informe de visita técnica a ladrillera el inca-cajamarca-perú

UNC- FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILVISITA A LA LADRILLERA “EL INCA”

VISITA A LA LADRILLERA EL INCA

1. Introducción

Desde hace varios miles de años la arcilla sirvió al hombre como materia prima en la construcción de múltiples objetos. Con el tiempo su importancia económica llegó a ser tan grande que no existen, prácticamente, actividades donde no se le considere o no se le utilice. Así, por ejemplo, la arcilla se usa:

a. En la industria cerámica, para la fabricación de porcelana, lozas, ladrillos y tuberías;

b. En la industria del cemento;c. En la industria del papel, en los satinados que usan cubiertas con

películas de caolinita, en los papeles transparentes que requieren el uso de bentonita cálcica:

d. En la industria de los aceites, por sus propiedades absorbentes;e. En la agricultura, en problemas de contaminación por pesticidas o

insecticidas agrícolas;f. En nutrición animal, en alimentación del ganado como vehículo de

ayuda en los procesos de transformación de los alimentos; en la alimentación de las aves, para estimular el desarrollo de la cáscara de huevo;

g. En la industria del vino, clarificante;h. En electrónica, en la confección de aisladores;i. En la industria del petróleo, como catalizadores en el proceso del

“cracking”, en oxidaciones catalíticas;j. En la industria farmacéuticas, en la confecciona de “pellets”, talcos,

pomadas;k. En la ingeniería de suelos, como factor determinante de muchas

propiedades mecánicas;l. En la fabricación de ciertas grasas y lubricantes;m. En la industria del caucho y plásticos.

Tiene, además, importancia en la agricultura como condicionadora de la fertilidad del suelo, retención de nutrimentos catiónicos y aniónicos, disponibilidad de nutrimentos, en los movimientos de agua del suelo, estructura, fenómenos de intercambio iónico, salinidad y genética de suelos.

La trascendencia de los estudios de arcillas queda testificada por la creación de importantes grupos de investigación nacional o internacional que, a través de reuniones periódicas, intercambian informaciones sobre los progresos desarrollados en este campo. La A.I.P.E.A (Association International pour l’estude des Argiles) efectúa reuniones mundiales cada cuatro años. Existen muchos institutos dedicados directa o

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indirectamente, al estudio de las arcillas que movilizan personal numeroso y enormes instalaciones.

2. Objetivos

Conocer el proceso de manufacturación de ladrillo de la fábrica El Inca Reconocer la importancia de las arcillas en los procesos productivos de

materiales de construcción.

3. Conceptos generales

3.1 Definición de Arcillas

La palabra arcilla proviene del latín “argila” y esta del griego “argos” o “argilos” (=blanco), por el color del material usado en cerámica.

El termino arcilla, que se considera y define de muchas maneras, es variable y difícil de precisar. En edafología y sedimentología frecuentemente se usa como un tamaño (<2u) que identifica un material heterogéneo, compuesto de minerales propios de la arcilla y otras substancias, incluyendo fragmentos de roca, óxidos hidratados y geles y substancias orgánicas. Petrográficamente se llama arcilla a una gran cantidad de materiales sedimentarios, de granulometría fina y mineralógicamente poco definidos. Desde un punto de vista tecnológico, los ceramistas llaman arcilla a materiales de textura muy fina que exhiben, cunado húmedos, propiedades plásticas, esto es, que pueden ser deformados permanentemente por acción de una presión, y que son refractarios. Químicamente por arcilla se designa una serie de substancias que con frecuencia se identifican con el caolín y son de composición muy variable, incluyendo Si, Al, Fe, elementos alcalinos y alcalinotérreo. Arcilla designa también un producto de meteorización.

Desde el punto de vista de su origen, la arcilla no tiene significado genético unitario ya que puede ser un depósito sedimentario, un producto de meteorización, un producto hidrotermal o ser el resultado de una síntesis.

En el presente informe, el termino arcilla se usara preferentemente en acepción edafológica, para indicar un producto originado a partir de la meteorización de las rocas, cuyas partículas son generalmente de tamaño inferior a 2µ, constituido principalmente por aluminosilicatos de origen secundario (minerales propios de la arcilla) y componentes accesorios, primarios, secundarios u orgánicos, en el cual radica gran parte de la actividad fisicoquímica del suelo. El termino arcilla no indica una sustancia única en particular.

Por mineral de arcilla se comprende esencialmente “a los aluminosilicatos hidratados cristalinos, algunos con substincion parcial o total del aluminio por magnesio o hierro y que incluyen como constituyentes, en ciertos casos, elementos alcalinos o alcalinotérreos”. Estas partículas son de tamaño muy

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fino y se clasifican en grupos definidos según estructura, por ejemplo, en minerales 2:1 (pirofilita, talco, esmectitas, vermiculita y micas) y 1:1 (caolinita, serpentina). El grupo de los aluminosilicatos amorfos y paracristalino, con sus representantes principales alófana e imogolita, pese a su estructura poco definida, se incluye dentro de los minerales de arcilla. (Besoain, 1985)

COLOR DE LAS ARCILLAS: Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción debido a la presencia en ellas de óxido de hierro, carbonato cálcico.

3.2 Datos de la Empresa

Razón social: LADRILLERA EL INCA Propietario: Ing. Benedicto Bonilla Cortegana. Ubicación: Cajamarca, ubicado en la parte sur del

departamento de Cajamarca.

4. Ubicación, extensión y accesibilidad de la zona

4.1Ubicación política

Departamento: CajamarcaDistrito: CajamarcaProvincia: CajamarcaComunidad: Agomarca

4.2Coordenadas UTM

E: 776019N: 9203502

4.3Extensión:

Área aproximada del lugar de visita: 14648.368 m²

4.4Accesibilidad

Una referencia es el puente ubicado entre el jr. Alfonso Ugarte y Carlos Malpica, a partir de allí se dirige de manera directa por Alfonso Ugarte en una trocha carrozable subiendo por dicho camino hasta llegar a la comunidad de Algamarca.

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5. Geología

Ladrillera “EL INCA”, se encuentra ubicado en una zona perteneciente a la formación chimú el cual se describe a continuación:

Formación Chimú (Ki-chim): Compuesta por una alternancia de areniscas, cuarcitas y lutitas en la parte inferior y de una potente secuencia de cuarcitas blancas, en bancos gruesos en la parte superior. Constituye estructuras bien definidas, como estratificación cruzada y ripple marks, habiendo funcionado como roca competente que dio lugar a perfectos anticlinales y sinclinales. Este tipo de formación se puede observar al Sur de la ciudad, hacia ambos márgenes de la carretera que conduce a Pacasmayo. (INDECI, 2005).

Mapa Geológico de la ubicación de la Ladrillera

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UBICACIÓN DE LA LADRILLERA


6. Cantera

6.1 Materias primasEn la cantera observada se identificó los siguientes tipos de arcillas.

ARCILLA CAOLIN.- Esta arcilla se extrae de canteras. con proporción de 70% de arcilla y 30% de arena.

ARCILLA NEGRA.- Arcilla más arenosa, con proporción de 60% de arena y 40% de arcilla.

ARCILLA MAS CLARA.- Con proporción de 60% de arcilla y 40% de arena.

ARCILLA ROJA.- Compuesta de óxidos (como el de aluminio), que ayudan y mejoran el color del ladrillo, es casi pura sin casi nada de piedra. De ella estamos utilizando solo el 10%, es para darle color

6.2 Métodos de extracción

Para la extracción de las diferentes tipos de arcillas se procede mediante maquinaria pesada. Debido a que el material es suave, no representa mayor dificultad su extracción.

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7. Proceso de producción de ladrillo

7.1 Maquinaria empleada

MOLINOS CON RODILLOS MOLINOS CON MARTILLO MÁQUINA CORTADORA HORNOS.- Se cuenta con 3 hornos artesanales implementados

adecuadamente con una capacidad de 700 000 mil ladrillos cada uno.

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Por otro lado, el proceso de producción de ladrillo ocurre en tres etapas: seca, húmeda y proceso de horneado.

7.2 Etapa seca

Para el inicio de proceso se realiza el secado de la arcilla, luego se la muele con las máquinas de martillos y luego se agrega la cantidad de agua que se necesita.

El inconveniente de este proceso es que en tiempo de lluvia difícilmente se podía trabajar, porque la arcilla tiene cierto contenido de humedad en cantera que es superior a la necesitada en molienda. Es por eso que en época de lluvia se reducía del 100% al 30% en la capacidad de producción

7.3 Etapa húmeda

Aquí se trabaja a la arcilla con cierta humedad sin necesidad de secarla, por ello se ha cambiado el tipo de molienda, de moliendo por golpe (con molinos de martillos) a molienda por aplastamiento (molino de rodillos). La característica de la arcilla con la que se trabaja es que contiene una cierta cantidad de piedra pequeña de 4 a 7 mm de tamaño, lo que afectaba a la molienda, por ello se fijó realizar una tercera molienda, para lo cual se compró un nuevo molino para la refinación de la molienda.

7.4 Proceso de horneado

En general, se cuenta con hornos modernos comparados con las demás ladrilleras de nuestra región, nuestros hornos funcionan con aire, son 2 paredes donde el ladrillo entra en paquetes de 90 cm, dejando un espacio de 20 cm; en esos espacios de 20 cm el combustible (carbón de piedra y aserrín) va cayendo por gravedad por medio de máquinas, anteriormente el horno debe estar encendido. Para que el carbón prenda debe estar la temperatura a unos 500 °C, como mínimo, por ello se necesita 8 cubos de leña los cuales encenderán el horno logramos esa temperatura minina y empieza a caer el combustible. Este horno cuenta con compuertas para el aire, hay un extractor del aire el cual va succionando el aire y lo va desplazando por todo el horno lo cual logra la combustión dentro del horno donde el fuego se va desplazando a lo largo del horno y el ladrillo se va quemando.

El ladrillo se quema a una temperatura promedio de 900°C a 1000 °C. En cada horno entra aproximadamente 150 millares de ladrillos, la ladrillera cuenta con 3 hornos y por cada 24 horas salen 20 millares de ladrillo.

8. Conclusiones

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Se ha identificado los diferentes procesos para la fabricación de ladrillo. Además se observó que se producen tres tipos: King Kong, pandereta y pastelero.

Se identificó que las arcillas, como materia prima, representan el elemento adecuado para la fabricación de ladrillos de carácter estructural, debido a sus propiedades físicas y químicas favorecen sus propiedades mecánicas durante la cocción en los hornos.

9. Recomendaciones

Por sugerencia del propietario, sería adecuado instalar un secador más para aumentar la capacidad de producción.

10. Cuestionario:

CUESTIONARIO

a) Características físicas y químicas de las arcillas.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LAS ARCILLAS

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1. Estructura cristalina

La estructura cristalina de las arcillas silicatadas están formada básicamente por láminas constituidas por tetraedro de óxidos de silicio y láminas integradas por tetraedros de óxido e hidróxido de aluminio. Cada tetraedro está constituido por un átomo de silicio rodeado por 4 oxígenos y cada octaedro está formado por 6 oxígenos u oxidrilos OH que rodean un átomo de aluminio

Las unidades cristalinas de los diferentes minerales arcillosos se caracterizan por presentar una determinada secuencia de láminas tetraédricas de sílice y láminas octaédrica de alúmina, con ciertas variantes que tipifican su estructura cristalina y permite explicar sus propiedades y comportamiento.

Las arcillas del grupo de la caolinita presentan una unidad cristalina compuesta por una lámina de sílice superpuesta sobre la lámina de alúmina, por la cual se les conoce como arcillas del tipo 1:1, mientras que las arcillas del grupo de la montmorillonita o arcillas tipo 2:1, se caracterizan por tener unidades constituidas por dos láminas de sílice integradas por una lámina de alúmina central.

2. Sustitución Isomórfica

Se ha determinado que en los tetraedros el silicio es reemplazado en algunas veces por un átomo de aluminio, mientras que en los octaedros el aluminio es sustituido por elementos de igual tamaño similar como el hierro (Fe), magnesio (Mg) y el manganeso (Mn).

A este reemplazo de elementos sin que altere su estructura cristalina de la arcilla, se le denomina sustitución isomorfica, siendo su efecto más importante la generación de cargas negativas cuando el elemento reemplazante es de una valencia menor que el elemento sustituido.

Así por ejemplo, cuando en un tetraedro el átomo de silicio es reemplazado por uno de aluminio, queda una valencia negativa que no es satisfecha internamente, pero que si es neutralizada por un catión externo.

Se denomina ion al átomo o grupo de átomos con carga eléctrica positiva o negativa. Cuando la carga eléctrica es positiva, el ion recibe el nombre de catión, como en el caso de los cationes (K+) y el sodio (Na+). Los iones con carga eléctrica negativa, constituyen los aniones, tales como los cloruros (Cl-) y sulfatos (SO4

-).

3. Capacidad intercambio catiónico

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El conjunto de cargas negativas que se genera como consecuencia de la sustitución isomórfica confiere a la arcilla la propiedad de atraer cierta cantidad de cationes, lo cual sumando a las cargas negativas de otras fuentes como los bordes fracturados de los cristales, constituyen la capacidad de intercambio catiónico de la arcilla.

La capacidad de intercambio catiónico se expresa en miliequivalentes (meq) por cada 100 gramos de suelo, correspondiendo un meq al peso de 1 mg de hidrogeno. Una arcilla con capacidad de intercambio catiónico de 10meq/100gr, significa que puede retener 10 mg. de hidrógeno o el peso equivalente de otro catión por cada 100 g. de dicha arcilla.

Las arcillas, debido a su naturaleza mineralógica, varían grandemente en su capacidad de intercambio catiónico, así por ejemplo:

TIPO DE ARCILLA

meq./100gr

Mínimo Máximo

Caolinita 5 15

Halloysita 40 80

Montmorillonita 70 120

Vermiculita 80 160

Illita 20 40

Clorita 15 40

4. Cationes cambiables

Las cargas negativas libres de la arcilla son balanceadas con elementos electropositivos o cationes en cantidades y proporciones que dependen de las condiciones en que se han formado y evolucionado el suelo.

Los cationes que neutralizan las cargas negativas de las arcillas se denomina “cationes cambiables”, debido a que pueden ser desplazados de su posición por otros cationes que son más fuertemente atraídos por la arcilla o por acción de masa, cuando la abundancia de un determinado elemento favorece su absorción en el complejo de cambio.

Los cationes intercambiables predominantes en los suelos neutros y alcalinos son el calcio, magnesio, potasio y sodio, a los cuales se le denomina bases cambiables.

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En suelos ácidos, las posiciones de intercambio son ocupadas parcialmente por el aluminio y el hidrógeno, lo cual va a variar significativamente las características del complejo de cambio y del suelo en su integridad.

PROPIEDADES FISICAS DE LAS ARCILLAS

1. Floculación y dispersión:

Las partículas de arcilla con una alta proporción de calcio y magnesio intercambiables tienden a agruparse formando flóculos o conjunto de partículas agregadas que sedimentan rápidamente en una suspensión acuosa.

Esta propiedad de la arcillas tiene importancia práctica, dado que el suelo permite la reunión de partículas condicionando para la perdida de la propiedad de contracción y expansión.

Cuando se incrementa la proporción de sodio intercambiable respecto a los demás cationes, se pone de manifiesto el fenómeno opuesto a la floculación, que es la dispersión de la arcilla. En lugar de agruparse las partículas de arcillas, tienden a repelerse y a mantener separadas una suspensión acuosa, lo cual bajo condiciones naturales del suelo, determina una condición física indeseable para la compactación, además de evitar el endurecimiento del concreto.

2. Expansión y contracción

Algunas arcillas tienen la propiedad de expandirse notablemente durante el proceso de humedecimiento, al penetrar las moléculas de agua entre sus capas de las unidades cristalinas, lo cual determina su visible hinchamiento de la masa arcillosa como la montmorillonita y cuando mayor es la proporción de sodio intercambiable presente.

Cuando una arcilla expansible se somete a un proceso de secamiento, se produce una marcada contracción o disminución de su volumen como resultado de la perdida de humedad. Un gran número de arcillas sin embargo no muestran mayores variaciones de volumen como consecuencia de los procesos de humedecimiento y el secado.

En suelos que tienen material arcilloso del tipo expandible, el secamiento puede ocasionar la aparición de grietas en la superficie del terreno que en muchos casos adquiere gran magnitud, produciendo fallamiento en las cimentaciones.

3. Superficie especifica

Debido a su tamaño extremadamente pequeño, la arcillas posee una gran superficie especifica o área superficial expuesta de las partículas por unidad

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de peso, que fluctúa entre 20 y 800 m2 por gramo, dependiendo de la clase de arcilla y de las dimensiones de las partículas individuales.

La magnitud de la superficie externa de la arcilla explica en gran parte sus características asi como su notable influencia sobre las propiedades del suelo.

Si se considera una material arcilloso con superficie especifica de 100 m2

por gramo, esta es equivalente a 10 Has. por Kr. de arcilla.

A continuación se muestran algunos ejemplos de superficies específicas de arcillas:

Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g. Halloisita hasta 60 m2/g. Illita hasta 50 m2/g. Montmorillonita 80-300 m2/g. Sepiolita 100-240 m2/g. Paligorskita 100-200 m2/g.

4. Adherencia y cohesión

Las partículas de arcillas debido a su forma laminar se adhieren con gran facilidad a las superficies de contacto como las que presentan otras partículas del suelo e instrumentos de excavación. Cuando el suelo es muy arcilloso se pueden presentar dificultades en edificaciones y en excavaciones, especialmente si no se controla el contenido de humedad.

La cohesión entre las partículas arcillosas está ligada al contenido de humedad, manifestándose la mayor atracción cuando el proceso de secamiento determina el acercamiento de las superficies laminares.

Debido a la cohesión, en suelos arcillosos se forma bajo condiciones de sequedad terrenos sumamente duros que ofrecen gran resistencia a la ruptura y ocasionan dificultades en operaciones de análisis de mecánica de suelos.

5. Plasticidad

Las arcillas cuando están húmedas generalmente pueden ser moldeadas con suma facilidad, reteniendo la forma adquirida aun después de secarse la muestra. Esta propiedad denominada plasticidad se manifiesta con gran intensidad en ciertas arcillas como la

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montmorillonita, siendo mayor cuando menor es el tamaño de las partículas.

6. Retención de humedad

La gran superficie activa de la arcillas determina que las moléculas de agua sean atraídas con gran intensidad aun cuando la humedad relativa del medio ambiente no alcance niveles de saturación.

El gran poder de retención de la humedad que tiene las arcillas influye en los procesos de incorporación y retención de humedad del suelo, así como su aprovechamiento por los acuíferos para dar lugar a los manantiales.

7. Tixotropía

La tixotropía se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido. Si, a continuación, se las deja en reposo recuperan la cohesión, así como el comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este especial comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. Por el contrario, en torno a su límite plástico no existe posibilidad de comportamiento tixotrópico.

8. Refractariedad

Es propiedad que tienen las arcillas para resistir los aumentos de temperatura.

b) Caracterización de la caolinita, illita, esmectita, montmorillonita y bentonitas.

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1. CAOLINITA Al2 Si2 O5 (OH)4

La caolinita es el principal constituyente del caolín y las arcillas para porcelana. Las caolinitas son producto de la meteorización del feldespato ortoclasa proveniente del granito y comúnmente se encuentran en suelos compuestos de sedimento.

La caolinita se presenta en hojuelas hexagonales de tamaño pequeño, su estructura consiste en una distribución de dos láminas de sílice y gibsita fuertemente enlazadas (Figura 1.6a). Algunos minerales de arcilla que pertenecen a este grupo son: la dickita que tiene la misma composición de la caolinita pero con un orden diferente en sus láminas y la halosita que generalmente aparece en algunos suelos tropicales, cuyas láminas en forma tubular están enlazadas por moléculas de agua (Figura 1.6b).

2. ILLITA

La ilita es el resultado de la meteorización de las micas, es similar en muchos aspectos a la mica blanca pero tiene menos potasio y más agua en su composición. Se presenta en forma de hojuelas y su estructura consiste en arreglos de tres láminas de gibsita con los iones de K proporcionando el enlace entre láminas adyacentes de sílice como muestra la Figura 1.6c. Debido a que el enlace es más débil que el de la caolinita sus partículas son más pequeñas y delgadas.

3. ESMECTITA

El grupo de las esmectitas tiene como principal representante a la montmorillonita. La estructura de estos minerales es muy parecida a la de las vermiculitas. Sin embargo, al igual que las vermiculitas presentan una

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http://greco.fmc.cie.uva.es/mineralogia/contenido/clases_miner8_12_5.html


importante capacidad de cambio catiónico en la interlámina, siendo Na+, Ca+2 y K+ los cationes que pueden entrar.

Las esmectitas se dividen en dos grupos, distinguiéndose:

Las dioctaédricas (alumínicas), tales como la montmorillonita ((Na,Ca)0.3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O),

la beidellita ((Na,Ca0.5)0.3Al2(Si,Al)4O10(OH)2.nH2O) o lanontronita (Na0.3Fe3+

2(Si,Al)4O10(OH)2.nH2O).

Las trioctraédricas (magnésicas), tales como la saponita ((Ca/2,Na)0.3(Mg,Fe2+)3(Si,Al)4O10(OH)2.4H2O) o

la hectorita (Na0.3(Mg,Li)3Si4O10(F,OH)2).

Suelen presentarse en agregados laminares o en masas suaves y blandas.

Estos minerales suelen precipitar en cuencas sedimentarias endorreicas con pH alcalino y gran concentración iónica. También pueden aparecer como productos de alteración hidrotermal de rocas ácidas o neutras.

Son materiales empleados en arenas de moldeo, como lodos de sondeo, para la fabricación de jabones, en cosmética, como carga de papel etc.

4. MONTMORILLONITA

La montmorillonita es el constituyente principal de la bentonita y otras variedades similares de arcilla. Las montmorillonitas suelen ser el resultado de la meteorización del feldespato plagioclasas en los depósitos de ceniza volcánica. Su estructura fundamental consiste de distribuciones de tres láminas, cuya lámina octaédrica intermedia es casi siempre gibsita o en otro caso brucita. Diversos enlaces metálicos además del potasio (K) forman enlaces débiles entre las láminas como muestra la Figura 1.6d. Una característica particular del los minerales del grupo de la montmorillonita es su considerable aumento de volumen al absorber partículas de agua.

5. BENTONITAS.

El término bentonita se aplica a aquella roca constituida fundamentalmente por minerales de la arcilla expansiva (montmorillonita, saponita, nontronita, vermiculita, etc.) si bien pueden contener fracciones más o menos variables de otros minerales. La Tierra de Fuller puede considerarse sinónimo de bentonita.

Las bentonitas se utilizan para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la humedad para impedir que esta produzca derrumbamiento de túneles o excavaciones, para impermeabilizar trincheras, estabilización de charcas, etc. Para que puedan ser utilizadas han de estar dotadas de un

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marcado carácter tixotrópico, viscosidad, alta capacidad de hinchamiento y buena dispersabilidad. Las bentonitas sódicas o cálcicas activadas son las que presentan las mejores propiedades para este uso. Los usos en este campo se pueden resumir en:

- Creación de membranas impermeables en torno a barreras en el suelo, o como soporte de excavaciones.

- Prevención de hundimientos. En las obras, se puede evitar el desplome de paredes lubricándolas con lechadas de bentonita.

- Protección de tuberías: como lubricante y rellenando grietas.

- En cementos: aumenta su capacidad de ser trabajado y su plasticidad.

- En túneles: Ayuda a la estabilización y soporte en la construcción de túneles. Actúa como lubricante (un 3-5 % de lodo de bentonita sódica mantenida a determinada presión soporta el frente del túnel). También es posible el transporte de los materiales excavados en el seno de fluidos benoníticos por arrastre.

- En tomas de tierra: Proporciona seguridad en el caso de rotura de cables enterrados.

- Transporte de sólidos en suspensión.

c) Cuáles son los minerales arcillosos de interés económico?

1. Caolinitas

Las caolinitas se forman por alteración de silicatos alumínicos, principalmente de feldespatos, en un ambiente cálido y húmedo. Los caolines que han sido alterados “in situ”, ya sea por procesos de meteorización o de alteración hidrotermal, retienen generalmente la textura y forma de la roca madre y se les conoce como “caolines primarios”. Los caolines que han sido transportados y depositados por sedimentación en ambientes acuosos dulces o salobres se conocen como “caolines secundarios”. Ambos tipos de caolines son explotados y utilizados comercialmente.

El rendimiento de las rocas caoliníferas varía generalmente entre el 10 y el 20%, esto es, se necesitan de 10 a 20 toneladas de tales rocas para producir de 1 a 2 toneladas de caolín lavado.

La caolinita es blanda, con una dureza alrededor de 1,5 en la escala de Mohs, lo que significa que los caolines relativamente puros no son abrasivos. Esta propiedad es muy importante en muchas aplicaciones industriales, ya que el caolín es más blando que casi todos los materiales

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con los que llega a estar en contacto y, consecuentemente, el deterioro y desgaste de los equipos es mínimo.

El caolín es uno de los minerales industriales más versátiles en sus diversas aplicaciones porque es químicamente inerte en un rango de pH de 4 a 9, es blanco o casi blanco, tiene un buen poder de recubrimiento y opacidad cuando se utiliza como pigmento o extensor en sus aplicaciones de revestimiento y de carga, es blando y no abrasivo, tiene un tamaño de partícula fino, es plástico, refractario y cuece con un color blanco o casi blanco. Tiene una conductividad baja tanto para el calor como para la electricidad, es hidrofílico y se dispersa fácilmente en agua

Las cantidades mayores de caolines se consumen en la industria del papel, como carga en la hoja o para el recubrimiento de su superficie. Sus propiedades físicas de tamaño de grano fino y morfología planar son útiles para el acondicionamiento y procesamiento de los materiales. El pequeño tamaño de grano de sus partículas permite que actúen como relleno en los espacios entre las fibras de celulosa de la matriz del papel.

Por ello, los caolines se utilizan ampliamente en las formulaciones para el revestimiento del papel y para la fabricación de pinturas basadas en agua. La dispersión de las partículas de caolinita en un sistema basado en agua es esencial para que el caolín imparta las propiedades de facilidad para imprimir en ella, suavidad y opacidad a una hoja de papel revestida (Murray, 1984).

En otras aplicaciones se utilizan caolines tratados previamente para modificar su química superficial. Cuando está tratada con agentes activadores de superficie, iónicos o no iónicos polares, su superficie se modifica y pasa a tener características hidrofóbicas u organofílicas. Estas caolinitas con superficies modificadas son ampliamente utilizadas en las industrias de los plásticos y del caucho para mejorar la dispersión y producir cargas más funcionales. Aquí, de nuevo, las propiedades útiles son el tamaño y la forma de las partículas de caolinita.

En los plásticos, el caolín se utiliza ampliamente como carga porque mejora varias características deseables, tales como la obtención de superficies más suaves, acabados más atractivos y una mayor estabilidad dimensional y resistencia al ataque químico. De igual modo, los fabricantes de cloruro de polivinilo (PVC) utilizan caolín como agente reforzante que hace también que el PVC sea más duradero.

Asimismo, la industria del caucho utiliza muchas toneladas de caolín como carga o extensor, tanto en el caucho natural como en el sintético. El caolín es incorporado a la mezcla de látex para mejorar la consistencia, la resistencia a la abrasión y la rigidez del caucho. Otro factor adicional y muy importante es que rebaja los costes del producto de caucho acabado.

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Otra utilidad industrial del caolín es como parte íntegra de los catalizadores del “cracking” o despolimerización del petróleo para la obtención de los productos ligeros del petróleo que se utilizan habitualmente en el mundo moderno.

2. Bentonitas

Las rocas en las que las esmectitas son los minerales dominantes se denominan “bentonitas” se conoce como bentonita al producto de la alteración, en el entorno de la superficie terrestre (meteorización), es cualquier arcilla compuesta predominantemente por esmectitas, independientemente de su origen (Grim y Güven ,1978).

Esencialmente, existen cinco tipos de bentonitas corrientemente utilizadas en la industria: dos de bentonitas naturales, la sódica y la cálcica, y tres de bentonitas tratadas o activadas, la activada con alcalinos, la tratada con ácidos y la bentonita organofílica.

Las bentonitas sódicas se utilizan principalmente para barros de sondeos, como aglomerantes para el moldeo de arenas de fundición, como peletizantes para menas de hierro y, en ingeniería civil, como impermeabilizantes para la retención de aguas u otros tipos de fluidos en lagunas, barreras, diques y todo tipo de canales o reservorios, así como en la impermeabilización de los lugares de almacenamiento de residuos, etc. (Murray, 1984).

Así, en las perforaciones profundas para alcanzar, por ejemplo, reservorios de petróleo, se necesita un fluido que refrigere para que el taladro sea eficaz, y la viscosidad de la mezcla de esmectita-agua es la adecuada para tal fin. Por otra parte, el petróleo o el agua en profundidad se encuentran a presión elevada y, para que el fluido sea efectivo en el agujero perforado, debe ser más denso que el agua y, por ello, la bentonita cumple en estos fluidos dos funciones: de lubricante y de elevador de la densidad del fluido.

Otra utilidad común de las bentonitas que se ha citado es para la peletización de menas de hierro . Los concentrados de mena finamente pulverizados son peletizados en bolas de 2,5 cm de diámetro para facilitar su transporte y para mejorar la alimentación de los altos hornos. La bentonita constituye alrededor del 0,5% en peso de los pelets. En este caso las propiedades importantes son la plasticidad y las resistencias en verde y en seco, relacionadas con la composición, el tamaño y la forma de sus partículas, siendo la bentonita sódica la más apreciada para la peletización de menas

3. Arcillas especiales

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Se conoce con este nombre a los depósitos de arcillas en los que los minerales dominantes son la paligorskita y/o la sepiolita.

Las mayores concentraciones de estos minerales se han encontrado en depósitos formados en ambientes evaporíticos someros, perimarinos y lacustres.

La utilización comercial de estas arcillas especiales está basada en sus propiedades de sorción, reológicas y catalíticas, derivadas de sus características estructurales, morfológicas, dimensionales y composicionales.

Estas arcillas especiales tienen una amplia variedad de aplicaciones industriales. En comparación con las demás arcillas utilizadas en la industria química, la sepiolita y la paligorskita tienen algunas propiedades de sorción, reológicas y catalíticas, que están estrechamente ligadas a su textura, área superficial, porosidad, morfología, estructura y composición, que las hacen más adecuadas para algunas aplicaciones. Además, estas propiedades pueden variar con los tratamientos térmicos, ácidos y mecánicos.

Las arcillas especiales han sido utilizadas como absorbentes desde el año 1930; sin embargo, tal aplicación no se amplió significativamente hasta la Segunda Guerra Mundial, cuando fueron empleadas para absorber grasas, aceites, productos químicos y otras sustancias vertidas en los suelos de fábricas, estaciones, hangares, etc.

Los gránulos del material absorbente debían tener la resistencia mecánica adecuada (dureza, abrasión y resistencia a la compresión) y ser estables o químicamente inactivos, incombustibles y no inflamables y presentar una capacidad de absorción de líquidos elevada.

Uno de los mercados más importantes para las arcillas absorbentes industriales es el de las camas de gatos, comercializándose en forma de gránulos redondeados, con tamaños de 1 a 6 mm de diámetro, y libres de polvo. Los gránulos absorbentes se utilizan también como soportes de pesticidas y herbicidas y como agentes decolorantes en los aceites minerales y vegetales, las parafinas, grasas, mantecas y vinos.

La paligorskita se ha utilizado también como un ingrediente activo en productos farmacéuticos y cosméticos por su capacidad adsorbente. Además, puede actuar como un adsorbente para las toxinas, las bacterias e incluso los virus en el intestino (Martindale, 1982) y como un revestimiento protector para el estómago y el intestino.

Respecto a las aplicaciones de las arcillas especiales para materiales de relleno o carga, es notorio que la sepiolita, tras su modificación superficial con un compuesto orgánico, puede utilizarse como carga reforzante en

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cauchos y plásticos, como el caucho natural y el PVC. A partir de estos estudios, la sepiolita ha sido ampliamente investigada como una carga de polímeros.

d) Cuáles son los minerales no arcillosos que se encuentran frecuentemente en las arcillas de interés económico?

Tenemos cinco grupos importantes como son los feldespatos, los minerales de sílice, minerales de carbonato de calcio, minerales de hierro y el yeso que es sulfato de calcio hidratado.

1. Feldespatos

Estos minerales presentan alguna plasticidad pero muy baja, por eso se pueden considerar antiplásticos o desgrasantes, además como funden o sinterizan a las temperaturas comunes en el proceso cerámico se usan principalmente como fundentes y entre otros aspectos que le interesan a la economía así tenemos que de acuerdo a su clasificación:

GRUPO: INTERÉS ECONÓMICO

Potásicos: Ortoclasa: la utilización de la ortoclasa dentro de la industria de las porcelanas abarca campos amplísimos desde la elaboración de objetos tanto de uso artístico como doméstico, hasta la fabricación de aislantes eléctricos, pastas odontológicas, vidrios especiales y esmaltes cerámicos

Microclina: fabricación cerámica, para la fabricación de porcelanas y vidrios ornamental

Calcosódicos

Albita: Industria de vidrio y cerámica Anortita: Esmaltes y cerámica

Bóricos Hialofana: Fundante Celsiana: cerámica rellenos en aplicaciones dentales

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Porcelanato Celsiana: aplicación en la medicina Cerámicos

2. Minerales de Sílice (SiO2)

El sílice cuando se encuentra presente en las arcillas se vuelve de gran importancia pues su aplicación e industria se encuentra en la fabricación de losetas y cerámicos, empleados en los acabados las edificaciones. Por otro lado es usado en la industria del vidrio artificial y cemento.

Vídrio elaboardo de arcillas con sílice Cerámicos para acabados

3. Minerales de Carbonato de Calcio

Se presenta en forma de calcita, su importancia en la industria de cerámicos radica en que tiene una acción fundente muy enérgica en las pastas cerámicas rebajando la temperatura de cocción. Por acción del calor, se descompone en óxido de calcio y desprende gas carbónico, por eso se usa también cuando se desea obtener cerámica porosa.

Esta cerámica porosa es usada en la perfumería pues permite la evaporación de olor al ambiente de acuerdo a la porosidad de esta tiene.

Su importancia usada es la industria metalúrgica del acero para hacer la aleación además en la fabricación del cemento portland usándose en su estado natural como arcilla.

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Cerámica porosa: usado en perfumería

4. Minerales de hierro Hematita: en la arcillas les otorga a una tonalidad roja tiene varios

usos industriales tales como el principal mineral usado para la extracción de hierro; también se emplea como agente para pulido. Por otro lado esta arcilla es usada como tratamiento de la limpieza del cutis, lo que implica una demanda en el mercado de cosmética natural

Magnetita: es una gran mena de hierro que se encuentra en lagunas arcillas, además usado como adición en el hormigón y sobre todo usado en la construcción de calderas industriales.

Goethita: se encuentra en porcentaje menor en la arcillas pero es un importante mena de hierro.

Pirita: su importancia le corresponde al rubro químico, pues se utiliza para la obtención de azufre o ácido sulfúrico que se obtiene directamente de las arcillas con contenido de pirita

Las tres primeras son responsables el color de las arcillas.

Uso de la arcilla con hematita como exfoliante

5. Yeso (CaSO4·2H2O)

Esta impureza de la arcilla es la que con mayor frecuencia forma depósitos salinos en los ladrillos crudos, indeseables por la facilidad con que se transforman en manchas superficiales o permanecen dentro de este hasta que por acción de la humedad salen a la superficie formando las eflorescencias.

A pesar de que es un factor indeseable en la industria de la construcción específicamente en la de los ladrillos, es muy usado por los artesanos para elaborar cerámicos, pequeñas esculturas o de otra índole, ya que el yeso es un producto que ayuda a la arcilla a moldear con facilidad; también es importante en los estucados y acabados para las viviendas y por último es usado como mortero para pegar ladrillos.

Artesano usando arcilla con yeso

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e) Clasificación de las arcillas en función de su uso en la cerámica?

Las distintas arcillas se formaron, primero a partir de la descomposición de las formaciones rocosas y, por la acción de distintos factores, presión tectónica, movimientos sísmicos, distintos tipos de erosión, etc., y segundo por la adquisición, durante el viaje hasta su lugar de sedimentación, de diferentes impurezas de origen mineral; por lo tanto, dependiendo de las características de la roca de origen, existen innumerables tipos de arcillas, cada una de las cuales posee unas propiedades particulares.

El proceso de sedimentación dura millones de años. Los lechos de arcilla se encuentran, en casi todos los terrenos, a flor de tierra o a pocos metros de la superficie, aunque no todos son útiles para el ceramista.

Entre sus componentes básicos debemos destacar las materias plásticas como el caolín y la arcilla y, los no plásticos o antiplásticos, como el cuarzo, la arena o la pegmatita, que prestan un papel fundamental en el proceso de transformación de los materiales dentro del horno, actuando como fundentes.

Existen distintas clasificaciones de las arcillas, y se pueden agrupar de distintos puntos de vista:

1. Por su formación

De acuerdo a su formación, existen dos tipos o clases de arcilla: primarias y secundarias.

1.1.Arcillas primarias

Las hallamos en los lugares en los que se encuentran las rocas de las que proceden. Siendo sus principales características las de ser: de color blanco o tirando al gris, poco plásticas y muy puras por lo que no son muy útiles, en su estado primario, para el ceramista.

1.2.Arcillas secundarias

Son las que se han formado a lo largo de los años separándose de las rocas de origen y sedimentándose, en ocasiones a unas distancias considerables. Sus características principales son: tienen colores muy diversos, según su composición, desde el rojo al negro, pasando por el amarillo y el gris; en contra de las arcillas primarias, éstas, resultan muy plásticas por lo que resultan fáciles de trabajar y es con la que la mayoría de los ceramistas están identificados y familiarizados. También se les conoce con el nombre de margas.

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2. Por su utilización

Por la utilización de las distintas clases de arcillas las podemos dividir en dos grupos: Arcillas para alfarería o para loza (dentro de este grupo esta algunas variedades llamadas gres, refractarias y porcelana).

Para entender mejor las cualidades de estos materiales, después de cocidas, diremos que:

Cuando tienen un color rojo o amarillento y su textura es porosa, recibe el nombre de terracota o de alfarería.

Cuando el color tiende al blanco y su textura es porosa recibe el nombre de loza.

Cuando presenta un color entre el amarillento y el gris, habiéndose vitrificado algunos elementos de su composición, presentando una textura poco porosa, recibe el nombre de gres.

Cuando presenta un color blanco semitransparente, mostrando una textura impermeable, recibe el nombre de porcelana.

2.1.Arcillas para alfarería

Los tipos de arcilla utilizados en alfarería, llamados terracotas (tierra cocida), tienen unas características comunes:

Color rojo o amarillento. Textura porosa, debido a su alto componente de hierro y otras

impurezas minerales. Pasta compuesta por grano fino y de gran plasticidad. Cuecen a baja temperatura en temperaturas comprendidas entre

950° y 1100° C.

Cuando la extraemos, este tipo de arcilla, del depósito o de los filones natural, presenta unos colores rojizos, tendiendo al marrón, verdosos o grises debido a la mayor o menor la presencia del óxido de hierro. Después de la primera cocción o (bizcochado) el color varia.

Las arcillas más conocidas de este grupo son:

2.1.1. Arcilla roja

Denominada así por su color, tanto cuando húmeda como una vez cocida, debido a su alto contenido en hierro. En la naturaleza nos encontramos con grandes cantidades de este tipo de arcilla, la mayoría de las veces a flor de tierra, aunque, en muchas ocasiones, en su estado natural, resulta una arcilla demasiado plástica, y

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contiene muchas impurezas naturales y sedimentadas, por lo que hay que someterla a un lavado y decantado en depósitos utilizados para este fin.

Puede darse el caso que, en el proceso de sedimentación, se hayan depositado muchas calcitas o sales alcalinas solubles lo que la convertiría en una pasta inutilizable para la cerámica

2.1.2. Arcilla azul

Se denomina azul por su alto contenido en cal, aunque una vez cocida adquiera un color amarillento. En su estado natural presenta un color azul grisáceo y, sin lugar a dudas, resulta la pasta más plástica de todas.

La mayor parte de los alfareros rechazan este tipo de pasta, aunque algunos utilizan una mezcla de las dos y, si en el amasado no la mezclan demasiado, al cocerla, presenta unos colores interesantes, aunque presenta el inconveniente de la rotura.

2.2.Arcillas para loza

Para la composición de pastas cerámicas para loza además de caolín se emplean arcillas secundarias, cuyas características comunes son:

Ser muy plásticas. Textura porosa El color oscila, según su composición, entre un gris claro y un blanco

o marfil. Su temperatura de cocción se sitúa entre 1200° 1.300°C, por lo que

pertenece a las arcillas que funden a altas temperaturas.

Alrededor del mundo, existen infinidad de tipos de esta arcilla, aunque en pocos casos el material, tal y como se encuentra en la naturaleza, será plenamente satisfactorio, por lo que será necesario tratarlas. Para variar el grado de fusión y plasticidad se le añade feldespato y arcilla de bola.

Para las pastas de loza es necesaria la presencia de la cal. La loza fina de pasta blanca, es la mezcla de una arcilla refractaria de sílex calcinado y de carbonato de cal, a los que se les añade potasa y sosa.

2.2.1. Arcilla para Gres

El gres es una cerámica de pasta compacta, opaca, coloreada, o blanca, cuyos productos tienen un cuerpo duro, no poroso y sonoro. Cuece a altas temperaturas (alrededor de 1.300°C).

A este grupo pertenecen, la loza, el gres, las pastas refractarias y las porcelanas. En general todas aquellas a las que se les añaden materias no

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plásticas, como por ejemplo la chamota, la arena, etc. Tienen como características comunes:

Ser muy resistentes a las altas temperaturas. Tener una textura poco porosa. Poseer una plasticidad muy variable, dependiendo de la composición

de la arcilla original Tener un coeficiente de reducción considerables en el proceso de

secado y cocción

2.2.2. Arcilla para Porcelana

Todas las cerámicas a base de caolín, feldespato y cuarzo que, tras la cocción, aparece un color blanco, un tacto sonoro y un aspecto vitrificado, son llamadas porcelanas. Su coeficiente de contracción es muy bajo debido al grosor de las partículas que forman este tipo de arcilla y es muy poco resistente en seco.

El Caolín, también conocido como "arcilla de China", llamada así por sus orígenes cuyo yacimientos iniciales se sitúan en de Kaoling, situados en la Provincia de Kiangsi (China). "kao-liang", significa “cima alta”

Son arcillas primarias (aunque también existen caolín secundario) que se han formado por la meteorización "in situ" del feldespato. En comparación con las demás arcillas, resulta poco plástica, a consecuencia de que, las partículas que la forman, son de gran tamaño. Es una arcilla poco plástica. En su estado natural se encuentra mezclada con feldespato y cuarzo por lo que tiene que someterse a procesos de purificación. Su composición química es muy parecida a la de la caolinita.

Existen otros productos que también se designan como porcelana, a saber:

Porcelana blanda

Se conoce como "porcelana blanda" a un producto cerámico que es vidriado y blanco pero que cuece a una temperatura mucho más baja que la porcelana o "porcelana dura", se trata de una masa que es relativamente pobre en sustancia arcillosa y rica en contenido cuarzo y de feldespato.

Porcelana bizcocho y de París

Se designa con este nombre a la porcelana muy rica en feldespato y que se emplea para moldear figuras, dando unos colores blancos amarfilados semejante al mármol.

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Porcelana de hueso

Refiere una porcelana traslúcida y muy vidriada, siendo sus características principales:

Sus componentes principales son caolín y Cornish Stone o en vez de este último material se emplea feldespato y cuarzo.

Tras su cocción da un color blancuzco. Como fundente se emplea la ceniza de hueso que se obtiene por

calcinación eliminando los componentes orgánicos, que después de tamizado, produce un polvo blanco que en realidad es un fosfato de cal, por lo que se puede sustituir fácilmente por el mismo compuesto de origen mineral.

Porcelana fritada

Con este nombre se designan a pastas que también se denominan porcelanas pero su temperatura de cocción es muy baja entre 1100 y 1200º C., esto se consigue sustituyendo parcial o totalmente el feldespato por materiales aún más fusibles, como por ejemplo agregando a la masa un barniz fritado o barniz de tipo fayenza. Este tipo de porcelana es muy transparente y tiene unas aplicaciones muy concretas, para la fabricación de botones y dentaduras postizas.

La porcelana fría

La porcelana fría, está compuesta fundamentalmente por cola de vinilo y fécula de maíz, mostrando un color blanco que puede colorearse en el momento de su amasado o una vez seco. La porcelana fría es una masa dócil, con una textura suave, muy plástica, que se deja modelar fácilmente y muy limpia, idónea para los trabajos con escolares, gozando de la ventaja de que no es tóxica. Para los docentes, este tipo de pasta es una alternativa a la plastilina y a la misma arcilla, su gran ventaja que no necesita cocción ya que endurece en contacto con el aire, de ahí su nombre de "porcelana fría".

f) Cuáles son las sales que frecuentemente se presentan en las arcillas? Cómo se las puede reconocer antes y después de la cocción delos ladrillos. Influencia en la calidad del ladrillo

En las arcillas es común encontrar sales como:

- Carbonato de Calcio: las cuales luego de la cocción se transforman el óxido de Calcio (cal). Se puede reconocer a ésta sal por su color blanquecino, también añadiendo ácido clorhídrico y evidenciar la formación de burbujas. Luego de la cocción del ladrillo quedan poros debido a la formación de Cal, además de provocar fisuras en el ladrillo, pues la hidratación de estas produce expansión. Si el tamaño

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del “caliche” es menor a 5 mm se considera que éste no producirá efectos negativos.

Foto del Microscopio Electrónico a un cilindro hecho con 2% de Carbonato de calcio y quemado a 900°C

- Carbonato de Magnesio: Se encuentran como bloques de color blanquecino. Luego de la cocción no producen efectos negativos ya que se descomponen a mayor temperatura que la de cocción de los ladrillos. Se usa para ladrillos altamente resistentes al calor.

- Sulfato de Calcio: En forma natural y similar a las sales anteriores las encontramos como una roca blanca cristalina. Tiene alta solubilidad y produce eflorescencias además de manchas externas.

Efectos del sulfato de calcio. Eflorescencias y manchas externas.

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11. Anexos

Hornos de quemado del ladrillo

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http://www.construmatica.com/construpedia/Ladrillos_Cer%C3%A1micos_en_la_Construcci%C3%B3n_para_el_Desarrollo#Materias_Primas




Enfriado de los hornos por medio de acerrin

Carbón de piedra usado en los hornos

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Proceso de enfriado de los

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informe de visita técnica a ladrillera el inca-cajamarca-perú

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