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Revista CENIC Ciencias Químicas, Vol. 45, pp. 194-198, 2014.
COMUNICACIÓN CORTA
Evaluación del mineral de yeso cubano con vistas a iniciar la
producción nacional de yesos especiales
Diamil Quintana-Nodarse y Yamilé Martínez-Ochoa.*
Empresa de Materiales de Construcción de Matanzas, Canímar 1, Pueblo Nuevo, Matanzas. *Departamento de
Química e Ingeniería Química, Universidad de Matanzas, Cuba. [email protected]
Recibido: 16 de diciembre de 2014.
Aceptado: 19 de diciembre de 2014.
Palabras Clave: mineral de yeso, sulfato de calcio dihidratado, hemihidratos alfa y beta, yesos especiales, producción de yeso.
Key Words: gypsum mineral, dihydrated calcium sulfate, alpha and beta hemihydrates, special gypsums, gypsum production.
El mineral de yeso es el más común de los minerales que contienen sulfatos y presenta una amplia distribución
natural.1-3 Su composición química es 79 % de CaSO4 y 21 % de H2O, es decir, como sulfato de calcio dihidratado
(CaSO4 · 2H2O).4
Atendiendo a su composición y calidad morfológica, el mineral extraído del yacimiento es sometido a un conjunto de
procesos tecnológicos, los cuales permiten obtener diferentes tipos y calidades de yeso.5 Después de molido y
clasificado, la fracción más gruesa suele destinarse a la fabricación de cemento, mientras que la fina se somete a un
proceso de cocción entre 125 y 180 oC en el que se obtienen los hemihidratos (CaSO4 · 1/2H2O) alfa (yesos
especiales) y beta correspondientes (yesos de moldeo y de construcción), los cuales abarcan los tipos de yeso
aglomerante internacionalmente más demandados.6
Los yesos especiales requieren la adición de diferentes aditivos químicos en procesos complementarios para
garantizar diferentes tiempos de fraguado (yesos rápidos o lentos) y mejorar la resistencia mecánica que los
caracteriza,7 así como la viscosidad, la porosidad, el color y otras en correspondencia con las necesidades y
requerimientos que exija su empleo, todo lo que determina una mayor complejidad del proceso tecnológico en
cuestión y de las instalaciones respectivas, lo que a su vez, se refleja en los elevados precios que presentan estos tipos
de yesos en el mercado. 8-10
Por otro lado, los yesos ortopédico y dental, que se obtienen tras su conversión, presentan una gran demanda por los
imprescindibles servicios que prestan en las unidades médicas asistenciales para la obtención de moldes quirúrgicos y
odontológicos, elaboración de vendas enyesadas indispensables en Traumatología y Ortopedia, así como para la
obtención de pastas dentífricas, entre otros.11-13
Como en Cuba existe un creciente consumo de los yesos especiales dado el importante incremento y desarrollo que
han venido experimentando los servicios de salud en el país y por otro lado, dada la ausencia de su producción
nacional por no contar con una industria moderna y desarrollada tecnológicamente para tales fines,12,13 a pesar de los
yacimientos de mineral de yeso con que cuenta y que quizás podrían explotarse perspectiva y tentativamente con ese
objetivo,14 el país se ha visto obligado anualmente a realizar grandes importaciones de estos recursos en moneda
libremente convertible (MLC), así como de los productos que con ellos se elaboran. Sin embargo, esta situación
pudiera revertirse perspectiva y estratégicamente teniendo en cuenta que en las actuales condiciones, se obtiene un
mineral de yeso de buena calidad morfológica, adecuada relación yeso gris : yeso blanco, gran pureza y de muy buena
calidad según estándares internacionales,15 cuyas reservas potenciales ascienden a los miles de millones de
toneladas.14,16 Por esta razón, el objetivo principal de este trabajo consistió en realizar la caracterización química,
física y tecnológica del mineral de yeso cubano para corroborar la factibilidad de comenzar a partir de él, la posible
producción nacional de yesos especiales, así como la de otros productos, que se puedan obtener a partir de este
valioso recurso natural para la economía nacional, principalmente, de yeso ortopédico y dental, que contribuya a
respaldar el creciente desarrollo y la sostenibilidad del Sistema Nacional de Salud del país y de los servicios médicos
que ofrece a la población, de manera que posibilite cesar las obligadas y costosas importaciones anuales de todos
ellos y por tanto, la erogación en MLC que el país realiza por este concepto.14,17
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Para realizar la caracterización química, física y tecnológica del mineral de yeso a estudiar se realizó previamente el
desarrollo minero para la explotación del mineral en el área de uno de los yacimientos cubanos, el cual consistió en
eliminar la capa vegetal, la arcilla o cualesquiera otras impurezas que se encontraran presentes. A continuación, se
tomó como radio de acción 1 km (área que se correspondió con el frente actual de su explotación).18
Una vez que el área se encontraba limpia, se dividió en cinco zonas, las que fueron denominadas A, B, C, D y E. En
general, se analizaron 60 cuadrículas de 4,2 m de frente por 10 m de fondo. En cada una de ellas, se realizaron calas a
una profundidad de 7 m para la toma de muestras, lo que se llevó a cabo por triplicado.
En los casos que el mineral presentó algunas visibles impurezas, se realizó el proceso de beneficio correspondiente
para su eliminación, el cual fue ejecutado por vía seca y de forma manual mediante cepillos y hachas convencionales
para esta operación.19
Las calas se practicaron con ayuda de una carretilla barrenadora BBAS con diámetro de perforación de 85 mm y las
muestras del mineral se molieron en molino de trituración tipo convencional hasta obtener la granulometría necesaria
mediante tamizadora mecánica de acuerdo con el proceso de cocción planificado. Se utilizó además, una báscula de
precisión modelo EURO PE 3000 HR, estufa de desecación CENTEROM 150, crisoles de platino, mufla eléctrica
con temperatura regulable de (0 oC - 1200 oC) (todos de la antigua Unión Soviética).20
De cada una de las cuadrículas practicadas, se tomaron muestras de mineral para hacer su análisis individual, así
como de sus mezclas respectivas para determinar la pureza (%) expresada a través del contenido de SO3 de modo que
permitiera precisar la calidad del producto.21,22
Asimismo, se determinó la composición porcentual de óxido de calcio de las muestras y de sus mezclas, así como la
de los óxidos de Si, K, Al, Fe y Mg para tener una medida del grado de contaminación de cada zona y del nivel de
impurezas presentes en ellas.20-22
Los análisis químicos se realizaron mediante los métodos volumétrico, gravimétrico y espectrofotométrico, según
normas cubanas, los cuales abarcaron la determinación de sulfato de calcio mono y dihidratado, del agua de
cristalización, del óxido de calcio y del trióxido de azufre. Además, se realizaron análisis por difracción de rayos X
para validar las particulares características del mineral.
Los pesos se determinaron en balanza analítica (Italia) hasta la cuarta cifra decimal.
Los reactivos químicos empleados fueron todos de calidad químicamente puro [ácido clorhídrico al 37 %. (SAU,
España) y cloruro de bario purísimo (Monteplet Esteban SA, España).
La caracterización química se realizó según las normas cubanas.21,22
La caracterización física de las muestras de yeso y de las mezclas correspondientes se realizó a escalas de laboratorio
e industrial y según normas cubanas23-28 e incluyó la determinación de la granulometría de las muestras del mineral
antes y después de su entrada al proceso de cocción; la variación de la temperatura en este proceso y su relación con
los tiempos de fraguado inicial y final del yeso cocido obtenido, así como la resistencia mecánica a la compresión y la
flexión con atención a las especificaciones de calidad internacionales y nacionales del producto a obtener. Se tuvo en
cuenta el módulo de finura sobre la relación agua-yeso para lograr una curva de quema uniforme, con lo que fue
definido perfectamente el intervalo de temperatura para la obtención del hemihidrato deseado.15
Los equipos utilizados fueron: una trituradora de mandíbula modelo CM-109 con una capacidad de 25 m3/h, un
émbolo de la sonda de Vicat para el agua de consistencia normal, aguja de Vicat para la determinación del tiempo de
fraguado, una tamizadora mecánica, una prensa monitorizada con dispositivos de flexión y compresión (AUTOTEST
200-10 SW), moldes triples para probetas de 40 mm x 40 mm x 160 mm y elementos de medición (calibre,
cronómetro) 28 (todos de la antigua Unión Soviética) y un horno convencional (Bulgaria), con una capacidad de 6 t.
El método de dosificación empleado al preparar las mezclas referidas de las muestras de mineral de las diferentes
zonas del yacimiento, se realizó por volumetría y gravimetría. Se tuvieron en cuenta las betas claras (de mayor
pureza) y las oscuras (de menor pureza) y además, se realizaron mezclas entre las zonas con el fin de asegurar un
mayor aprovechamiento del mineral y por consiguiente, del yacimiento.
La prueba a escala industrial se realizó tomando como planta piloto la misma instalación donde se obtiene el yeso
para la construcción, en la cual existe un horno para el proceso de cocción tipo convencional con el que se obtuvo el
producto de interés, en ausencia de atmósfera húmeda y sin requerimiento de aditivos para su obtención, algo muy
inusual en este proceso industrial.29
Los resultados de los diferentes ensayos realizados fueron procesados estadísticamente para determinar la media
muestral (X), la desviación estándar (DE), los coeficientes de variación (CV) y los valores máximo y mínimo
correspondientes para los respectivos análisis.30
Para todas las variables, el coeficiente de variación fue inferior al 6 %, lo cual indicó que la media era representativa
de la población estudiada en cada caso.30
Las muestras contaminadas fueron desechadas en todos los casos.
Las muestras individuales del mineral de yeso en estudio, así como sus mezclas procesadas arrojaron una
composición porcentual adecuada, un elevado y prácticamente uniforme contenido de SO3, así como una elevada
pureza, lo cual resulta determinante para la obtención de los yesos especiales, ya que esta variable del mineral
constituye uno de los parámetros fundamentales para la apropiada obtención del producto.21,22
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Se comprobó que los resultados de la caracterización química a escala industrial de las mezclas del mineral cumplían
con las especificaciones nacionales e internacionales de calidad,15,21,22 y por lo tanto, que eran susceptibles de ser
utilizadas como materia prima para la producción de yesos especiales.8
En las condiciones descritas anteriormente y en ausencia de atmósfera húmeda, se logró ajustar la temperatura de
cocción para las mezclas empleadas del mineral en un intervalo apropiado para la obtención de los yesos especiales
correspondientes, teniendo en cuenta que esta variable también constituye un factor determinante para su obtención.
Se comprobó que entre la temperatura de cocción y el contenido de SO3 (%) existe una estrecha relación para la
obtención de los yesos especiales.
La caracterización física del yeso especial obtenido a escala industrial reveló que este cumplía satisfactoriamente las
especificaciones de calidad internacionales15 (Tabla 1), lo que se hizo manifiesto además, en el adecuado
comportamiento de su resistencia mecánica (a la compresión y la flexión) (Figura 1).
Tabla 1. Resultados de la caracterización física del yeso especial obtenido a escala industrial a partir de las mezclas
empleadas del mineral de yeso cubano y su comparación con las especificaciones de calidad internacionales para los
yesos especiales
Características
Color
Especificaciones de calidad
Yeso especial obtenido
Blanco grisáceo
Internacionales
Blanco o casi blanco
Tiempo de fraguado
7 min
< de 10 min
Resistencia a la compresión
58,3 kgf/cm2
≥ 40 kgf/cm2
Factor agua/yeso
154 mL/100 g de yeso
Granulometría
Retención (%)
0,6
6,0
7,3
125 a 200 mL/100 g de yeso
Tamices
400 mm
177 mm
44 mm
Retención (%)
0
≤2
≤ 10
Fig. 1. Variación de la resistencia mecánica del yeso especial que se obtuvo en el intervalo de temperatura de
trabajo durante la cocción de las mezclas empleadas del mineral de yeso cubano. I. Flexión. II. Compresión.
Se pudo comprobar que el yeso especial que se obtiene a partir de las mezclas apropiadas y empleadas del mineral
estudiado, en el intervalo de temperatura utilizado y en ausencia de atmósfera húmeda, se caracteriza por
experimentar un proceso de fraguado eminentemente rápido por propia naturaleza (Figura 2), esto es, sin
requerimiento anterior o posterior alguno de ningún tipo de aditivos, lo que además de constituir una novedad para
este tipo de materia prima,31 la diferencia absolutamente del resto.8
El hecho de que en este proceso se prescinda de aditivos y de una atmósfera húmeda presenta no solo una favorable
repercusión en la posible simplificación del proceso tecnológico y de las instalaciones respectivas, sino también, en la
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economía, por contribuir a reducir los costos por estos conceptos y por prescindir de la utilización de ningún tipo de
aditivos en el proceso de su obtención.
Fig. 2. Variación del tiempo de fraguado inicial (I) y final (II) del yeso especial que se obtiene a partir de las mezclas
empleadas del mineral de yeso cubano durante su cocción en el intervalo de temperatura de trabajo.
A lo anteriormente apuntado, se debe adicionar el ahorro de unos USD$7 500 000 aproximadamente que obtendría el
país por concepto de sustitución de importación de materia prima, así como de algunos de los productos que con ella
se obtienen (Tabla 2), lo que evitaría consecuentemente la importante erogación de las divisas respectivas que realiza,
todo lo cual se consumaría a partir del momento en que se contara físicamente con la producción nacional de yesos
especiales, objetivos estratégicos a los que están convocados a contribuir todos los factores y entidades del estado
cubano.32
Tabla 2. Gastos relacionados con la importación de yesos especiales o de productos derivados
Producto
Importación
Costo
total
(t)
(USD$)
Yesos modelar
4110
1 990 719,6
Yeso ortopédico
600
290 616,00
Vendas GYSP
200
4 885 760,00
Yeso dental
500
242 180,00
TOTAL
7 409 275,60
CONCLUSIONES
Se realizó la caracterización química, física y tecnológica a escalas de laboratorio e industrial del mineral de yeso
cubano, lo cual permitió corroborar su buena calidad en general y según estándares, nacionales e internacionales.
Asimismo, se comprobó que apropiadas mezclas del mineral dan lugar a una materia prima de excelente pureza
expresada en contenido de SO3, cuyo proceso de cocción y sin requerimiento anterior o posterior alguno de aditivos,
ni de atmósfera húmeda, además de repercutir favorablemente en una simplificación del proceso tecnológico y en una
importante reducción de los costos asociados, permite obtener un particular yeso especial que resulta eminentemente
rápido por naturaleza, lo cual constituye una novedad en la producción de estos materiales industriales.
Del mineral en cuestión, se poseen cuantiosas reservas en el orden de los miles de millones de toneladas para la
producción de tales yesos y productos derivados, lo que constituye un excelente potencial para sustituir las obligadas
importaciones de esa materia prima y suprimir la correspondiente erogación en divisas que el país realiza, con una de
producción nacional de excelente calidad que no solo permitiría garantizar toda su demanda nacional y la producción
de los yesos modelar, ortopédico para las vendas enyesadas y dental, requerida por el Sistema Nacional de Salud, sino
también, la de otros productos, así como la estratégica incorporación de un valioso rubro de exportación a la
economía nacional.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFÍCAS
1. Dana H. Manual de mineralogía. 2da edición. Cuba: Cooperativa del Libro. Federación Estudiantil
Universitaria; 1962; 2(6): 370-86.
197
Revista CENIC Ciencias Químicas, Vol. 45, pp. 194-198, 2014.
2. Villanueva L. Evolución histórica de la construcción con yeso. Catedrático de Materiales de Construcción.
E.T.S. Arquitectura. España: Universidad Politécnica de Madrid; 2008; 39(12): 30-52.
3. Villanueva J, García A. Manual de la construcción con yeso. Acabado de sistemas de muros de panel de
yeso. Madrid: Asociación Técnica y Empresarial del Yeso; 2001; p.165-199.
4. Castellón Zelaya M. Minerales en Nicaragua. Principales yacimientos y su explotación. Universidad
Nacional de Ingeniería de la Facultad de Tecnología de la Construcción del Departamento de Hidráulica y
Medio Ambiente. Tecnología y Medio Ambiente. Managua, 2011; junio: p.13-28.
5. Baltar CAM, Bastos F, Magalhães B. Minería y calcinación en el polo yesero de Pernambuco (Brasil).
Boletín Geológico y Minero. 2006; 117(4): 695-702.
6. Candel R. Historia natural del yeso. Geología. Tomo IV. Barcelona, España: Instituto Gallach; 1972: p. 154156.
7. Permalink. Determinación de la finura del yeso. Consultado: 12 de marzo de 2014.
1. Disponible en: http://www.ingenieriacivil.com/2007/11/determinacion-de-la-finura-del-yes.html.
8. Ávalos AF. Historia y orígenes del yeso. Consultado: 23 de octubre de 2010. Disponible en:
www.monografias.com/trabajos71/historia-origenes-yeso/historia-origenes-yeso2.shtml.
9. Arredondo F. Estudio de Materiales. II. El yeso. 6.ta ed. Madrid: Instituto Eduardo Torroja de la
Construcción y del Cemento. 1969: p.1-45.
10. Hero A. Trabajo del Yeso y Manual del Pavimentador. Barcelona: Editorial Ossó; 1953; 2(5): 7-153.
11. Sardi G, Giovanna D. Yesos dentales utilizados en odontología. Catálogo ZEUS. Italia: RINA QUACER
CISQ. 2011 (25): p. 5-27.
12. Dirección General de Minas. Informe de la Minería Mexicana. Acuerdo de información minera. Perfiles de
mercado. México: 2009; (12): 38-59. Consultado: 25 de diciembre de 2009. Disponible en:
http://www.economia.gob.mx/index.jsp?P=1062.
13. Álvarez-Cambra L. Tratado de ortopedia y traumatología. Tomos 1 y 2. La Habana: Ministerio de Salud
Pública; 2001: p. 9-33; 110-140.
14. Quintana-Nodarse D. y Martínez-Ochoa Y. Análisis y perspectivas de la producción de yeso en Cuba.
Revista CENIC Ciencias Químicas (Anuario) 2014.
15. ISO 9001-2000. Aljez o piedra de yeso. Clasificación. Características.
16. INGTEKCH. Uso del yeso en la construcción. Consultado: 26 de marzo de 2009. Disponible en:
http://www.elconstructorcivil.com/2011/01/uso-del-yeso-en-la-construccion.html.
17. Domínguez J. Materiales de construcción. Yeso - Propiedades del yeso. Consultado: 27 de marzo de 2012:
Disponible en: http://materconstruccion.blogspot.com/2012/03/yesos-propiedades-del-yeso.html.
18. Tabón J, Montoya L. Análisis comparativo entre algunas materias primas minerales nacionales e importadas
utilizadas en la industria del cemento. Universidad Nacional de Colombia. Boletín de Ciencias de la Tierra.
2006; noviembre (19): 57-72.
19. Proinsa S.L. ¿Qué es el Yeso? Consultado: 20 de enero del 2008. Disponible en:
http://www.yesosproinsa.com/Yeso.html.
20. Cáceres P. Minería. Explotación de yeso, equipos y el proceso de minería de yeso. Consultada: 9 de abril de
2012. Disponible en: http://WEB-INF.prmob.net/views/ltr/article.jspx.
21. NC 44-20/72. Análisis químico del yeso.
22. NC 54- 230/83. Yeso triturado. Especificaciones de calidad.
23. NC 54-16/88. Determinación del agua de moldeo.
24. NC 54-17/88. Yeso calcinado para la construcción y moldeo. Determinación del tiempo de fraguado por la
aguja vicat.
25. NC 54- 330/85. Especificaciones de calidad. Yeso calcinado.
26. NC-54-14/85. Determinación del agua de hidratación del yeso.
27. NC-54-14/88. Yeso calcinado para la construcción y moldeo. Método de ensayo para la determinación de la
resistencia mecánica (flexión).
28. NC-54-17/88. Yeso calcinado para la construcción y moldeo. Método de ensayo para la determinación de las
resistencia mecánica (compresión).
29. Compañía Zenith, Shanghai. Tecnologías de fabricación del yeso. Consultado: 14 de mayo de 2008.
Disponible en: http://www.zcrushers.com/solucion/planta-de-molienda-de-yeso.html.
30. Cochran W, Cox G. Diseños Experimentales. México, D.F.: Editorial F. Trillas SA; 1965 p. 33-118.
31. Quintana D. Patente de invención. Solicitud: no. 2014-111. Presentación: 15 de septiembre de 2014. Sección
Provincial, Oficina Cubana de la Propiedad Industrial no. MZ 2014-0068.
32. Partido Comunista de Cuba. Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución.
Introducción p. 8. III Política Económica Externa. Comercio Exterior. Lineamientos 76, 83, 84 y 87.
Inversión extranjera. Lineamientos 96, 97 y 105. IV Política Inversionista Lineamientos 116, 123 y 126. VIII
Política Industrial y Energética. Política Industrial Lineamientos 215 y 233. IX Política para el Turismo.
Lineamientos 256, 260 y 267. XI Política para las Construcciones, Viviendas y Recursos Hidráulicos.
Lineamientos 289, 292-298. Aprobados 18 de abril de 2011.
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