Click here to load reader

Building Research Establishment. Curren* Paper. CP/|IS/M

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Building Research Establishment. Curren* Paper. CP/|IS/M

Estudio sobre los cementos portland fosfáticosEstudio sobre los cementos portland ^'fiáf^||
Bui lding Research Establishment. Curren* Paper. C P / | I S / M * C N g ^ l ^ ^
Esta comunicación fue presentada al G."" Sivnposio Internacional sobre Quívíiica del Ce­ mento, celebrado en Moscú en septiembre de 1974.
Los primeros estudios sobre el equilibrio de fases a alta temperatura del sistema CaO- SÍO2-P2O5 han proporcionado unas bases fundamentales para comprender el papel de los fosfatos en la fabricación del cemento portland a partir de materias primas que con­ tengan fosfatos. También ha servido para poner en evidencia la especial importancia de los fluoruros como mineralizantes en la fabricación de los cementos fosfáticos. Recien­ temente se ha hecho una evaluación sobre la idoneidad de algunas materias primas fosfa­ tadas de diferentes orígenes para la fabricación de cemento y de estos resultados se ha podido confirmar cuál es el nivel máximo práctico de P2O5 que es admisible en el ce­ mento portland, que si ha de ser de calidad aceptable deberá suponer alrededor de un 2,5 por ciento. Sobrepasado este límite, el tiempo de fraguado resultante es inadmisible­ mente largo y las resistencias iniciales (a 1 y 3 días) muy bajas, si bien las resistencias a largo plazo (28 días) pueden ser aceptables.
Resultados obtenidos recientemente indican que una amplia variedad de materias pri­ mas fosfáticas, en las cuales se ha determinado el factor de saturación en cal de Lea y Parker [CaO/(2,8Si02 + 1,18 AI2O3 + 0,65Fe2O3)], puede dicho factor servir como guía práctica para la dosificación de la alimentación del crudo, no obstante resultar inadmi­ sible, a efectos del contenido en P2O5 y fluoruros, en el estudio del equilibrio de fases a alta temperatura. Este caso de aplicabilidad del factor de saturación en cal (L.S.F.) es fortuita, puesto que la composición de los elementos mineralógicos, determinada por las ecuaciones de Bogue es incorrecta.
El examen mineralógico de los clínkeres hace patente la existencia de soluciones sólidas de silicato bicálcico combinado con P2O5 , AI2O3 y con Fe203 y la probabilidad de que estos tengan la forma general (CaO)2(Si02)i.4x(P205)x(-^l203 ? ^2^^)^; es decir se es­ tá investigando la sustitución del P^'^ÍAl, Fe)^"^ por el 2Si^^.
Se ha estudiado el comportamiento térmico de los cementos fosfáticos, mediante el em­ pleo de una técnica calorimétrica por conductividad continua.
INTRODUCCIÓN
En el 5." Simposio Internacional sobre Química del Cemento el Sr. Gutt presentó una comunicación referente a las investigaciones sobre la fabricación de cementos a partir de materias primas fosfáticas. Entre otras cosas dijo, que los estudios sobre el equili-
69 © Consejo Superior de Investigaciones Científicas Licencia Creative Commons 3.0 España (by-nc)
http://materconstrucc.revistas.csic.es
brio de fases a alta temperatura del sistema CaO-SiOs-PgOg han proporcionado una ba­ se fundamental para el conocimiento del papel de los fosfatos. También ha sido aclara­ da la especial importancia de los fluoruros como mineralizadores en la fabricación de los cementos fosfáticos. En 1971 Gutt y Smith presentaron unos estudios sobre el uso del fosfogipsum, un suproducto del proceso de la fabricación, por vía húmeda, del ácido fos­ fórico, en la fabricación combinada para la elaboración de cemento y ácido sulfúrico, haciendo una revisión de las dificultades que surgen por la presencia de fosfatos y fluo­ ruros en el fosfogipsum. Gutt y Nurse en su informe principal para este Simposio hacen una revisión sobre los estudios de equilibrio de fases, que vienen realizándose desde el Simposio de Tokio, respecto a los sistemas que contienen fosfatos y fluoruros. El pre­ sente trabajo abarca los resultados de los estudios hechos por la Building Research Sta- tion relativos al empleo de materias primas fosfáticas, que se han podido completar des­ de el 5.° Simposio.
APRECIACIÓN DE LA APTITUD DE LAS MATERIAS PRIMAS PARA LA FABRICACIÓN DE CEMENTO
Se ha valorado la idoneidad de tres clases de materias primas fosfáticas para la fabrica­ ción de cemento.
1) Caliza y arcilla procedente de África Occidental para su utilización por el proceso con­ vencional a base de caliza y arcilla y obtener el clínker de composición, además de fosfatos y fluoruros.
2) Caliza y esquisto procedentes de Uganda para su utilización en el proceso de fabri­ cación de clínker con alto contenido en hierro a base de arcilla y caliza.
3) Fosfogipsum para su utilización en los procesos de fabricación de cemento y ácido sulfúrico.
PROCESOS DE FABRICACIÓN A BASE DE ARCILLA/CALIZA: MÉTODOS EXPERIMENTALES
Materias primas procedentes del África Occidental
Las materias primas investigadas fueron dos calizas, cuyos contenidos en PgOg fueron de 1,7 y 6,7 % (expresándose en este trabajo el porcentaje del peso) y una arcilla con un contenido en P2O5 del 0,36 %. En la tabla 1 se facilitan los análisis químicos completos.
Para la primera fase de las investigaciones se preparó una serie constituida por 18 clín- keres que contenían de 2,2 a 6,0 % de P2O5, siendo su factor en cal, calculado de acuer­ do con fórmula de Lea y Parker [CaO/(2,80SiO2 + l,18Al203 + 0,65Fe2O3)], del orden de 1,00 a 1,06; esto se ha hecho con el fin de determinar qué influencia tiene variar el contenido de P2O5 combinado con la cal. La fórmula de Lea y Parker no es estrictamente aplicable a los clínkeres fosfáticos, puesto que no establece ninguna deducción referente a los efectos del P2O5 en el equilibrio de fases, pero proporciona un procedimiento útil para comparar los clínkeres y para dosificar las materias primas. Los clínkeres se calci­ naron durante 30 minutos a l.éSO' C. En la tabla 2 se muestran la lista completa de clín­ keres preparados por esta vía y sus composiciones químicas, calculadas a partir de la
© Consejo Superior de Investigaciones Científicas Licencia Creative Commons 3.0 España (by-nc)
http://materconstrucc.revistas.csic.es
dosificación de las materias primas. En la tabla 3 se presentan los resultados de los aná­ lisis químicos de cal libre (para todos los clínkeres), de PgOg y fluoruros (clínkeres con hasta un 4 % de P2O5) y en la tabla 4 puede verse la composición de los compuestos, cal­ culada a partir de la proporción de la alimentación de crudos. En la figura 1 pueden verse los gráficos de cal libre en función del CaO total y del LF (límite de saturación en cal) para cada tipo de clínkeres. Los clínkeres también se examinaron mediante análisis por rayos X y microscopía para determinar su composición de fases (tabla 5).
T A B L A 1
Análisis químico de las materias primas
Material
ÁFRICA OCCIDENTAL
CALIZA A
99.72
0.32
Estos resultados sie refieren a material secado a 1 10°C.
71
http://materconstrucc.revistas.csic.es
co
o

c/:¡
o CM LO <Ji 00 oo LO OÍ o c^
C- o r f t - LO O Í
i H LO C i O t > T f i
r f - r t í r í ^ T ^ t ' ^ O O O O r t ^ ^ ^ f L O ^ f ^ t ^ O Í O Í O Í M O Í O Í O Í O Í Oq O Í O Í O Í O Í
o t - 0 0 C í r t ^ l O O Í O LO O Í 0 0 O CO 0 0 t-< t > r t< O Í O Í 0 0 CO CO CO O Í O Í 0 0 Tí< Tt" c o 0 0 T f c o c o r f
o o o o o o c o c o c o c o o o o o o o c o o o o o c o c o c o o o
r t i T t < r t < - t t < 0 0 O Í i ~ i r H r H r H t — I
O Í O Í O Í O Í O Í O Í O Í O Í O Í O Í O Í
o o o
o í O Í o í O Í O Í O Í
0 0 0 0 c o
o o o
0 1 0 1 , - l t - l O C O r H r H O O O l O l O LO LO rt< T f ' : t ' M^ ^ ' ^ ' ^
LO LO 0 0 CO 55
0 1 O Í O Í o í O Í O Í O^l O Í O Í O Í O Í O Í O Í O Í O Í
1-i 0 0 LO t - - o t > T H o GO o O Í 0 0 o O Í a : i o^i ^ < o o o o O ^ - O O O O T H T - ( O r H r H O f — I t - H
o O Í r t ^ c o Tt< - t f o O Í r t ^ t o 00- O Í T ^ t o O Í r f< t O
o o o o o o o o o o o o o o o o o
t - t - Oí 00 LO o LO LO to to to ^ t o t - L-- L- C- t -
tr- co t o
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
LO O Í CJi t o
Tf rf< co 00 0 0 0 0
O Í O Í
O Í OJ 0 1 0 1
r H Tt< 0 0 r H O-l r f O OO L - O ^t» LO ' - f CO 0 0 ' - f Tt^ t o l O ' - f -r-f 0 0
L- o OÍ o co o 00 lO
T-H - ^ L - r H L ^ O CO 0 0 d CO 0 0 r H 0 0 CO r H 0 0
UJ 'í?
co
O O O o o o
0 0 0 0 c o 0 0 LO t o T H r H r H r H T—( ?-H
O O O O o o o o o o o o o o o o o
o o o co co 00 OÍ O] OÍ OJ OÍ OÍ
OÍ O-l OÍ OÍ 00 '^ Tt rf rf" rt" rf tO tO LO tr- t> tO r H r H r - H r H r H r - H , _ H , _ ( r H r H T - H r H r H r H » H r H r H
O O O O o o o o o o o o o o o o o
O O O O i C j i O O l O O O O O O ' O O O O O O t : ^ L - ^ t > - I > - 0 0 0 0 0 0 O Í O Í O Í 0 1 O Í CM O Í O Í O Í O Í O Í o í O Í CM
O O O O o o o o o o o O O O o o o
00 o 00 LO OÍ Tf I—( 00 L- 'íf o-l 00 co OÍ OÍ OÍ OÍ OÍ T-t rH rH 1-H
OÍ OÍ OÍ OÍ OÍ OÍ CM OÍ OÍ OÍ OÍ
O O ^ i - H X i l O L - t O O l O t O C O t O O O O r H O O r t ^
LO lO lo lo lo to to LO lo LO co co to L^ co to
OÍ oí OÍ OÍ OÍ OÍ
OÍ lO co !>• o LO rf CO LO lO
LO LO LO LO
lO O i-O CO Tf OÍ rH OÍ rH o Cr- o CJi t> 00 t>- '-i O] co o Tf LO OÍ rH LO o 00 to C^ OÍ co OÍ co o
LO LO co to lO LO rf Tf Tf LO lO CO 'rf -^ 00 CO- '-f
c o t o t o t o o t o t o t o t o t o t o t o c o c o c o t o t o
' f ce co r H CO c o
C i C i ' X '
o o o o o o o o o o o o o o o o o o
co to 00 o rH OÍ
OÍ to 00 o rH Ci
to to o
^ ^ ^ ^ 00 rf co oí OÍ oí OÍ OÍ OÍ OÍ
co 00 co 00 co 00 00
rt< Tfi co oí 00 oí oí rH rH 1-H rH T-H t-H rH
OÍ oí oí OÍ CM CM oí
OÍ O t- Tf o "^ rf LO LO Tf rH LO "Tf xí Oí OÍ OÍ OÍ O] oí OÍ
00 00 rf LO 00 LO LO O O O O O O O
T-i r-i r-i r-i r-i r-i r-i
OÍ CM Oí CM OÍ OÍ OÍ O O O O O O O
T-i r-{ i-< r-i r-t T-i r-i
I>- O 00 O O OÍ 00 rH 00 T H to 00 to to
<J5 O ^ Ci C5 CTi <J5 <TJ Gí O Oí <Ji CTí Cí Ci
r-" LO rH t- Tf l> to
00 CO rH rH 00 TH ríH O O O O O O O
00 TH LO co rH to co 1—I rH rH rH rH rH rH
O O C3 O ^ rH CM
OÍ CO 00 rH 00 rH rH 1—I rH rH rH rH 1—I rH
O O O O O O O
O o 0 5 O í C75 C75 c o 0 0 CO O Í O Í O Í O ! O Í
O o o o O O O
OÍ o t> rH t^ rH 00 Tfi rH 00 CO 00 CO OÍ
oí oí CM OÍ OÍ OÍ C l
r^ to CO O CO l>- LO LO LO LO to LO LO LO
OÍ OÍ OÍ oí OÍ OÍ OÍ
T H to 00 rH o LO o rH rH rH L .. x:| T:f< T: *
LO LO LO LO LO LO LO
O LO T^ 00 rH OO rH to -^ 1-H 00 00 OÍ co
lO LO LO T H rH rH 00 CO CO CO to to to CO
OÍ rH CO to O to t- o o '00 l~ ce lO 00
o o Oi o 05 Oí 05 OÍ OÍ rH rH rH rH rH
y t O O O O t O r H O O Q¿ r H l O O i O - H ^ O O
Yjl OÍ OÍ 00 co OÍ co oo
< Q 2 o O Í ,-H c o oc T ^ LO ^ O Í O l 0 1 O Í O Í O Í O Í
+ (5*
Z
+ q
http://materconstrucc.revistas.csic.es
T A B L A 3
Materias primas de África Occidental: Resultados de los análisis químicos de los clínkeres
CHnker No
9
10
LF
SERIE
1.02 1.04 1.06
1.02 1.04 1.06
CALCULADO
P2O5
5.00 5.00 5.00
6.00 6.00 6.00
P2O5
ND ND ND
ND ND ND
Experimental
0.29 ND 0.23 ND 0.30 ND 0.32 ND
0.44 ND
0.47 ND
0.44 ND 0.54 ND 0.59 ND 0.53 ND ND ND
ND ND ND ND ND ND
ND ND ND ND ND ND
0.24 < 0 . 0 5 0.22 0.06
0.31 < 0 . 0 5 0.35 0.12 0.38 0.68 0.35 0.97 0.43 1.38
NIL 0.04 0.6 0.8
NIL 0.4 0.8
0.03 0.5 ND
F/P2Q5 1 CALCULADO 1
0.144 0.144 0.142 0.142
Experimental
ND - No determinado.
El objeto principal de la segunda serie de clínkeres fue producir suficiente cemento pa­ ra poder realizar ensayos de resistencia a compresión, de acuerdo con la Norma Britá­ nica BS 12 :1958. Todos los clínkeres se hicieron con un límite de saturación en cal LF = 1,02 puesto que la primera serie de ensayos mostraron que esto correspondía con el contenido óptimo en CaO, independientemente del contenido en P2O5 (fig. 1). Se pro­ dujeron clínkeres con contenidos en P2O5 (calculados) del 2,2, 2,5, 3,0 y 3,5 %. Con objeto de evaluar los probables efectos del SO3 en los clínkeres, que en la práctica puede ser aportado por la combustión del fueloil, se prepararon también clínkeres que contenían 2,5 de P2O,, 1,0 de SO3; 3,5 de P^O^, 1,0 de SO3: 3,5 de P^Og, 2,0 de SO3 (calculados). Las composiciones químicas calculadas y las características técnicas de los clínkeres pueden verse en la tabla 2. Los clínkeres se calcinaron a 1.450°C durante 30 minutos. Se analizaron cada uno de los clínkeres determinándose la cal libre, el P2O5, el F (y también el SO3 cuan­ do era apropiado) y se examinaron mediante análisis por rayos X y por microscopio. Se pre-
73
http://materconstrucc.revistas.csic.es
pararon cementos mediante molienda de los clínkeres, añadiéndose la suficiente cantidad de yeso para obtener un contenido total en SO3 del 1,75 %, con una superficie específica de aproximadamente 280 m^/kg, determinándose las resistencias a compresión sobre probe­ tas de mortero con relación 1 :3, hechas de acuerdo con la Norma Británica BS 12 :1958. Los resultados de los ensayos pueden verse en las figuras 6 y 7. Se realizaron otros en­ sayos de acuerdo con la Norma Británica BS 12 :1958, como por ejemplo tiempo de fraguado, con carácter selectivo (tabla 6). Tres de los cementos preparados se examina­ ron por medio de calorimetría de conducción continua, junto con un cemento hecho a par­ tir de materias primas de Uganda.
T A B L A 4
Composición calculada de los compuestos del clínker hecho con materiales del África Occidental
Cliiilver
9
10
3.00
3.50
5.00 5.00 5.00
6.00 6.00 6.00
riM 20 22 21 23 28 24
2 .16 2 .50 3 .00 3 .50 2 . 4 6 3.44 3 .38
BOGUE-NO ADMISIBLE EL P2O5
C3A
1 0 . 9 2 1 0 . 7 9 1 0 . 6 6 10 .53
C3S
74 .84 79 .37 8 0 . 3 3 7 9 . 2 5
C2S CaO
1 IRRF 1
5 .88 0 .00 1.59 0 .00 0 . 0 0 0 .87 0 .00 2 .19
C 4 A F
NURSE-
C3A
•ADMISIBLE EL P2O5
C3S
4 8 . 4 4 4 7 . 1 2 4 5 . 8 5 4 4 . 6 2
PSS
32 .09 32 .27 32 .44 3 2 . 5 9
C2S CaO
LIBRE
0 .00 0 .62 0 .00 2 .00 0 .00 3 .35 0 .00 4 . 6 5
8 .25 8 .32 8 .42 8 .53 8 .31 8 8
52
8 .31 1 0 . 7 8 80 .06 0 .00 0 .84
8 .42 10 .86 79 .89 0 .00 0 . 8 3
8 .75 1 1 . 2 1 7 4 . 0 2 6 . 0 3 0 .00
8.64 11 .07 78 .56 1.74 0 .00 8 .52 10 .94 7 9 . 7 2 0 .00 0 . 8 2 8 .42 1 0 . 8 1 7 8 . 6 1 0 .00 2 .17 8 .31 1 0 . 6 8 77 .59 0 .00 3 . 4 2
8 .85 1 1 . 2 2 78 .09 1.83 0…

Search related