APLICACIÓN DE EL ESPODUMENO COMO FUNDENTE DE LAS COMPOSICIONES DE GRES

PORCELÁNICO

J. García-Ten, E. Sánchez

Instituto de Tecnología Cerámica (ITC) Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas (AICE)

Universitat Jaume 1. Castellón. España.

M. Tamlin (*), A. Sheth (*), O. Harder (**), J.A. Esteban (***)

(*) Sons of Gwalia LTD, Australia. (**) Otavi Minerals, Alemania. (***) Demeter, S.A., España.

El espodumeno es un aluminosilicato de Litio de fórmula Li,O-A120,4Si02 que pre- senta una estructura de piroxeno. Su temperatura de fusión es de 1420 "C, su densidad es 3.2 g / cm3 y su dureza, según la escala Mohs, oscila entre 6.5 y 7. La mayor producción a escala mundial de espodumeno procede de la mina de Greenbushes (Australia) pertene- ciente a la firma Sons of Gwalia LTD. El mineral de partida contiene un 4 % de Li,O y es procesado para obtener diversas calidades, presentando la de mayor pureza un conteni- do en Li20 de hasta 7.5 %.

El espodumeno, a pesar de la elevada refractariedad que presenta por si misma, se ha utilizado tradicionalmente como fundente en diversos productos cerámicos (vidrios, fritas, porcelana sanitaria, etc), debido a la formación de puntos eutécticos con el resto de ingredientes de la composición.

En este trabajo se estudia la viabilidad del empleo de esta materia prima como fun- dente auxiliar de las composiciones de gres porcelánico.

2. MATERIALES Y DESARROLLO EXPERIMENTAL

Para realizar el estudio se empleó una composición de gres porcelánico formulada a partir de una arcilla caolinitico-illítica de cocción blanca, un feldespato sódico y una arena feldespatica. Estas materias primas, así como los porcentajes en que intervienen en la composición, son las que habitualmente se emplean a escala industrial para la obten- ción de baldosas de gres porcelánico. Asimismo, también se utilizó una muestra comer- cial de espodumeno de referencia "Universal Grade Spodumene" que contenía un 6.0 % de Li,O.

El trabajo consistió en determinar la influencia que ejerce la adición de espodume- no sobre el comportamiento en el prensado (densidad aparente) y cocción (temperatura máxima e intervalo de cocción), así como sobre algunas propiedades del producto acaba- do (grado de blancura y resistencia a las manchas). Finalmente, se abordó, a escala de laboratorio, la posibilidad de reducir la duración del ciclo de cocción en las composicio- nes que incorporan espodumeno.

Las composiciones preparadas se muestran en la Tabla 1. Puede observarse que los cambios efectuados consisten en la progresiva sustitución del feldespato sódico por espo- dumeno, hasta porcentajes del 8 %.

Tabla 1. Composiciones preparadas (% en peso).

Se ha comprobado que la sustitución de feldespato sódico por espodumeno no alte- ra el comportamiento de la composición en las etapas anteriores a la cocción (se obtienen valores similares de la compacidad y de la resistencia mecánica en seco), debido a que ni la distribución del tamaño de las partículas ni el contenido en partículas coloidales varía significativamente. Ahora bien, la introducción de espodumeno modifica sustancialmente la temperatura de cocción de las piezas, como se deduce de la observación de la Figura 1. En ella se aprecia que la progresiva sustitución de feldespato sódico por espodumeno des- plaza las curvas densidad-temperatura hacia temperaturas más bajas, lo que indica un aumento de la velocidad de gresificación de las piezas, siendo este aumento más elevado a medida que se introducen mayores cantidades de espodumeno. Este efecto se traduce, para el intervalo de composiciones ensayado, en la disminución de la temperatura de coc- ción del producto en 5 O C por cada 2 % de espodumeno introducida.

SPO I

Un aspecto importante a destacar es que el aumento de la fundencia no lleva aso- ciado variaciones significativas en las propiedades de las piezas a su temperatura de tra- bajo, como su tamaño, porosidad, grado de blancura y resistencia a las manchas. Además, tampoco se detecta la habitual reducción del intervalo de temperaturas en el que el pro- ducto mantiene invariables sus características (intervalo de cocción) que suelen producir otros fundentes enérgicos.

SP2

40 43 15 2

Arcilla Feldespato sódico Arena feldespática Universal Grade Spodumene

40 45 15 O

SP4

40 41 15 4

SP8

40 37 15 8

1150 1170 1190 1210 1230 1250

Temperatura ("C)

Figura 2. Evolución de la densidad aparente con la temperatura de cocción.

La fundencia adicional que aporta el espodumeno puede aprovecharse para redu- cir la temperatura de cocción del producto o para disminuir el tiempo de permanencia de las piezas a temperatura elevada (>1100 "C). Al objeto de conocer de forma aproximada la reducción del ciclo de cocción que supone la introducción de espodumeno, se realiza- ron cocciones en el laboratorio con distintos tiempos de permanencia (tp) a la temperatu- ra máxima de cocción con las composiciones SPO y SP4. Las velocidades de calentamien- to y enfriamiento no se modificaron en esta serie de experimentos.

Tras la realización de estos ensayos se comprobó que, en el intervalo de tiempos de permanencia ensayados (tp), siempre era posible alcanzar el estado de máxima densifi- cación requerido (2.40 g / cm3), aunque para ello fuera necesario el lógico aumento de la temperatura máxima de cocción (Tmax).

Figura 2. Condiciones de cocción (tiempo de permanencia y temperatura máxima) que proporcionan

el estado de máxima densificación.

En la Figura 2 se representan las parejas de valores temperatura máxima (Tmax)- tiempo de permanencia (tp) para los cuales se mantiene invariable la porosidad de las piezas. Puede observarse que la composición SPO con un tiempo de permanencia de 6 minutos, alcanza el estado de máxima densificación a 1210 "C. Tomando este punto como referencia, si se emplea la composición SP4 y no se modifica la temperatura máxima de cocción, el tiempo de permanencia necesario para alcanzar el estado de máxima densifi- cación se reduce a 4 minutos, es decir, disminuye el tiempo en que las piezas permanecen a la máxima temperatura un 33 %. Estos cálculos, realizados modificando únicamente el tiempo de permanencia a la máxima temperatura en un horno de laboratorio, se deberán trasladar convenientemente a un horno industrial.

4. CONCLUSIONES

- Se ha comprobado que la sustitución de feldespato sódico por espodumeno en composiciones de gres porcelánico reduce la temperatura de cocción de las piezas sin que ello implique un cambio en sus características (tamaño, porosidad, ...).

- La reducción de la temperatura de cocción no implica una disminución del inter- valo de cocción del gres porcelánico, lo que puede suponer una ventaja técnica frente a otros fundentes enérgicos.

- El efecto fundente de el espodumeno puede permitir la disminución de la tem- peratura de cocción del gres porcelánico y/o la reducción de los ciclos de cocción actuales.