Descomposición durante la cocción del carbonato cálcico contenido en el soporte crudo de los azulejos

Abstract

La mezcla de materias primas que se utiliza habitualmente para la fabricación <br/> del soporte de los azulejos (revestimiento cerámico vidriado), contiene entre <br/> 12-15% de carbonato cálcico que, al descomponerse durante la cocción, suministra <br/> el óxido de calcio necesario para producir las fases cristalinas que le confieren <br/> las propiedades técnicas requeridas. Las arcillas que se emplean para la obtención <br/> de los soportes de cocción blanca carecen de carbonato cálcico por lo que es <br/> necesario introducir el CaO en forma de partículas de calcita (de tamaño inferior <br/> a 100 µm), dado que es el mineral más barato de entre los que contienen <br/> dicho óxido. La descomposición de las partículas de calcita durante la etapa <br/> de cocción de los azulejos, además de proporcionar el CaO necesario, produce <br/> un desprendimiento de CO₂ que, si el ciclo de cocción no está adecuadamente <br/> diseñado, puede dar lugar a defectos en el recubrimiento vidriado del producto <br/> acabado. Actualmente, la descomposición de la calcita es una de las etapas que <br/> limitan la velocidad a la que se efectúa la cocción de las piezas, ya que es <br/> necesario que se complete en su totalidad antes de que el esmalte funda e impermeabilice <br/> el soporte. <br/>En esta Memoria se resume el estudio realizado para obtener una expresión matemática <br/> que relacione el grado de conversión de las partículas de calcita, contenidas <br/> en el soporte crudo de las piezas de revestimiento cerámico de cocción blanca, <br/> con las variables de operación (temperatura, porosidad del soporte, contenido <br/> de calcita, etc.). A la vista de las discrepancias existentes en la bibliografía <br/> respecto a la cinética de la reacción de descomposición del carbonato cálcico, <br/> en primer lugar, se ha estudiado el proceso de descomposición térmica de partículas <br/> de calcita, de tamaño inferior a 1.1 mm, análogas a las que se utilizan industrialmente <br/> en la fabricación del soporte de los azulejos, en el intervalo de temperaturas <br/> comprendido entre 850 y 950ºC, operando en condiciones isotérmicas en cada experimento. <br/> Estas partículas consistían en agregados cristalinos constituidos por microcristales <br/> de CaCO₃ de tamaño normalmente inferior a 20 µm. <br/>Como consecuencia del estudio realizado, se ha propuesto una ecuación de velocidad, <br/> basada en el modelo cinético "de reacción homogénea" o "de conversión uniforme" <br/> válida para el proceso de descomposición térmica de las partículas de CaCO₃ <br/> antes indicadas. <br/>Partiendo de este modelo cinético se ha deducido una expresión matemática que <br/> relaciona el grado de conversión de las partículas de CaCO₃ con el <br/> tiempo de reacción, la temperatura y el tamaño de partícula. Esta ecuación se <br/> adapta satisfactoriamente a los resultados experimentales obtenidos en los experimentos <br/> realizados, operando en condiciones isotérmicas, en el intervalo de condiciones <br/> de operación estudiado. <br/>A continuación, se ha estudiado el proceso de descomposición térmica de las <br/> partículas de calcita citadas, cuando están formando parte de la mezcla de materias <br/> primas utilizada para la fabricación de azulejos, en piezas conformadas en condiciones <br/> de operación análogas a las que se utilizan industrialmente. En este apartado <br/> se ha estudiado la influencia de distintas variables de operación: tiempo, temperatura, <br/> espesor de la pieza, compacidad de la pieza y contenido en calcita.<br/> Partiendo de la ecuación de velocidad deducida para las partículas de calcita, <br/> se ha propuesto una expresión matemática, basada en el modelo cinético "de núcleo <br/> sin reaccionar", que relaciona el grado de conversión de las partículas de calcita, <br/> contenidas en la pieza, con las variables de operación mencionadas. <br/>La ecuación diferencial obtenida permite reproducir con suficiente exactitud <br/> los resultados experimentales en condiciones isotérmicas, en el intervalo de <br/> condiciones de operación ensayado. Asimismo, introduciendo el concepto de velocidad <br/> de calentamiento, es susceptible de ser aplicada en condiciones no isotérmicas, <br/> a velocidad de calentamiento constante, en condiciones similares a las que se <br/> efectúa la descomposición térmica de las partículas de calcita, contenidas en <br/> el soporte de los azulejos de cocción blanca, en la práctica industrial.