloso. En cualquier industria cerámica la aptitud de los productos empieza por el control de calidad de sus arcillas a partir de una adecuada caracterización. A continuación se expondrán algunas investigaciones sobre el tema. 1.1 BENEFICIO Y CARACTERIZACION DE ARCILLAS

D.M Kumayama 1 Trabajó una metodología a nivel de laboratorio para la

caracterización comparativa de la caolinita en las formulaciones de esmaltes. Se

llevó a cabo mediante análisis reológicos, color en cocido, MEB, FRX, DRX,

microscopía óptica y mediciones colorimétricas. Según los datos obtenidos se

concluyó que los caolines pegmatíticos presentan las mejores cualidades en estas

formulaciones, y son aceptados en el mercado; los demás mostraron aspectos

inconsistentes en la caracterización del tamaño de grano y en la caracterización

físico química.

Nelson Afanador, Jaime Ibarra 2 mediante este estudio se realizó diferentes

análisis; caracterización mineralógica por difracción de rayos X, granulométrica por

tamizado, sedimentación (hidrómetro) y límite plástico (límites de Atterberg) a fin

de caracterizar el material base. Se elaboraron diseños de mezclas de arcilla para

mejorar la pasta y la resistencia de los ladrillos; estos fueron quemados en el

horno artesanal del tejar y en un horno mufla para observar el cambio en sus

propiedades físicas y mecánicas, a efectos de determinar la calidad de las piezas

de mampostería. Estos diseños de mezclas se realizaron adicionando cal y

1 KUMAYAMA, D. M. Caracterización de caolinita para la fabricación de esmalte cerámico. Qualicer, Castellón, España (2008). P.5 2 AFANADOR GARCIA, Nelson. IBARRA JAIME, Andrea Carolina y LÓPEZ DURÁN, Carlos Alberto. Caracterización de arcillas empleadas en pasta cerámica para la elaboración de ladrillos en la zona de Ocaña, Norte de Santander. Épsilon (20), 101-119. (2009).

16

variando los porcentajes de las muestras base según su composición química y

mineralógica. Según los resultados obtenidos se concluyó que la mezcla M4 es la

más adecuada para la fabricación de ladrillos con los materiales utilizados por el

chircal, esta contiene 48 % en limos y arcillas y un 43 % de arenas. También

posee un índice de plasticidad del 17 % y presentó resistencia a la compresión de

4.29 Mpa.

Albeiro Arenas 3 realizó una caracterización química, mineralógica,

granulométrica, plástica y térmica de las cuatro arcillas que sirven como materia

prima en la Ladrillera Mariscal Robledo S.A, denominadas “Roja” (R), “Cascajo”

(C), Negra (N) y “Caliche (K)”, con el fin de conocer y optimizar sus propiedades.

Así como obtener pastas cerámicas aptas para la fabricación de ladrillos. Para lo

cual se fabricaron manualmente probetas cerámicas, las cuales se sinterizaron a

850ºC y posteriormente se caracterizaron física y mecánicamente. Los resultados

demostraron que la arcilla “Roja”, con contenido de agua entre 24% y 49%, es la

más adecuada para la fabricación de ladrillos; debido a que les confiere a las

pastas cerámicas mayor resistencia a la compresión.

Paola Choque 4 estableció un análisis para la caracterización de arcilla caolinitica de Tafna, en Villazón. Los resultados de la caracterización mostraron que el depósito está compuesto de 64% de arena, 25% limo y 11% arcilla, las propiedades físicas clasifican al material como una arena arcillosa. La arcilla tiene 20% de alúmina (Al2O3) y 2% de óxido de hierro, un índice de plasticidad de 11, compuesta principalmente por arena fina y minerales arcillosos: caolinita, illita y nontronita. Los datos obtenidos sugieren que la arcilla caolinítica de Tafna, en Villazón, se puede emplear como material complementario en la industria de la cerámica, como materia prima y en la industria del sulfato de aluminio.

Martha Castillo, Enrique Bolaños 5 detallaron la caracterización de arcilla

procedente del municipio de Arcabuco Boyacá, haciendo análisis mineralógico,

3ARENAS FLOREZ, Albeiro. Caracterización de arcillas y preparación de pastas

cerámicas para la fabricación de ladrillos en la ladrillera mariscal robledo S.A. Facultad de

Tecnologías: Química industrial, Universidad tecnológica de Pereira. (2016), p. 19

4 CHOQUE MONTAÑO, Paola. Caracterización del Depósito de Caolín de Tafna en Villazón. Revista Metalúrgica UTO. Nº 30 Oruro feb. (2011)

5 CASTILLO, Martha Leonor y BOLAÑOS, Fabio Enrique. Caracterización química y mineralógica de una arcilla procedente del municipio de Arcabuco. Trabajo de grado Ingeniero Metalúrgico. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de ingeniería. Escuela de Metalurgia (1993).

17

mediante Difracción de rayos X, espectroscopia infrarroja, electrónica

microscópica de barrido y microsonda. Los análisis químicos que se hicieron

fueron; humedad, pérdidas por calcinación, color y plasticidad. Análisis químico;

ataque con HF y fusión sódica. Con base en la aplicación de estas técnicas se

encontró que en las muestras predominan una serie de minerales como

moscovita, caolinita, ilita, cuarzo y pirofilita.

Norma Zea 6 evaluó las características físicas, mecánicas y químicas de los

suelos que se utilizan en la producción del ladrillo cocido, en las fábricas

artesanales de la región del Tejar-Chimaltenango. Teniendo como objetivo

establecer una dosificación adecuada de la mezcla, para obtener un producto de

alta calidad. Se efectuaron varios análisis para determinar propiedades físicas y

mecánicas de las arcillas; como límites de Atterberg, gravedad específica,

granulometría por sedimentación y tamices, porcentajes de absorción, ensayo a

compresión y análisis químico. Los datos obtenidos se muestran en la tabla Nº1.

Tabla 1. Resultados de análisis de la Ladrillera Mazateca

ZEA OSORIO, Norma Lissette. Caracterización de las arcillas para la fabricación de ladrillos artesanales. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil. (2005), P.13

6 ZEA OSORIO, Norma Lissette. Caracterización de las arcillas para la fabricación de ladrillos artesanales. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil. (2005).

18

Esthela Ramos 7 desarrolló este proyecto enfocado al estudio de yacimientos en

Guanajuato, contemplando los siguientes aspectos: caracterización de las arcillas,

evaluación de sus propiedades cerámicas, y cálculo de las reservas existentes.

Los resultados fueron relacionados con respecto a los valores obtenidos en la

caracterización de pastas comerciales típicamente utilizados por el gremio

ceramista, para establecer una estimación inicial sobre el potencial real de los

depósitos de arcillas estudiados. Dentro de las materias primas comerciales,

usadas en volúmenes significativos por el sector , se identificaron productos ricos

en caolín, tipo “Arcilla de Bola” (“Ball Clay”), a los que se les determinó la siguiente

composición mineralógica promedio: caolín (65%), sílice (25%), moscovita (8%),

feldespatos (1%), hierro (< 1%).

1.2 DISEÑO Y ELABORACION DE CRISOLES

Marcelo Ávila, Luis Llanos 8 examinaron un procedimiento completo para la fabricación de un crisol con base de arcillas, y otros componentes en un molde de yeso para ser usado como refractario para fundir metales y aleaciones no ferrosas. Se elaboraron cuatro tipos de crisoles con diferentes capacidades, utilizando caolín, sílice, feldespato entre otros materiales, finalmente se obtuvieron crisoles con propiedades como; alta refractariedad, estabilidad volumétrica, resistencia al choque térmico y estabilidad química frente a gases, vapores y escorias, siendo estas características necesarias para la fusión de metales no ferrosos. Irán Peña 9 Construyó un crisol de grafito a partir de los procesos de maquinado con arranque de virutas. El crisol fue diseñado con forma geométrica cónica, con

7 RAMOS RAMÍREZ, Esthela; GUZMÁN ANDRADE, Juan José; SANDOVAL

JUÁREZ, Ma. Carmen; GALLAGA ORTEGA, Yolanda. Caracterización de arcillas del

Estado de Guanajuato y su potencial aplicación en cerámica. Acta Universitaria, vol. 12,

núm. 1, abril, (2002), p. 23-30

8 ÁVILA BERNAL, Marcelo. GAVINO JIMENEZ, Paolo Jesús. GONZALES FLORES, Gianmarco. Llanos López, Luis Andrés. Elaboración del crisol refractario. Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión. Ingeniería Metalúrgica. Huacho, Perú. 9 PEÑA HECHAVARRIA, Irán Construcción de un crisol de grafito para la fusión de ferroaleaciones a escala de laboratorio. Trabajo de diploma en opción de título de Ingeniero Mecánico. Ministerio de Educación Superior Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. Facultad Metalurgia-Electromecánica. Departamento de Mecánica. (2017)

19

base cilíndrica, altura total 273 mm con una profundidad en la cavidad interior de 221 mm, grosor en el borde superior de 40 mm, volumen 0,00405 m3. El costo total de producción en el que se incurre fue estimado en 19,87 CUP. Se valoró la explotación del equipo con impacto positivo sobre el medio ambiental pues la tecnología que se implementará a través del mismo contribuirá a la reducción de la contaminación. Laura Méndez, Pedro Delvasto 10 Profundizaron sobre el diseño de moldes cerámicos para ser usados en ensayos de solidificación direccional de aleaciones de aluminio. Estudiaron seis mezclas compuestas de arena sílice, bentonita, caolín y feldespato, en proporciones variables. Para la fabricación de los moldes se eligió la composición 60% sílice, 16% bentonita, 16% caolín y 8% feldespato (en seco), con un espesor del molde de 2 cm. El secado y sinterización parcial de los moldes definitivos se realizó durante 37 h, en seis etapas térmicas (25, 70, 100, 200, 300 y 1000ºC) de diferentes duración. Finalmente fue validada la aplicabilidad de los moldes fabricados mediante el vaciado en los mismos de una aleación Al-8,86% Si-0,21% Fe cumpliendo con el aislamiento térmico requerido. Gabriela Gutiérrez 11 Diseño y construyo un horno eléctrico de fundición de minerales auríferos para la realización de prácticas de laboratorio en la carrera de Ingeniería Química. En la construcción se emplearon materiales como: grafito, ladrillo refractario, cemento refractario, cerámica refractaria, fibra cerámica. Se construyó un horno con un largo de 0,48m, un ancho de 0,445 m y una altura de 0,4 m, cuyas pérdidas de calor son (866,93 Watts), el equipo tiene una potencia de 990 watts. Yenni Olmos 12 diseñó una planta piloto para la fabricación de crisoles

semirefractarios, a partir de desechos refractarios y arcillas ecuatorianas. Realizó

una caracterización física, química y mineralógica de las materias primas y sobre

esta base se formularon pastas semirefractarias formadas con agua y con solución

10 MENDEZ, Laura. DELVASTO, Pedro. QUINTERO, Omar. Diseño y fabricación de

moldes para solidificación unidireccional en aleaciones de aluminio. Rev. LatinAm. Met.

Mat. v.27 n.2 Caracas. 2007.

11 GUTIÉRREZ MENA, Gabriela Mabel. Diseño y construcción de un horno de minerales

auríferos. Trabajo de titulación de ingeniera química. Machala. Universidad Técnica de

Machala. Ingeniería Química. (2015)

12 OLMOS VALDEZ, Yenni Maricela. Diseño de una planta piloto para la producción de

crisoles semirefractarios a partir de desechos refractarios industriales y arcillas

ecuatorianas. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Escuela Politécnica Nacional. Facultad

de Ingeniería Química y Agroindustrial Quito Ecuador. (2014). P. 187

20

aglomerante con carboximetilcelulosa a las que se le evaluaron las características

de plasticidad, contracción lineal, pérdida de peso, porosidad, absorción y

densidad aparente en función de varios ciclos de secado y cocción. La pasta

semirefracataria con las mejores características para la fabricación de crisoles es

una mezcla de tamaño inferior a 180 micras, cuya composición comprende 25%

de desechos refractarios, 20% arcilla magra y 55 % de caolín, cuya humead es

del 24%. Los crisoles de 230 cm3 son obtenidos mediante presión en moldes de

yeso y quemados a una temperatura de 1150 ºC, después de la cocción presentan

una contracción lineal de 3.6 %, pérdida de peso de 12.2 %, y de absorción

aparente de 19.6%.

1.3 INNOVACION EN EL SECTOR CERAMICO

L. A. Celi, A.C Caballero 13 aplicaron la técnica de calcinación reactiva a partir de

titanato de circonio y PbO, con el fin de obtener un mayor control de las

propiedades del (PZT). En base a este procedimiento se han preparado polvos

cerámicos de PZT, con composición en la frontera morfotrópica de fases,

siguiendo tres procesos diferenciados de calcinación. Los polvos cerámicos

obtenidos muestran una distribución de porosidad diferente y un tamaño de

partícula promedio de 0.3 µm. Se ha encontrado que la distribución de porosidad

del polvo cerámico tiene influencia en la densificación del material. La caída de

densidad del PZT a alta temperatura está directamente relacionada con la

volatilización del PbO durante la sinterización y con el área de poro de los polvos

de partida.

E Restrepo, F Vargas 14 utilizaron tecnología de proyección térmica por

combustión oxiacetilénica para ser aplicada sobre sustratos de acero al carbono

13 CELI, L. A, CABALLERO, A VILLEGAS, M. DURÁN, P. MOURE, C. Efecto de las

características de los polvos cerámicos sobre la densificación de materiales cerámicos

PZT. Departamento de Electrocerámica, Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC. 28500

Arganda del Rey, Madrid.

14 RESTREPO, E. VARGAS, F. LOPEZ, M. Elaboración de recubrimientos cerámicos

mediante proyección térmica por combustión a partir de residuos sólidos industriales.

ISSN 1517-7076 artigo 11488, pp.1176-1185, (2012)

21

AISI-SAE 1020 recubrimientos cerámicos a partir de residuos de catalizadores

utilizados en procesos de refinación en la industria del petróleo, como se muestra

en la figura 1. La adherencia y la dureza de los recubrimientos fueron evaluadas

según las normas C633-01(2008) y ASTM C1327-08 respectivamente, con valores

de adhesión que oscilan entre 2,9 y 17,7 MPa y valores de microdureza Vickers

entre 5,4 y 8 GPa. Los resultados obtenidos permiten visualizar su posible

aplicación industrial en componentes que requieran resistencia al desgaste, a altas

temperaturas o al choque térmico, a un costo menor que los elaborados con

materias primas comerciales.

Figura 1. (a) Cámara Areste-1, (b) resultados de los perfiles de temperatura de la

llama oxi-acetilénica obtenidos por simulación mediante el Software Jets et

Poudres

RESTREPO, E. VARGAS, F. LOPEZ, M. Elaboración de recubrimientos cerámicos

mediante proyección térmica por combustión a partir de residuos sólidos

industriales. ISSN 1517-7076 artigo 11488, pág. 1185, (2012)

22

2. MARCO REFERENCIAL

2.1 ARCILLAS

2.1.1 Generalidades. La arcilla es una roca sedimentaria descompuesta

constituida por agregados de silicatos de aluminio, hidratados procedentes de la

descomposición de rocas que contienen feldespato, como el granito. Presenta

diversas coloraciones según las impurezas que contiene, desde el rojo anaranjado

hasta el blanco cuando es pura. Físicamente se considera un coloide, de

partículas extremadamente pequeñas y superficie lisa. El diámetro de las

partículas de la arcilla es inferior a 0,0039 mm. Químicamente es un silicato

hidratado de alúmina, cuya fórmula es: Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O. 15

Se caracteriza por adquirir plasticidad al ser mezclada con agua, y también

sonoridad y dureza al calentarla por encima de 800 °C. La arcilla endurecida

mediante la acción del fuego fue la primera cerámica elaborada por los seres

humanos, y aún es uno de los materiales más baratos y de uso más amplio.

Ladrillos, utensilios de cocina, objetos de arte e incluso instrumentos musicales

como la ocarina son elaborados con arcilla. También se utiliza en muchos

procesos industriales, tales como en la elaboración de papel, producción de

cemento y procesos químicos. 16

2.1.2 Clasificación de las arcillas. Las arcillas se pueden clasificar de acuerdo

con varios factores. Así, dependiendo del proceso geológico que las originó y a la

ubicación del yacimiento en el que se encuentran, se pueden clasificar en:

Arcilla primaria: se utiliza esta denominación cuando el yacimiento donde se

encuentra es el mismo lugar en donde se originó. El caolín es la única arcilla

15 GARCIA ESTUPIÑAN, Carlos Mauricio y GONZALEZ HERNANDEZ, Andrés Giovanni. Beneficio de arcillas caoliniticas de Arcabuco mina la esperanza mediante la remoción del cuarzo, óxido de hierro y oxido de titanio acompañantes. Trabajo de grado Ingeniero Metalúrgico. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de ingeniería. Escuela de Metalurgia. (2004) 16 DÍAZ RODRÍGUEZ, L.A y TORRECILLAS, R. Cerámica y Vidrio Arcillas cerámicas:

una revisión de sus distintos tipos, significados y aplicaciones. Instituto Nacional del

Carbón (CSIC). Oviedo. España. Vol. 41 Núm. 5 Septiembre-Octubre, (2002).

23

primaria conocida. Arcillas secundarias: son las que se han desplazado después

de su formación, por fuerzas físicas o químicas. Se encuentran entre ellas el

caolín secundario, la arcilla refractaria, la arcilla de bola, el barro de superficie y el

gres. Si se atiende a la estructura de sus componentes, se distinguen las arcillas

filitenses y las arcillas fibrosas. 15

También se pueden distinguir las arcillas de acuerdo a su plasticidad. Existen así

las arcillas plásticas como la caolinítica y las poco plásticas como la esméctica,

que absorbe las grasas.16-17

También se encuentran las arcillas calcáreas, con bloques arcilla, grava y bloques

de piedra de las morrenas, la arcilla de descalcificación y las arcillitas esquistos

arcillosos.17

2.1.3 Química y estructura. Estos minerales están constituidos de láminas de

tetraedros con una composición química general de Si2O5, en donde cada

tetraedro (SiO4) está unido por sus esquinas a otros tres formando una red

hexagonal. Átomos de aluminio y hierro pueden reemplazar parcialmente al silicio

en la estructura. Los átomos de oxígeno ubicados en los ápices de los tetraedros

de estas láminas pueden, al mismo tiempo, formar parte de otra lámina paralela

compuesta por octaedros. Estos octaedros suelen estar coordinados por cationes

de Al, Mg, Fe3+ y Fe2+, es decir, los átomos de estos elementos ocupan la posición

central del octaedro. Más infrecuentemente átomos de Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn

ocupan dicho sitio de coordinación. Las superficies de los minerales de la arcilla

pueden adsorber iones y moléculas debido a que están cargadas de electricidad

estática.18

2.1.4 Grupos de minerales arcillosos. La cantidad de sílice (SiO2) en la fórmula

es una determinante clave en la clasificación de los minerales de la arcilla.16-17-18

17 MENDOZA VARGAS, Hugo Hernando. Estudio caracterización y análisis de sílice de la mina los monos. Trabajo de grado. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Escuela de Posgrados de Ingeniería. Tunja: (2008). 18 C. Nogales, Ana Cristina. Estudio químico de la presencia de montmorillonita en arcillas

de la cuenca sedimentaria miocénica de Loja mediante técnicas de espectroscopia

molecular. Tesis de grado previa la obtención del título de ingeniera química. Escuela

superior politécnica de Chimborazo. Facultad de ciencias, Escuela de Ingeniería Química.

24

Grupo caolinita. Incluye la caolinita, la dickita y la nacrita, que son isoquímicas (AI4

Si4O10(OH)8), pero no isoestructurales. Contienen cationes no intercambiables y se

originan principalmente por la destrucción de feldespatos alcalinos bajo

condiciones ácidas. El caolín es el principal constituyente de la arcilla de porcelana

(China clay). 17

Grupo ilita. Incluye a la illita, a las hidromicas (sericita) y quizás a la glauconita. La

fórmula general es K1-1,5 AI4(Si,AI8)O20(OH)4. La glauconita es considerada, a

menudo, como una mica y contiene otros cationes además del K, incluyendo Na,

Ca, Mg, Fe+2 y Fe+3. Las illitas son los minerales de arcilla más corrientes; se

desarrollan por la alteración de micas, feldespatos alcalinos, etc., bajo condiciones

alcalinas. 19

Grupo montmorillonita. Incluye la montmorillonita, la nontronita y la beidellita, y se

le denomina algunas veces grupo de las esmectitas, son especialmente notables

por la forma en que toman o pierden agua y por sus importantes propiedades de

base. Las montmorillonitas se forman por la alteración de rocas básicas u otros

silicatos pobres en K, bajo condiciones alcalinas, suponiendo que el Ca y Mg

están presentes. 19

Vermiculita. Está relacionada con las montmorillonitas y las cloritas. Se presenta

como un constituyente de arcilla en ciertos suelos y parece que se forma

principalmente como resultado de la alteración de escamas de biotita o, más

raramente, de clorita, hornblenda, etc. 19

Grupo paligorskita. Son minerales de arcilla raros; tienen una estructura en cadena

en lugar de en capas. 19

19 ARENAS FLOREZ, Albeiro. Caracterización de arcillas y preparación de pastas cerámicas para la fabricación de ladrillos en la ladrillera mariscal robledo S.A. Facultad de Tecnologías: Química industrial, Universidad tecnológica de Pereira. (2016), p. 19

25

2.2 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA

2.2.1 Ensayos fisicoquímicos. Los ensayos fisicoquímicos de los materiales son pruebas que se realizan habitualmente en todos los laboratorios de productos y materiales tanto para su identificación como su caracterización cuantitativa y cualitativa. Difracción de rayos X (DRX). Técnica que sirve para determinar la estructura detallada de un material, es decir, permite conocer la posición que ocupan los átomos, iones o moléculas que lo forman. Debido a este ordenamiento podemos determinar propiedades tanto físicas como químicas de los materiales. La difracción de rayos X se basa en la dispersión coherente del haz de rayos X por parte de la materia (se mantiene la longitud de onda de la radiación) y en la interferencia constructiva de las ondas que están en fase y que se dispersan en determinadas direcciones del espacio. El más básico análisis de una superficie puede proporcionar información cualitativa y cuantitativa de todos los elementos presentes, excepto H2 y He. Con aplicaciones más sofisticadas de la técnica se obtiene información detallada de la química, organización y morfología de la superficie.20 El aparato requerido para investigaciones por difracción de rayos X se compone esencialmente de una fuente de rayos X monocromáticos, un sistema adecuado para el montaje de la muestra y una cámara para recibir y registrar los rayos difractados; la longitud de onda está parcialmente determinada por el anticátodo del tubo de rayos X de tal forma que debe disponer de una serie de éstos para obtener una gama completa.20 Son también necesarios filtros para selección ulterior, además deben ser ajustables el voltaje y la corriente. 20 Fluorescencia de rayos X (FRX): consiste en emisión de rayos X secundarios (o

fluorescentes) característicos de un material que ha sido excitado al ser

«bombardeado» con rayos X de alta energía o rayos gamma. Este fenómeno es

muy utilizado para análisis tanto cualitativo como cuantitativo, de los elementos

comprendidos entre el flúor (F) y el uranio (U) de muestras sólidas (filtros, metales,

rocas, muestras en polvo, tejidos, etc.) y liquidas porque permite hacerlos sin

20 GARCIA, Claudia Patricia. Algunos análisis físico - químicos para la identificación de los minerales componentes de una arcilla. Trabajo de promoción como requisito para la categoría de profesor asistente. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de ciencias. Departamento de física, ( 1997)

26

preparación de la muestra. El único requisito es que ésta tenga un tamaño inferior

al del portamuestras.21

Microscopio electrónico de barrido (MEB): Es una técnica de microscopía electrónica capaz de producir imágenes de alta resolución de la superficie de una muestra utilizando las interacciones electrón-materia. Utiliza un haz de electrones en lugar de un haz de luz para formar una imagen. Los MEB poseen una gran profundidad de campo, que permite enfocar a la vez gran parte de la muestra. También producen imágenes de alta resolución, de forma que las características más ínfimas de la muestra pueden ser examinadas con gran amplificación. La preparación de las muestras es relativamente fácil ya que sólo requieren que estas sean conductoras. La muestra generalmente se recubre con una capa de carbono o una capa delgada de un metal, como el oro, para darle carácter conductor. Posteriormente, se barre la superficie con electrones acelerados que viajan a través del cañón. Un detector formado por lentes basadas en electroimanes, mide la cantidad e intensidad de los electrones que devuelve la muestra, siendo capaz de mostrar figuras en tres dimensiones mediante imagen digital.22 Análisis termogravimétrico : Es una técnica mediante la cual se registra la variación de peso de una sustancia en función del tiempo o de la temperatura, cuando dicha sustancia se somete a un calentamiento o enfriamiento a velocidad cronometrada. Este trabajo complementa al análisis térmico diferencial por distinguir entre las relaciones que implican pérdida de peso y las que no lo hacen. Sin embargo, la pesada directa de muestras a lo largo de un ciclo de calentamiento no resulta enteramente satisfactoria, debido en gran parte al amplio intervalo de cambios de tal modo que una pequeña pérdida de peso se sigue inmediatamente a una grande no puede apreciarse. La diferenciación de la pérdida de peso con respecto a la temperatura para obtener una curva de dw/dt en función de t que proporciona una curva más útil con agudos picos y valles en los casos en que w en función de t era una curva indeterminada. Por esta razón construyó Keyser un aparato que representa esta curva automáticamente.23 La termobalanza diferencial consta de un brazo de balanza de la cual se suspenden dos muestras idénticas del material a ensayar en el interior de dos hornos eléctricos idénticos. Los dos hornos pueden calentarse exactamente al mismo régimen, pero uno de ellos se lleva un pequeño, número de grados por debajo de otro. La posición del brazo de la balanza se observa mediante un espejo iluminado que dirige una mancha luminosa sobre un gráfico giratorio fotosensible.

21 GIL, D. BARÓN GONZALES, J. Espectrometría de fluorescencia de rayos X. Revista Colombiana de Física, VOL. 38, No. 2. 2005. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Escuela de Física, Grupo Física de Materiales. Tunja 22ASTM Technical Publication 839. Practical Applications of Quantitative Metallography. Symposium sponsored by ASTM Committee E–4 on Metallography and by the International Metallographic Society, Orlando, FL, ISBN 978-0-8031- 4905-2, 1984.

27

Con este aparato se registran automáticamente el cambio de peso de la muestra cuando se calienta desde la temperatura del horno más frio a más caliente.23 2.3 ENSAYO AL FUEGO Es una técnica empleada para colectar el oro (y también otros metales como la plata, platino, etc.) con plomo en estado líquido a temperaturas entre 900–1000°C.24-25

2.3.1 Acción de los reactivos. Carbonato de sodio anhidro: Se combina con la sílice del mineral, formando silicato de sodio y desprendiendo CO2. De acuerdo con la ecuación (1):

Na2CO2 + SiO2= Na2 Si+ CO2. (1)

Bórax anhidro: El bórax fundido disuelve una gran cantidad de óxidos metálicos, como por ejemplo FeO, Al2O3, Cr2O3, etc., además disuelve grandes cantidades de sílice, ecuación 2:25

Na2B4O3 = 2NaB2 + B2O3 (2)

Litargirio: Es el reactivo más importante en la fundición. Una parte del litargirio (PbO) se reduce a plomo metálico mediante el almidón o cualquier otro reductor. Desempeña el papel de colector del oro y de la plata contenida en el mineral, el resto del litargirio actúa en parte oxidando las impurezas metálicas o bien pasa a formar la escoria al estado de silicato de plomo, también es posible que forme plumbatos con los óxidos metálicos. 25

Sílice: La sílice actúa como escorificador de hierro principalmente, ecuación (3):

SiO2 + FeO = FeSiO3. (3)

23 LEIVA-VILLACORTA, F., AGUIAR-MOYA, J.P., VILLEGAS-VILLEGAS, R.E., SALAZARDELGADO, J. Y LORÍA-SALAZAR, G. (2014) Nano-materiales en el desempeño del Asfalto. Jornadas del asfalto. - San Pedro, Costa Rica. 24 TOAPANTA C, Ricardo. Análisis de oro y plata de concentrados gravimétricos auríferos mediante ensayo al fuego utilizando cobre como colector. Trabajo de grado Ingeniero Químico Universidad San Francisco de Quito. Quito. Septiembre, (2011). 25 MISARI CHUQUIPOMA, Fidel. Sergio Metalurgia del oro. Perú. Edit, San Marcos de Aníbal Paredes Galván. (2010)

28

Cloruro de sodio: Se usa como cubierta de fundición por ser muy fluido y no descomponerse al estado de fusión. 25

Nitrato potásico: Se usa como oxidante de minerales piritosos. 25

Plata metálica: Se usa plata metálica pura y laminada, para encuartar en los análisis de oro a fin de obtener una relación oro y plata con un exceso de este último metal y así separar bien el oro de la plata que contenga el mineral.25

Copelas: son fabricadas de cenizas de fuego y magnesita. Se utilizan para separar el oro y la plata del plomo que ha actuado como colector, además de otras impurezas metálicas que generalmente acompañan el botón auro- argentífero. 25-26

2.3.2 Fases del proceso. El proceso de análisis de oro se efectúa en las siguientes fases: Preparación de la mezcla: Para la preparación de la mezcla del mineral y del flujo necesario para fundirlo se debe hacer una clasificación de los minerales, esto es indispensable porque aun cuando todos los minerales tienen casi los mismos componentes, hay algunos que predominan más que los otros, lo que requiere un tratamiento especial. 26 Clasificación de los minerales:

Minerales cuarcíferos, pertenecen a este grupo los minerales en que predomina la silice y los silicatos.

Minerales ferruginosos, pertenecen a este grupo los minerales en que predomina el hierro, tanto oxidado como en forma de pirita. Si se encuentra formando pirita se calcina previamente para expulsar el azufre.

Minerales cupríferos, pertenece a este grupo los minerales en que predomina el cobre, ya sea oxidado o en forma de pirita. Si el mineral contiene pirita o sustancias volátiles como arsénico, antimonio, etc., se calcinan fuertemente.

26 MERCADO ESCALANTE, Jorge Luis. Estudio comparativo de análisis de oro entre los métodos vía seca y vía húmeda en minerales concentrados. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Universidad Nacional Del Callao. Facultad de Ingeniería química. Escuela Profesional de Ingeniería Química. Callao, Perú. (2013), P.167

29

Minerales complejos, a este grupo pertenecen los minerales que contienen compuestos de arsénico, antimonio, galena, óxidos, carbonatos de sodio, magnesio, bismuto, teluro, selenio, zinc, manganeso etc. Sometiendo el mineral a una calcinación fuerte se elimina el arsénico, antimonio, azufre, etc. El resto de las impurezas se transforman en sus óxidos respectivos

Cuando los minerales contienen galena no se calcina debido a su bajo punto de fusión, sino que para oxidar se agrega nitrato de potasio. El flujo de fundición tiene que estar de acuerdo con la naturaleza de las impurezas que se trata de eliminar en la escoria, para ello se debe tener en cuenta el papel que desempeña cada uno de los reactivos. Generalmente basta con variar las cantidades de litargirio y de bórax; ya que estas sustancias disuelven la mayoría de óxidos metálicos. 26

Fusión: La fundición se inicia en el horno a la temperatura de 750°C y se sube gradualmente hasta 950°C, en más o menos 50 minutos. En los primeros minutos se reduce algo de plomo desde litargirio. Al subir la temperatura se desarrollan las reacciones químicas (4-6) y la masa entra en agitación violenta reduciéndose el plomo y estas pequeñas “gotitas” de plomo atrapan a las partículas de oro y plata

Las principales reacciones que ocurren en la etapa de fundición son:

PbS + 3PbO + Na2CO3 = 4Pb + Na2SO4 + CO2. (4)

ZnS + 4PbO + Na2CO3 = 4Pb + ZnO + Na2SO4 + CO2 (5)

2FeS2 + 15PbO + Na2CO3 = 15Pb + Fe2 O3 + 4Na2SO4 + CO2 (6)

Así mismo, el carbonato de sodio y el bórax reaccionan con los constituyen ácidos y básicos de la carga, respectivamente, formando la escoria, (7-9)

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 (7)

Na2CO3 +Al2O3 =Na2Al2O3 + CO2 (8)

Na2B4O7 + 2CaO = Na2O. 2CaO.2B2O3 (9)

La operación ha terminado cuando se observa un circulo brillante y la masa liquida se encuentra quieta. Se retira lentamente la escorificadora, usando unas tenazas largas, y se vacía sobre el molde de una lingotera. Una vez fría se rompe la escoria y se retira el botón de plomo. La escoria puede presentarse de color verde. Esta escoria está formada por boratos, silicatos y plumbitos de metales alcalinos, alcalinos térreos y otros.27

Las impurezas metálicas que acompañan el botón de plomo auro-argentifero pueden ser oxidadas por el oxígeno del aire; para cuyo objeto al iniciarse la copelación, se entreabre la puerta de la mufla o bien son oxidadas por medio del

30

PbO. Algunas impurezas como Cu, Cd, Fe, etc., son eliminadas totalmente por absorción en la copela, y en parte por vitalización al estado de óxido. 25-27

Incuartacion: Este proceso consiste en agregarle plata quimicamente pura a los analisis de oro, porque las aleaciones de oro y plata no llegan a una relacion adecuada de separacion acida(nitrica o sulfurica) la cual debe estar dada por una relacion 1:3 respectivamente. Una relacion menor evitaria una separacion de los metales preciosos, el agregar el exceso de plata se puede dar tanto en el fundente como en el regulo al empezar la copelacion. 28

Copelacion: El boton de plomo auro-argentifero es colocado en la copela, esta debe estar bien caliente para lo cual se enciende el horno de mufla conjuntamente con el horno de fundicion, de esta manera mientras se funde el mineral, la mufla va tomando la temperatura necesaria que debe variar entre 800 ºC y el punto de fusion del oro y la plata maso menos unos 1100 ºC. El plomo se funde a los 327 ºC,pero solamente entre 800 y 850 ºC aparece la superficie brillante y comienza a volatilizarse. Cuando en el interior de la mufla se observa un color rojo, se puede iniciar la operación colocando el boton de plomo auro-argentifero.Se cierra la puerta de la mufla, cuando se ha fundido se entreabre la puerta y se deja que se efectue el proceso de copelacion. El litargirio obtenido es adsorbido por al copela, por atraccion capilar. Para finalizar la copelacion el relamapagueo es la señal final, se saca la copela del horno y se deja enfriar. 28

Separacion del oro y la plata: Antes de realizar el proceso de separación de la aleación de oro y plata se debe de agrandar su área de transferencia la cual se realiza con un yunque y un martillo en la cual se aplasta o lámina el fin de este procedimiento es tener una mayor transferencia de contacto del ácido con la plata para que la digestión se realice más rápido. El ataque o digestión que se realiza es con ácido nítrico (HNO3) diluido (1:5) en un crisol de porcelana, la cual se calienta sin llegar a ebullición, hasta disolver la plata. La reacción que ocurre es la siguiente:

(Au + Ag) + 2HNO3 AgNO3 + Au + H2O+ NO2 (10) El proceso de pesaje es la etapa final y la más importante ya que es la que demuestra que tan bueno fue realizado todo el proceso de ensayos al fuego, la cual se realiza en una microbalanza la cual tiene una precisión y exactitud muy alta para poder determinar la cantidad de masa de oro que tiene la muestra analizada. 27

31

2.4 PROCESOS DE OBTENCIÓN DE PRODUCTOS CERÁMICOS

El proceso de fabricación de productos cerámicos tradicionales se pueden dividir

en tres grupos: Beneficio de las arcillas (trituración, molienda y concentración),

conformado de las piezas (preparación de las pastas cerámicas y el moldeo de las

piezas), y cocción de las piezas, con un previo secado de las mismas para evitar

deformaciones. 27

2.4.1 Beneficio de la arcilla. La fabricación de materiales cerámicos es un

proceso que se lleva a cabo en varias fases.

Selección de materias primas: El proceso de fabricación de materiales cerámicos

comienza con una adecuada selección de las materias primas, que son

seleccionadas química y mineralógicamente a fin de verificar su calidad y conocer

sus componentes minoritarios que puedan afectar el rendimiento de los

refractarios.28

Reducción de tamaño: La preparación de materias primas comienza con

operaciones de reducción de tamaño mediante métodos físicos como; trituración y

molienda. Este procedimiento facilita el transporte de los materiales, las

operaciones físicas de dosificación, mezclado, aglomeración y permite que se

lleven a cabo las reacciones químicas. Además la clasificación del tamaño de

partícula es una de las operaciones más importantes, pues de ello depende lograr

las propiedades óptimas para cada aplicación; los refractarios requieren

distribución de tamaños de partículas bimodal o multimodal en el orden de cientos

de micras. 27 Kern MD., 1994, Lead poisoning in precious metals refinery assayers: a failure to notify workers at high risk, American Journal of Industrial Medicine, Vol. 25, Issue 5, pp 759-767. Kitco, 2011, HISTORICAL 28 DUITAMA, L; ESPITIA, C. MOJICA, J. QUINTERO, J y ROMERO, F. Composición mineralógica y química de las arcillas empleadas para cerámica roja en las zonas de Medellín, Itagüí y Amagá. Revista Académica Colombiana de Ciencias Exactas Físicas y Naturales.28 (109): 555-563, (2004).

32

Mezclado y homogenización: posteriormente se procede al dosaje de los componentes, que después de su oportuno mezclado, formaran al pastón destinado al conformado. La dosificación se realiza según peso o volumen. El primero es mucho más preciso, siempre y cuando la humedad este perfectamente controlada. 2.4.2 Procesos de formado. Las proporciones optimas entre el material y el líquido dependen del proceso de formado que se usa. Algunos procesos de formado requieren alta fluidez; otros actúan sobre una composición que tiene bajo contenido de agua, con cerca del 50 % de agua, la mezcla es una pasta aguada que fluye como un líquido. Al reducirse el contenido de agua, se hace necesario aumentar la presión sobre la pasta para producir un flujo similar. Por tanto, los procesos de formado pueden dividirse con base en la consistencia de la mezcla: Fundición o vaciado deslizante, en el cual la mezcla es una pasta aguada. 29 Métodos de formado plástico, en los cuales se forma la arcilla en condición plástica. Prensado semiseco, en el cual la arcilla está húmeda pero posee baja plasticidad. Prensado seco, en el cual la arcilla contiene menos del 5% de agua, esta arcilla no tiene plasticidad. 29

Vaciado deslizante: en este método se vacía una pasta aguada de polvos cerámicos en agua, llamada suspensión, dentro de un molde poroso de yeso, el agua de la mezcla es absorbida por el yeso, formándose una capa de arcilla firme en la superficie del molde, la composición es típicamente entre el 25% y el 50% de agua. La suspensión debe ser fluida para penetrar en los resquicios de la cavidad del molde, pero también es conveniente que el contenido de agua sea bajo para lograr mayores velocidades de producción. El vaciado en suspensión tiene dos variantes principales: vaciado drenado y vaciado sólido. En el vaciado drenado, el molde se invierte para drenar el exceso de suspensión después que se ha formado la capa semisólida, dejando así una parte hueca en el molde; este se abre después y se remueve la pieza. Este método se usa para hacer piezas huecas. En el vaciado sólido, que se usa para elaborar productos sólidos, se da el tiempo suficiente para que la pieza entera se vuelva firme. El molde debe rellenarse periódicamente con suspensión adicional para compensar la contracción debido a la absorción de agua. 29

29 GROOVER, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas Prentice Hall, Inc. A Simon y Schuster Company.(1997), P 423-427

33

Figura 2. Esquema de la técnica de vaciado deslizante

Fuente: GROOVER, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas Prentice Hall, Inc. A Simon y Schuster Company. (1997), P 423 Formado plástico: Esta categoría incluye varios métodos manuales y mecanizados: modelado a mano, torneado de mano, torneado ligero, tejuelado, formado plástico y extrusión. Todos estos métodos requieren que la mezcla inicial tenga consistencia plástica, lo cual se logra generalmente con un contenido de agua del 15% al 25%. Para los métodos manuales se usan generalmente arcillas en el límite superior del rango, que constituyen un material más fácil de formar; sin embargo, esto viene acompañado de mayor contracción en el secado. Los métodos mecanizados emplean generalmente mezclas con menor contenido de agua y por lo tanto la arcilla inicial es más espesa. 30

34

Figura 3. Técnica de formado plástico (extrusión)

Fuente: GROOVER, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistema Prentice Hall, Inc. A Simon y Schuster Company. (1997), P 425 Prensado semiseco: En el prensado semiseco las proporciones de agua en el barro inicial están típicamente de 10% a 15%, esta proporción produce una baja plasticidad. Los procesos semisecos usan alta presión para superar la baja plasticidad del material y forzarlo dentro de la cavidad de un dado. Con frecuencia se forma una rebaba debido al exceso de barro que se introduce entre las secciones del dado. 29-30

Prensado seco: el contenido de humedad del barro inicial en el prensado seco esta típicamente por debajo del 5%. Generalmente se agregan aglutinantes a la mezcla de polvos para proporcionar suficiente resistencia a la parte prensada para su manejo subsiguiente. También se añaden lubricantes para prevenir que la pieza se pegue al dado durante el prensado y la remoción. Como la arcilla seca no fluye durante el prensado, se debe agregar y distribuir en el dado la cantidad correcta de polvo inicial. No se forman rebabas en el prensado seco y no ocurre contracción de secado, así que el tiempo de secado se elimina, lográndose una buena precisión en las dimensiones del producto final.30

Figura 4. Esquema de técnica de prensado

Fuente: GROOVER, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas Prentice Hall, Inc. A Simon y Schuster Company. (1997), P42

35

2.4.3 Secado y cocción . Este proceso es muy importante ya que elimina el agua

no combinada (intersticial), la no absorbida y la enlazada químicamente, la cual

puede secarse al ambiente o empleando circulación de aire con humedad

controlada, donde los valores de temperatura y humedad deben ser inversamente

proporcionales. La velocidad de difusión del agua depende de la temperatura a la

que está expuesta la pieza, naturaleza mineralógica del material, magnitud y forma

de las partículas, porcentaje de agua en la pasta, estado higrométrico, y humedad

relativa del aire. 12

Figura 5. Forma de presentación de agua en las arcillas

Fuente: OLMOS VALDEZ, Yenni Maricela. Diseño de una planta piloto para la

producción de crisoles semirefractarios a partir de desechos refractarios

industriales y arcillas ecuatorianas. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Escuela

Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería Química y Agroindustrial Quito

Ecuador. (2014). Pág. 26

La cocción es una de las operaciones de vital importancia en el procesamiento de

materiales cerámicos, donde se producen transformaciones de algunos

compuestos, eliminación de agua ligada a las materias primas, oxidación de la

materia orgánica, oxidación de gases formados por las diferentes reacciones y

cambios en el volumen. 30

30 LEAL, Marcos Ramon. HIGUERA, Jorge Humberto. Estudio a nivel de laboratorio para la fabricación de ladrillos refractarios para revestimiento de cucharas. Trabajo de grado de especialización en metalurgia. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de ingeniería. Escuela de Metalurgia. (1982)

36

El caolín cristalizado al alcanzar la temperatura de 450º C, sufre una pérdida de

peso del 14 % y una absorción de calor de 170 cal/g. a 550 ºC produciendo la

deshidroxilación de los grupos hidroxilos que contiene la caolinita, formando

metacaolinita. 2

A 573 ºC se produce la transición de fase de cuarzo α a β, acompañada de una

considerable expansión o cambio de volumen cerca de un 0.9 %, como se

muestra en la figura.

Figura 6. Dilatación térmica de materiales refractarios

Fuente: OLMOS VALDEZ, Yenni Maricela. Diseño de una planta piloto para la

producción de crisoles semirefractarios a partir de desechos refractarios

industriales y arcillas ecuatorianas. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Escuela

Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería Química y Agroindustrial Quito

Ecuador. (2014). Pág. 27

Aproximadamente a 950ºC, el metacaolin se transforma en una fase cristalina

denominada espinela y sílice amorfa libre.

Por encima de 1050ºC la espinela se transforma gradualmente en mullita primaria y cristobalita.

37

A 1200ºC se forma mullita en el residuo de partículas de feldespato obteniéndose la denominada mullita secundaria, la morfología de esta fase es acicular y las partículas son grandes (>1µm). A 1350ºC la composición es de un 30% de mullita, 15 % de cristobalita y un 55 %

de fase vítrea.31

Figura 7. Diagrama esquemático del caolín bien cristalizado

Fuente: OLMOS VALDEZ, Yenni Maricela. Diseño de una planta piloto para la

producción de crisoles semirefractarios a partir de desechos refractarios

industriales y arcillas ecuatorianas. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Escuela

Politécnica Nacional. Facultad de Ingeniería Química y Agroindustrial Quito

Ecuador. (2014). Pág. 28.

Debido a ello, el proceso de cocción debe contar con una apropiada curva de

calentamiento, en la cual se tenga presente las regiones más críticas para cada

refractario en función de las reacciones que puedan ocurrir, además de cumplir

rigurosamente la curva de cocción tanto en la zona de calentamiento como de

enfriamiento a fin de evitar tensiones y roturas. Asi mismo es importante tener en

cuenta la influencia de materiales fundentes como los álcalis, compuestos de

hierro, fluoruros y tierras alcalinas que disminuyen la viscosidad de la fase vítrea y

permiten que tengan lugar las reacciones a velocidades mayores, o con la misma

velocidad a temperaturas inferiores. 12-3

31 GAMEZ, Darío. CARO, Luis Orlando. Estudio de las arcillas del municipio de Chinavita para la posible fabricación de refractarios. Trabajo de grado Ingeniero Metalúrgico. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de ingeniería. Escuela de Metalurgia. (2005)

38

2.5 ENSAYOS DE CONTROL DE CALIDAD

Ensayo de porosidad y densidad aparente: Este tipo de ensayo se efectúa según

norma ASTM C20-00. Se deben secar las probetas durante una hora a 110 ºC,

inmediatamente se pesan con exactitud de 0,1 g. Así se obtiene D. seguidamente

se sumergen en agua y se hierven durante dos horas, durante ese tiempo las

probetas deben permanecer cubiertas de agua, además no deben tener contacto

con el fondo del recipiente. En seguida se determina lo que se conoce como peso

suspendido S, pesándolo mientras está suspendido dentro del agua.

Posteriormente se extrae la probeta del agua se seca cuidadosamente y

finalmente se vuelve a pesar para establecer el peso saturado M.32

Volumen de poros abiertos: (11)

Volumen de la porción impermeable (en cm3) (12)

Volumen exterior (13)

La porosidad aparente expresa en porcentaje, la relación entre el volumen de

poros abiertos del espécimen y su volumen exterior.

Porosidad aparente

(14)

Absorción – (15)

Densidad aparente)

(16)

Densidad bulk (17)

Ensayo de compresión: este ensayo se hace según norma NTC 4017, se utiliza

para determinar el comportamiento de materiales bajo cargas aplastantes.

Mediante este ensayo se puede establecer el limite elástico, el limite proporcional,

32 ASTM designation C20-00 2015 Standard Test Methods forApparent Porosity, Water

Absorption, Apparent Specific Gravity, and Bulk Density of Burned Refractory Brick and

Shapes by Boiling Water

39

el punto de fluencia el esfuerzo de fluencia y la resistencia a la compresión. El

equipo utilizado para la ejecución del ensayo de compresión es una maquina

universal de ensayos. Consiste en aplicar una carga axial de compresión

gradualmente creciente a una probeta de tamaño estándar. La probeta se

comprime y se registra la deformación con distintas cargas. El esfuerzo y la

deformación de compresión se calculan y se trazan como un diagrama carga-

deformación.33

2.6 EMPRESA TEJESAN

Las arcillas estudiadas en el presente proyecto provienen de un yacimiento

perteneciente a la empresa denominada Tejesan. Inició sus actividades de

manera independiente en 1992. Se dedica a la fabricación de materiales para la

construcción como: teja ladrillo, tableta y otros materiales cerámicos. En el año

1997 se crea la cooperativa CIMACOM, la cual fue conformada por las pequeñas

empresas artesanales, (ladrilleras, y areneras) del municipio de Combita, entre

estas la ladrillera Tejesan. Bajo este concepto la secretaria de minas y energía de

Boyacá, el día 13 de noviembre de 1997 mediante resolución Nº.00747, le otorgo

el contrato de pequeña minería Nº. 230-15, a la cooperativa CIMACOM para

cumplir con todos los requisitos y realizar una explotación técnica y racional de los

yacimientos. 34

33 Norma Técnica Colombiana NTC 4017: métodos para muestreo y ensayos de unidades

de mampostería y otros productos de arcilla / ICONTEC - Bogotá: ICONTEC, 2008.

34 CRUZ LEMUS, Julio Cesar. Estudio de impacto ambiental para la explotación de arcilla y arena, concesión de pequeña minería ºN 230-15. Cooperativa CIMACOM. Junio. (2010)

40

Figura 8. Fotos de instalaciones y productos elaborados en la fabrica Tejesan. (a)

Patio de secado. (b) Horno colmena. ( c) Ladrillo. (d) Teja cartabon

(a) (b)

(c) (d) Fuente: CRUZ LEMUS, Julio Cesar. Estudio de impacto ambiental para la explotación de arcilla y arena, concesión de pequeña minería ºN 230-15. Cooperativa CIMACOM. Junio. (2010)

41

2.6.1 Localización geográfica La cooperativa CIMACOM está ubicada en el

municipio de Combita-Boyacá, con una extensión de área de 208 hectáreas

aproximadamente, los minerales que se explotan en esa área son arcilla y arena.

El frente de explotación de arcilla que posee Tejesan se encuentra localizado en la

vereda San Isidro del municipio de Combita-Boyacá, vía Tunja a Paipa, a 8

Kilómetros aproximadamente del casco urbano de Tunja.

Figura 9. Localización Geográfica

Fuente: CRUZ LEMUS, Julio Cesar. Estudio de impacto ambiental para la explotación de arcilla y arena, concesión de pequeña minería ºN 230-15. Cooperativa CIMACOM. Junio. (2010)

42

3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL

El desarrollo del proceso se llevó a cabo siguiendo las etapas detalladas a continuación. 3.1 MATERIALES

3.1.1 Arcilla. Se extrajeron 100 Kg de arcilla blanca, retirando la materia orgánica

y cavando hasta encontrar la veta a unos 80 cm de profundidad. Luego del secado

se disgregaron con ayuda de una porra y finalmente, se obtuvieron muestras de

aproximadamente 5 Kg mediante cuarteo.

Figura 10. Foto de banco de arcilla

Fuente: Autor

3.1.2 Matriz mecánica. Para la elaboración de crisoles mediante la técnica de

prensado semiseco, se fabricó una matriz en acero de herramientas, consta de

una parte fija, una parte móvil y un pistón para facilitar la extracción del crisol. La

matriz fue instalada en una prensa de 6 toneladas.

43

Figura 11. Prensa Hidráulica con matriz adaptada

Fuente: Autor

3.1.3 Molde de yeso. Para elaborar crisoles mediante la técnica de vaciado

deslizante, se construyó un molde de yeso, utilizando como materia prima 4 Kg

de yeso en polvo y 2.5 L de agua. En una caja de madera se colocó el modelo

cubierto con vaselina para facilitar el desmolde, se preparó la pasta mezclando el

yeso con el agua hasta que se obtuvo una mezcla consistente y sin burbujas. Se

vertió la mezcla en la caja de madera cubriendo la mitad de la pieza, una vez

estuvo seco se desmoldo y se repitió el mismo procedimiento para la otra mitad de

molde.

Figura 12. Molde de Yeso

Fuente: Autor

44

3.1.4 Unidades de Cocción. Se efectuaron tres procesos de cocción con tres

temperaturas diferentes. Los procesos a 800 ºC y a 900 ºC se llevaron a cabo en

la mufla eléctrica marca del laboratorio de metalurgia, perteneciente a la

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, el tercer proceso se realizó

en un horno industrial tipo colmena, ubicado en las instalaciones de la fábrica

TEJESAN, vereda de San Isidro del municipio de Combita Boyacá.

Figura 13. Fotos de unidades de cocción (a) mufla eléctrica (b) horno industrial

tipo colmena

(a) (b)

Fuente: Autor

3.1.5 Equipo y reactivos usados en el ensayo al fuego. Esta prueba se realizó

en la mufla eléctrica del laboratorio de metalurgia, perteneciente a la Universidad

Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Se efectuó en tres crisoles los reactivos

que se utilizaron fue; 45 g de litargirio, 30 g de bicarbonato de sodio, 5 g de harina,

7 g de bórax, 1 g de sal para cada crisol. Se empleó mineral de oro procedente de

Marmato Caldas, 30 g para cada mezcla.

45

Figura 14. Fotos de equipo y reactivos usados en el ensayo al fuego (a) mufla

eléctrica (b) mezcla de reactivos y mineral

(a) (b)

Fuente: Autor

3.2 DISEÑO EXPERIMENTAL

Con el propósito de lograr los objetivos planteados para la fabricación de crisoles, se utilizó una metodología experimental. Esta es desarrollada por una serie de etapas y con los materiales anteriormente descritos. En la tabla 2 se muestran los factores y niveles utilizados. Tabla 2. Factores y niveles usados en el diseño experimental

Factores Niveles Unidad de cocción

Vaciado deslizante VD

Relación S:L

Horno Industrial

Temperatura

Prensado semiseco PS

Mufla

Tiempo

Fuente: Autor

46

De acuerdo a la teoría examinada para la elaboración de crisoles mediante vaciado deslizante se manejó una relación S:L = 1:1, mientras que para el método de prensado semiseco se utilizó una relación de 1: 0,15.

Tabla 3. Matriz experimental

Técnica de formado

S:L (g:ml)

Temperatura (ºC)

Tiempo (h)

Unidad de cocción

VD 300:300 1000 36 Horno Industrial

200:200

900 9 Mufla

100:100

800 10 Mufla

PS 300:45 1000 36 Horno industrial

200:30

900 9 Mufla

100:15

800 10 Mufla

Fuente: Autor

Las temperaturas empleadas para la cocción de los crisoles se establecieron

según los resultados de la caracterización fisicoquímica realizada a la arcilla.

El tiempo de cocción se fijó teniendo en cuenta la unidad de cocción, y también

los tiempos propuestos por los autores de este tipo de trabajo.

En el siguiente esquema se explica detalladamente el método que se desarrolló

para el cumplimiento de las etapas propuestas.

47

Figura 15. Metodología de fabricación de crisoles con caolinita

Fuente Autor

3.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El desarrollo del proceso se llevó a cabo siguiendo las etapas detalladas a

continuación.

48

3.3.1. Caracterización fisicoquímica de la arcilla. Tamizaje. Se hizo tamizaje a

una muestra de arcilla de 1 Kg, utilizando una serie de tamices (malla+ 20, -20+

40, -40+ 60, -60+ 80, -80+ 100, -100+ 140, -140+ 200, -200).

Tabla 4. Análisis granulométrico

Malla N Peso (g)

+ 20 32

-20+ 40 201

-40+ 60 198

-60+ 80 155

-80+ 100 147

-100+ 140 170

-140+ 200 49

-200 48

Fuente: Autor

Figura 16. Distribución de granos por número de malla

Fuente Autor.

De acuerdo al análisis granulométrico, se tomó como tamaño de partícula malla + 140, por ser éste valor uno de los más constantes y también por ser el más conveniente para el formado de piezas cerámicas según la teoría consultada. 11

0

100

200

300

400

20 40 60 80 100 140 200 finos

Pe

so (

g)

Numero de malla

49

Difracción de rayos X: La prueba de difracción de rayos X se realizó en el

difractómetro Panalitycal x´pert pro, perteneciente a la Escuela de Física de la

universidad pedagógica y tecnológica de Colombia.

Fluorescencia de rayos X: Para la ejecución de esta prueba se utilizó un equipo de

FRX por energías dispersivas, Panalitycal minipal 2 pw4025, perteneciente al

INCITEMA de la UPTC, la muestra de arcilla fue expuesta a un ambiente de Helio,

Microscopia Electrónica de Barrido: Para la caracterización microestructural se

utilizó el Microscopio Electrónico de Barrido Carl Zeiss evo-MA10, ubicado en las

instalaciones del INCITEMA de la UPTC.

Termogravimetría: Este ensayo se realizó en un equipo de análisis térmico

marca SDT Q 600 V20.9 build 20, perteneciente al INCITEMA de la UPTC,

utilizando una atmosfera de Argón cuyo caudal fue de 100 ml/min, la velocidad

de calentamiento fue de 10°C/min hasta alcanzar 1000°C; se trabajó hasta esta

temperatura con el fin de asemejar los procesos a nivel industrial.

3.3.2. Elaboración de crisoles. Se llevó a cabo la fabricación de crisoles por

medio de dos técnicas de formado.

Prensado Semiseco: Se preparó una pasta mezclando arcilla con un 15% de

agua, se lubrico la matriz con aceite. La pasta preparada se introdujo en el interior

de la matriz, en cuya base previamente se había colocado el pistón inferior,

estando uniformemente distribuida la pasta, se procedió a descender y ascender

el pistón superior por medio de la prensa manual, esto se repitió varias veces

hasta alcanzar la compactación del material, seguidamente se levantó el pistón

superior y se sacó el crisol hacia el exterior de la matriz por medio del tornillo

colocado en la base.

50

Figura 17. Fotos de proceso de elaboración de crisol. (a) compactación. (b)

extracción del crisol

(a) (b)

Fuente: Autor

Vaciado Deslizante: Se preparó una pasta aguada, mezclando arcilla y agua, seguidamente se vació la suspensión en un molde de yeso, el agua de la mezcla fue absorbida por el yeso formándose una capa de arcilla firme en la superficie del molde, luego el molde se invirtió para drenar el exceso de suspensión, una vez se formó la capa semisólida, se abrió el molde para remover el crisol.

51

Figura 18. Fotos de proceso de vaciado. (a) colado. (b) extracción del crisol. (c) crisol

(a) (b) (c)

Fuente: Autor

3.3.3. Cocción de los crisoles. La cocción de los crisoles se realizó a tres

rampas de temperatura diferentes así:

Proceso de cocción 1: Se realizó en la mufla eléctrica del laboratorio de

fundición perteneciente a la Escuela de Metalurgia de la UPTC. Se inició elevando

la temperatura desde Temperatura ambiente hasta 130 ºC por un tiempo de cuatro

horas, esto con el fin de garantizar un secado lento y total para evitar la formación

de grietas. Luego se mantuvo en 130 ºC por una hora, seguidamente se subió la

temperatura hasta 800 ºC durante dos horas, se sostuvo a 800 ºC durante tres

horas. Una vez terminada la cocción se dejó enfriar durante 12 horas para sacar

los crisoles de la mufla.

Proceso de cocción 2: Se efectuó en la mufla eléctrica del laboratorio de

fundición perteneciente a la Escuela de Metalurgia de la UPTC. Se inició elevando

la temperatura desde Temperatura ambiente hasta 130 ºC por un tiempo de cuatro

horas, esto con el fin de garantizar un secado lento y total para evitar la formación

de grietas. Luego se mantuvo en 130 ºC por una hora, seguidamente se subió la

temperatura hasta 900 ºC durante dos horas, se sostuvo a 900 ºC durante dos

horas. Una vez terminada la cocción se dejó enfriar durante 12 horas para sacar

los crisoles de la mufla.

Proceso de cocción 3: Se realizó en el horno colmena perteneciente a la fábrica

TEJESAN ubicado en el municipio de Combita. Se comenzó encendiendo el

52

horno, realizando un calentamiento lento para garantizar el secado uniforme de

las piezas, esta fase del proceso demoro 8 horas, luego la temperatura fue

subiendo hasta alcanzar los 1000 ºC, seguidamente se sostuvo durante 36 horas

y se deja enfriar el horno por cinco días. Sin permitir la entrada de aire dentro del

horno para no generar grietas.

Figura 19. Fotos de procedimiento de cocción. (a) crisoles cocidos en la mufla

eléctrica. (b) crisoles cocidos en horno colmena

(a) (b)

Fuente: Autor

3.3.4 Ensayos de calidad

Ensayo de porosidad y densidad aparente: Según Norma ASTM C20-00 se realizó

el procedimiento para calcular la porosidad y la densidad aparente del material de

arcilla se secaron los crisoles en una mufla a una temperatura de 150 ºC durante

una hora, inmediatamente se pesaron, enseguida se colocaron en un recipiente

con agua a hervir por un tiempo de 2 horas. Después de terminado el periodo de

ebullición los crisoles se enfriaron hasta la temperatura ambiente. Seguidamente

se determinó el peso de cada crisol en suspensión (dentro del agua). Luego se

secaron los crisoles y se pesaron para determinar la masa saturada.

53

Figura 20. balanza utilizada en el ensayo de porosidad

Fuente: Autor

Ensayo de compresion: Según norma NTC 4017 se realizo la prueba se realizo

para hallar la resistencia a la coccion de la arcilla cocida. Se elaboraron dos

probetas m1 y m2.

La probeta m1 fue fabricada utilizando la tecnica de vaciado deslizante, la probeta

m2 se elaboro usando la tecnica de prensado semiseco. La prueba de compresion

se efectuo en la maquina universal de ensayos marca Shimadzu perteneciente al

laboratorio de Ingenieria Civil de la UPTC.

Se inicio con el pesado y medida de las probetas , en seguida se colocaron en la

maquina universal de ensayos, se aplico una carga axial maxima de 253 Kg. Se

registro la deformacion con las diferentes cargas aplicadas.

54

Figura 21. Foto tomada durante el ensayo de compresion

Fuente: Autor

Ensayo a fuego: Se pesaron 30 g de mineral de oro tamizado a malla 200, se

mezcló el mineral aurífero con 45 g de litargirio, 30 g de bicarbonato, 7g de bórax,

5 g de harina y 5 g de sal. Se echó la mezcla en los crisoles seguidamente se llevó

a la mufla eléctrica, durante un tiempo de 90 min a una temperatura de 950 ºC.

Una vez realizada la fusión se extrajo el crisol del horno y se vertió el contenido

en una coquilla, luego se rompió con un martillo el cristal formado por la escoria y

se liberó el botón de plomo. Para eliminar el resto de escoria, se dio forma de

cubo a dicho botón mediante un martillo y un Yunque.

Se colocó el regulo de plomo obtenido en una copela, esta se introdujo en la mufla

eléctrica por 2 horas a una temperatura de 950 ºC. Una vez fundido el plomo se

abrió la puerta de la mufla para permitir la oxidación del plomo con el oxígeno del

medio al finalizar la copelación se sacaron las copelas de la mufla, se dejaron

enfriar y se retiró el botón de dore.

55

Figura 22. Fotos de ensayo a fuego. (a) Preparación de la mezcla. (b) Fusión. (c)

Colado del metal. (d) Copelación

(a) (b)

(c) (d)

56

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS

4.1 CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA

Se realizó con el propósito de determinar las características físicas y químicas de

la arcilla caolinitica mediante las siguientes técnicas de:

4.1.1 Difracción de Rayos X. Para la realización de este ensayo se empleó el

valor de espaciado 2Ɵ (donde Ɵ es el ángulo de refracción) de acuerdo a la ley de

Bragg. Para el análisis se tuvieron en consideración las posiciones características

de los componentes de mayor importancia. El difractograma figura 23, señala

que el material de estudio presenta sílice (SiO2), seguido de caolinita (Al2 Si2O5

(OH)4) y (MgO). La presencia de la caolinita muestra que la arcilla tiene

propiedades plásticas y alta refractariedad, la sílice actúa como desengrasante

evitando contracciones y deformaciones de volumen del cuerpo cerámico. Por lo

cual la arcilla de estudio es apta para ser utilizada en cerámicos refractarios.35

35 Carrado, K. Decarreau, A. Petit, S. Bergaya, F. y Lagaly, G. “Synthetic clay minerals and purification of natural clays”. Bergaya, F., Theng, B., y Lagaly, G. Handbook of Clay Science. 2006; (115-139). Elsevier Ltd.

57

Figura 23. Difractograma de arcilla caolinitica

Fuente: Equipo de DRX. Escuela de Física. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.

4.1.2 Fluorescencia de Rayos X. Esta técnica se realiza con el fin de analizar

cuantitativa y cualitativamente el mineral de arcilla caolinitica de Combita Boyacá.

Para este proceso se tomó una muestra representativa del material.

En el espectro se detectó la presencia de silicio (Si) como componente mayoritario

que se adjudicó a las fases silicatadas, figura 24 En orden decreciente se

relacionaron los cationes de aluminio, hierro, potasio, titanio, magnesio, cromo y

cobre. Según el espectro la composición química evidenció la naturaleza de

dichas rocas de composición silicatada alumínica en la que los elementos

mayoritarios son: silicio, aluminio, y magnesio. La presencia de magnesio indica

que permite bajar el punto de fusión de la arcilla. Los elementos Fe, Cu, y Cr se

consideran impurezas. 36

36 CARRIAZO, J. MOLINA, R. Y MORENO, S. “Caracterización estructural y textural de una bentonita colombiana”. Revista Colombiana de Química, 2007; (36), 213-225.

58

Figura 24. Análisis de FRX de arcilla caolinita de Combita Boyacá

. a) Espectro de energía dispersiva. b) Datos cuantificados

(a)

Elemento Mg Al Si K Ca Ti Cr Fe Cu

Cantidad %

1.8 22.8 67.4 2.0 0.097 1.96 0.064 3.79 0.03

(b)

Fuente: Equipo de FRX, INCITEMA de la Universidad Pedagógica y Tecnológica

de Colombia.

4.1.3. Microscopia Electrónica Barrido. En las imágenes obtenidas por MEB de

la arcilla de estudio se observa un tamaño de partícula entre 0,521 µm y 1.163 µm,

en promedio 0.823 µm. Se determinó que la morfología superficial de las

partículas es de tipo granular anguloso, con una conformación fibrosa,

característica de los aluminosilicatos.37

37 Gil, A. Korili, S. y Vicente, M. A. “Recent advances in the control and characterization of the porous structure of pillared clay catalysts”. Catalysis Review. Science and Engineering, 2008; 50(2), 153-221.

59

Figura 25. Microfotografías obtenidas en el microscopio electrónico de barrido

(a) micrografía a 5000 X. (b) micrografía a 500 X

(a)

(b)

Fuente: Microscopio Electrónico de Barrido, INCITEMA, Universidad Pedagógica y

Tecnológica de Colombia.

4.1.4. Termogravimetría: Los resultados de los análisis TGA se presentan en la

figura 26, en ellos se observa una primera pérdida de peso muy leve entre

temperatura ambiente y 60 ºC común en todas las arcillas, la siguiente pérdida de

60

peso sucede a partir de los 100 ºC estos cambios son producto de la pérdida de

agua higroscópica, no constitucional o libre.38

Entre 450ºC y 550 ºC se evidencia otra disminución de peso, esto se debe a que los iones OH- son liberados de la red cristalina en forma de vapor de agua, generando, en el caso de la caolinita, el rompimiento de la estructura cristalina, para dar paso a una fase amorfa llamada metacaolín (Al2Si2O7).

39

A 550ºc se produce la transición de fase de cuarzo α a β, teóricamente esto sucede a los 573 ºC. Aproximadamente a 980ºc, el metacaolin se transforma en una fase cristalina denominada mulita (3Al2O3·2SiO). Esto sucede por medio de una reacción exotérmica. Ecuación (18) 39

Al 2O3O·2SiO2.xH2O → 3Al2O3·2SiO+ xH2O +3Al2O3·SiO + Aluminosilicato amorfo + SiO2 (18)

Figura 26. Termogramas de la arcilla caolinitica de Combita Boyacá

. (a) Curva de TGA de 0-800 ºC. (b) Curva de TGA de 0-900 ºC (c) Curva de TGA

de 0-1000 ºC

(a)

38 MAHMOUDI, S., SRASRA, E. AND ZARGOUNI, F. The use of Tunisian Barremian clay in the traditional ceramic industry: Optimization of ceramic properties Applied Clay Science, 42, Issues 1-2, 125-129, 2008.

61

(b)

(c)

Fuente: Equipo de termogravimetría, INCITEMA, Universidad Pedagógica y

Tecnológica de Colombia

4.2 ANALISIS DE TECNICAS DE FORMADO

Se realizó dos procesos de fabricación de crisoles con arcilla caolinitica, para

comparar los factores de cada proceso de formado, que inciden en las

características finales y en el desempeño de las piezas cerámicas.

62

4.2.1 Vaciado deslizante. Se elaboraron crisoles a partir de una mezcla de arcilla

y agua, en una relación S: L de 1:1, como se muestra en la tabla 5 utilizando un

molde de yeso.

Tabla 5. Probetas de ensayo para vaciado deslizante

Mezcla solido (g) liquido (ml)

P1 300 300

P2 200 200

P3 100 100

Fuente: Autor

Durante el conformado de los crisoles se observó que con la mezcla P1 el crisol

queda demasiado delgado por consiguiente no soportarían los esfuerzos que van

a ser sometidos en las siguientes etapas.

El crisol hecho con la mezcla P3 queda muy grueso generando un gasto

innecesario de la materia prima, por lo tanto la mezcla P1 y P3 se descartan para

este proceso. Los crisoles fabricados con la mezcla P2 presentan el grosor

requerido, por consiguiente esta es la mezcla que se utilizó durante las siguientes

etapas. Esta información queda demostrada en la figura 27.

63

Figura 27. Fotos mostrando el espesor de los crisoles. (a) crisol P1 (b) crisol P2 (c)

crisol P3

(a) (b) (c)

Fuente: Autor

4.2.2 Prensado semiseco. Se fabricaron crisoles por el método de prensado

semiseco preparando una mezcla de arcilla y agua con una relación S: L de

1:0.15, usando una matriz adaptada a una prensa hidráulica. La matriz tiene una

capacidad para una pasta conformada por 200 g de arcilla y 30 ml de agua. Por lo

cual se hicieron los crisoles con esta mezcla ya que cumple con el espesor y

medidas requeridas.

Las causas principales de la fractura en cerámicos han de buscarse en las grietas

superficiales producidas durante los procesos de conformación y acabado, poros,

inclusiones y estructuras de granos grandes formados durante el proceso de

cocción, que actúan como concentradores de tensiones fragilizando al material.

Cuando la tensión alrededor de un poro alcanza un valor crítico, se forma un inicio

de grieta que se propaga rápidamente en los materiales cerámicos, ya que sus

estructuras cristalinas no son propicias al deslizamiento ni a la deformación por

maclado. De esta manera, una vez iniciada la grieta, ésta continúa su crecimiento

hasta llegar a la rotura. Los poros también actúan, al igual que las inclusiones,

mermando la resistencia del material al disminuir la sección útil del mismo y por

tanto disminuye la tensión que es capaz de soportar éste. Así, el tamaño y la

fracción en volumen de los poros en las cerámicas son factores importantes que

afectan grandemente a su resistencia.39

64

Los resultados obtenidos de la prueba de porosidad se muestran en la tabla 6

donde se evidencia que la porosidad de los crisoles fabricados por prensado

semiseco es inferior a la porosidad de los crisoles elaborados por la técnica de

vaciado deslizante, esto debido a que la presión aplicada por la prensa compacta

la pasta, obligando a los granos a ubicarse entre los intersticios disminuyendo la

porosidad. 39

Figura 28. Foto de crisol elaborado por técnica de prensado semiseco

Fuente: Autor

La presencia de la caolinita en la arcilla muestra que tiene propiedades plásticas y

alta refractariedad, la sílice actúa como desengrasante evitando contracciones y

deformaciones de volumen del cuerpo cerámico. La arcilla de estudio es apta para

ser utilizada en cerámicos refractarios

En los crisoles fabricados mediante vaciado deslizante se evidencia alta

porosidad, esto se debe a que durante la colada pueden generarse burbujas de

aire, que luego generan grietas. Otro factor causante de la porosidad es que por

esta técnica de conformado, para tener buena fluidez se utiliza un porcentaje de

agua elevado, por lo cual se generan poros.

La morfología de los granos es determinante para la fabricación de objetos

cerámicos, ya que durante el conformado los granos se ubican entre los espacios

39 R. W. Rice, “Porosity of Ceramics”; 1998, Marcel Dekker, New York.

65

que quedan entre ellos minimizando la porosidad, evitando grietas y confiriendo

mayor resistencia al crisol. 40

Uno de los factores que influyen en la plasticidad de una arcilla es el tamaño de

partícula, con tamaños de partícula menores que 1 µm se obtiene alta plasticidad

facilitando el conformado de piezas cerámicas.

Ensayo de Porosidad. Se hizo bajo la norma ASTM C20-00. Para esta prueba

se elaboraron tres crisoles por método de vaciado deslizante, tabla 6. Utilizando

como materia prima la arcilla caolinitica procedente del municipio de Combita

Boyacá

Tabla 6. Convenciones usadas en el ensayo de porosidad

Vaciado Deslizante

Prensado Semiseco

VD1 PS1,

VD2 PS2

VD3 PS3

Fuente: Autor

Tabla 7. Resultado de ensayo de porosidad y densidad aparente

Crisol D (g)

S (g)

M (g)

Ve (cm3)

Vp (cm3)

Vpi (cm3)

P (%)

T B (g/cm3)

A (%)

PS 1 174.9 88.2 179.0 90.8 3.1 86.7 3. 4 2.01 1.92 2.34

PS 2 171.2 85.34 173.9 88.56 2.7 85.86 3. 04

1.99 1.93 1.57

PS 3 179.1 83.09 181.9 98.81 2.8 96.01 2.83 1.86 1.81 1.56

VD4 165.7 85.05 171.2 86.15 5.5 80.65 6.3 2.05 1.92 3.31

VD 5 159.3 81.9 165.2 83.3 5.9 77. 4 7.08 2.05 1.91 3.70

VD 6 168.2 86.5 174.2 87.75 6.0 81.75 6.83 2.05 1.91 3.56

Fuente: Autor

66

Ensayo de compresión: Se efectuó bajo la norma NTC 4017 Para la realización de esta prueba se elaboraron dos probetas m1 y m2 . La probeta m 1 se hizo por vaciado deslizante, m2 fue elaborada mediante prensado semiseco. La máquina universal grafica la curva esfuerzo vs deformación para cada prueba que se realiza, el esfuerzo es determinado con base en la ecuación (19).

(19)

Dónde:

Resistencia de la muestra a la compresión (MPa)

W = Carga máxima de rotura (N) A = Promedio de áreas brutas superior e inferior de la muestra (mm2) Figura 29. Curvas de ensayo de compresión

(a) Curva de compresión m1. (b) Curva de compresión m2

(a)

67

(b)

Fuente: Equipo maquina universal de ensayos, perteneciente a la Escuela de

Ingeniería Civil, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Los resultados obtenidos en la prueba de compresión se reportan en la tabla 8, se

observa que no existe ninguna diferencia de resistencia a la compresión entre las

dos probetas, lo cual demuestra que la resistencia a la compresión depende del

tipo de material, no de la técnica de formado.40

Tabla 8. Resultados del ensayo de compresión

Probeta Área (mm2) Carga Máxima de rotura (N)

fcp (Mpa)

m1 12488 253813 20.32

m2 12488 253813 20.32

Fuente: Autor

40

CISMID. (2016). Ensayo de Compresión Axial y Compresión Diagonal de especímenes de albañilería de bloques de arcilla fabricados en la Ciudad de Tacna. Lima-Perú.

68

4.3 ANALISIS DEL PROCESO DE COCCIÓN

La cocción es tal vez la fase más importante del proceso de fabricación de una

pieza cerámica ya que es esta la etapa que confiere a la pieza las propiedades

utilitarias necesarias. Pero la etapa de cocción será exitosa siempre y cuando las

etapas anteriores de preparación de materias primas, moldeo y secado se hayan

hecho correctamente. Una cocción eficiente y eficaz es aquella que evita todos los

defectos que pudieran presentarse en la pieza, obteniendo así una pieza de buena

calidad apta para el mercado.12

4.3.1 Temperatura de cocción. Para examinar la temperatura de cocción

adecuada para los crisoles se hicieron tres procesos de cocción, como se muestra

en la tabla 9.

Tabla 9. Proceso de cocción

Proceso de cocción

Temperatura (ºC)

Unidad de cocción

1 800 Mufla eléctrica

2 900 Mufla eléctrica

3 1000 Horno Industrial colmena de la

fábrica (TEJESAN)

Fuente: Autor

Los procesos de cocción 1 y 2 se efectuaron en los laboratorios de metalurgia de

la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. El proceso de cocción 3 se

hizo en el horno industrial tipo colmena perteneciente a la empresa TEJESAN,

ubicada en la vereda de San Isidro de Combita Boyacá, debido a que las muflas

de la universidad no alcanzan la temperatura requerida para esta prueba.

Cuando un material cerámico es sometido al calor, tienen lugar una serie de

procesos, absorción y desprendimiento de calor, desprendimiento de gases,

dilataciones y contracciones. Durante la cocción se descomponen sustancias para

dar lugar a otras, este tipo de reacciones llamadas de descomposición son

reacciones endotérmicas, existen otras reacciones como las de oxidación que

69

permiten la formación de otras fases cristalinas, y que liberan calor, es el caso de

la reacción (18), donde el metacaolin pasa a ser mullita.

Debido a que la reacción (18) sucede a 980 ºC para la arcilla objeto de estudio se determina que se debe hacer la cocción hasta 1000 ºC de temperatura para garantizar la formación de mullita, ya que esta es una de las fases más importantes en los materiales cerámicos, debido a que le confiere a las piezas cerámicas propiedades como; resistencia a los choques térmicos y resistencia a la rotura y deformación.39

4.3.2 Tiempo de cocción. Con el propósito de evaluar las características de los

crisoles nombrados ca, cb y cc

Tabla 10. Tiempo de cocción

Crisol tiempo (h) Unidad de cocción

C1 9 Mufla eléctrica

C2 10 Mufla eléctrica

C3 36 Horno Industrial colmena de la

fábrica (TEJESAN)

Fuente: Autor

Inspección Visual: En el control de calidad de las piezas cerámicas es de gran

importancia hacer una inspección visual, además de que esta prueba es muy

sencilla de hacer, no se requiere de sofisticados o costosos equipos para su

realización. Esta prueba se lleva a cabo de manera empírica y quien la realiza

debe ser una persona con experiencia en el área de los cerámicos. Al hacer la

inspección de los tres crisoles se observa fragilidad y desmoronamiento en el

crisol ca. Los crisoles cb y cc no presentan ningún tipo de falla, figura 30 por

consiguiente se establece que el tiempo mínimo de cocción de crisoles en mufla

eléctrica a nivel de laboratorio debe ser de 10 horas. Para los crisoles cocidos en

horno industrial tipo colmena, se determinó que el tiempo adecuado para su

cocción es de 36 horas.

70

Figura 30. Fotos de la inspección visual

(a) Crisol ca (b) crisol cb (c) crisol cc

(a) (b) (c)

Fuente: Autor

4.4 EVALUACION DE LOS CRISOLES EN UN ENSAYO AL FUEGO

La porosidad en los crisoles utilizados para caracterización de minerales auríferos

es de gran importancia por los componentes que contiene la mezcla para que

tenga a lugar la fusión del mineral. El reactivo más agresivo que se utiliza en el

proceso de fusión es el litargirio, el cual al ser absorbido y retenido entre los poros

del crisol puede causar la generación de grietas o rotura, se deben emplear

crisoles con baja porosidad.

De acuerdo a los resultados de la prueba de porosidad, se escogieron los

crisoles elaborados por prensado semiseco, para la realización de esta prueba,

debido a que estos presentan menor porosidad, por lo tanto menor riesgo de

rotura, y poseen mejores características que los crisoles fabricados por vaciado

deslizante. Para esta prueba se utilizaron tres crisoles cocidos a tres temperaturas

diferentes así; c1: 800 ºC, c2: 900 ºC y c3: 1000 ºC.

Durante la fusión del mineral aurífero y al realizar la colada en las coquillas no se

observó rotura ni grietas. Sin embargo después de terminada la prueba se

evidencio una pequeña grieta en c1 figura 31 , mientras que los crisoles c2 y c3 no

71

mostraron ningún tipo de deterioro, grieta o rotura, por lo tanto se establece que

este tipo de crisoles cocidos a 900 ºC y 1000 ºC de temperatura, son aptos para la

caracterización de oro.

Una ventaja que presentan los crisoles fabricados con arcilla caolinitica, es que no

necesitan una rampa de calentamiento durante el ensayo al fuego, frente a los

crisoles de magnesita, que requieren una rampa de calentamiento muy lento para

su curado.

Figura 31. Fotos de los crisoles usados en el ensayo al fuego

(a) crisol durante la colada (b) crisoles después de la colada (c) crisol con grietas

(a) (b) (c)

Fuente: Autor

72

5. CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos en este estudio evidencian el potencial de la arcilla

caolinitica procedente de la vereda de San Isidro del municipio de Combita, para

su utilización como materia prima en la fabricación de crisoles usados en la

caracterización de minerales de oro. Su porosidad es de 3.09 % lo que la hace

idónea para el proceso.

Los análisis fisicoquímicos indicaron que la arcilla caolinitica materia de estudio

contiene 67 % de Si, 22.8 % de Al, 3.79 de Cu, 1.96 % de Ti, 1.8 % Mg y en

menores proporciones Cr y Cu considerados como impurezas, lo cual indica que

se puede emplear en la manufactura de refractarios.

El conformado de los crisoles se realizó por las técnicas de vaciado deslizante y

prensado semiseco. Durante la práctica se obtuvieron mejores resultados con el

método de prensado semiseco, ya que los crisoles no sufrieron ningún tipo de

deterioro, rotura o deformación.

Durante el desarrollo de este estudio se estableció que la temperatura de cocción

adecuada para los crisoles de arcilla caolinitica es de 1000 ºC, debido a que se

garantiza la formación de mullita, fase importante que le confiere propiedades a

las piezas cerámicas, como; resistencia al choque térmico, alta resistencia al

desgaste y a la deformación.

Se determinó que el tiempo mínimo de cocción de crisoles en mufla eléctrica a

nivel de laboratorio debe ser de 9 horas. Para los crisoles cocidos en horno

industrial tipo colmena, se estableció que el tiempo mínimo de cocción es de 36

horas.

En el ensayo al fuego se observó que el crisol cocido a 800 ºC presento una

pequeña grieta, los crisoles cocidos a 900 ºC y 1000 ºC no presentaron ningún

tipo de deterioro, grietas, o rotura. Por lo cual se determina que esta clase de

crisoles son aptos para su utilización, en la caracterización de minerales de oro.

Mediante el ensayo de porosidad se determinó que los crisoles elaborados por el

método de prensado semiseco, son idóneos para ser empleados en la fusión de

mineral de oro, debido a que presentan 3.09 % de porosidad, que es un bajo

porcentaje de poros Mientras que los crisoles fabricados por el método de vaciado

deslizante, no son aptos para ser usados en este proceso porque poseen 7.09 %

de porosidad, que puede ocasionar rotura durante la fusión.

73

6. RECOMENDACIONES

La arcilla caolinitica procedente de la vereda de San Isidro del municipio de

Combita Boyacá, puede ser empleada en la elaboración de productos refractarios,

por poseer buenas características fisicoquímicas y propiedades como alta

refractariedad, elevada plasticidad y tamaño de grano pequeño.

Para la fabricación de crisoles cerámicos se recomienda, hacer más estudios

sobre el tema, que contribuyan al mejoramiento de este proceso.

La producción de crisoles en la empresa TEJESAN del municipio de Combita

Boyacá es una buena alternativa para incursionar en nuevos nichos de mercado,

ofreciendo productos diferentes a los que tradicionalmente ha manufacturado.

Se recomienda utilizar un tamaño de partícula por debajo de 149 µm, para obtener

alta plasticidad y evitar la formación de poros, que pueden generar la rotura de la

pieza cerámica.

Es recomendable elaborar los crisoles por la técnica de prensado semiseco,

porque se obtiene menor porosidad frente a los crisoles hechos por la técnica de

vaciado deslizante. Además se requiere el uso de menos cantidad de agua por

este método de formado.

74

BIBLIOGRAFÍA

AFANADOR GARCIA, Nelson. IBARRA JAIME, Andrea Carolina y LÓPEZ

DURÁN, Carlos Alberto. Caracterización de arcillas empleadas en pasta cerámica

para la elaboración de ladrillos en la zona de Ocaña, Norte de Santander. Épsilon

(20), 101-119. (2009).

AGUAYO, S., PARGA, J.R. y SÁNCHEZ, V.M . Curso "Innovaciones Minerometalúrgicas en la Recuperación de Oro y Plata". Vol. 1. Instituto Tecnológico de Saltillo, 1992: 60-74. ARENAS FLOREZ, Albeiro. Caracterización de arcillas y preparación de pastas

cerámicas para la fabricación de ladrillos en la ladrillera mariscal robledo S.A.

Facultad de Tecnologías: Química industrial, Universidad tecnológica de Pereira.

(2016), p. 19

ASTM Technical Publication 839. Practical Applications of Quantitative Metallography. Symposium sponsored by ASTM Committee E–4 on Metallography and by the International Metallographic Society, Orlando, FL, ISBN 978-0-8031- 4905-2, 1984. ÁVILA BERNAL, Marcelo. GAVINO JIMENEZ, Paolo Jesús. GONZALES FLORES, Gianmarco. Llanos López, Luis Andrés. Elaboración del crisol refractario. Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión. Ingeniería Metalúrgica. Huacho, Perú. C. Nogales, Ana Cristina. Estudio químico de la presencia de montmorillonita en

arcillas de la cuenca sedimentaria miocénica de Loja mediante técnicas de

espectroscopia molecular. Tesis de grado previa la obtención del título de

ingeniera química. Escuela superior politécnica de Chimborazo. Facultad de

ciencias, Escuela de Ingeniería Química.

Carrado, K. Decarreau, A. Petit, S. Bergaya, F. y Lagaly, G. “Synthetic clay minerals and purification of natural clays”. Bergaya, F., Theng, B., y Lagaly, G. Handbook of Clay Science. 2006; (115-139). Elsevier Ltd. CARRIAZO, J. MOLINA, R. Y MORENO, S. “Caracterización estructural y textural de una bentonita colombiana”. Revista Colombiana de Química, 2007; (36), 213-225. CASTILLO, Martha Leonor y BOLAÑOS, Fabio Enrique. Caracterización química y mineralógica de una arcilla procedente del municipio de Arcabuco. Trabajo de grado Ingeniero Metalúrgico. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de ingeniería. Escuela de Metalurgia (1993).

75

CELI, L. A, CABALLERO, A VILLEGAS, M. DURÁN, P. MOURE, C. Efecto de las

características de los polvos cerámicos sobre la densificación de materiales

cerámicos PZT. Departamento de Electrocerámica, Instituto de Cerámica y Vidrio,

CSIC. 28500 Arganda del Rey, Madrid.

CHOQUE MONTAÑO, Paola. Caracterización del Depósito de Caolín de Tafna en Villazón. Revista Metalúrgica UTO. Nº 30 Oruro feb. (2011) CISMID. (2016). Ensayo de Compresión Axial y Compresión Diagonal de especímenes de albañilería de bloques de arcilla fabricados en la Ciudad de Tacna. Lima-Perú. CRUZ LEMUS, Julio Cesar. Estudio de impacto ambiental para la explotación de arcilla y arena, concesión de pequeña minería ºN 230-15. Cooperativa CIMACOM. Junio. (2010) DÍAZ RODRÍGUEZ, L.A y TORRECILLAS, R. Cerámica y Vidrio Arcillas

cerámicas: una revisión de sus distintos tipos, significados y aplicaciones. Instituto

Nacional del Carbón (CSIC). Oviedo. España. Vol. 41 Núm. 5 Septiembre-Octubre,

(2002).

DUITAMA, L; ESPITIA, C. MOJICA, J. QUINTERO, J y ROMERO, F. Composición mineralógica y química de las arcillas empleadas para cerámica roja en las zonas de Medellín, Itagüí y Amagá. Revista Académica Colombiana de Ciencias Exactas Físicas y Naturales.28 (109): 555-563, (2004). GAMEZ, Darío. CARO, Luis Orlando. Estudio de las arcillas del municipio de Chinavita para la posible fabricación de refractarios. Trabajo de grado Ingeniero Metalúrgico. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de ingeniería. Escuela de Metalurgia. (2005) GARCIA ESTUPIÑAN, Carlos Mauricio y GONZALEZ HERNANDEZ, Andrés Giovanni. Beneficio de arcillas caoliniticas de Arcabuco mina la esperanza mediante la remoción del cuarzo, óxido de hierro y oxido de titanio acompañantes. Trabajo de grado Ingeniero Metalúrgico. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de ingeniería. Escuela de Metalurgia. (2004) GARCIA, Claudia Patricia. Algunos análisis físico - químicos para la identificación de los minerales componentes de una arcilla. Trabajo de promoción como requisito para la categoría de profesor asistente. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de ciencias. Departamento de física, ( 1997)

76

Gil, A. Korili, S. y Vicente, M. A. “Recent advances in the control and characterization of the porous structure of pillared clay catalysts”. Catalysis Review. Science and Engineering, 2008; 50(2), 153-221 GIL, D. BARÓN GONZALES, J. Espectrometría de fluorescencia de rayos X. Revista Colombiana de Física, VOL. 38, No. 2. 2005. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Escuela de Física, Grupo Física de Materiales. Tunja GROOVER, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas Prentice Hall, Inc. A Simon y Schuster Company.(1997), P 423-427 GUTIÉRREZ MENA, Gabriela Mabel. Diseño y construcción de un horno de

minerales auríferos. Trabajo de titulación de ingeniera química. Machala.

Universidad Técnica de Machala. Ingeniería Química. (2015)

Kern MD., 1994, LEAD POISONING IN PRECIOUS METALS REFINERY ASSAYERS: A FAILURE TO NOTIFY WORKERS AT HIGH RISK, American Journal of Industrial Medicine, Vol. 25, Issue 5, pp 759-767. Kitco, 2011, HISTORICAL KUMAYAMA, D. M. Caracterización de caolinita para la fabricación de esmalte cerámico. Qualicer, Castellón, España (2008). P.5 LEAL, Marcos Ramon. HIGUERA, Jorge Humberto. Estudio a nivel de laboratorio para la fabricación de ladrillos refractarios para revestimiento de cucharas. Trabajo de grado de especialización en metalurgia. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de ingeniería. Escuela de Metalurgia. (1982) LEIVA-VILLACORTA, F., AGUIAR-MOYA, J.P., VILLEGAS-VILLEGAS, R.E., SALAZARDELGADO, J. Y LORÍA-SALAZAR, G. (2014) Nano-materiales en el desempeño del Asfalto. Jornadas del asfalto. - San Pedro, Costa Rica. MAHMOUDI, S., SRASRA, E. AND ZARGOUNI, F. The use of Tunisian Barremian clay in the traditional ceramic industry: Optimization of ceramic properties Applied Clay Science, 42, Issues 1-2, 125-129, 2008. MENDEZ, Laura. DELVASTO, Pedro. QUINTERO, Omar. Diseño y fabricación de

moldes para solidificación unidireccional en aleaciones de aluminio. Rev. LatinAm.

Met. Mat. v.27 n.2 Caracas. 2007.

MENDOZA VARGAS, Hugo Hernando. Estudio caracterización y análisis de sílice de la mina los monos. Trabajo de grado. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Escuela de Posgrados de Ingeniería. Tunja: (2008).

77

MERCADO ESCALANTE, Jorge Luis. Estudio comparativo de análisis de oro entre los métodos vía seca y vía húmeda en minerales concentrados. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Universidad Nacional Del Callao. Facultad de Ingeniería química. Escuela Profesional de Ingeniería Química. Callao, Perú. (2013), P.167 MISARI CHUQUIPOMA, Fidel. Sergio Metalurgia del oro. Perú. Edit, San Marcos de Aníbal Paredes Galván. (2010) NORM ASTM designation C 20-00 2015Standard Test Methods forApparent

Porosity, Water Absorption, Apparent Specific Gravity, and Bulk Density of Burned

Refractory Brick and Shapes by Boiling Water

Norma Técnica Colombiana NTC 4017: métodos para muestreo y ensayos de

unidades de mampostería y otros productos de arcilla / ICONTEC - Bogotá:

ICONTEC, 2008.

OLMOS VALDEZ, Yenni Maricela. Diseño de una planta piloto para la producción

de crisoles semirefractarios a partir de desechos refractarios industriales y arcillas

ecuatorianas. Trabajo de grado Ingeniero Químico. Escuela Politécnica Nacional.

Facultad de Ingeniería Química y Agroindustrial Quito Ecuador. (2014). P. 187

PEÑA HECHAVARRIA, Irán Construcción de un crisol de grafito para la fusión de ferroaleaciones a escala de laboratorio. Trabajo de diploma en opción de título de Ingeniero Mecánico. Ministerio de Educación Superior Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. Facultad Metalurgia-Electromecánica. Departamento de Mecánica. (2017) Quito. Septiembre, (2011). R. W. Rice, “Porosity of Ceramics”; 1998, Marcel Dekker, New York. RAMOS RAMÍREZ, Esthela; GUZMÁN ANDRADE, Juan José; SANDOVAL JUÁREZ, Ma. Carmen; GALLAGA ORTEGA, Yolanda. Caracterización de arcillas del Estado de Guanajuato y su potencial aplicación en cerámica. Acta Universitaria, vol. 12, núm. 1, abril, (2002), p. 23-30 RESTREPO, E. VARGAS, F. LOPEZ, M. Elaboración de recubrimientos cerámicos

mediante proyección térmica por combustión a partir de residuos sólidos

industriales. ISSN 1517-7076 artigo 11488, pp.1176-1185, (2012)

TOAPANTA C, Ricardo. Análisis de oro y plata de concentrados gravimétricos auríferos mediante ensayo al fuego utilizando cobre como colector. Trabajo de grado Ingeniero Químico Universidad San Francisco de Quito.

78

ZEA OSORIO, Norma Lissette. Caracterización de las arcillas para la fabricación de ladrillos artesanales. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil. (2005).

79

ANEXOS

Anexo A. Fotografías de conformado de crisoles por prensado semiseco (a) compactación de la pasta de arcilla (extracción del crisol)

(a) (b) Anexo B. Fotografías de conformado de crisoles por vaciado deslizante (a) homogenización de la pasta (b) colada (c) crisol

(a (b)

(c)