Producción y Propiedades de la Cal
Materia Prima para la Producción de Cal
La materia prima fundamental para la producción de cal es la piedra caliza, compuesta mayoritariamente por $\text{CaCO}_3$ y $\text{MgCO}_3$. Para ser considerada piedra caliza apta, debe contener entre un 70% y 90% de $\text{CaCO}_3$ y/o $\text{MgCO}_3$, permitiendo un 10% a 30% de impurezas. Otras materias primas utilizadas incluyen el mármol, el travertino y la tiza.
Clasificación de la Cal
Se mencionan los siguientes tipos de cal (aunque la clasificación parece incompleta o específica del contexto):
- Cal Calcoica
Tipos de Cal según su Uso y Composición
La cal se clasifica según sus características y aplicaciones principales:
- Cal Grasa: Es blanca y pura (calcita). Se utiliza principalmente en la producción de cemento.
- Cal Magra: Son oscuras (dolomita). Se emplea en la agricultura.
- Cal Hidráulica: Endurece tanto con el agua como con el aire. Posee un alto contenido de sílice y aluminio.
Usos Industriales de la Cal
La cal tiene múltiples aplicaciones:
- Material de construcción (cemento, concreto).
- Industria química (soda, vidrio).
- Alimentos.
- Agricultura.
- Tratamiento de agua.
Concepto de Conglomerante
La cal es un conglomerante, lo que significa que mantiene los materiales unidos. Un conglomerante es una roca formada por la aglomeración de materiales diversos reunidos por un cemento.
La cal viva reacciona muy violentamente con el agua en una reacción exotérmica.
Tipos de Cal
Proceso de Producción de Cal
Variables de Operación en Hornos
La eficiencia del proceso depende de varios factores clave:
- Temperatura Mínima: Debe ser la adecuada para la descomposición, y también depende del tamaño de la partícula.
- Límite Superior de Temperatura: No se debe exceder la temperatura máxima, ya que ocurre la muerte de la materia (sinterización o sobrecalcinación).
- Tiempo: Es un factor importante en la reacción.
- Tamaño de las Partículas: Es una de las principales razones para obtener una buena cal. Se debe garantizar que el calor penetre hasta el fondo de la partícula para lograr la total descomposición del $\text{CaCO}_3$.
Hornos Rotatorios
Estos hornos operan mediante procesos continuos. El tiempo de residencia es el tiempo que tarda la caliza en entrar y salir del horno.
- Capacidad: 150 toneladas/día.
- Dimensiones: Longitud (L) de 45 a 100 metros; Diámetro (D) de 2 a 5 metros.
- Inclinación: 4 a 5%.
- RPM: 0.6 a 2 revoluciones por minuto.
- Contacto: La materia prima no está en contacto directo con el combustible, sino con los gases calientes.
- Tamaño de Partícula Recomendado: 1 pulgada (1″).
Temperatura en el Horno
Se dan dos reacciones: una exotérmica y una endotérmica (la descomposición de la caliza) a $900-1000 \text{°C}$. La temperatura debe ser ligeramente superior a la de descomposición para asegurar la descomposición completa del $\text{CaCO}_3$, sin excederse para evitar la degradación del producto.
Requerimiento de Calor
La temperatura debe ser mayor para compensar las pérdidas de calor. Es crucial mantener la temperatura de disociación, reportando pérdidas por evaporación, radiación y convección.
Hornos Verticales
Se utilizan materiales de mayor pureza para la producción. Su capacidad es menor:
- Capacidad: 10 a 20 toneladas/día.
- Requerimiento de Calor (Q): $4000 \text{ kJ/kg}$.
- Tamaño de Partícula: 1 a 6 pulgadas (1″-6″).
Material: Acero galvanizado.
- Ventajas: Material de mayor calidad y más uniforme; gran capacidad de producción.
- Desventajas: Inversión inicial alta, operación poco flexible, mayor consumo energético.
Horno de Lecho Fluidizado
En este tipo de horno, se quema $\text{CaCO}_3$ con combustible libre de $\text{H}_2$.
Industria de la Cerámica
Definición de Cerámicas
Producto sintético obtenido por la calcinación de arcillas y otros compuestos. Se caracteriza por enlaces iónicos entre elementos metálicos y no metálicos, resultando en una estructura cristalina. Los productos cerámicos se obtienen a partir de diferentes proporciones de arcilla + feldespato + cuarzo, y se definen como cuerpos triaxiales.
Propiedades Generales de las Cerámicas
- Estabilidad y resistencia a la compresión y al medio ambiente.
- A altas temperaturas pueden conducir (aunque generalmente son aislantes).
- Son aislantes (baja conductividad térmica y eléctrica).
- Poseen propiedades mecánicas definidas.
- No son deformables; son frágiles.
Clasificación de Productos Cerámicos
Productos Cerámicos Generales
Incluyen porcelana china, loza de barro, objetos de alfarería, vajillas de gres y objetos vítreos.
Productos Refractarios
Materias Primas: Arcillas aluminosas, minerales de cromo ($\text{Cr}$), óxidos de $\text{Si}$ y $\text{Mg}$, grafito y carburos. Resisten altas temperaturas. También se incluyen los Vidrios.
Productos Blancos (White Wares)
- Materias Primas (MP): Arcilla, fundentes, cuarzo.
- Tipos: Cerámica china, fina, gres, sanitarios, porcelanas.
Productos Estructurales
Ladrillos rojos, tejas, bloques.
- Materias Primas (MP): Arcillas aluminosas con alto contenido de impurezas, principalmente óxidos de $\text{Fe}$.
Abrasivos
Materiales extensamente duros, usados para cortar, pulir y desgastar.
- MP: Arcillas aluminosas, carburo de silicio.
Esmaltes Porcelánicos
Productos vitrificados en la superficie para el acabado, eliminando la porosidad y mejorando/protegiendo metales de la corrosión.
- MP: Cuarzo, feldespato, bórax, sílice, carbonato de $\text{Na}$, hidrato de $\text{Na}$.
Industria de Cemento y Yeso
Materiales hidráulicos que endurecen con el agua.
- MP: Caliza, arcilla, arena.
A los materiales refractarios se les aumenta el punto de fusión; a los vitrificantes, el punto de fusión es intermedio ($1500-1700 \text{°C}$).
Clasificación Detallada de Cerámicas Finas
Cerámica Fina (Porcelana)
Es un cuerpo triaxial vidriado. Cuanto mayor sea el fundido, mayor será el vidriado. Resisten altas temperaturas gracias al aluminio y el sílice.
Loza
Compuesta por arcilla y arena; utiliza arcillas finas, retenidas y no plásticas.
Gres
Cerámicas de baja porosidad. Existen en formas natural, fina y vítrea.
Porcelana China
Translúcida, con porosidad casi nula, vidriada y doblemente cocida.
Clasificación (Repetición de la anterior)
Cerámica Fina (Porcelana)
Triaxial vidriado; entre mayor sea el fundido, mayor será el vidriado. Resisten altas $T$ gracias al aluminio y el sílice. Loza: arcilla, arena, finas arcillas retenidas y no plásticas. Gres: cerámicas de porosidad baja, existen natural, fina, vítrea. Porcelana China: traslúcido, porosidad casi nula, vidriada y doblemente cocida.
Producción de Cerámicas
Perfil de Temperatura en la Producción
- $100-650 \text{°C}$: Eliminar agua libre o ligada.
- $600-900 \text{°C}$: Descomposición de la materia prima ($\text{MP}$) y oxidación.
- $900-1500 \text{°C}$: Formación de silicatos.
- $>1500 \text{°C}$: Reblandecimiento de la arcilla y aglomeración.
Reacciones
Componentes y Aditivos
Arena ($\text{SiO}_2$)
En su forma natural es cuarzo. Aporta propiedades no plásticas, estructura y estabilidad. Los iones $\text{OH}$ le dan la capacidad de moldear la arcilla, es decir, la plasticidad.
Aditivos
Se clasifican según su función:
- Fundentes: Bórax ($\text{B}_4\text{Na}_2\text{O}_{17}\text{H}_2$), yeso ($\text{CaSO}_4\cdot 2\text{H}_2\text{O}$), bauxita ($\text{AlC}_3\text{Fe}_2\text{O}_3\text{SiO}_2$), carbonato de $\text{Na}$, nitrato de sodio ($\text{NaNO}_3$), alúmina ($\text{Al}_2\text{C}_3$).
- Refractarios: Caliza ($\text{CaCO}_3$), Magnesita ($\text{MgCO}_3$), Titanio ($\text{TiO}_2$).
Formación de Cerámicas
