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

Resumen

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