LIFECERAM. Residuo cero en la fabricación de baldosas cerámicas

Transcripción

1 . Residuo cero en la fabricación de baldosas cerámicas Fco. Javier García Ten Responsable del Área de Materiales y Tecnologías Cerámicas. LIFE12 ENV/ES/230LIFE CERAM is cofunded by the European Commission e1 LIFE+ Environment Policy and Governance programme. Environment workshops Processing ceramics from wastes: A new raw material source for a global change. Baeza, 29 th September1 st October Qué es el Instituto de Tecnología Cerámica? El ITC es un Instituto Tecnológico perteneciente a REDIT, ubicado en Castellón y con más de 40 años de trayectoria. El objetivo fundamental es apoyar a la industria cerámica española en el incremento de su competitividad y en su posicionamiento en los mercados internacionales, a través de acciones de formación, asesoramiento tecnológico e I+D. Actualmente dispone de una plantilla de 105 personas (20 % doctores) 1

2 Diapositiva 1 e1 Aquí, abajo de izquierda a derecha el logo de otras empresas si fuera necesario eblasco; 12/01/2011

3 Índice 1. Introducción 2. Tipos de residuos generados 3. Gestión de los residuos y problemas asociados a su reciclado 4. Solución propuesta 5. Conclusiones 1. Introducción 2

4 1. Introducción. Baldosa cerámica Baldosa cerámica (según ISO 13006): Placas de poco grosor Fabricadas con arcillas y otras materias primas inorgánicas Utilizadas para revestimiento de paredes y suelos Moldeadas por prensado o extrusión a temperatura ambiente Secadas y cocidas a temperatura suficiente para obtener las propiedades requeridas Pueden ser esmaltadas o no esmaltadas Incombustibles e inalterables a la luz Esmalte Soporte 1. Introducción. Proceso de fabricación Proceso actual de fabricación de baldosas cerámicas Preparación de las materias primas: Molienda en húmedo + Secado por atomización Tratamiento térmico (cocción) Monococción: cocción simultánea del soporte y el esmalte a temperaturas entre 1100 y 1250 C Materias Raw materials primas Molienda Milling Atomización spray drying Glaze Prep. preparation Esmalte Prensado Pressing Secado Drying Esmaltado Glazing Firing Cocción Baldosa Tile 3

5 2. Tipos de residuos generados 2. Tipos de residuos generados Materias Raw materials primas Molienda Milling Atomización spray drying Glaze Prep. preparation Esmalte Prensado Pressing Secado Drying Esmaltado Glazing Firing Cocción Baldosa Tile Tiesto Green crudo scraps Lodos Glaze de sludge esmalte Tiesto Greencrudo scraps Tiesto Fired scraps cocido Dust Polvo from filtros the Kiln de hornos filters Residuos de fritas Lodos de pulido 4

6 2. Tipos de residuos generados Tiesto crudo Tiesto cocido Tiesto cocido Lodo esmalte Lodo esmalte 2. Tipos de residuos generados Composición química Tiesto crudo Tiesto cocido Fangos de esmalte Polvo filtros hornos Lodos de pulido Residuos de fritas SiO 2 Al 2 O 3 B 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O TiO 2 ZrO 2 ZnO BaO S Cl F ppc 63,3 16,9 0,1 3,8 3,0 1,2 1,8 2,8 0,7 0,2 0,2 0,1 6,0 67,2 17,9 0,1 4,1 3,3 1,2 1,9 3,0 0,7 0,2 0,3 0,1 0,2 58,0 12,3 2,6 0,40 9,7 1,66 1,98 2,69 0,16 2,47 4,09 1,09 0,02 0,05 2,72 1,00 0,31 0,22 <0, ,44 0,25 0,46 0,01 0,01 0,12 0,02 2,53 1,41 32,0 7,63 60,9 15,2 0,93 0,84 3,81 3,57 3,33 2,48 0,46 0,46 2,51 0,65 0,03 0,79 3,90 60,6 4,7 8,0 0,1 12,0 2,9 2,0 3,4 0,1 2,9 6,6 2,4 5

7 3. Gestión de los residuos y problemas asociados a su reciclado 3. Cantidad de residuos generados La Unión Europea produce 1400 millones de m2 de baldosas cerámicas. La cantidad de residuos generados anualmente en la EU se estima en 1.4 MM ton/año, lo que equivale a un 5 % del producto. Residuos de fritas 2% Lodos de esmalte 4% Lodos de pulido 8% Polvo filtros horno 0.2% Tiesto crudo 45% Tiesto cocido 41% 6

8 3. Gestión de los residuos generados El 65 % de los residuos se reciclan en los productos actuales como materia prima. El procedimiento de reciclado consiste en la separación por tipologías, la homogeneización del residuo y su introducción en pequeños porcentajes (<5 %) en las composiciones del soporte y el esmalte. El 35 % de los residuos ( ton/año) se vierten o se utilizan como áridos en productos de bajo valor añadido 100% Porcentaje de reciclado 80% 60% 40% 20% 0% Tiesto crudo Tiesto cocido Lodos de pulido Lodos de esmalte Residuos de fritas Polvo filtro hornos 3. Porqué no se pueden reciclar el 100 % de los residuos generados? Tiestos crudos y residuos de fritas (95% de reciclado): Errores en la gestión y separación de los residuos por tipologías. Lodos de esmalte (90% de reciclado): Su introducción en porcentajes mayores de los actuales (2%) modifica las características de las baldosas (color, fundencia,...). Tiesto cocido (40% de reciclado): Material duro, de difícil molienda. Reduce la productividad del molino. Lodos de pulido: Presencia de compuestos solubles (problemas reológicos), materia orgánica (combustión incompleta) y partículas abrasivas (defectos). Polvo filtros hornos: Presencia de Ca que genera problemas reológicos. 7

9 4. Solución propuesta 4. Solución propuesta La estrategia para alcanzar la situación de residuo cero cosiste en: a) Desarrollar un nuevo tipo de baldosa cerámica: Fabricada con una elevada cantidad de residuos (>80 %) Uso en exteriores (pavimentación urbana). b) Diseñar un proceso de fabricación del soporte: Utilización de tecnologías de molienda en seco y granulación. Programa de financiación: LIFE+, convocatoria de 2012 website: Coordinador: AICEITC Participantes: ASCER, Asociación empresarial Chumillas & Tarongi, Fabricante de maquinaria Keros Cerámica, Azulejera Vernis, fabricante de fritas y esmaltes LIFE12 ENV/ES/230LIFE CERAM is cofunded by the European Commission LIFE+ Environment Policy and Governance programme. 8

10 4. Comportamiento cerámico de los residuos Etapa de conformado (prensado) Tiestos crudos: adecuada compacidad y resistencia mecánica Resto de residuos: baja/media compacidad y baja resistencia mecánica Etapa de cocción Fangos de esmalte, polvo de filtros y residuos de frita: elevada fundencia Tiestos de azulejo: elevada refractariedad Tiesto crudo Tiesto cocido Residuo Azulejo Gres Gres porcelánico Azulejo Gres Gres porcelánico Fangos de esmalte Polvo filtros hornos Lodos de pulido Residuos de fritas Compacidad Resistencia mecánica en seco Fundencia Baja Media Alta 4. Comportamiento cerámico de los residuos Aspecto de los residuos cocidos a 1120 C Tiesto crudo azulejo Tiesto crudo gres Tiesto crudo gres porcelánico Fangos de esmalte Tiesto cocido azulejo Tiesto cocido gres Tiesto cocido gres porcelánico Lodos de pulido 9

11 4. Diseño de la composición y del método de preparación Composiciones iniciales basadas en mezcla de tiestos cocidos Composición 95/5: 95% Tiesto cocido + 5% Bentonita Composición 75/25: 75% Tiesto cocido + 25% Tiesto crudo Composición 50/50: 50% Tiesto cocido + 50% Tiesto crudo Métodos de preparación ensayados Proceso MM+H Molienda vía seca en molino de martillos (d 90 = 550µm) Humectación (5,5% de agua) Proceso MP+G Molienda vía seca en molino pendular (d 90 =100 µm) Granulación (13% de agua) Secado (5,5% de agua) Proceso AT Molienda vía humeda (d 90 = 100µm) Atomización (5,5% de agua) Composiciones adicionales con fangos de esmalte, lodos de pulido y residuos de los filtros de horno. 4. Diseño de la composición y del método de preparación Propiedades en crudo (compacidad y resistencia mecánica) Al aumentar la proporción de material plástico, aumenta la compacidad y la resistencia mecánica La mayor compacidad se obtiene con los procesos de molienda en seco, pero el de molienda en húmedo proporciona mayor resistencia mecánica. Proceso MM+H Proceso MP+G Proceso AT Proceso MM+H Proceso MP+G Proceso AT 10

12 4. Diseño de la composición y del método de preparación Propiedades en cocido (fundencia, T 3 ) Molienda vía seca en molino de martillos: mayor refractariedad La textura de las piezas depende del método de preparación Molino de martillos: mayor heterogeneidad del color y textura Proceso MM+H Proceso MP+G Proceso AT Proceso MM+H Proceso MP+G Proceso AT 4. Diseño de la composición y del método de preparación Composición inicial seleccionada Composición 50/50: 50% Tiesto cocido + 50% Tiesto crudo Método de preparación seleccionado (MMP+G) Molienda Tiesto crudo: molturación en molino pendular Tiesto cocido: molturación en molino de martillos Granulación de la composición Densidad aparente en seco (g/cm 3 ) 2,04 2,02 2,00 1,98 1,96 1,94 1,92 1,90 1,88 1,86 Densidad aparente Resistencia mecánica Resistencia mecánica en seco (kg/cm 2 ) Temperatura para una absorción de agua del 3% (ºC) ,84 Proceso Proceso MMMM+H Proceso Proceso MP+G MP+G Proceso Proceso MM+P+G MMP+G Proceso Proceso MM+H Proceso MP+G Proceso ITCAICE, MM+P+G MMP+G2013 Proceso 11

13 4. Diseño de la composición y del método de preparación MM+H 4. Diseño de la composición y del método de preparación MM+H MP+G 12

14 4. Diseño de la composición y del método de preparación MM+H MP+G MMP+G 4. Introducción de lodos de esmalte y residuos de frita 50% Tiesto crudo + 50% Tiesto cocido 45% Tiesto crudo + 45% Tiesto cocido + 10% lodos de esmalte 6 Contracción lineal (%) 7,5 5 7,0 4 6,5 TCr+TCd 6,0 5,5 GR 5,0 4,5 4, TCr+TCd+LE GP C.L. A.a Temperatura (ºC) Absorción de agua (%) 8,

15 4. Introducción de polvo de filtros y lodos de pulido Emisiones HF (FTIR) 0,15 0,10 0,05 0,00 B B + 5 % Polvo Filtro B + 10% Residuo Pulido 700ºC 770ºC 850ºC Temperatura (ºC) 1010ºC Emisiones SO2 I corriente m/z (A/mg*10 14) B B + 5% Polvo Filtro B + 10% Residuo Pulido 915ºC Temperatura (ºC) 1015ºC 1100ºC 1080ºC HF SO2 B B+5% P Filtros B+0,5% P Filtros B B+5% P Filtros B+0,5% P Filtros Crudo (ppm) Emisión (ppm) Emisión (%) Conclusiones Es posible obtener baldosas cerámicas con propiedades adecuadas para pavimentación urbana mezclando los diferentes residuos en las proporciones próximas a las que se generan, lo que permite reciclar la totalidad de residuos. El proceso de preparación de la composición propuesto proporciona un granulado con una buena fluidez, permite reciclar los residuos con compuestos solubles, los residuos duros y minimiza el coste de fabricación del granulado respecto al proceso de atomización. El reciclado de residuos con F, S y Cl (polvo de filtros y residuos de pulido) aumenta los valores de emisión de compuestos ácidos, aunque los valores obtenidos no son excesivamente elevados. Falta comprobar su influencia durante la fase de cocción. 14

16 Gracias por su atención 15