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Material cerámico: TODO lo que tienes que saber en 2018

26 septiembre, 2018

Los azulejos y las baldosas usados en decoración interior y exterior se corresponden con uno de los muchos tipos de cerámica. La producción de azulejos se remonta a los pueblos antiguos, incluyendo los egipcios, los babilonios y los asirios. Nada que ver con la cerámica japonesa de la que hablábamos hace poco.

Por ejemplo, la pirámide escalonada del faraón Zoser, construida en el Antiguo Egipto alrededor del 2600 a. C., contenía coloridos azulejos de esmalte cerámico sin usar cortador de cerámica.

A lo largo de la historia, su fabricación se fue extendiendo por el mundo, incluyendo virtualmente todos los principales países europeos y Estados Unidos.

A principios del siglo veinte, los azulejos ya se fabricaban a escala industrial.

La invención del horno para cerámica continuo alrededor de 1910 aumentó la automatización de la fabricación de material cerámico, que hoy en día está altamente automatizada.

Existen diferentes categorías de azulejos

Las teselas para mosaicos pueden estar hechas de porcelana o de barro para modelar natural, y deben tener un tamaño de menos de 39 cm².

material cerámicoLos azulejos decorativos están esmaltados y tienen un cuerpo delgado para decorar paredes interiores en edificios residenciales.

Por otro lado, las baldosas están hechas de porcelana o arcilla natural, esmaltada o sin esmaltar, y con una superficie de 39 cm² o más.

Los azulejos de porcelana están hechos mediante un método de fabricación llamado prensado en seco.

Por último, también se distinguen las baldosas sin esmaltar, que pueden estar hechas con un método distinto de moldeado.

Europa, Latinoamérica y el Lejano Oriente son los principales productores de azulejos, e Italia ocupa el primer lugar con 1,5 millones de metros cuadrados al día.

Después de Italia (que tiene el 24,6 por ciento del mercado mundial) se encuentran España (con el 12,6 por ciento), Brasil y Alemania (ambos países con el 11,2 por ciento) y Estados Unidos (con el 4,5 por ciento).

Según las estimaciones, el mercado mundial de azulejos y baldosas asciende a 2.400 millones de euros.

A modo de ejemplo de país industrializado, Estados Unidos tiene aproximadamente 100 plantas que fabrican azulejos, las cuales producen unos 4,6 millones de metros cuadrados al año.

Las importaciones a ese país, por volumen, supusieron alrededor del 60 por ciento del consumo, con un valor de unos 500 millones de euros.

Italia supone casi la mitad de las importaciones, seguida de México y España. Además, las exportaciones de EEUU han ido aumentando con el paso de los años.

Dado que la industria del azulejo es un mercado relativamente maduro y dependiente de la industria de la construcción, el crecimiento será lento.

En concreto, se estima un crecimiento del consumo de azulejos de entre el tres y el cuatro por ciento a lo largo de los próximos cinco años.

Sin embargo, hay fabricantes de azulejos que son más optimistas, y predicen un crecimiento superior durante el próximo lustro.

Materias primas

Las materias usadas para fabricar material cerámico consisten en minerales arcillosos extraídos de la corteza terrestre.

También se utilizan minerales naturales como el feldespato, que se usan para reducir la temperatura de cocción, además de aditivos químicos necesarios durante el proceso de moldeado.

Normalmente, los minerales se refinan cerca de las explotaciones de las cuales se extraen antes de enviarlos a las plantas de fabricación de material cerámico.

Las materias primas deben ser pulverizadas y clasificadas según el tamaño de las partículas.

Las trituradoras primarias se utilizan para reducir el tamaño de los bloques grandes de material.

En concreto, se usan trituradoras de mandíbula o giratorias, que funcionan mediante un movimiento horizontal que machaca el material entre dos placas de acero, o bien mediante un movimiento de rotación entre conos de acero, respectivamente.

El triturado secundario disminuye los bloques más pequeños a partículas.

Para ello, a menudo se utilizan molinos de martillo o de mortero.

Un molino de mortero utiliza ruedas de acero en un recipiente poco profundo que gira, mientras que un molino de martillo usa martillos de acero que se mueven rápidamente para triturar el material.

También se pueden usar trituradoras de rodillo o de cono.

Tras esto, puede llegar a ser necesario un tercer paso de reducción del tamaño de las partículas.

Para ello se utilizan molinos de tambor en combinación con materiales para cerámica de molienda.

Uno de los tipos más habituales de estos molinos es el molino de bolas, que consiste en grandes cilindros giratorios llenos parcialmente de materiales de molienda esféricos.

Se utilizan rejillas para separar las partículas de un determinado rango de tamaños.

Funcionan en una posición inclinada y se hacen vibrar de forma mecánica o electromecánica para mejorar el flujo de material.

Estas rejillas se clasifican según su granulometría, que indica el tamaño de las aberturas de la rejilla y el de las partículas que pasarán por ellas.

Por otro lado, los esmaltes son materiales vítreos diseñados para fundirse en la superficie del material cerámico durante su cocción, y que luego se adhieren a su superficie durante el enfriamiento.

Los esmaltes se utilizan para proporcionar resistencia a la humedad y con fines decorativos, ya que se pueden tintar o usar para producir texturas especiales.

El proceso de fabricación

Una vez que las materias primas se han procesado, es necesario llevar a cabo una serie de pasos para obtener el producto final.

Estos pasos incluyen la dosificación, el mezclado y la molienda, el secado por aspersión, el moldeado, el secado, el esmaltado y la cocción.

Muchos de estos pasos se logran usando equipamiento automatización para la fabricación de material cerámico.

Dosificación

En la fabricación de muchos tipos de material cerámico, incluyendo los azulejos, la composición del cuerpo viene determinada por la cantidad y el tipo de las materias primas.

Éstas también determinan el color del cuerpo del azulejo, que puede ser rojo o blanco, dependiendo de la cantidad de materias primas ferruginosas usadas.

Por lo tanto, es importante mezclar las cantidades correctas para lograr las propiedades deseadas en el material cerámico final.

De esta manera, se tienen que realizar cálculos de dosificación, que deben considerar tanto las propiedades físicas como la composición química de las materias primas.

Una vez que se determina el peso adecuado de cada una de las materias primas, éstas deben mezclarse.

Mezclado y molienda

Después de pesar los ingredientes, se añaden juntos a una mezcladora en V, helicoidal o intensiva.

Una mezcladora en V consiste en dos cilindros unidos en forma de V que rotan para revolver y mezclar el material.

Una mezcladora helicoidal utiliza una serie de cintas o barras con dicha forma dispuestas a lo largo del eje de rotación.

Por último, una mezcladora intensiva utiliza palas que remueven rápidamente los materiales.

Este paso muele aún más los ingredientes, lo que da como resultado unas partículas con un tamaño más fino para mejorar el posterior proceso de moldeado del material cerámico.

A veces es necesario añadir agua para mejorar la mezcla de varios ingredientes, además de para lograr una molienda fina. Este proceso se denomina molienda húmeda, y suele realizarse en un molino de bolas. La mezcla acuosa resultante se denomina lodo. Luego, el agua se elimina del lodo mediante filtración por presión (que elimina el 40-50 por ciento de la humedad), seguido de una molienda en seco.

Secado por aspersión

Si primero se utiliza molienda húmeda, el exceso de agua se suele eliminar mediante el secado por aspersión.

Este método implica bombear el lodo a un atomizador consistente en un disco o boquilla que gira rápidamente.

Luego, las gotas de lodo se secan a medida que se calientan mediante una columna de aire caliente ascendente, formando unos gránulos pequeños que caen libremente y que dan como resultado un polvo adecuado para el moldeado.

Los cuerpos de material cerámico también se pueden preparar mediante una molienda en seco seguida de una granulación.

La granulación utiliza una máquina en la que la mezcla del material previamente molido en seco se combina con agua para que las partículas se conviertan en gránulos, que nuevamente forman un polvo listo para moldear el material cerámico.

Moldeado

La mayoría de los azulejos se moldean mediante prensado en seco.

En este método, el polvo fluye libremente con un aglutinante orgánico o un pequeño porcentaje de humedad desde una tolva hasta un molde.

Luego, el material se comprime en una cavidad de acero usando pistones también de acero, y luego se expulsa.

Para esto, se utilizan prensas automáticas con presiones operativas de hasta 2.500 toneladas.

También se utilizan otros métodos cuando el cuerpo de material cerámico está en una forma más húmeda y moldeable.

De esta manera, la extrusión y troquelado se utiliza para producir azulejos más delgados o con formas irregulares de manera más rápida y económica.

Este procedimiento implica empujar una masa plástica en un cilindro a alta presión y forzar que el material fluya hacia fuera del cilindro a través de un perfil.

Luego, con un troquel hidráulico o neumático se obtienen uno o más azulejos.

Las prensas de ariete se utilizan sobre todo con los azulejos más pesados.

Con este método, los bloques extruidos del cuerpo de material cerámico se prensan entre las dos mitades de un molde duro o poroso montado en una prensa hidráulica.

La pieza formada se extrae aplicando primero el vacío a la mitad superior del molde para soltar la pieza de la mitad inferior. Después, se mete aire a presión por la mitad superior para soltar dicha parte.

Es necesario eliminar el material sobrante de la pieza, y puede que haga falta mejorar el acabado.

Otro proceso, llamado esmaltado a presión, combina simultáneamente el esmaltado y el moldeado presionando el esmalte (en forma de polvo secado por aspersión) directamente sobre el molde con material cerámico.

Entre las ventajas se incluyen la eliminación de las líneas de esmaltado, además de evitar el esmalte sobrante (llamado fango) que se genera con el método convencional.

Secado

Normalmente es necesario secar el material cerámico (que tienen una humedad relativa elevada) después de moldearlo.

Esto es así especialmente si se usa un método de moldeado húmedo.

El secado, que puede llevar varios días, elimina el agua a un ritmo lo bastante lento como para evitar las grietas debidas a la contracción.

Para ello, se utilizan secadoras continuas o de túnel, que se calientan quemando combustible, mediante lámparas de infrarrojos o con la energía de las microondas.

El secado por infrarrojos es más adecuado para azulejos delgados, mientras que el secado por microondas funciona mejor con los más gruesos.

Otro método, el secado por pulsos, utiliza pulsos de aire caliente que fluyen en dirección transversal en vez de continuamente en el sentido de flujo del material cerámico.

Esmaltado

Para preparar el esmalte se utilizan métodos similares a los usados con el cuerpo de material cerámico.

De esta forma, después de calcular la dosificación, las materias primas se pesan, se mezclan y se muelen en seco o en húmedo.

A continuación, los esmaltes molidos se aplican usando uno de los muchos métodos disponibles. En el esmaltado por centrifugación, el esmalte se aplica mediante discos giratorios que lo lanzan contra el material cerámico.

En el método de cascada, un flujo de esmalte cae sobre el material cerámico a medida que pasa por debajo mediante una cinta transportadora.

A veces, el esmalte simplemente se pulveriza.

Para aplicar varios esmaltes, se utiliza un proceso de serigrafía por encima, por debajo o entre distintas capas de esmalte húmedo.

En este proceso, el esmalte se fuerza a través de una rejilla mediante una escobilla de goma u otro dispositivo.

También se utiliza esmaltado en seco. Este proceso implica la aplicación de polvos, fritas (materiales vítreos) machacadas y esmaltes granulados en la superficie esmaltada en húmedo del material cerámico.

Después de la cocción, las partículas de esmalte se funden entre sí para producir una superficie similar a la del granito.

Cocción

Después del esmaltado, el material cerámico debe calentarse a una temperatura elevada para reforzarlo y proporcionarle la porosidad deseada.

Para ello, se utilizan dos tipos distintos de hornos.

Los azulejos, que se preparan mediante una molienda en seco en vez de una húmeda, normalmente necesitan un proceso de dos pasos.

En este proceso, el azulejo pasa por una cocción a baja temperatura para obtener el denominado bizcocho antes del esmaltado.

Este paso elimina los compuestos volátiles del material cerámico y produce toda o casi toda su contracción. A continuación, el cuerpo de material cerámico y el esmalte se someten a la cocción de esmaltado.

Ambas cocciones tienen lugar en un horno continuo, que consiste en una cámara a lo largo de la cual se mueven las piezas sobre bandejas refractarias (baldas hechas de materiales resistentes a temperaturas elevadas) mediante una cinta transportadora, o en recipientes refractarios.

La cocción en un horno continuo puede llevar entre dos y tres días usando temperaturas que rondan los 1.300 grados Celsius.

En el caso de los azulejos que sólo necesitan una cocción (normalmente los preparados usando molienda húmeda), se suelen usar hornos de rodillos.

Estos hornos desplazan las piezas de material cerámico sobre un transportador de rodillos, por lo que no requieren de soportes refractarios.

Los tiempos de cocción en los hornos de rodillos pueden ser de hasta 60 minutos, con temperaturas de cocción que rondan los 1.150 grados Celsius, o más.

Después de la cocción y la inspección, los azulejos están listos para ser empaquetados y enviados.

Subproductos

Los distintos pasos de la fabricación del material cerámico generan una gran variedad de contaminantes.

Por lo tanto, es necesario controlar estas emisiones para satisfacer los estándares de control del aire.

Entre los contaminantes producidos en la fabricación de material cerámico se encuentran compuestos de flúor y plomo, que se generan durante la cocción y el esmaltado.

Los compuestos se plomo se han reducido significativamente con el desarrollo de los esmaltes sin plomo y bajos en plomo.

Por otro lado, las emisiones de plomo se pueden controlar con filtros purificadores de aire, que son dispositivos que rocían los gases con agua para eliminar los contaminantes dañinos.

También se pueden controlar mediante métodos en seco.

Por ejemplo, usando filtros de tejido recubiertos de cal. Además, esta cal se puede reciclar como materia prima para elaborar más material cerámico.

La industria de los azulejos también está desarrollando procesos para reciclar el agua de deshecho y el lodo que se producen durante la molienda, el esmaltado y el secado por aspersión.

Algunas fábricas ya reciclan el exceso de polvo generado durante el prensado en seco, además del esmalte sobrante durante su pulverizado.

El esmalte de deshecho y los azulejos defectuosos también se devuelven al proceso de preparación del cuerpo de material cerámico para su reutilización.

Control de calidad

La mayoría de los fabricantes de material cerámico utilizan el control estadístico de procesos (SPC, por sus siglas en inglés) en cada paso del proceso de fabricación.

También colaboran estrechamente con sus suministradores de materias primas para asegurarse de que cumplen las especificaciones antes de su uso.

El control estadístico de procesos consiste en la utilización de gráficos para monitorizar distintos parámetros del proceso, como el tamaño de las partículas, el tiempo de molienda, la temperatura y duración del secado, la presión de compactado, las dimensiones después del prensado, la densidad, la temperatura y el tiempo de cocción, y similares.

Estos gráficos permiten identificar problemas con el equipamiento y situaciones anómalas, además de ayudar a mejorar la producción antes de acabar el producto.

El producto final debe cumplir ciertas especificaciones en relación a sus propiedades físicas y químicas.

Estas propiedades están determinadas por las autoridades reguladoras.

Entre las propiedades que se miden se encuentran la resistencia mecánica, la resistencia a la abrasión, la resistencia química, la absorción de agua, la estabilidad dimensional, la resistencia a las bajas temperaturas y el coeficiente lineal de expansión térmica.

Sin embargo, aún no se ha establecido un estándar porque hay otros factores (como el diseño y el mantenimiento de los suelos alicatados) que pueden hacer que los resultados carezcan de sentido.

El futuro

Para mantener el crecimiento del mercado, los fabricantes de azulejos se concentrarán en desarrollar y promover nuevos productos, incluyendo revestimientos y azulejos modulares, azulejos de mayor tamaño, baldosas resistentes a la abrasión y antideslizantes, y azulejos con acabados pulidos, de granito o mármol.

Esto se está consiguiendo mediante el desarrollo de diferentes formulaciones del cuerpo de material cerámico, nuevos esmaltados y métodos de aplicación de los esmaltes, así como recurriendo a mejores técnicas y equipamiento de procesado.

Por supuesto, la automatización seguirá jugando un papel importante como parte del esfuerzo por aumentar la producción, reducir los costes y mejorar la calidad del material cerámico.

Además, se seguirán realizando cambios en la tecnología de producción para hacer frente a los problemas medioambientales y energéticos.

Material cerámico: TODO lo que tienes que saber en 2018
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