Estudio comparativo de muílitas obtenidas con distintas premullitas

SALOMON COHEN ARAZI y
ANGEL R. ROSSINI
Estudio comparativo
de muílitas obtenidas
con distintas premullitas
1.
Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad
Nacional de La Plata y Laboratorio de Ensayos
de Materiales e Investigaciones Tecnológicas
(L. E. M. I. T.) de la provincia de Buenos Aires
(Argentina).
RESUMEN
Se obtuvieron tres premullitas elaboradas con mezclas d e : arcilla caolinítica-hidróxido
de aluminio, arcilla caolinítica-bauxita natural, y cuarzo-hidróxido de aluminio, siguiendo
el método de molienda en caliente.
Se estudió la transformación en mullita, por calcinación de estas premullitas.
Se presentan resultados de difracción de rayos X, dilatometría, C.P.E., y porosidad,
obtenidos sobre las probetas preparadas.
SUMMARY
Three premullites have been gotten using mixtures of: kaolinitic clay-aluminium hydroxide, kaolinitic clay-natural bauxite, and quartz-aluminium hydroxide, following the
hot grinding method.
The transformation in mullite by calcination of these premullites was studied.
Results on X-ray diffraction, dilatometry, E.P.C. and porosity, obtained with the different probes are presented.
RESUME
On obtient trois ''premullites" élaborées avec des mélanges d'argile kaolinitique-hydroxyde d'aluminium, d'argile kaolinitique-bauxite naturelle, et de quarts-hydroxide d'aluminium, en suivant la méthode du moulage en chaud.
On étudia la transformation de ces prémullites en mullite, par calcination.
On présente des résultats de diffraction de Rayons X, de dilatométrie, de C. P. E.,
et de porosité sur les éprouvettes préparées.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wurden drei ' T r e m u l l i t e " hergestellt aus Mischungen v o n : Kaolin-Aluminiumhydroxyd, Kaolinnatürlicher Bauxit und Quarz-Aluminiumhydroxyd nach der dem heissen
Mahlen Methode.
Die U m Wandlung in Mullit, durch das Brennen dieser "Premullite" ist untersucht
worden.
Die Erhaltenen Ergebnisse aus den Röntgenbeugungsspektra, thermischen Ausdehnung, Seger Kegel u n d Porosität in den untersuchten Proben werden diskutiert.
INTRODUCCIÓN
Era de interés tecnológico comprobar que el nuevo
proceso para la producción de mullita, por obtención
de polvos nucleados a temperaturas comprendidas entre 900 y 1.100°C denominados premullitas (1), no dependía de las materias primas utilizadas. Por ello se
decidió investigar las mezclas de :
a) Arcilla caolinítica-hidróxido de aluminio.
h) Arcilla caolinítica-bauxita natural.
c) Cuarzo puro-hidróxido de aluminio.
Para una vez obtenidas las premullitas correspondientes, estudiar su transformación en mullita por calcinación a temperaturas más elevadas.
2.
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
Se utilizaron como materias primas una arcilla caolinítica procedente de La Rioja (Argentina), hidróxido
de aluminio Bayer, bauxita natural proveniente de las
Guayanas y cuarzo natural (purificado) procedente de
Catamarca (Argentina). El análisis químico de estas materias primas se presenta en la tabla L
*
Recibido en noviembre, 1972,
MARZO-ABRIL 1 9 7 3
TABLA I
ANALISIS
QUÍMICO
SiO,
AlA
FeA
TÍO,
CaO
MgO
Na.O
K,0
Pérd. por calc1n a c 1 0 n a
1.000°C
DE LAS MATERIAS PRIMAS
Arcilla
caolinítica
Al(OH),
Bauxita
natural
Cuarzo
%
%
%
%
44,3
37,3
1,2
1,2
0,0
0,8
0,16
0,52
_
64,5
—
—
—
—
—
—
3,4
61,6
1,5
2,4
0,2
0,3
0,04
0,08
99,7
—
—
—
—
—
—
—
14,5
35,5
30,2
—
Los difractogramas respectivos se muestran en la
figura 1, correspondiendo los diagramas 1, 2, 3 y 4 a
A1(0H)3, arcilla caolinítica, bauxita natural y cuarzo
respectivamente.
Los diagramas de rayos X se obtuvieron mediante
un equipo Philips PW 1100, con radiación Ka de C\x
y filtro de Ni.
99
ESTUDIO COMPARATIVO DE MULLITAS OBTENIDAS CON DISTINTAS PREMULLITAS
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
grados 2 9
FiG. 2.—Cr, cristobalita;
oc(X
u^UL-^ U
L
60 55
J
50
\
45
_J
40
Ï
I
35
30
FiG. 1.—G, Gibbsita; K, caolinita;
aQ,
I
L
25 20 15
grados 2 6
a-cuarzo.
El estudio dilatométrico se efectuó por medio de
un dilatómetro automático Steger Tonindustrie, cuyo
horno alcanza temperaturas de hasta l.SOO'^C, a una velocidad de calentamiento de 2,5 ""C/min., bajo una carga
de ensayo de 40 gr/cml Las probetas se prepararon por
moldeo a una presión de 100 Kg/cml
Las diferentes premullitas se obtuvieron con un
molino a bolas calentado eléctricamente (1), durante
dos horas para las mezclas de arcilla caolinítica con
A1(0H)3 y con bauxita natural, y durante cuatro horas para la mezcla de cuarzo con A1(0H)3, dada la baja
reactividad de este sistema.
Las premullitas se calcinaron a temperaturas de hasta L650''C, en una mufla eléctrica calentada por elementos de Super Kanthal.
3.
PARTE EXPERIMENTAL
Las diferentes materias primas se dosificaron de forma que la composición en óxidos fuera de 72 % de
AI2O3 y 28 % de SÍO2, en cada una de las siguientes
mezclas :
a) Arcilla caolinítica-hidróxido de aluminio.
100
a-ALO..
b) Arcilla caolinítica-bauxita natural.
c) Cuarzo natural-hidróxido de aluminio.
«Q.
J
a,
OCQ
«A
70 65
M, mullita;
Siguiendo la técnica expuesta en el trabajo de COHEN
ARAZI y col. (1), se obtuvieron las diferentes muestras
de premullita, las que posteriormente se calcinaron durante dos horas a L400°C y dos horas a L500^C.
En cada una de las figuras 2, 3 y 4 se observan los
difractogramas de la premullita (a), la mullita obtenida
a L400^C (b) y a L500°C (c), correspondiendo: la figura 2 a la mezcla original de arcilla caolinítica-Al(OH)3,
la figura 3 a la mezcla original de arcilla caolinítica-bauxita natural, y la figura 4 a la mezcla original de cuarzo-Al(OH)3.
Con las diferentes premullitas se realizaron ensayos
dilatométricos obteniéndose los dilatogramas correspondientes que se observan en la figura 5. El dilatograma llega hasta L450°C en el punto Oh, y manteniendo
W
UUJ^L^l-v^
IvUfJl^l^TV
70
65
60
55
I.
50
I
45
\UJv^^
I
40
I
35
I
30
I
25
L_
20
15
grados 2 6
FiG. 3.—Cr, cristobalita;
M, mullita; a,
a-Alfl^.
BOL. SOG. ESP. CERÁM. VIDR., VOL. 1 2 - N." 2
SALOMON COHEN ARAZI Y ANGEL R. ROSSINI
^
z
o
^
"o
1
0
1
1
-1
\
-2
\
-3
\
4
\
111
Qp
-5
-6
oL.
70
»
i
i
i
1
1
1
i
65
60
55
50
45
40
35
30
»
L_
1r
-7
25 20 15
grados 2 0
1 fT
-ft
FIG. 4.—Cr, cristobalita; M, mullita; a, a-Alß^; aO, a-cuarzo.
1r
-Q
T
dicha temperatura durante =cinco horas se registró la
contracción hasta el punto 5h,
El dilatograma A, correspondiente a la calcinación
de la premullita obtenida con arcilla caolinítica e hidróxido de aluminio, muestra una contracción total de
9,7 %. El dilatograma B, perteneciente a la mezcla de
arcilla caolinítica y bauxita natural, presenta una contracción de 12,3 %. El dilatograma C, originario del sistema cuarzo e hidróxido de aluminio, presenta solamente una contracción total de 7,3 %.
Realizado el ensayo de porosidad, sobre las probetas
calcinadas en el dilatómetro durante cinco horas a
1.450''C, se obtuvieron las siguientes porosidades: Mezcla A 19,2 %, Mezcla B 12,3 %, Mezcla C 26,9 %.
Con las premullitas se elaboraron probetas cilindricas por prensado a 500 Kg/cm^ y se calcinaron durante
cinco horas a 1.650°C, obteniéndose en todos los casos
cuerpos densos, sin deformaciones y de baja porosidad.
El análisis, por difracción de rayos X, de todas estas
muestras indica como única fase cristalina presente la
de la mullita.
Con las mullitas obtenidas por calcinación durante
dos horas a 1.500°C, se hicieron ensayos de Cono Pirométrico Equivalente (C.P.E.). Se determinaron las siguientes temperaturas equivalentes, controladas con pirómetro óptico calibrado y conos pirométricos Orton :
Mezcla A) ... ... 1.860°C
Mezcla B) ... ... 1.845°C
Mezcla C) ... ... LSSS^C
MARZO-ABRIL 1 9 7 3
(C.P.E. 39 ... ... 1.865°C)
(C.P.E. 38 ... ... 1.835''C)
(C.P.E. 40 ... ... 1.885°C)
in
— lU
"TI oL
-11
n
id
9h.
2Î 30
FiG.
4.
500
750
1000
1250 150¿K
5.—Dilatogramas correspondientes a las
'^premullitas" estudiadas.
diferentes
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
De los difractogramas de las tres premullitas preparadas, se observa que las correspondientes a mezclas
originales con hidróxido de aluminio Bayer presentan
un mejor desarrollo cristalino, en tanto que la premullita formada con arcilla caolinítica y bauxita natural
no presenta las mismas características debido a las
impurezas propias de la bauxita que actúan como mineralizadores.
Aunque los difractogramas de las premullitas son
ligeramente diferentes, en el calentamiento posterior
101
ESTUDIO COMPARATIVO DE MULLITAS OBTENIDAS CON DISTINTAS PREMULLITAS
a 1.400° y l.SOO^'C se observaron mullitas similares, pero
no iguales, detalle que se comprobó cuando se efectuaron los ensayos de dilatometría y C.P.E., al observarse
que la mezcla B, proveniente de bauxita natural, era la
que presentaba mayor contracción y menor C.P.E.
5.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos demuestran la factibilidad
de producir mullita utilizando distintas materias primas, comprobándose así que la reacción de premullitización se produce a temperaturas del orden de los
LOOO'^C, por molienda en caliente, se encuentre o no
presente la espinela de alúmina-sílice proveniente del
metacaolín.
102
Se demuestra también que la reacción se produce
sin ningún tipo de mineralizadores, tales como FeaOsTi02-Na20 etc., ya que en el caso de la mezcla de
A1(0H)3 y cuarzo puros la premullita y posteriormente
la mullita se generan en forma similar.
El producto formado difiere, según la pureza de las
materias primas empleadas, en su C.P.E., en su velocidad de sinterización a una temperatura dada y en su
color.
BIBLIOGRAFÍA
S. COHEN ARAZI;
A. R. ROSSINI, y T. G.
KRENKEL:
"Nuevo proceso para la producción de mullita". Bol. Soc.
Esp. Cerám. Vid., 10, 5 (1971).
B O L . S O C . ESP. CERÁM. VIDR., VOL. 12 - N.^ 2
>^;
cuarzo,
caolines,
dolomitas,
feldespatos,
arenas caolinkicasT
Á
mín^íQUK
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