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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO
ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA
METALURGICA
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA
SEMINARIO DE TESIS
DOCENTE: Ing. BUSTAMANTE JAEN Julio Danilo
ESTUDIANTE: GUZMÁN AYQUIPA Miguel Ángel
CODIGO: 0 3 0 1 2 4 – A
PROCESO DE FABRICACION DE PORCELANA
CUSCO – PERÚ
2010
PRESENTACION
Señor docente de la asignatura de SEMINARIO DE TESIS:
Ing. BUSTAMANTE JAEN Julio Danilo
Señores miembros del jurado.
En cumplimiento con lo exigido por el reglamento de la asignatura de
SEMINARIO DE TESIS, de la Carrera Profesional de Ingeniería Metalúrgica,
pongo a vuestra consideración el trabajo intitulado “PROCESO DE
FABRICACIÓN DE PORCELANA”; en el presente semestre 2009 – II.
La facilidad en beneficiarse de esta información es entender sobre las especies
minerales que son útiles para fabricar la porcelana, con sus deslindes del como
obtener y procesarlo adecuadamente. Puesto que se posee en nuestra Región,
la materia prima necesaria y faltando el uso adecuado. Por lo que indico de la
existencia en concebir los anhelos yacidos en el seno familiar; y la orientación a
mis fortalezas y oportunidades más el fehaciente apoyo de los llamados
catedráticos universitarios.
GUZMAN AYQUIPA Miguel Angel
RESUMEN
Este trabajo, propio para el proceso de fabricación de porcelana, tipifica la
información en cuatro capítulos argumentados. Siendo el primer capitulo,
respecto al estudio de la materia prima, en los minerales arcillosos; caolín,
feldespato y cuarzo. A su vez en los yacimientos arcillosos, por su mineralogía,
reservas y localización como base.
El segundo capítulo, tiene como referencia a las propiedades específicas,
composición química, y sus características generales en tono – formato y grupo
de utilización. Con finalizar en su estructura de los elementos que constituyen la
porcelana y las especificaciones técnicas mas adecuadas en el proceso.
El tercer capítulo, ordena las operaciones y/o procesos de fabricación como
son: extracción, trituración y molienda; que se determina en estudiar la “Tierra
de Porcelana de Cornwall” – Inglaterra, que es referencial. Abarcando la
clasificación y limpieza, en determinadas condiciones e indicaciones. Al finalizar
se tiene el moldeo, secado, cocción y tratamientos térmicos que finalizan su
proceso de fabricación.
El cuarto capítulo habla de la comercialización; indicando aquellos productos
nominales de la porcelana, y en general. Abarcando apetitosamente los tonos y
formatos de los productos para así cualificarlos según su utilidad.
EL AUTOR.
ii
INTRODUCCION
El término porcelana deriva de “porcella”, que es una especie de concha
marina. Considerada una loza fina, clara y lustrosa, que nacido en la China,
perpetuo su reproducción en Europa; su origen se beneficia en los años 1708 –
1710, por el trabajo del alquimista Friedrich Böttger quien de forma aislada
averigua la composición, procedimiento y esmaltado del mismo.
Es una cerámica cuya pasta no se encuentra en estado natural, pero se obtiene
posteriormente a su delicada elaboración, con la materia prima: caolín,
feldespato y arcilla blanca (cuarzo).
Representa una solución compleja, formada por átomos metálicos y no
metálicos que ofrecen propiedades particulares por su alto punto de fusión y la
de presentar baja conductividad térmica y eléctrica; debido a las nobles
propiedades como la dureza, durabilidad y blancura. Tiene aplicaciones
distintas por tener propiedades de aislante eléctrico y térmico, al ser compacta,
impermeable, blanca y dura; puede ser decorado con colores que se obtienen
de óxidos metálicos. Presenta su uso específico para dientes falsos y coronas.
iii
Presentación iiResumen iiiIntroducción ivContenido vÍndice de Figuras viÍndice de Tablas vii
CAPITULO I: ESTUDIO DE LA MATERIA PRIMA
1.1 Caolín 1
1.2 Feldespato 8
1.3 Cuarzo 12
1.4 Yacimientos Arcillosos 14
1.4.1 Mineralogía 14
1.4.2 Reservas Minerales 17
1.4.3 Localizaciones 19
1.5 Impacto Ambiental 21
CAPITULO II: PROPIEDADES Y COMPOSICION
2.1 Propiedades Específicas 23
2.2 Composición Química 29
2.3 Características Generales 31
2.3.1 Tono y Formato 31
2.3.2 Grupo de Utilización 34
2.4 Estructura 36
2.5 Especificaciones Técnicas 39
CAPITULO III: PROCESOS Y FABRICACION
3.1 Extracción, Trituración y Molienda 41
3.2 Clasificación y Limpieza 43
3.3 Moldeo, Secado y Cocción 45
3.4 Tratamiento Térmico 50
CAPITULO IV: PRODUCTOS Y COMERCIALIZACION
4.1 Productos 51
4.1.1 Porcelana Blanda y Dura 51
4.1.2 Porcelana en general 52
4.2 Comercialización 55
4.3 Normatividad 56
iv
CONCLUSIONES 57
BIBLIOGRAFIA 58
INDICE DE FIGURAS
Figura 01. Arcillas especiales de caolín 1
Figura 02. Caolinita 2
Figura 03. Caolín hidrotermal 4
Figura 04. Caolín sedimentario 5
Figura 05. Feldespato 9
Figura 06. Feldespato potásico 9
Figura 07. Feldespato sódico 10
Figura 08. Cuarzo 12
Figura 09. Tonalidades 32
Figura 10. Formato porcelana 33
Figura 11. Estructura de la caolinita 37
Figura 12. Tierra de porcelana de Cornwall 41
Figura 13. Triturador de mandíbulas 42
Figura 14. Máquina de moldeo para porcelana 45
Figura 15. Esquema del proceso de secado 48
Figura 16. Producto de la cocción 49
Figura 17. Jarra, florero y tasa 55
Figura 18. Tres modelos de juegos de vajillas de porcelana 55
v
INDICE DE TABLAS
Tabla 01. Composición mineralógica 15
Tabla 02. Formula química de feldespatos 18
Tabla 03. Propiedades físicas 23
Tabla 04. Propiedades físicas de caolinita 24
Tabla 05. Propiedades físicas de cuarzo 25
Tabla 06. Propiedades físicas de silicatos 26
Tabla 07. Propiedades físicas de porcelana 26
Tabla 08. Caolín de partida 29
Tabla 09. Composición de porcelana 30
Tabla 10. Porcentaje en peso de productos de porcelana 30
Tabla 11. Según color y porosidad 32
Tabla 12. Grupo de utilización Celima 35
Tabla 13. PCE – Alumina 36
Tabla 14. Fase de minerales cristalino 39
Tabla 15. Especificaciones técnicas 39
Tabla 16. Cualidades específicas 40
Tabla 17. Calidades de la carga para papel 40
Tabla 18. Procedimientos de moldeado 47
Tabla 19. Características – Porcelana electrotécnica 53
Tabla 20. Productos de porcelana para laboratorio 56
Tabla 21. Grados PEI 56
vi
CAPITULO I ESTUDIO DE LA MATERIA PRIMA
1.1 CAOLIN1
Es el mineral que se produce de forma natural por la acción de factores
meteorológicos sobre el feldespato, yaciendo un mineral sedimentario, como
derivado del feldespato al que se le elimina las sales de potasio por acción de
aguas ácidas. En este proceso el residuo queda depositado sobre las márgenes
y en el fondo de las corrientes de agua en forma de arcilla.
Los caolines son considerados “Arcillas Primarias”, al ser llamadas también
estáticas, por formarse de la descomposición de las rocas en el mismo lugar de
su formación, y se caracterizan por ser más puros y menos plásticos.
En la práctica; por su alto grado de refractariedad y su poca plasticidad, se
añaden otros materiales, aunque no todos son iguales en color o plasticidad. En
general su grado de contracción es bajo debido al grosor de sus granos y tiene
poca resistencia en seco. El caolín crudo, es una mezcla de 3 minerales:
Caolín,
Cuarzo,
Mica.
Esta mezcla es introducida en una planta de procesamiento donde se extrae el
caolín y se deja de lado la mica y cuarzo para ser devuelto al lugar de origen
para ser utilizado como material de rellenado.
vii
Figura 01 Arcillas Especiales de Caolín
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
Un caolín es un mineral económicamente extraído y concentrado.
“Sólo los caolines más puros se utilizan para fabricar la porcelana”
Por tal se le considera una "sustancia prioritaria" para esta, y otras industrias
que requieren hacer uso del mismo. Son conocidos como:
“silicatos hidratados de aluminio” puros, cristalinos u amorfos de composición:
2 SiO2 Al2 O3 * 2H2O O Al2 (OH)4 Si2 05
CAOLINITA.
Forma parte del grupo de los caolines pertenecientes a las arcillas, como parte
principal e integrante de esta familia. Este mineral no se procesa, se utiliza
como se presenta, formado por varias especies minerales de la misma
composición química, pero que tienen diferente estructura cristalina y elevado
punto de fusión.
Preserva las propiedades refractarias notables después de la cocción, por lo
que se emplea para la fabricación de la porcelana; como tiene un tamaño de
partícula muy pequeño, el lavado de las fracciones groseras conduce a un
material con alto contenido en caolinita. Cuanto mayor sea el contenido en
fracciones finas del caolín bruto, mayor será el porcentaje en caolinita; su
composición química es:
Al4 [Si4O10] (OH)8
1) Consejo de Investigación – UNSAAC Estudio de Materias Primas y su Tecnología para la (Porfirio Carrasco T.) Producción de Cerámicos en la Región Inka 1
Figura 02 Caolinita
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
HALLOYSITA.
Presenta composición similar a la caolinita pero contiene agua entre sus capas
protectoras, formando tubos capaces de contener agua. Puede ocurrir colapso
de la estructura por deshidratación y generar una estructura similar a la
caolinita. Es muy porosa pero con baja permeabilidad. En algunos casos la es
precursora de la caolinita.
LAS ARENAS CAOLINÍFERAS:
Son arenas con mayor o menor contenido en minerales de caolín, que se
recupera mediante un procesamiento previo a través de un desenlodado
primero y un posterior refinado de las fracciones más finas.
Al final, mediante hidrociclones y centrifugado, se consigue fracciones
granulométricas por debajo de cinco micras para tener un producto caolinítico
concentrado y vendible.
Normalmente suelen estar constituidas, en el mejor de los casos, por un 80%
de cuarzo y un 20% de minerales caoliníticos, con proporciones muy inferiores
de feldespatos y micas.
LOS CAOLINES HIDROTERMALES:
Son hallados en rocas ácidas ígneas y metamórficas; originadas por la
circulación de fluidos calientes a través de las fisuras o estructuras geológicas
2
del terreno o por el calor desprendido durante el enfriamiento lento de las
masas graníticas sin razón entre los materiales.
Precisamente las rocas graníticas con micas no biotíticas, siendo las rocas de
caja más favorables a los procesos de caolinización hidrotermal.
Estos depósitos caoliníferos no son muy frecuentes y suele solaparse con los
depósitos de tipo residual por lo que resulta verdaderamente compleja su
diferenciación. Así, estos materiales son muy apreciados como carga y en
cerámica blanca en general.
Figura 03 Caolín Hidrotermal
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
LOS CAOLINES SEDIMENTARIOS:
Son los más abundantes, que se originan por la erosión y aporte de materiales
de distintos orígenes que se transporta a las cuencas sedimentarias por
diversos mecanismos de:
Precipitación: autogénesis.
Autogénesis.- Es la fuerza motriz que impulsa el desarrollo de los cuerpos;
como principio de perfeccionamiento místico y otras causas inmateriales. La
autogénesis se halla próxima al vitalismo.
Alteración por enterramiento: diagénesis.
3
D iagénesis .- Es el proceso de formación de una roca a partir de
sedimentos sueltos que se consolidan. Convierte la arena en arenisca. Las
reacciones y otros fenómenos de:
Oxidorreducción,
Mineralización.
De un mineral preexistente por otro constituyen en su conjunto la autogénesis y
los minerales resultantes de ésta son calificados de autogénicos. El principio u
origen de las rocas sedimentarias es la diagénesis producto de presión y
temperatura bajas. Provocando su precristalización y constituyendo unas
determinadas litofacies con abundante caolinita.
Figura 04 Caolín Sedimentario
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
También son utilizados como carga de:
Abonos,
Pesticidas,
Alimentos animales.
Es empleado ampliamente en industrias de:
Papel,
Plástico,
Caucho,
Pintura, etc.
4
La expresión “caolines” es múltiple y constituye todo un conglomerado donde se
introducen todos los términos habidos y por haber, sobre todo en el ámbito
anglosajón y cuya equivalencia en español es bastante dificultosa.
La industria química consume grandes cantidades de caolín, para catalizadores
y fibras de vidrio. Un caolín comercial de alta calidad deberá tener partículas
superiores a 20 µm, garantizando su riqueza en caolinita mayor al 80%.
USOS DEL CAOLÍN 2 .
Las aplicaciones demandan cerca del 45% del total del caolín producido
mundialmente. Este mineral, también encuentra usos:
Carga y Recubrimiento de Papel.
Es el principal consumidor de caolín, utilizando más del 50 % de la producción.
Se usa tanto como carga, como para proporcionarle al papel el acabado
superficial o estucado. Para poder ser destinado a este uso las especificaciones
de calidad requeridas son muy estrictas, tanto en pureza como en color o
tamaño de grano. Se utiliza en esta industria como carga y recubrimiento del
papel. En el acabado de papel de arte y tapiz y en papel corrugado:
Reduce la porosidad,
Da suavidad a la superficie,
Da brillo a la superficie.
Contribuye a la recepción de tinta en papel para escritura e impresión.
Proporcionando alta brillantez y opacidad con mínimo recubrimiento, resultando
un peso extraligero. En el acabado de papel de arte y tapiz y en papel
corrugado; reduce la porosidad y da suavidad y brillo a la superficie.
Industria del Caucho.
Utilizado como carga, abarcando el 4% del consumo mundial; y brinda la rigidez
al mismo.
2) www.sabelotodo.org 5
Pigmento y Carga en Pinturas.
Su utilización es con cerca al 3% del total demandado, en la elaboración de
pigmentos de extensión en pinturas y en la fabricación de tintas. Se usa como:
Dilatador por inercia química,
Suave fluidez,
Facilidad de dispersión y
Por no ser abrasivo.
En pinturas de agua con liga de aceite, a base de silicato y al temple; en
pinturas para moldes de fundición; en pigmentos para el color ultramarino. Da
suavidad y brillo a la superficie, mejora la durabilidad de la misma y reduce la
cantidad de pigmento necesario.
La utilidad es contribuir, dando brillo y opacidad a la pintura por lo que, los
caolines para pinturas deben tener buen brillo y bajos niveles de impurezas.
Otros requerimientos adicionales es que deben deflocular fácilmente y tener
bajos niveles de sales solubles. La distribución del tamaño de las partículas
tiende a ser 70% a 80% menor de dos micrones. Los caolines calcinados son
utilizados en pinturas porque imparten alto poder de cubrimiento en seco a la
pintura y también producen una película de pintura más durable.
Rellenos y Carga en Plásticos.
Llegando al 1% del tonelaje mundial consumido. Es usado como relleno en
hules y plásticos y auxiliar en procesos de filtración. En revestimientos plásticos
para ductos y tejas plásticas. Se mezcla bien con oleorresinas en plásticos y
mejora la rigidez y dureza del mismo.
Base para los Cosméticos.
Principales componentes de los cosméticos. Absorbe humedad, mejora las
bases blancas para colores, se adhiere a la piel y tiene textura suave.
Elaboración de Refractarios.
6
En la elaboración de perfiles, bloques y ladrillos refractarios, así como en
ladrillos de alta alúmina. En la elaboración de cemento refractario y resistente a
los ácidos. En cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería fina.
Fabricación de Cerámicas Blancas.
En la fabricación de sanitarios, comedores, tejas de alto grado, vajillas, objetos
de baño, refractarios y cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería fina.
Formulación de Vidrio.
En la formulación de placas de vidrio.
Agroquímicos.
Forma parte de los componentes de insecticidas y pesticidas.
Construcción.
Usado como terraplén y como material crudo en la formulación de crisolita y
placas de vidrio. Usado para producir arcillas pesadas. En pistas para aterrizaje
de aviones y en mezclas termoplásticos para techar. Como relleno en linóleo y
en cementos resistentes a los ácidos y refractarios. En cojines de fieltro para
paneles o tableros de metal.
En revestimientos plásticos para ductos, ladrillos para pisos y para sellar
mezclas. En mezclas termoplásticos para techar. En el concreto mejora la
durabilidad, remueve el hidróxido de calcio químicamente activo, mejora la
porosidad y la adhesión entre el cemento, la arena y la grava.
Química.
En la elaboración de productos como sulfato de aluminio, alúmina y alumbre; en
catalizadores y absorbentes; en el acabado de textiles; en jabón,
recubrimientos, curtiduría y productos de asbesto; en ruedas abrasivas, como
material de adherencia en fundición y para soldar cubiertas en varillas.
Farmacéutica.
7
En la elaboración de medicamentos por ser químicamente inerte y libre de
bacterias. Más del 54% se refieren a este, utilizado como carga. En los usos
menores del caolín se destaca la manufactura de ceolitas sintéticas
(catalizadores).
1.2 FELDESPATO3
Es el mineral cristalino y opaco, con un color indefinido entre el gris y el rosa,
con un aproximado de 50 – 70 % de predominancia en la corteza terrestre. Es
el constituyente importante de la arena y el limo; además que es una de las
principales fuentes de potasio y calcio, los cuales pueden ser liberados por
procesos de meteorización. Se extrae de rocas de granito como las pegmatitas
y están enlazadas en rocas metamórficas. Químicamente es un silicato de
aluminio y potasio de composición aproximada:
K2O*Al2O3*6SiO2
Figura 05 Feldespato
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
El proceso se realiza triturando el feldespato y después de conseguir un polvo
muy fino que es tamizado, este polvo se vibra a lo largo de planos inclinados
con bordes magnetizados por inducción, así se elimina el hierro contaminante y
el feldespato está listo para ser utilizado.
FELDESPATOS POTÁSICOS:
3) www.rincondelvago.com 8
Tienen contenidos en K2O > 9%. Se obtienen a partir del tratamiento de arenas
eólicas feldespáticas, en detrimento de los yacimientos pegmatíticos que han
experimentado una fuerte recesión. Su destino principal es la industria del
vidrio, los esmaltes y otros cerámicos. Su temperatura de fusión está entre los
1250ºC y 1280ºC.
Figura 06 Feldespato Potásico
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
9
Ortoclasa: (KAl*Si3O8)
Se caracterizan:
Por proporcionar mayor resistencia, debido a su estructura compacta.
Reducir la conductividad eléctrica, por que no es buen conductor eléctrico.
Mejorar la dureza, por presentar mayor cohesión entre sus partículas.
Mejorar la durabilidad, comparando con materiales que son aparentes.
Mejorar el módulo de ruptura, es sensible a la fractura pero con su
adecuado cuidado es mejor.
Ajustar la resistencia a la tensión y la elasticidad, gracias a su estructura
compacta de sus partículas que no permiten ceder con facilidad.
FELDESPATOS SÓDICOS:
Es empleado como fundente en la cerámica y, en particular, en la fabricación de
gres porcelánico, artefactos sanitarios y esmaltes. Diferenciado como:
Albíticos; obtenidos a partir de depósitos de origen subvolcánico.
Cuarzo Albíticos; obtenidos de diques cuarzo – feldespáticos. Su
aplicación principal es la industria cerámica. La albita funde a 1130ºC.
Figura 07 Feldespato Sódico
Fuente: Enciclopédia Libre Wikipedia – Web
Plagioclasa: Feldespatos sódico – cálcicos:
Anortita Ca Al2 Si2O8 hasta
Albita Na Al Si3 O8.
*) www.google.com Enciclopedia Libre Wikipedia Feldespato Potásico
10
Es un fundente poderoso y altamente reactivo, mejora la resistencia a la flexión
y al impacto, incrementando la resistencia a los esfuerzos, y añadiendo:
Dureza,
Durabilidad y
Brillo.
FELDESPATOS MIXTOS:
Representan el 15% de la producción total. Se obtienen a partir de yacimientos
de diques pegmatíticos, aplíticos o cuarzo – feldespáticos. Contiene además
óxido de litio. Es utilizado en la industria cerámica. Representan la parte más
importante de los fundentes utilizados en las pastas y derivados cerámicos.
La presencia de álcalis, da a los feldespatos un punto de fusión bajo, por lo que
en la mezcla de arcilla, cuarzo y feldespato, se reblandece y funde formando un
líquido viscoso y la arcilla con el cuarzo permanecen como partículas sólidas.
El feldespato fundido moja gradualmente las partículas, que se distribuye a
través de la masa y se mantiene unida por su tensión superficial, gradualmente
las disuelve en parte y reacciona químicamente, con lo cual las cualidades del
producto resultante difieren de las materias primas que lo forman.
Fundiendo a temperaturas inferiores menores que los demás componentes, la
albita permite bajar su punto de fusión. En los productos vitrificados arremete a
los demás componentes y hace que pasen a formar una disolución, en una
cantidad que depende de la temperatura y del intervalo de cocción.
Gran parte de las características finales de las distintas manufacturas de
cerámica depende de la calidad y de la constancia cualitativa del feldespato
utilizado.
En función del porcentaje empleado, de los ciclos de cocción y de la
composición de los demás componentes de la pasta, la albita favorece la
solubilización de las materias primas y hace que se formen fases líquidas
alrededor de las partículas sólidas.
11
1.3 CUARZO4
Es un mineral compuesto de dióxido de silicio SiO2 llamado sílice.
Es el mineral más abundante en la corteza terrestre después de los feldespatos,
esta constituido por silicio en forma cristalina.
Para la formación del cuarzo depende de las condiciones a las que se
encuentre como presión y temperatura; dichas condiciones hacen que tenga
diferentes formas y colores.
Figura 08 Cuarzo
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
Es resistente ya que solo es atacado por el acido clorhídrico y el bórax fundido,
eso hace que su utilización sea diversificada, en distintos procesos productivos
por virtud de sus características refractarias y dureza. Se emplea en:
Cerámica: Esmaltes – Porcelana, como matéria prima complementaria.
Abrasivos, Pintura y Barnices, para dar la tonificación necesaria.
Refractarios, Vidrio, y consolidar la coloración.
Mecánica de Precisión, al producir piezas indispensables en esta.
Piedras de decoración por su gran variedad, debido a su estética.
Piedra de construcción, por su dureza y resistencia.
Materia prima con la que se prepara el carburo de silicio, y
Abrasivo de primera calidad.
4) www.sabelotodo.org 12
En particular, en los esmaltes cerámicos, el cuarzo es de una importancia
fundamental, pues es el ingrediente estructural de los denominados esmaltes
crudos para ciclos de cocción muy largos o bien para los ciclos más rápidos.
Tiene propiedades piezoeléctricas de polarización giratoria y de permeabilidad a
los rayos ultravioleta. Presenta las variedades siguientes:
Tridimita y Cristobalita.
Rocas volcánicas ácidas: riolitas, traquitas,
Rocas metamórficas de alto grado,
Coesita y Estisovita.
Brechas de impacto meteorítico,
Xenolitos en kimberlitas
Rocas metamórficas de baja temperatura y alta presión.
Sílice Precipitada.
Partículas esféricas intercrecidas en agregados tridimensionales.
Polvo blanco hidrofílico muy ligero.
Gran capacidad de absorción; concentrados de polvo (>70% líquido).
Termoluminiscencia.
Capacidad de emitir luz cuando es calentado. Los rayos cósmicos procedentes
del espacio producen cambios en la estructura cristalina del cuarzo que se
acumulan con el tiempo.
Cuando se calienta el cuarzo, la estructura vuelve a la normalidad, emitiendo
luz. Cuanto más tiempo ha sido radiado, más luz emite el cuarzo.
Al medir las longitudes de onda, y compararlas con elementos ya datados, se
puede obtener el tiempo que ha estado expuesto a la intemperie.
La técnica arqueológica se denomina datación por termoluminiscencia.
13
1.4 YACIMIENTOS ARCILLOSOS
1.4.1 MINERALOGIA5
Comprende a materiales arcillosos con bajo contenido en hierro de color blanco
o casi blanco; lo que otorga opacidad a la porcelana. Como producto de la
alteración hidrotermal de rocas con aluminio y de carácter ácido – libres en
compuestos ferromagnesianos.
Ferromagnesianos.
Son especies mineralógicas que acompañan por lo general a todos los
minerales de carácter arcilloso. Los caolines suelen formarse en estadios muy
avanzados de meteorización química, con elevado drenaje.
Sus orígenes citan a los yacimientos de Kaoling puesto de dar nombre a la
materia prima básica con ubicación en la provincia de Kiangsi – China. Es un
producto de la erosión natural del granito valorizado por:
Blancura y pureza : Destacado desde su origen en los yacimientos, por tal
conservan dicha propiedad y ocasionan que el producto final lo posea.
Propiedades físicas y químicas.
Debido a su densidad menor, flotan en el magma y esto hace que se acumule
en la superficie facilitando su recolección, sus propiedades son los que permiten
su utilidad para la fabricación de materiales de porcelana.
Según la mineralogia esta es la reacción química que da lugar al caolín.
Ortoclasa Agua Acido Carbónico
4KAl Si3O8 + 2H2O + 2H2CO3
2K2CO3 + Al4 (OH)8 Si4O10 + 8SiO2
Carbonato Potásico Soluble Caolín Sílice
5) Ceramica Industrial Principios Generales de Fabricación de Cerámica Singer Felix 14
La Ortoclasa se convierte en caolín y libera sílice mas carbonato potásico, que
pueden ser depositados en fracturas cercanas o ser transportados por el agua.
Esta materia prima es una sustancia de origen supergénico, producida debido a
las alteraciones de oxidación; causadas por el intemperismo e infiltración de
aguas atmosféricas superficiales ó supergénicas, que ocasionan principalmente
la descomposición de feldespatos ácidos contenidos en las rocas ígneas
originales como pegmatitas, granitos y protógina, en las que la moscovita –
mica potásica ó mica blanca – aparece asociada con el cuarzo; razón por la que
los residuos que resistieron al intemperismo, acompañan como impurezas.
Sedimentos calcáreos no suelen contener nada de caolinita y excepcionalmente
en pequeñas cantidades, ya que el calcio impide la formación de dicho mineral.
Los caolines supergénicos yacen asociados en depósitos de sulfuros metálicos
que contribuyen a la descomposición de las rocas ígneas – caoliníticas – ya que
las aguas ácidas descendentes producidas por la oxidación de los sulfuros,
aceleraron el referido proceso de descomposición.
Las condiciones que favorecieron la formación de tal clase de arcillas, parecen
haber sido enteramente similares a las que intervinieron en la formación de
algunos yacimientos de halloysita, no conociéndose la razón por la cual el
mismo proceso realizado en el mismo mineral original, dio origen a la formación
de halloysita en algunos casos y de caolinita en otros.
TABLA 01 – COMPOSICION MINERALOGICA
FASES: COMPONENTES
Principal 75,00 – 80,00 % Caolinita
Secundarias
5,00 – 9,00 % Montmorillonita
9,00 – 13,00 % Mica o illita
3,00-5,00 % Cuarzo de gran pureza
Fuente: Consejo de Investigación - UNSAAC
15
En estado puro presentan color blanco denominándose caolín, conteniendo
impurezas de óxidos o hidróxidos de hierro, cuarzo, carbonatos, sulfatos y
substancias orgánicas que las colorean en amarillos, grises, rojos, etc.
Al ser transportado, el caolín se coloca en sedimentos de grano fino (lacustre).
El caolín, tal como se obtiene en una explotación mineral (caolín bruto/todo uno)
posee caolinita y/o halloysita que, a veces no llega al 20 %, además contiene
cuarzo, feldespatos, micas, y dependiendo de la roca madre otros minerales.
Para concentrar el mineral es preciso diferentes procesos que eleven el
contenido en filosilicatos por encima del 80 %. El producto final, recibe el
nombre de caolín lavado. Tiene un tamaño de partícula muy pequeño; el lavado
de las fracciones, conduce a un material con alto contenido en caolinita.
Cuanto mayor sea el contenido en fracciones finas del caolín bruto, mayor será
el porcentaje en caolinita. Un caolín comercial de alta calidad a penas deberá
tener partículas superiores a los veinte micrómetros. Siendo el término arcillas
refractarias el de predominancia – Arcillas caoliníferas utilizadas para la
fabricación de materiales cerámicos refractarios.
Así, en los climas tropicales húmedos, asociados a abundantes lluvias, la
meteorización en profundidad es muy intensa y actúa tanto sobre los cationes
más móviles como el sodio, calcio y magnesio o como el hierro y potasio,
enriqueciendo el terreno con cationes como el aluminio y el titanio.
Todo ello provoca la formación de depósitos arcillosos fundamentalmente de
tipo caolinítico, donde el medio ácido existente origina la lixiviación del hierro de
los productos de la corteza de meteorización por los ácidos húmicos que surgen
en condiciones de una vegetación exuberante en climas calurosos con
temporadas alternantes de lluvia y sequía.
Cuando el nivel de las aguas freáticas va descendiendo lenta y sincrónicamente
a la acción de la descomposición química de las rocas subyacentes, se
producen potentes y concentradas cortezas de meteorización. En su último
extremo, estas acumulaciones se transforman en depósitos bauxíticos.
16
Los estudios mineralógicos indican al cuarzo como mineral mayoritario, estando
los feldespatos – potasio, sodio y calcio – como accesorios o trazas y siendo la
fracción arcillosa mayoritaria la asociación caolinita – mica o viceversa con
trazas de vermiculita, cloritas y esmectitas.
Constituida por areniscas amarillentas y blanquecinas con intercalaciones
grises y rojas con troncos vegetales carbonizados, donde se puede hallar
arenas caoliníferas susceptibles de ser explotadas aunque los porcentajes de
arena pueden alcanzar hasta el 90% del total.
El cuarzo sintético o cultivado son cristales de cuarzo químicamente puros y de
perfección cristalográfica; por razones de mercado se fabrica a partir de cuarzos
de gran pureza, disueltos y cristalizados en autoclave. Se utiliza en la industria
óptica y por sus propiedades piezoeléctricas, en el campo de la electrónica,
relojes, etc. Se encuentra distribuido en la corteza terrestre, ocupando como
sustancia el segundo lugar después del oxígeno, con el 28 %. El cuarzo libre en
cualquiera de sus formas recibe el nombre genérico de sílice.
El silicio es un elemento químico que no se encuentra en estado puro, pero sí
en forma de compuestos oxigenados, en los que presenta valencia Si+4. Todo el
silicio de la naturaleza se halla, o bien como dióxido de silicio libre – puro o
como silicatos; compuestos de SiO2 con otros óxidos; más del 90 % de los
minerales que conforman las rocas son silicatos.
Las arenas silíceas se emplean, en la industria del vidrio y en la fabricación de
moldes de fundición para siderurgia, con especificaciones que refieren a la
composición química y al tamaño de grano. Esta sustancia tiene importantes
aplicaciones en la industria metalúrgica – aluminio, y química – silicona, en
electrónica – chips y en la fabricación de células fotovoltaicas.
1.4.2 RESERVAS MINERALES
El caolín, tal como se obtiene en una explotación mineral (caolín bruto/todo uno)
posee un contenido variable de caolinita y/o halloysita que, a veces no llega al
20%, además suele tener cuarzo, feldespatos, micas, y, dependiendo de la roca
madre otro tipo de minerales accesorios.
17
Para concentrar el mineral es preciso someterlo a diferentes procesos que
eleven el contenido en filosilicatos por encima del 80%. El producto final,
generalmente, recibe el nombre de caolín lavado.
CAOLÍN.- Se estima las reservas en una cantidad superior a los 60 millones de
toneladas de arenas caoliníferas a nivel mundial en las explotaciones. Además
existen concesiones que abarcan una superficie de más de 16.000 hectáreas lo
que supone un 9% de zona protegida.
Las arenas caoliníferas, fruto de la transformación del feldespato a caolinita, a
través de un paso intermedio micáceo, basándose en la asociación principal de
las series está compuesta por “caolinita e illita”.
Las arenas son caoliníferas y el contenido en caolinita y su grado de
cristalinidad es superior. En esta formación se encuentran los principales
depósitos explotables de caolín extraído de las arenas caoliníferas.
FELDESPATOS.- Son silicatos alumínico alcalinos o aluminico cálcicos
anhidros, que pertenecen a tres tipos principales, de extraordinaria afinidad
estructural que facilita sus mezclas isomorfas y asociaciones regulares:
TABLA 02 FORMULA QUIMICA DE FELDESPATOS
TIPO O CLASE FORMULA QUÍMICA
Feldespato potásico u ortosa Si3O8*AlK
Feldespato sódico o albita Si3O8*AlNa
Feldespato cálcico o anortita Si2O8*Al2Ca
Fuente: www.sabelotodo.com
Asociados a consecuencia de desmezcla o bajo la forma de mezcla isomorfa.
La primera se presenta bajo dos formas: una monoclínica, la ortosa
propiamente dicha, y otra triclínica, la microlina. La primera y la segunda
se mezclan dando la anortoclasa; la segunda y la tercera, las plagioclasas.
La miscibilidad entre la primera y la tercera es prácticamente nula.
18
La producción de feldespatos procede del aprovechamiento de arenas
feldespáticas de origen eólico o aluvionar, de la explotación de diques
pegmatíticos y del lavado de caolines.
CUARZO.- Se presenta como vetas o filoncillos blancos en diversas rocas.
También son frecuentes cristales de cuarzo de variadas formas y coloraciones.
1.4.3 LOCALIZACIONES
Estados Unidos.- La producción de materia prima de porcelana
experimenta un continuo aumento en su tonelaje y valor anual.
México.- Es también un país productor de caolín en regular escala, exporta
parte de su producción a los Estados Unidos.
Francia.- Extrae materia prima para la porcelana cerca de Limoges.
España.- Los yacimientos más conocidos son:
Pereruela (Zamora, España),
Poveda de la Sierra (Guadalajara, España),
Alcoroches (Guadalajara, España),
Vimianzo (A Coruña, España),
Galapagar y Valdemorillo (Madrid),
Bureda (Galicia, Busturia (Bilbao),
Cabarrús y Sierra Morena (Andalucía).
Inglaterra.- Abastece las manufacturas y también los yacimientos Cornwall.
Alemania.- Los yacimientos, producen la materia prima – caolín – a
emplearse en fábricas de porcelana ubicadas en las regiones.
Unión Soviética.- Se explota depósitos de caolín de buena calidad.
Asia.- Productores de materia prima para fabricar porcelana y además:
China y Japón, productores de caolín y fabricantes de porcelana.
Pakistán, produce materia prima – caolín – de calidad comercial.
África.- Egipto y la Federación de Rodesia y Nyasaland; son los principales
países productores de materia prima para la porcelana.
Caolines Peruanos.- En las siguientes localidades:
19
Macate – Huaylas.
Tamboraque – Huarochirí.
Caníbamba – Otuzco.
Antarayoc – Cajatambo.
Lurigancho – Lima.
Chancay y en Castrovirreyna, muy puros.
Recuay conocida como tierra refractaria.
Salpo como arcilla plástica saturada de preferencia de NaCl.
Puyo – Parinacochas – Concepción, variedad de color nácar.
San pablo – Cajamarca, el magnesio y álcalis son mínimas.
Patacocha, Coporaque – Cusco.
Como los depósitos de tipo hidrotermal en España se encuentran en el
municipio de La Coruña y en las provincias de Toledo y Segovia donde
abundan la caolinita bien cristalizada y la halloysita.
Los recursos mundiales de grandes cristales naturales se encuentran en:
Exclusivamente en Brasil.
Menores cantidades en Estados Unidos.
Los cristales de menor pureza o lascas, se encuentran en:
Madagascar,
Angola,
África del Sur,
Rusia y
Venezuela.
YACIMIENTOS RESIDUALES:
Se forman en la corteza de meteorización de cualesquiera rocas feldespáticas,
en granitos y otras rocas metamórficas. Tiene un alto valor añadido, por su
blancura y abundancia de fracciones finas, siendo utilizado preferentemente
para porcelana.
Los yacimientos están en España en formaciones continentales.
20
Los cuerpos pegmatíticos de gran importancia están en Venezuela en:
Cojedes,
Barinas,
Táchira,
Mérida, y
Trujillo
Estos depósitos, se explotan en condiciones favorables a cielo abierto. Aquí
donde se trata magnéticamente y por flotación, produciéndose concentrados
aptos para la porcelana.
Las Pegmatitas, contienen una de las reservas más importantes, cuando su
ubicación geográfica hace no competitivas con depósitos de mena feldespática.
1.5 IMPACTO AMBIENTAL
Los estudios realizados para explotaciones de las principales materias primas,
en la fabricación de porcelana; puesto que su extracción produce un impacto
medioambiental con orden en lo paisajístico. Tanto los arrastres cuando son
continuados, cementan el fondo de los ríos y de igual forma afectan la flora y
fauna acuática.
Se admite que los derrames de estos minerales son cada vez menores; por
actuar correctamente las empresas que lo requieren, con la creación de nuevas
balsas decantadoras. Por tal se considera necesario actuar sobre este impacto.
La administración medioambiental que compromete asuntos legales inquiere en
aspectos de salubridad. Cometiendo faltas en los derechos de explotación sin
trabajarlos, y no ceder a este derecho sin ningún tipo de compensación.
Posicionamiento de la materia prima para la porcelana en el yacimiento a cielo
abierto con las posiciones como:
A favor se declaran los trabajadores de forma unificada, dando la negativa
terminante a reservas naturales. Y claro también apoyan la continuidad de
yacimientos no metálicos, las autoridades gubernamentales de las zonas.21
En contra se declaran las personas del grupo de medio ambiente – caso
ONG’s – que demanda a través de sus alegaciones que dicha actividad es
prohibida. Y algunos grupos ecologistas solicitan que deba ser vedada, al
menos en cuanto a autorización de nuevas explotaciones se refiere.
PREVENCIÓN PARA EL TRABAJO
Para el manejo y prevención de daños a la salud, sea en las diferentes etapas
del proceso de fabricación de la porcelana; las reglas habituales se aplican,
manteniendo la zona de trabajo limpia y libre de polvos, al terminar de trabajar
limpiar nuevamente. De preferencia, tratar de mantener los lugares de trabajo
libres de corrientes de aire fuertes, y mantener las zonas libres de alimentos.
El manejo de polvos es la causa principal de enfermedades entonces como
buena medida de prevención es el manejo en húmedo de la mayoría de los
polvos. Así como evitar trabajar con ellos cuando se tengan lastimadas; manos
y brazos para evitar que las partículas se depositen en la corriente sanguínea.
El mecanismo apropiado de frenar los polvos de la materia prima en la
fabricación de porcelana; es el de trabajar en húmedo para no provocar que
afecte a las personas que lo manipulan.
Cuando se esta en los diferentes procesos para la fabricación de la porcelana
es necesario que en cada etapa se lleve con un control adecuado de entrada y
salida de materiales, para no tener desfases en los controles que se ejecutan.
22
CAPITULO II PROPIEDADES Y COMPOSICION
2.1 PROPIEDADES ESPECÍFICAS6
Blancura, e inodoro,
Inercia ante agentes químicos,
Aislante Eléctrico, No tóxico ni abrasivo,
Moldeable y de fácil extrusión;
Resiste altas temperaturas,
Elevada refractariedad y dispersión,
Es compacto y suave al tacto,
Gran poder cubriente y absorbente,
Baja viscosidad en altos porcentajes.
Las propiedades de la materia prima son conservadas, como es:
Ligero y No toxico,
Elevada superficie especifica,
Fácilmente dispersable en agua,
Mejora el coeficiente de dilatación,
Comportamiento inerte – no hace reacción,
El tamaño de su partícula es muy fina y facilita el mezclado.
Sus propiedades que lo caracterizan de manera fácil son las siguientes:
TABLA 03 – PROPIEDADES FISICAS
Tienen Resistencia
a:
Fuente: Ciencia e Ingeniería de Materiales – William Smith
6) Ciencia e Ingeniería de Materiales William Smith 23
CAOLINITA:
TABLA 04 – PROPIEDADES FISICAS
PROPIEDAD CARACTERISTICA
Color Blanco, amarillo parduzco
Brillo Nacarado a mate. Untuoso
Dureza 1 – 1.2
Densidad 2.1 – 2.6 g/cc
Exfoliación Perfecta, básica
Diagnóstico No es posible obtener por metodos sencillos
Estructura Bilaminar, Dioctaédrico – elevada cristalinidad hasta 15 m2/g
Sistema Triclínico de láminas muy pequeñas y más frecuentes en
masasFuente: Ciencia e Ingeniería de Materiales – William Smith
FELDESPATO:
Es blanco, aunque puede ser de colores claros con acabado vidrioso. Esta
propiedad la que permite su uso en la fabricación de cerámicos ya que al ser
calentado forma vidrio que le da el acabado brilloso a la porcelana; también es
empleado para disminuir los puntos de fusión de cuarzo y caolín, sin embargo
hacen que la masa se reduzca durante la cocción. Los feldespatos mas
empleados en esto, son de origen potásico (ortoclasa) y sódico (plagioclasas).
El punto de fusión está entre los 1.110 y 1.530 ºC.
El Feldespato coadyuva a la formación de liga vítrea.
Dureza: es rayado por vidrio con dificultad; 6 – 6.5 Mohs
CUARZO:
En la fabricación reduce la plasticidad y aumenta la fusibilidad de la mezcla.
incrementa el coeficiente de dilatación
mejora la blancura, y modera la vitrificación
24
No es susceptible de exfoliación, porque cristaliza en el sistema trigonal
(romboédrico). Incoloro en estado puro, puede adoptar numerosas tonalidades
si lleva impurezas. Su dureza es tal que puede rayar los aceros comunes.
TABLA 05 – PROPIEDADES FISICAS CUARZO
Color Incoloro y diversos colores
Brillo Vítreo o graso
Dureza 7
Densidad 2.65 gr/cc
Exfoliación inexistente
Fuente: Ciencia e Ingeniería de Materiales – William Smith
PROPIEDADES PIEZOELÉCTRICAS.
Cuando se comprime se produce una separación de cargas eléctricas que
genera a su vez una diferencia de tensión y, de manera recíproca, reacciona
mecánicamente cuando se somete a un cierto voltaje. Este efecto lo convierte
en un elemento de gran utilidad para gran variedad de transductores, desde
encendedores o mecheros hasta altavoces.
COMPORTAMIENTO RESONANTE.
Un cristal de cuarzo sometido a un estímulo eléctrico puede continuar vibrando
a una cierta frecuencia – dependiente de la propia naturaleza del cristal – hasta
perder ese impulso inicial. Manteniendo el estímulo de manera periódica y
sincronizada, se tiene la señal a una frecuencia extraordinariamente precisa, en
lo que podría considerarse la contrapartida electrónica de un reloj de péndulo.
Esta aplicación es común en sistemas electrónicos.
PROPIEDADES ABRASIVAS.
Se utiliza como abrasivo bajo el nombre de arena silícea, y se considera el
abrasivo más usado por su bajo precio. Se lo emplea en la fabricación de lijas,
discos o bloques y, principalmente, en sistemas de abrasión por medio de un
chorro de arena a presión.
25
SILICATOS:
TABLA 06 – PROPIEDADES FISICAS
Color Blanco
Raya Blanca
Lustre Mate, nacarada
Sistema Cristalino Triclínico
Exfoliación Perfecta
Fractura Perfecta
Dureza 1
Densidad 2.6
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
PORCELANA:
TABLA 07 – PROPIEDADES FÍSICAS
Propiedad Definición
Plasticidad Permite que sea moldeada
Resistencia a Compresión Tensión o cizallamiento
Retracción En el secado como dentro del horno
Temperatura Cocción y Vitrificación
Color de calcinación Debido a los óxidos de hierro presentes
Producto Cerámico Blanco, compacto, duro y translucido
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
Capacidad de Absorción:
La absorción de agua por la materia prima que se utiliza para fabricar la
porcelana es mayor del cien por ciento, cuando se hallan en estado natural
debido a su espacio interlaminar.
Es expresado en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende,
para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate.
26
Hinchamiento:
A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas de
las partículas de la materia prima aumenta, las fuerzas que predominan son de
repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de
hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras.
Los minerales utilizados como materia prima para la fabricación de la porcelana
poseen alta capacidad de hinchamiento por su tamaño de partícula
extremadamente pequeño – elevada área superficial.
Plasticidad:
El agua envuelve las partículas laminares, produciendo un efecto lubricante que
facilita el deslizamiento de las partículas sobre otras ejerciendo un esfuerzo.
La elevada plasticidad resultado de su morfología laminar, puede ser
cuantificada. Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro
estados o modos de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y
semilíquido o viscoso.
La relación existente entre el índice de plasticidad ofrece información sobre la:
Composición granulométrica,
Comportamiento,
Naturaleza y Calidad.
En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su
estructura, más plástico es el material.
Tixotropía:
Es la pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo y su posterior
recuperación con el tiempo; cuando son amasadas se convierten en un líquido.
Al dejarlo en reposo, recupera la cohesión, así como el comportamiento sólido.
Para mostrar este comportamiento su contenido en agua debe ser próximo a su
límite líquido.
27
PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS.
Derivan principalmente de:
Su extremado pequeño tamaño de partícula inferior a 2m.
Su morfología laminar – filosilicatos.
Sustituciones isomórficas, con aparición de carga en las láminas y a la
presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar.
Presentan un valor elevado del área superficial con enlaces no saturados; por
ello interaccionan con diversas sustancias, por lo que tienen comportamiento
plástico para fabricar porcelana, con elevada proporción sólido / líquido – arcilla,
agua – y son capaces de hinchar, con el desarrollo de propiedades geológicas.
PROPIEDADES MECÁNICAS.
Estos materiales son generalmente frágiles; casi siempre se fracturan ante
esfuerzos de tensión; presentan poca elasticidad, dado que son materiales
porosos. Los poros e imperfecciones microscópicas actúan como
concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos.
Tienen elevada resistencia a la compresión, a temperaturas altas – 1.500
ºC. Bajo cargas de compresión las grietas tienden a cerrarse, y bajo
cargas de tracción o cizalladura las grietas tienden a separarse, dando
lugar a la fractura.
El valor del módulo de elasticidad depende de la temperatura,
disminuyendo de forma no lineal al aumentar ésta.
Los valores de tenacidad de fractura son muy bajos, tienen apenas el valor
de 1 MPa; valores que pueden ser aumentados por reforzamiento
mediante fibras o la transformación de fase en circonia.
Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades
mecánicas a altas temperaturas.
Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo
y como puntas cortantes de herramientas.
28
Termofluencia:
La conservación de las propiedades mecánicas a altas temperaturas toma gran
importancia en la industria aeroespacial. Materiales de porcelana poseen buena
resistencia a la termofluencia. Debido a los factores que son cristalinos:
Altos valores de temperatura de fusión, y
Elevada energía de activación para que comience la difusión.
Aislante Eléctrico:
Estos materiales no son conductores de cargas móviles, por lo que no
conducen la electricidad. Debido a que el enlace iónico y covalente restringen la
movilidad electrónica; son buenos aislantes eléctricos. Cuando son combinados
con fuerza, permite usarlos en la generación de energía.
Las líneas de alta tensión son sostenidas por torres de transmisión que
contienen discos de porcelana, los cuales son lo suficientemente aislantes que
resisten los rayos y tienen resistencia mecánica para sostener los cables.
2.2 COMPOSICIÓN QUÍMICA
La composición de la materia prima, es debido a los efectos prolongados de la
erosión; la formación del caolín es por la descomposición del feldespato por la
acción del agua y del dióxido de carbono. Composición química y mineralógica.
Tabla 08 – CAOLIN DE PARTIDA
COMPUESTO CANTIDAD %
SiO2 45,46 %
Al2O3 38,87 %
Fe2O3 1,30 %
Pérdidas por ignición 14,05 %
Caolinita 97,00 %
Mica 3,00 %
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
29
La composición de la porcelana para usos generales, es la siguiente:
TABLA 09 – COMPOSICIÓN DE PORCELANA
50 % caolín
25 % cuarzo
25 % feldespato
Fuente: Cerámica Industrial – Proceso de Fabricación – Singer Félix
COMPOSICIONES TÍPICAS DE PRODUCTOS DE PORCELANA.
TABLA 10 – % EN PESO DE PRODUCTOS DE PORCELANA
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
Formados en la naturaleza por la meteorización y erosión físico – química de
rocas ígneas causada por el agua, dióxido de carbono y sólidos inorgánicos.
Los depósitos o yacimientos formados, cuya composición varia desde:
1.- KAl*Si3O8
2.- NaAl*Si3O8
3.- CaAl*2Si2O8
Rocas tales como el granito:
Feldespatos 66%,
Cuarzo 26 %,
Micas 7.5 %,
Otros minerales (magnetita, apatito, 0.5 %)
30
2.3 CARACTERISTICAS GENERALES
2.3.1 TONO Y FORMATO7
TONO.
Debido al proceso de producción del esmaltado en los revestimientos, es
imposible que dos colores sean exactamente iguales, a simple vista parecen
iguales, pero al compararlos uno al otro surgen pequeñas variaciones.
Las piezas que salen del horno son clasificadas en tono, formato, y calidad,
luego son embaladas y almacenadas, por eso antes de realizar la instalación en
un ambiente debemos verificar que todos tengan la misma tonalidad.
Tonalidad de acuerdo al RAE – Real Academia Española – tiene un significado
versátil; al ocuparse del matiz y coloración que debe ofrecer los productos
terminados y comercializados.
Si el contenido de SiO2 es bajo, la arena puede tener considerables impurezas,
ocasionando defectos en la calidad de los artículos e inoperante la producción
por continuas limpiezas de los hornos. Es posible lograr piezas de porcelana
pura, con la mezcla de arena cuarzosa:
Caolín,
Carbonato de calcio,
Feldespato,
Dolomita,
Magnesita, y
Talco, entre otros.
La mezclas que se logran, incluyen los destinados a la fabricación de:
Aisladores eléctricos de porcelana,
Bujías de encendido y
Condensadores, etc.
7) Enciclopedia Libre Wikipedia – Web Porcellanatos 31
Figura 09 Tonalidades
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
FORMATO.
Son rangos de medidas y se indican en el embalaje, presentan pequeñas
diferencias, razón por la característica y no falla del producto o de la calidad. Se
producen revestimientos de diferentes tamaños. Si se mezclan diversos
formatos, será imposible una instalación adecuada; presentará problemas.
Si, por el contrario, se utilizan revestimientos del mismo formato, se garantiza
que el resultado será óptimo, siempre y cuando se respeten las
recomendaciones brindadas.
Según el Color y Porosidad:
TABLA 11 – SEGÚN COLOR Y POROSIDAD
PASTAS POROSAS COLOREADAS PASTAS POROSAS BLANCAS
Tejares y alfares
en bruto, barnizadas, estanníferas
850-1.100ºC
Mayólicas finas
Sanitarias y productos refractarios
1.000- 1.550º C
PASTAS IMPERMEABLES
COLOREADAS
PASTAS IMPERMEABLES
BLANCAS
Gres finos, comunes, clinkers
1.100-1.350ºC
Porcelanas duras, tiernas, vidriada
1.250- 1.460ºC
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
32
Según su Fusibilidad:
En general, para esmaltes de colores lisos, oscuros o claros, con brillo, se
obtienen clasificaciones más bajas con combinación de colores o matices
neutros y poco o nada de brillo. No es aplicable para porcelana.
La blandura en aplicaciones reduce la abrasión en el proceso. La materia prima
de alta calidad, tienen bajo nivel de impurezas en hierro, y minerales alcalinos.
La sílice – también llamada arena silicea – tiene aplicaciones industriales que
derivan de sus importantes propiedades físicas y químicas:
DUREZA Y RESISTENCIA.
Se extraen grandes volúmenes para la industria de la construcción, que
sobrepasan los estándares de resistencia de otro tipo de materiales.
RESISTENCIA QUÍMICA.
Químicamente inerte en un rango de pH, lo que permite su aglutinamiento sin
dejar residuos ajenos a la mezcla, conservando sus características físicas.
ALTO PUNTO DE FUSIÓN.
Es la base para la fabricación de refractarios de sílica y arenas de modelo
Piezoelectricidad
Piroelectricidad
Transparencia
Figura 10 Formato Porcelana
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
33
2.3.2 GRUPO DE UTILIZACION8
Cada tipo de ambiente requiere de un tipo especial de recubrimiento, que se
adecue al uso que va a soportar. Es la combinación de la resistencia al
desgaste y a la abrasión, conocida por la escala de dureza MOHS. Capacidad
de los revestimientos de porcelana para ocultar el desgaste por abrasión,
producto del roce de las suelas de los diversos calzados que existen.
El rango del MOHS va de 1 a 10.
La resistencia a la ralladura MOHS es de 4 a 7.
La combinación de todas estas características nos dan finalmente el grupo de
utilización; así tenemos los grupos siguientes:
Grupo de Utilización 1:
Utilizado en revestimiento para Pared. No es recomendable para uso en pisos.
Grupo de Utilización 2 – Tránsito Bajo:
Recomendado para pisos en interiores sin acceso directo desde el exterior,
apropiados para salas residenciales, dormitorios y baños.
Grupo de Utilización 3 – Tránsito Medio:
Recomendado para pisos en interiores con acceso cercano al exterior,
apropiados para corredores, cocinas, salas y comedores.
Grupo de Utilización 4 – Tránsito intenso:
Recomendado para pisos en interiores y exteriores, apropiados para, hoteles,
cocinas comerciales, comercios y escuelas.
Grupo de Utilización 5 – Tránsito Súper Intenso):
Recomendado para pisos en interiores y exteriores, apropiados para áreas
públicas, hospitales, comercios y aeropuertos.
GRUPO DE UTILIZACION CELIMA:
8) Enciclopedia Libre Wikipedia – Web Grupos de Utilización de Cerámica – Porcelana 34
TABLA 12 – GRUPO DE UTILIZACIÓN CELIMA
GU C. I GU C. II GU C. III GU C. IV GU C. V
Revestimiento
para pared.
No
recomendado
para pisos.
Tránsito ligero
o poco
transito.
Recomendado
para salas
residenciales,
dormitorios,
baños.
Tránsito
medio.
Recomendado
para cocinas,
corredores y
ambientes
interiores.
Tránsito alto.
Recomendado
para ingresos,
cocinas
comerciales,
hoteles.
Tránsito super
intenso.
Recomendado
su uso en
áreas publicas,
centros
comerciales.
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
Ventajas de los grupos de utilización:
Baja densidad
Excelente comportamiento frente a la corrosión
Altas características mecánicas
Libertad de diseño:
Integración de funciones con acabados diversos
Reproducción fácil por el color en la masa
Mantenimiento mínimo
Materiales "a la carta"
Auto extinguibles,
Translúcidos
Resistentes a impacto
Resistentes a la abrasión, etc.
Durabilidad elevada
Uso en medios químicamente agresivos
Aislante térmico
Aislante eléctrico (excepto con refuerzos de carbono)
Permeable a las ondas electromagnéticas
35
Existen ciertas características físicas que pueden ayudar a la clasificación de la
materia prima de la porcelana, las cuales señalamos someramente.
PLASTICIDAD – MÉTODO ASTM C – 423 ^ C – 424.
Se define como el porcentaje de agua que limita el comportamiento de una
arcilla desde el estado semi – sólido hasta el estado líquido.
CONO PIROMÉTRICO EQUIVALENTE – PCE.
Indicativo del punto de reblandecimiento y fusión de la materia prima, cuando
éstos son sometidos a altas temperaturas.
La materia prima debe estar comprendido entre 26 y 34, indicativo de un buen
poder refractario del producto acabado.
El PCE está relacionado con el contenido de alúmina del material, como
podemos observar en el siguiente cuadro.
TABLA 13 – PCE – ALUMINA
Nº PCE Al2O3 (%)
33 50
37 60
38 70
39 80
41 90
42 99
Fuente: Gres y Porcelana – David Hamilton
2.4 ESTRUCTURA9
La porcelana está formada por pequeñas capas hexagonales de superficie
plana. En su estructura cristalina se distinguen dos laminas; una con vértices de
átomos de oxígeno y el centro con el átomo de silicio, y otra lamina formada por
octaedros, que en sus vértices se situan los átomos de hidróxido y el oxígeno, y
en el centro el átomo de aluminio.
9) Enciclopedia Libre Wikipedia – Web Estructura de Silicatos 36
Figura 11 Estructura de la Caolinita
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
Su estructura pertenece a los silicatos, que derivan del SiO2, en el cual los iones
Si4+ son reemplazados por iones Al3+ y la valencia es equilibrada por iones Na+,
K+ o Ca2+.
En este primer grupo de los métodos del procesamiento de la porcelana se da
forma empleando diversos métodos y luego se hornea para darle resistencia.
Cada uno de los silicatos tiene como compuesto básico un ión complejo de
forma tetraédrica. Este tetraedro consiste en una combinación de un ión de
silicio rodeado por 4 iones de oxígeno tan estrechamente como es posible
geométricamente.
37
Los iones de oxígeno se encuentran en las esquinas del tetraedro y aportan al
tetraedro una carga eléctrica de -8 y el ión de silicio contribuye con +4. Así, el
tetraedro puede considerarse como un anión complejo con una carga neta de -
4. Su símbolo es [SiO4]4-. Se lo conoce como anión silicato.
Generalmente se prefiere materia prima de partículas de tamaño fino, porque el
tamaño de las partículas determina en el cuerpo:
La plasticidad, y
La resistencia.
La elección del tamaño de las partículas varía, porque las partículas finas:
Reducen la velocidad de colado, e
Incrementa la contracción durante el quemado.
La unidad básica de la estructura de los silicatos es el tetraedro de [SiO4]4-.
Se distinguen algunos tipos de silicatos, su caracterización adecuada con sus
estructuras de los indicados son:
Neso silicatos,
Soro silicatos,
Ciclo silicatos,
Ino y Tecto silicatos.
La sílice puede presentarse en forma cristalina u amorfa, tanto en depósitos
sedimentarios naturales, o en productos creados artificialmente. Las formas
cristalinas mas conocidas son:
Cuarzo,
Cristobalita,
Tridimita,
Coesita.
En el estado sólido, se distingue los sólidos cristalinos y sólidos amorfos; donde
las moléculas, átomos o iones, están ordenados en estructuras geométricas
regulares, constituyendo cristales; como gases solidificados – hielo seco.
38
La sílice cristalina es un componente básico de tierra, arena, granito y otros
minerales. Calentando el cuarzo a temperaturas superiores a los 800 °C,
cambia a sílice cristalina conocida como tridimita. Estructura nucleada:
TABLA 14 – FASE DE MINERALES CRISTALINO
COMPUESTO FASE DE MINERALES CRISTALINO
feldespato 80% provee fase vitrea,
Sílice cuarzo 15% matriz cristalina, baja temperatura de fusión
Alumina 1% resistencia y refractario
Caolin 3% resistencia, color, 1% fase de “vítrea”
48ílice 65% resistencia y traslucidez
Alumina 15% disminuye el punto de fusión
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
2.5 ESPECIFICACIONES TECNICAS10
TABLA 15 ESPECIFICACIONES TECNICAS
Caolin
Feldespato
Cuarzo
Fuente: International Standard Iso 13006
10) www.monografia.com Especificaciones Técnicas de la Porcelana 39
RESISTENCIA AL CHOQUE TÉRMICO:
TABLA 16 – CUALIDADES ESPECÍFICAS
Cualidades FísicasPeso específico: 2.4
Porosidad: 0
Cualidades Refractarias
Temperatura de fusión 1670º C
Temperatura de ablandamiento 1400º C
Temperatura máxima de uso sin vidriar 1400º C
Temperatura máxima de uso vidriada 1200º
C
Cualidades QuímicasResistente al ácido y al álcali
No resistente al ácido Fluorhídrico
Fuente: Ciencia e Ingeniería de Materiales – William Smith
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS.
Incluye las distribuciones de partícula y las apreciaciones de brillo.
Especificaciones de materia prima – caolín, como carga en papel.
TABLA 17 – CALIDADES DE LA CARGA PARA PAPEL
PRODUCTOS BRILLO TAMAÑO DE LA PARTICULA
CARGA LAVADA CON AGUA
Estandar 82 – 84 60 – 70
Premium 82 – 85 60 – 65
CARGA FLOTANTE EN AIRE
Estandar 76 – 79 50 – 60
Premium 79 – 83 50 – 60
Fuente: Roskill – Web
40
CAPITULO III PROCESOS Y FABRICACION11
3.1 EXTRACCION TRITURACION Y MOLIENDA
EXTRACCIÓN
Los depósitos de tierra de porcelana de Cornwall son únicos en cuanto a su
extensión, profundidad y pureza; también son referenciales. La profundidad de
los depósitos son agentes desintegrantes que fueron gases procedentes de
mayores profundidades, más bien que aguas superficiales descendentes.
Las dimensiones medias de la mayoría de los pozos son de 3 – 4 hectáreas de
superficie y cerca de 60 metros de profundidad. La cubierta que tiene una
profundidad media de 4 – 6 metros, se elimina mecánicamente. Si es
superficial, se utilizan bulldozers y rascadores, y si esta mas profundo, se
precisan excavadoras y volquetes. Se compone de tierra superficial y arcilla
impura. Bajo esta, el material tiene un aspecto polvoriento blanco grisáceo. En
las paredes laterales del pozo pueden verse vetas de granito no descompuesto
o cuarzo desde unas cuantas pulgadas a unos metros de espesor. Puede ser
preciso un desprendimiento inicial de la arcilla mediante voladura, pero una vez
que se ha formado un pozo muy empinado la mayor parte del trabajo se realiza
por medio de chorros de agua poderosos. El agua se suministra bajo presion a
traves de tubos de acero hasta una boquilla montada a rótula, conocida como
monitor y se dirige contra las costados del pozo.
Figura 12 Tierra de Porcelana de Cornwall
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
TRITURACIÓN
La materia prima que se a de utilizar requiere la reducción del tamaño de sus
partículas, antes que estos puedan utilizarse en la fabricación de la porcelana.
Los diferentes procesos de trituración persiguen esta finalidad por medios
mecánicos y no químicos. En general trituración se refiere a la reducción de
trozos grandes a un tamaño conveniente, para una reducción secundaria.
Trituración Primaria
Reduce el tamaño de trozos de mineral arcilloso a un valor de 8 – 6 pulgadas. A
continuación, los productos obtenidos se criban en un tamiz vibrante con objeto
de separar aquellas partículas cuyo tamaño ya es lo suficientemente fino, con el
consiguiente aumento en la capacidad de las trituradoras secundarias.
La trituración primaria se lleva a cabo en trituradoras de mandíbulas o
giratorias. Las trituradoras de mandíbulas constan normalmente de dos
planchas de acero al manganeso o mandíbulas, colocadas una frente a la otra,
una fija y otra móvil, que puede girar sobre su eje en su parte superior o inferior.
El mineral se carga en el espacio comprendido entre las mandíbulas, y de ellas,
la mandíbula móvil, en su recorrido hacia adelante, aplasta los trozos contra la
mandíbula fija. Al retroceder la mandíbula móvil, el mineral triturado cae por la
abertura que en la parte inferior forman las mandíbulas.
11) Cerámica Industrial Procesos de Fabricación de Cerámica 41
Figura 13 Triturador de Mandíbulas
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
El mineral arcilloso que se va a triturar se carga en la trituradora por su parte
superior.
Trituración Secundaria
El tamaño e las partículas se reducen a un valor comprendido entre 3” y 2”,
dejándolo en condiciones de una concentración preliminar. Las trituradoras
utilizadas en esta fase son por lo general del tipo giratorio o cónico. Estas
trituradoras se diferencian de las de trituración primaria, solamente en que
trabajan a velocidades relativamente altas – aproximadamente 500 r.p.m. La
abertura de salida de los productos triturados es mucho menor.
MOLIENDA
En la industria Cerámica – porcelana, .se hace uso de una o varias muelas
móviles en una plataforma. En sus diferentes tipos y tamaños se utilizan para la
materia prima de la porcelana, mojada, húmeda o seca. Algunas máquinas
también tienen utilidad en el amasado y mezclado.
El tipo de molino mas adecuado para el proceso de fabricación de porcelana es
el molino de bolas. Una proporción mayor de la materia prima que se trabaja en
este proceso se realiza en molinos rotatorios; los molinos se hacen giran tal que
las bolas ascienden por su pared, rodando al final unas sobre otras. Por
consiguiente la molienda se efectúa por impacto y frotamiento.
3.2 CLASIFICACION Y LIMPIEZA
CLASIFICACION
El tamaño de partícula de las materia primas a utilizar en la fabricación de
porcelana vienen como producto de las operaciones anteriores. Existen tres
métodos a principales que son:
1. Tamizado.
42
2. Clasificación Húmeda por Densidad.
3. Separación con Aire.
TAMICES Y CRIBAS.
Desempeñan diversas funciones diferentes en la fabricación de porcelana. Se
utilizan para clasificar materiales y separar impurezas.
CLASIFICACIÓN HÚMEDA.
Clasificación de partículas transportadas por agua en la purificación de la tierra
de porcelana. El movimiento gradual permite un lavado de los eventuales finos
arrastrados con el material grueso.
SEPARACIÓN CON AIRE.
El material transportado por el aire se hace avanzar según una trayectoria
anular, lo cual hace que las partículas mas gruesas sean lanzadas al exterior.
LIMPIEZA
Al limpiar las materias primas el fabricante persigue los objetivos siguientes:
1. Eliminar los contaminantes que constituyen un peligro para la salud, o que
son estéticamente desagradables.
2. Controlar las reacciones químicas y bioquímicas que perjudican la eficacia
del proceso y la calidad del producto.
Además las operaciones de limpieza deben efectuarse lo antes posible antes
del proceso de elaboración con objeto de evitar averías en las instalaciones,
para ahorrar tiempo y dinero que consume el procesado de la materia prima.
En la práctica se establece el balance de limpieza y el producir un producto de
buena calidad. Por ello los contaminantes de las materias primas:
Minerales: tierra, piedras.
Porcelana: polvos durante las operaciones de procesado.
MÉTODOS DE LIMPIEZA.
43
Métodos secos: tamizado, la aspiración y la separación magnética.
Métodos húmedos: inmersión, aspersión, flotación y limpieza ultrasónica.
TAMIZADO
Se separa en dos o mas fracciones pasándolas por un tamiz.
3.3 MOLDEO SECADO Y COCCION
MOLDEO
Se deja sedimentar la materia prima y después de secada y tamizada se tiene
listo para ser utilizado un polvo casi blanco. Al mezclarse con agua se hace
pegajoso y contribuye a que la masa de porcelana se pueda trabajar y moldear.
Al calentarse a altas temperaturas se adhiere al armazón constituido por las
partículas de cuarzo y se contrae considerablemente.
El moldeo se realiza a máquina, estos sistemas obtienen productos de mayor
calidad. Permiten disminuir el agua de amasado y trabajar con pastas más
secas o bien, trabajar con arcillas poco plásticas.
44
Figura 14 Maquina de Moldeo para Porcelana
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
Básicamente consta de un cuerpo cilíndrico horizontal en el cual gira un eje que
tiene unos Helicoides, que empujan la pasta hacia una boquilla que le da forma.
MOLDEO POR PRENSA:
Permite el moldeo de pastas secas y se da forma mediante troquel que se
comprime a gran presión.
Se denomina también “porcelana preparada por vía seca” y se obtiene por
moldeado, a presión, en moldes de acero, estando la porcelana reducida a
polvo y ligeramente humedecida; con moldes apropiados pueden obtenerse
piezas de forma muy variadas. Con este procedimiento se consiguen piezas de
dimensiones muy precisas.
MOLDEO POR COLADA:
45
Se introduce en moldes de yeso que dan la forma del producto; se emplea en
productos de porcelana. Los materiales básicos que la constituyen, son:
1) El caolín o tierra de porcelana de composición o fórmula siguiente:
Al2 O3 – 2 Si O2 – 2 H2 O
2) El cuarzo u óxido de silicio de fórmula: Si O2
3) El feldespato, Son silicatos anhídros de aluminio, con potasio, sodio y
calcio. Su fórmula es la siguiente:
K2O * Al2O3 * 6SiO2
Los tres componentes citados se mezclan bien y se amasan con agua, quitando
las impurezas. El agua se elimina mediante filtros – prensa.
MOLDEO A TORNO.
Se denomina también “porcelana preparada por vía húmeda”. Se elabora en
formas y tamaños convenientes.
TABLA 18 – PROCEDIMIENTOS DE MOLDEADO
PROCEDIMIENTOS DE VACIADO
PROCEDIMIENTOS PLÁSTICOS
PROCEDIMIENTOS DE PRENSADO EN SECO
Porcelana Ladrillos Refractarios
Sanitarios Tejas Azulejos y baldosas
Electroporcelana Arcilla expandida Loza
Refractarios
Baldosas hendidas Baldosas de gres
Electroporcelana Cerámica técnica
Loza Esteatita
Productos de alfarería Cuerpos abrasivos
46
Durante el secado se elimina parte del agua de amasado hasta un 5%. Debe
realizarse gradual y progresivamente para evitar alabeos y quebrantamientos.
En la fabricación de porcelana no es ajena esta particularidad, puesto que para
acelerar el secado del producto, es necesario hacer uso de defloculantes como
son el carbonato o bicarbonato amónico en proporción de 0.1 – 0.5 % del peso
de materia prima húmeda; y a su vez este, se descompone en tres sustancias
volátiles:
1. Amoniaco.
2. Dióxido de carbono.
3. Agua.
SECADO Y ELIMINACIÓN DE AGLUTINANTES.
El propósito es eliminar el agua, antes de ser sometida a altas temperaturas. La
eliminación de agua se lleva a cabo a menos de 100ºC y puede tardar tanto
como 24hs. para una pieza grande.
Figura 15 Esquema del Proceso de Secado
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
COCCION
47
Cualquier defecto de las fases de fabricación anteriores se manifestará y
potenciará en la cocción. La cocción se realiza en distintos tipos de hornos y a
su vez mediante los procedimientos siguientes:
a) Preparación de las materias primas por vía seca convencional.
b) Moldeo por prensado en semiseco.
c) Secado estático y luego dinámico en secaderos túnel.
d) Primera cocción del soporte en hornos túnel.
e) Segunda cocción o el vidriado.
f) Clasificación, Embalaje, y Expedición.
Es la fase fundamental del proceso productivo de porcelana, durante esta se
desarrollan una serie de reacciones físico – químicas que determinan las
características tecnológicas y estéticas diseñadas.
En los hornos el producto es sometido a temperaturas de 1140ºC y después de
sucesivas etapas de enfriamiento se obtiene el producto terminado Todo esto
en un ciclo de aproximadamente 40 minutos.
La tipología de la porcelana es muy amplia:
Porcelana de alto fuego,
Porcelana de huesos,
Porcelana técnica,
Porcelana eléctrica,
Porcelana de Paros, etc.
La cochura se realiza por lo general en hornos túnel cuando la producción es
alta; los productos especiales se cuecen en hornos individuales, de cúpula o de
cámara, y los productos de cocción en hornos giratorios de diversos tipos.
Las temperaturas de cocción y de construcción empiezan, dependiendo de la
materia prima, a 950 ºC. Por el contrario, la mayoría de los productos de
cerámica fina se cuecen entre 1100 C y 1400 C.
48
Figura 16 Producto de la cocción
Fuente: www.ceramicsbensu.es
HORNOS.
Los hornos permiten:
Regular la temperatura a la que se quiere llegar
El tiempo que se mantendrá ala temperatura final
La velocidad con que va cambiando la temperatura
El tipo que se mantendrá en presecado.
3.4 TRATAMIENTO TERMICO
Es un paso esencial en la fabricación de la porcelana:
1. SINTERIZACION .
En este proceso se consigue que pequeñas partículas de una materia prima se
mantenga unida por difusión al estado sólido. Se basa en la transformación de
un producto poroso en otro compacto y coherente; se utiliza de modo
generalizado para producir formas.
Las partículas coalescen por difusión al estado sólido a altas temperaturas pero
por debajo del material a tratar. La difusión atómica tiene lugar entre las
superficies de contacto de las partículas y que resulten químicamente unidas.
2. VITRIFICACIÓN .
49
Los productos de porcelana contienen una fase vítrea. Sirve como medio de
reacción para que la difusión pueda tener lugar a menor temperatura que en
otros materiales sólidos cerámicos.
Durante el tratamiento a elevadas temperaturas de este tipo de materiales, tiene
lugar este proceso, por medio del cual la fase vítrea se licúa y rellena a los
poros del material. Puede reaccionar con algún material refractario restante.
Bajo enfriamiento, la fase liquida solidifica para formar una matriz vítrea que une
las partículas que no han fundido.
3. POR SECADO EN HORNOS A ALTAS TEMPERATURAS .
Ultima etapa en el proceso de conformación de la porcelana.
FACTORES A CONSIDERAR.
Usar aleación de alta fusión; para no fundir el glaseado de la porcelana.
Usar una temperatura de fusión 150 °C menor que la de aleación.
Espacio suficiente para la porcelana y el metal.
Técnicas de soldadura óptimas.
CAPITULO IV PRODUCTOS Y COMERCIALIZACION12
4.1 PRODUCTOS
4.1.1 PORCELANA BLANDA Y DURA
PORCELANA BLANDA
Desde su descubrimiento hubo muchos intentos por averiguar la fórmula de su
fabricación. En los años siguientes se intentó imitarla con una falsa porcelana
utilizando el vidrio lácteo. En el Renacimiento se consiguió una pasta artificial
llamada frita, un compuesto elaborado con caolín y silicatos de cuarzo vidrioso,
como en la cerámica mayólica.
50
Es lo que se conoce como cerámica blanda o tierna que es blanca, compacta,
ligera y traslúcida. En Inglaterra se llegó a alcanzar una gran calidad en este
tipo de porcelana, esencialmente fina y ligera. La composición de esta es:
Caolín,
Frita vidriosa,
Polvo de mármol,
Óxidos: de potasio, de aluminio y de magnesio,
Esmalte de estaño – sólo en época de los Medicina.
Cocidas a unos 1000 ºC, y se les aplica esmalte para envolverlos e introducir en
el horno a una temperatura de 1250 ºC o más.
Se conoce como "porcelana blanda" a un producto cerámico que es vidriado y
blanco pero de cocción a temperatura más baja que la "porcelana dura", se
trata de una masa que es relativamente pobre en sustancias arcillosas y ricas
en contenido cuarzo y de feldespato.
PORCELANA DURA
En 1708 y 1709 aparece la verdadera porcelana, conocida como porcelana
dura.
El alquimista alemán Friedrich Böttger, consiguió una fórmula cuyo resultado se
aproximo a la cerámica china. Extrajo tierra fina y grisácea de minas – caolín.
Utilizó también alabastro calcinado y feldespato.
Con la fórmula consiguió la porcelana, pero el secreto de la elaboración no
terminó ahí sino en la manera de llevar a cabo la cocción a una temperatura
inusual de 1.300 a 1.400 ºC y durante doce horas seguidas. Sólo algunos
conocían la fórmula y los métodos.
Se cuecen a 1000º C, a continuación se sacan, se esmaltan, y se reintroducen
en el horno a unos 1400 ºC o más. Si se decoran se realiza esta operación y
luego se vuelven a introducir en el horno a unos 800º.
4.1.2 PORCELANA EN GENERAL
12) www.ceramicsbensu.es Comercialización 51
PORCELANA ELECTROTECNIA.
Tiene unas propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas de tipo medio. Si se
fabrican porcelanas especiales, debe modificarse los componentes básicos.
Las propiedades generales de la porcelana electrotécnica son:
a) Excelentes características dieléctricas.
b) Gran resistencia mecánica a la compresión y a la flexión
c) Buena resistencia a la tracción y a la torsión.
d) Impermeable al agua y a los gases
e) Inatacable por álcalis y ácidos concentrados, excepto, ácido fluorhídrico.
f) Soporta grandes cambios de temperatura máxima.
La rigidez dieléctrica de la porcelana es elevada – 34 a 38 KV/mm. Su valor
depende, esencialmente, de estos tres factores;
a) Composición de la porcelana.
b) Espesor aislante.
c) Temperatura de funcionamiento.
Se exponen las características más interesantes que representan valores
promedio; siendo variables por lo que solamente tienen un valor orientativo.
TABLA 19 CARACTERÍSTICAS – PORCELANA ELECTROTÉCNICA
CARACTERÍSTICAS VÍA SECA HÚMEDA COLADA
Estructura Compacta Compacta Compacta
Porosidad - 0 0
Absorción de agua en 24h. 0 – 0,5 0 0
Peso especifico en gr/cm3 2,3 – 2,5 2,3 – 2,5 2,3 – 2,5
Resistencia a tracción, Kg/cm2
(con esmaltado)100 – 140 300 – 500
-
Resistencia a tracción Kg/cm2
(sin esmaltado )70 – 140 240 – 300
-
Resistencia a comprensión
Kg/cm2 (con esmaltado)3000 – 4000 4000 – 5500 4000 – 5500
52
Resistencia a comprensión
Kg/cm2 (sin esmaltado)3000 – 3500 4000 – 4500 4000 – 4500
Resistencia a flexión en Kg/cm2
(con esmaltado)600 – 700 900 – 1000 900 – 1000
Resistencia a flexión en Kg/cm2
(sin esmaltado)300 – 600 400 – 800 400 – 800
Temperatura de
reblandecimiento 0C 1500 1500 1500
Temperatura máxima de
servicio, en 0C1000 1000 1000
Resistencia a la llama Infusible Infusible Infusible
Resistividad a 200C ohm cm2/cmSuperior a
1014
Superior a
1014
Superior a
1014
Rigidez dieléctrica a 50 Hz 34 – 38 34 – 38 34 – 38
Rigidez dieléctrica, a 1 MHz 34 – 38 34 – 38 34 – 38
Constante dieléctrica , a 50 Hz 5 – 6,5 5 – 6,5 5 – 6,5
Constante dieléctrica , a 1 MHz 5 – 6,5 5 – 6,5 5 – 6,5
Factor perdidas (tg ),a 50 Hz 0,017 – 0,025 0,017 – 0,025 0,017 – 0,025
Factor perdidas (tg )a 1MHz 0,007 – 0,012 0,007 – 0,012 0,007 – 0,012
Resistencia a los agentes qcos Excepcional Excepcional Excepcional
Fuente: www.elsevier.com
PORCELANA DE HUESO.
Desde que se conoció la porcelana en Europa, Inglaterra creó una porcelana
traslúcida y muy vidriada, siendo sus características principales:
La temperatura de cocción es baja, 1200.1250º.
Sus componentes principales son caolín, feldespato y cuarzo.
Después de su cocción da un color blancuzco.
Como fundente se emplea la ceniza de hueso que se obtiene por calcinación
eliminando los componentes orgánicos, que después de tamizado, produce un
polvo blanco que en realidad es un fosfato de cal, por lo que se puede sustituir
fácilmente por el mismo compuesto de origen mineral.
53
PORCELANA FRÍA.
Esta compuesta por cola de vinilo y fécula de maíz, mostrando un color blanco
que puede colorearse en el momento de su amasado o una vez seco.
Es una masa dócil, con una textura suave, muy plástica, que se deja modelar
fácilmente y muy limpia, idónea para los trabajos con escolares, gozando de la
ventaja de que no es tóxica.
Una vez acabadas y secas las piezas, el aspecto es similar a la porcelana, pero
con la gran ventaja que no necesita cocción ya que endurece en contacto con el
aire, de ahí su nombre de "porcelana fría".
PORCELANA EN GENERAL.
Los tipos de porcelana que se tienen en el mercado son de una variedad mas
diversificada, solo que aquí detallamos los de carácter elemental; las
porcelanas como la eléctrica, química y otras mas, tienen su especificación en
dimensiones grandes es por tal que solo se les menciona de referenciales.
Para mayor información recurrir a la bibliografía ofrecida en la parte final de este
trabajo informativo, en razón de contemplar todos los productos del proceso de
fabricación de porcelana.
4.2 COMERCIALIZACIÓN
Porcelana es un material cerámico con la dureza, resistencia, transparencia y
derivados principalmente de la formación de vidrio y el mineral mulita en estas
altas temperaturas y deriva su nombre actual del antiguo italiano Porcellana.
Porcelana se utiliza para hacer mesa, cocina, sanitarios, y productos de
decoración, objetos de arte, y baldosas de cerámica, la palabra abarca
inorgánicos materiales no metálicos que se forman por la acción del calor,
arcillas como la tradicional.
Recolección de antigüedades y colecciones de porcelana:
54
Figura 17 Jarra Florero Tasa
Fuente: www.ceramicsbensu.es
Figura 18 3 modelos de juegos de vajillas de porcelana
Fuente: www.ceramicsbensu.es
A continuación extraemos las siguientes referencias de productos de porcelana
que se comercializa a nivel de laboratorio:
TABLA 20 – PRODUCTOS DE PORCELANA PARA LABORATORIOS
CRISOL FILTRANTE
Con fondo poroso.Nº 1 poro fino, 6 micras.
Nº 2 poro medio, 7 micras.N° 3 poro grueso, 8 micras
55
Fuente: Enciclopedia Libre Wikipedia – Web
4.3 NORMATIVIDAD
La normatividad se basa en el índice PEI – Instituto de Porcelana y Esmalte
(Porcelain Enamel Institute). Se rige por la norma ISO 10545 – 7; es el ensayo
específico diseñado para comprobar la resistencia al desgaste de los esmaltes
y la porcelana que recubren a la arcilla, tanto: monoporosa o monococción,
clasificando al material ensayado en 5 grados, según el siguiente cuadro:
TABLA 21 – GRADOS PEI
GRADO PEI SITUACIÓN DE USO DEFINICION DEL TIPO DE USO
GRADO I Tránsito Liviano Ambientes con transito liviano.
GRADO II Tránsito Moderado Ambientes con transito liviano.
GRADO III Tránsito NormalAmbientes donde pueda darse desgaste
por rozamiento con el polvillo.
GRADO IV Tránsito ElevadoAmbientes con solicitaciones fuertes, y movimiento constante de polvillo que se
arrastran con el calzado normal.
GRADO V Tránsito SeveroAmbientes con gran movimiento
constante y presencia de polvillo que se arrastran con el calzado.
Fuente: www.wikipedia.com
CONCLUSIONES
1. Con este trabajo, brindo a la comunidad universitaria un poco mas de
información acerca del proceso de fabricación de porcelana; con el estudio
56
de la materia prima, propiedades, composición, procesos y fabricación. Por
complementarse a lo visto en el curso regular.
2. Con la investigación se atina que la porcelana es un material que presenta
dureza e inercia ante los agentes químicos; propiedad elemental por lo que
su uso es diversificado en la industria.
3. No cabe duda que la porcelana seguirá siendo útil y extenso, por ser un
material con características particulares, debido a que existen reemplazos
sintéticos pero de precio elevado.
4. Para el proceso de fabricación de porcelana en la especie del caolín, se
dispone de reservas minerales dentro de la Región Cusco. Siendo posible
realizar las operaciones y procesos mencionados para obtener un buen
producto de porcelana.
BIBLIOGRAFIA
Bateman Alan. Yacimientos Minerales.
57
Carrasco Tapia Porfirio. Consejo de Investigación 1995. Estudio de
materias primas y su tecnología para la producción de cerámicos en la
Región Inka.
Costales Federico. Cerámica para Escuelas y Pequeñas Industrias.
Cottier Angeli. La Cerámica.
Hamilton David. Gres y Porcelana.
Powell Harold. Iniciación a la Cerámica.
Saad Antonio. Tratado de Construcción en Productos Cerámicos.
Singer Felix. Cerámica Industrial: Principios Generales de Fabricación de
Cerámica.
Smith William. Ciencia e Ingeniería de Materiales.
PÁGINAS WEB CONSULTADAS:
http://www.redescolar.edu.mx (publicaciones de rocas)
http://www.artespana.nosdomains.com (porcelana)
http://www.wikipedia.org (Porcelana)
http://www.pdvsa.com (museo – minerales)
http://www.ceramicsbensu.es (publicaciones de arcillas)
http://www.sabelotodo.org (información clasificada)
http://www.igme.es (instituto geológico – minero de España)
http://www.matweb.com (archivos documentados)
http://www.elsevier.com (archivos documentados)
58
