http://opendata.unex.es/recurso/ciencia-tecnologia/investigacion/tesis/Tesis/1191072

Desde la década de los 60, la ciencia y tecnología de los materiales cerámicos ha alcanzado un desarrollo notable existiendo actualmente en el mercado una amplia gama de materiales cerámicos con múltiples aplicaciones para uso doméstico, científico y tecnológico. Se suelen distinguir dos grandes grupos: los materiales cerámicos tradicionales y los materiales cerámicos avanzados. Dentro del primer grupo se encuentran los materiales cerámicos de construcción que además de a los cristalinos también engloban a algunos materiales vítreos y vitro-cerámicos.El componente mayoritario de los materiales cerámicos tradicionales es la sílice (SiO2). A este compuesto se le añaden otros para bajar el punto de fusión, endurecer o colorear el material. A destacar, por ejemplo, la adición de Na2O y K2O como fundentes, de CaO, B2O3 y Al2O3 como estabilizantes y de FeO, Fe2O3, CoO, Cu2O como colorantes.La pizarra comercial de Villar del Rey contiene aproximadamente un 58% en peso de SiO2, un 22% de Al2O3, un 10% de Fe2O3, así como otros elementos minoritarios como Na2O, K2O, CaO, etc. Los componentes minerales principales del granito de Quintana de la Serena son el cuarzo, el feldespato y la mica. Los resultados del análisis de la composición en óxidos de los lodos de granito son la sílice (68% en peso) y la alúmina (15%) que son dos componentes básicos en numerosos materiales cerámicos y vítreos utilizados en el sector la construcción.Este simple análisis sugiere claramente la posibilidad de utilizar estos residuos para la fabricación de materiales cerámicos de construcción, sector que, además, podría absorber las ingentes cantidades de residuos que se generan. El mayor contenido de alúmina del lodo de pizarra exige temperaturas de proceso algo más elevadas, pero su mayor plasticidad proporciona mayor facilidad de fabricación de los materiales.El procesado convencional de cerámicos se efectúa mediante prensado (o extrusión) y posterior cocción en horno de las pastas (húmedas) o polvos (secos) cerámicos. La pasta o el polvo están constituidos generalmente por partículas finas de dimensiones micrométricas. En esencia, se trata de unir estas partículas entre sí mediante la activación de procesos de difusión, sin necesidad de fundirlas como sucede en la fabricación de vidrios. Sin embargo, las dimensiones de las partículas deben ser micrométricas, o más pequeñas. Por ello, la fabricación de cerámicos y vidrios requiere la realización de tediosas y costosas etapas previas de preparación de los polvos en la fase de trituración y molienda. La utilización de lodos como materia prima mayoritaria no precisa procesos de molienda previos, debido a que estos lodos están ya constituidos por partículas finas. Así pues, las tareas de molienda se limitarían a las materias primas minoritarias que se formulen (fundentes, estabilizantes, colorantes, etc.).Los materiales cerámicos utilizados en el sector de construcción son los que tienen un mayor volumen de producción y, por ello, parece adecuado orientar la utilización de estos residuos a la obtención de materiales para este sector. Es importante destacar que se necesitan desarrollar aplicaciones. Por supuesto, también sería deseable que estas aplicaciones permitieran la utilización de cascote de pizarra y granito triturado, debido a que el volumen de estos residuos es muy superior al de los lodos. Si bien este aspecto se tendrá en cuenta, no será el objetivo fundamental de esta Tesis Doctoral, que se centrará de un modo especial en el aprovechamiento de los lodos de pizarra y granito que, en cierto modo, constituye el paso previo más lógico ya que el material de partida está ya formado de partículas de tamaño fino. En relación a la actividad científica en España sobre este tema, en los últimos 30 años se han realizado varias Tesis Doctorales en las Universidades de La Laguna (Sta. Cruz de Tenerife), Barcelona y, principalmente, en el Grupo de Materiales Vitro-Cerámicos que lidera el Profesor Jesús Mª Rincón del Instituto Eduardo Torroja de Materiales de Construcción. Desde hace 20 años, el Dr. Rincón viene trabajando sobre las posibles aplicaciones de los basaltos, granito, y varios tipos de residuos industriales, fundamentalmente para la obtención de fibras y materiales vitrocerámicos. Por otro lado, el grupo de Materiales de la Universidad de Extremadura, liderado por el Dr. Guiberteau, tiene experiencia acreditada en la sinterización y caracterización de materiales cerámicos.Efectivamente, tanto la composición como la granulometría de estos lodos sugieren que podría tratarse de una materia prima excelente para la fabricación de nuevos materiales cerámicos (incluyendo materiales vítreos). Si bien han existido diversas iniciativas para el aprovechamiento de estos residuos, hasta la fecha no se tiene conocimiento de la realización de trabajos científico-técnicos sistemáticos sobre aprovechamiento de lodos de pizarra y granito de Extremadura para la fabricación de materiales cerámicos de construcción, ni tampoco de la existencia de patentes al respecto. En cuanto a la posible repercusión sobre los sectores socioeconómicos, conviene destacar que en la Comunidad Autónoma de Extremadura existe actualmente una importante actividad industrial en la explotación de canteras de piedra natural (pizarra, granito, etc.) que está alcanzado un alto grado de desarrollo económico. En estas explotaciones se generan grandes cantidades de residuos que al no ser reciclados ocasionan serios problemas medioambientales y de almacenamiento. En particular, la acumulación de lodos que se generan en las empresas transformadoras de pizarra y granito constituye un problema para la obtención de la certificación de calidad ISO 14001 [6]. Si bien han existido intentos previos para aprovechar los residuos de pizarra y granito, hasta la fecha no se han investigado adecuadamente las posibilidades que tienen los lodos. La originalidad y el grado de innovación de esta Tesis Doctoral consiste en intentar aprovechar las excelentes características del lodo de pizarra y granito de Extremadura para la fabricación de materiales que sean de interés para el sector de la construcción. La Tesis Doctoral se ha estructurado en cinco partes:1. Estudio general del uso de materiales de pizarra y granito en construcción.Se clasifican las rocas ornamentales y se estudia el uso de la piedra natural en la construcción, analizando los procesos productivos de la pizarra y el granito y la importancia del sector de las rocas ornamentales en España y Extremadura.Se realiza el encuadre geológico de la pizarra y del granito en España y Extremadura, estudiándose la pizarra y el granito ornamental en cuanto a su caracterización tecnológica para su aplicación en construcción y particularizando en la pizarra de Villar del Rey y el granito gris de Quintana de la Serena (Extremadura).El estudio general en esta primera parte se complementa con un análisis de la legislación vigente de residuos de la industria extractiva, tanto del plan nacional integrado de residuos 2008-2015 como del plan integral de residuos de Extremadura 2009-2015.2. Objetivos.Se plantea el objetivo general y los objetivos específicos de la Tesis Doctoral que pueden resumirse en el análisis de las prestaciones físicas, mecánicas y estabilidad de materiales cerámicos masivos fabricados a partir de residuos procedentes de lodos de la industria de la pizarra, del granito y de los materiales cerámicos masivos fabricados a partir de la combinación de dichos lodos mezclados en porcentajes en peso de pizarra/granito de 70%-30%, 80%-20% y 90%-10%, respectivamente.3. Metodología experimental.Se describe la fase experimental que puede ser esquematizada en los siguientes cuatro puntos:- Fabricación de los materiales.- Caracterización microestructural de los lodos y materiales.- Caracterización física de los materiales.- Caracterización mecánica de los materiales.4. Resultados y discusión.Se aportan y discuten los resultados obtenidos para los distintos tipos de materiales cerámicos estudiados. Se ha estructurado a su vez en tres partes:- Caracterización de los cerámicos obtenidos a partir del lodo de pizarra.- Caracterización de los cerámicos obtenidos a partir del lodo de granito.- Caracterización de los materiales cerámicos masivos fabricados a partir de mezclas de lodos de pizarra y granito.5. Conclusiones.Se exponen las conclusiones de la investigación y se plantean las futuras líneas de investigación que pueden desarrollarse en base a los estudios realizados.

Literals

  • dcterms:director
    • ORTÍZ SECO, ÁNGEL LUÍS (Director)
    • MEDINA MARTÍNEZ, CÉSAR (Codirector)
  • ou:programaDoctorado
    • Ingeniería Mecánica
  • dcterms:description
    • Desde la década de los 60, la ciencia y tecnología de los materiales cerámicos ha alcanzado un desarrollo notable existiendo actualmente en el mercado una amplia gama de materiales cerámicos con múltiples aplicaciones para uso doméstico, científico y tecnológico. Se suelen distinguir dos grandes grupos: los materiales cerámicos tradicionales y los materiales cerámicos avanzados. Dentro del primer grupo se encuentran los materiales cerámicos de construcción que además de a los cristalinos también engloban a algunos materiales vítreos y vitro-cerámicos.El componente mayoritario de los materiales cerámicos tradicionales es la sílice (SiO2). A este compuesto se le añaden otros para bajar el punto de fusión, endurecer o colorear el material. A destacar, por ejemplo, la adición de Na2O y K2O como fundentes, de CaO, B2O3 y Al2O3 como estabilizantes y de FeO, Fe2O3, CoO, Cu2O como colorantes.La pizarra comercial de Villar del Rey contiene aproximadamente un 58% en peso de SiO2, un 22% de Al2O3, un 10% de Fe2O3, así como otros elementos minoritarios como Na2O, K2O, CaO, etc. Los componentes minerales principales del granito de Quintana de la Serena son el cuarzo, el feldespato y la mica. Los resultados del análisis de la composición en óxidos de los lodos de granito son la sílice (68% en peso) y la alúmina (15%) que son dos componentes básicos en numerosos materiales cerámicos y vítreos utilizados en el sector la construcción.Este simple análisis sugiere claramente la posibilidad de utilizar estos residuos para la fabricación de materiales cerámicos de construcción, sector que, además, podría absorber las ingentes cantidades de residuos que se generan. El mayor contenido de alúmina del lodo de pizarra exige temperaturas de proceso algo más elevadas, pero su mayor plasticidad proporciona mayor facilidad de fabricación de los materiales.El procesado convencional de cerámicos se efectúa mediante prensado (o extrusión) y posterior cocción en horno de las pastas (húmedas) o polvos (secos) cerámicos. La pasta o el polvo están constituidos generalmente por partículas finas de dimensiones micrométricas. En esencia, se trata de unir estas partículas entre sí mediante la activación de procesos de difusión, sin necesidad de fundirlas como sucede en la fabricación de vidrios. Sin embargo, las dimensiones de las partículas deben ser micrométricas, o más pequeñas. Por ello, la fabricación de cerámicos y vidrios requiere la realización de tediosas y costosas etapas previas de preparación de los polvos en la fase de trituración y molienda. La utilización de lodos como materia prima mayoritaria no precisa procesos de molienda previos, debido a que estos lodos están ya constituidos por partículas finas. Así pues, las tareas de molienda se limitarían a las materias primas minoritarias que se formulen (fundentes, estabilizantes, colorantes, etc.).Los materiales cerámicos utilizados en el sector de construcción son los que tienen un mayor volumen de producción y, por ello, parece adecuado orientar la utilización de estos residuos a la obtención de materiales para este sector. Es importante destacar que se necesitan desarrollar aplicaciones. Por supuesto, también sería deseable que estas aplicaciones permitieran la utilización de cascote de pizarra y granito triturado, debido a que el volumen de estos residuos es muy superior al de los lodos. Si bien este aspecto se tendrá en cuenta, no será el objetivo fundamental de esta Tesis Doctoral, que se centrará de un modo especial en el aprovechamiento de los lodos de pizarra y granito que, en cierto modo, constituye el paso previo más lógico ya que el material de partida está ya formado de partículas de tamaño fino. En relación a la actividad científica en España sobre este tema, en los últimos 30 años se han realizado varias Tesis Doctorales en las Universidades de La Laguna (Sta. Cruz de Tenerife), Barcelona y, principalmente, en el Grupo de Materiales Vitro-Cerámicos que lidera el Profesor Jesús Mª Rincón del Instituto Eduardo Torroja de Materiales de Construcción. Desde hace 20 años, el Dr. Rincón viene trabajando sobre las posibles aplicaciones de los basaltos, granito, y varios tipos de residuos industriales, fundamentalmente para la obtención de fibras y materiales vitrocerámicos. Por otro lado, el grupo de Materiales de la Universidad de Extremadura, liderado por el Dr. Guiberteau, tiene experiencia acreditada en la sinterización y caracterización de materiales cerámicos.Efectivamente, tanto la composición como la granulometría de estos lodos sugieren que podría tratarse de una materia prima excelente para la fabricación de nuevos materiales cerámicos (incluyendo materiales vítreos). Si bien han existido diversas iniciativas para el aprovechamiento de estos residuos, hasta la fecha no se tiene conocimiento de la realización de trabajos científico-técnicos sistemáticos sobre aprovechamiento de lodos de pizarra y granito de Extremadura para la fabricación de materiales cerámicos de construcción, ni tampoco de la existencia de patentes al respecto. En cuanto a la posible repercusión sobre los sectores socioeconómicos, conviene destacar que en la Comunidad Autónoma de Extremadura existe actualmente una importante actividad industrial en la explotación de canteras de piedra natural (pizarra, granito, etc.) que está alcanzado un alto grado de desarrollo económico. En estas explotaciones se generan grandes cantidades de residuos que al no ser reciclados ocasionan serios problemas medioambientales y de almacenamiento. En particular, la acumulación de lodos que se generan en las empresas transformadoras de pizarra y granito constituye un problema para la obtención de la certificación de calidad ISO 14001 [6]. Si bien han existido intentos previos para aprovechar los residuos de pizarra y granito, hasta la fecha no se han investigado adecuadamente las posibilidades que tienen los lodos. La originalidad y el grado de innovación de esta Tesis Doctoral consiste en intentar aprovechar las excelentes características del lodo de pizarra y granito de Extremadura para la fabricación de materiales que sean de interés para el sector de la construcción. La Tesis Doctoral se ha estructurado en cinco partes:1. Estudio general del uso de materiales de pizarra y granito en construcción.Se clasifican las rocas ornamentales y se estudia el uso de la piedra natural en la construcción, analizando los procesos productivos de la pizarra y el granito y la importancia del sector de las rocas ornamentales en España y Extremadura.Se realiza el encuadre geológico de la pizarra y del granito en España y Extremadura, estudiándose la pizarra y el granito ornamental en cuanto a su caracterización tecnológica para su aplicación en construcción y particularizando en la pizarra de Villar del Rey y el granito gris de Quintana de la Serena (Extremadura).El estudio general en esta primera parte se complementa con un análisis de la legislación vigente de residuos de la industria extractiva, tanto del plan nacional integrado de residuos 2008-2015 como del plan integral de residuos de Extremadura 2009-2015.2. Objetivos.Se plantea el objetivo general y los objetivos específicos de la Tesis Doctoral que pueden resumirse en el análisis de las prestaciones físicas, mecánicas y estabilidad de materiales cerámicos masivos fabricados a partir de residuos procedentes de lodos de la industria de la pizarra, del granito y de los materiales cerámicos masivos fabricados a partir de la combinación de dichos lodos mezclados en porcentajes en peso de pizarra/granito de 70%-30%, 80%-20% y 90%-10%, respectivamente.3. Metodología experimental.Se describe la fase experimental que puede ser esquematizada en los siguientes cuatro puntos:- Fabricación de los materiales.- Caracterización microestructural de los lodos y materiales.- Caracterización física de los materiales.- Caracterización mecánica de los materiales.4. Resultados y discusión.Se aportan y discuten los resultados obtenidos para los distintos tipos de materiales cerámicos estudiados. Se ha estructurado a su vez en tres partes:- Caracterización de los cerámicos obtenidos a partir del lodo de pizarra.- Caracterización de los cerámicos obtenidos a partir del lodo de granito.- Caracterización de los materiales cerámicos masivos fabricados a partir de mezclas de lodos de pizarra y granito.5. Conclusiones.Se exponen las conclusiones de la investigación y se plantean las futuras líneas de investigación que pueden desarrollarse en base a los estudios realizados.
  • dcterms:creator
    • GARCIA GARCIA, MARTA
  • dcterms:subject
    • RESIDUOS INDUSTRIALES
    • PROPIEDADES DE MATERIALES
    • MATERIALES CERAMICOS
  • dcterms:title
    • RECICLADO DE LODOS DE PIZARRA Y GRANITO PARA LA FABRICACIÓN DE CERÁMICOS TRADICIONALES DE INTERÉS EN EL SECTOR DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN.
  • ou:tribunal
    • MARTÍNEZ MARÍN, EDUARDO (vocal)
    • CASTRO PONTE, ALBERTE (vocal)
    • TEJADO RAMOS, JUAN JOSÉ (secretario)
    • HERNÁNDEZ FERNÁNDEZ, SANTIAGO (vocal)
    • GUIBERTEAU CABANILLAS, FERNANDO (presidente)
  • vcard:url

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