Evaluación del mineral de yeso cubano con vistas a iniciar la producción nacional de yesos especiales

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1 COMUNICACIÓN CORTA Evaluación del mineral de yeso cubano con vistas a iniciar la producción nacional de yesos especiales Diamil Quintana-Nodarse y Yamilé Martínez-Ochoa.* Empresa de Materiales de Construcción de Matanzas, Canímar 1, Pueblo Nuevo, Matanzas. *Departamento de Química e Ingeniería Química, Universidad de Matanzas, Cuba. diamil@mtz.geicon.cu Recibido: 16 de diciembre de Aceptado: 19 de diciembre de Palabras Clave: mineral de yeso, sulfato de calcio dihidratado, hemihidratos alfa y beta, yesos especiales, producción de yeso. Key Words: gypsum mineral, dihydrated calcium sulfate, alpha and beta hemihydrates, special gypsums, gypsum production. El mineral de yeso es el más común de los minerales que contienen sulfatos y presenta una amplia distribución natural. 1-3 Su composición química es 79 % de CaSO 4 y 21 % de H 2 O, es decir, como sulfato de calcio dihidratado (CaSO 4 2H 2 O). 4 Atendiendo a su composición y calidad morfológica, el mineral extraído del yacimiento es sometido a un conjunto de procesos tecnológicos, los cuales permiten obtener diferentes tipos y calidades de yeso. 5 Después de molido y clasificado, la fracción más gruesa suele destinarse a la fabricación de cemento, mientras que la fina se somete a un proceso de cocción entre 125 y 180 o C en el que se obtienen los hemihidratos (CaSO 4 1/2H 2 O) alfa (yesos especiales) y beta correspondientes (yesos de moldeo y de construcción), los cuales abarcan los tipos de yeso aglomerante internacionalmente más demandados. 6 Los yesos especiales requieren la adición de diferentes aditivos químicos en procesos complementarios para garantizar diferentes tiempos de fraguado (yesos rápidos o lentos) y mejorar la resistencia mecánica que los caracteriza, 7 así como la viscosidad, la porosidad, el color y otras en correspondencia con las necesidades y requerimientos que exija su empleo, todo lo que determina una mayor complejidad del proceso tecnológico en cuestión y de las instalaciones respectivas, lo que a su vez, se refleja en los elevados precios que presentan estos tipos de yesos en el mercado Por otro lado, los yesos ortopédico y dental, que se obtienen tras su conversión, presentan una gran demanda por los imprescindibles servicios que prestan en las unidades médicas asistenciales para la obtención de moldes quirúrgicos y odontológicos, elaboración de vendas enyesadas indispensables en Traumatología y Ortopedia, así como para la obtención de pastas dentífricas, entre otros Como en Cuba existe un creciente consumo de los yesos especiales dado el importante incremento y desarrollo que han venido experimentando los servicios de salud en el país y por otro lado, dada la ausencia de su producción nacional por no contar con una industria moderna y desarrollada tecnológicamente para tales fines, 12,13 a pesar de los yacimientos de mineral de yeso con que cuenta y que quizás podrían explotarse perspectiva y tentativamente con ese objetivo, 14 el país se ha visto obligado anualmente a realizar grandes importaciones de estos recursos en moneda libremente convertible (MLC), así como de los productos que con ellos se elaboran. Sin embargo, esta situación pudiera revertirse perspectiva y estratégicamente teniendo en cuenta que en las actuales condiciones, se obtiene un mineral de yeso de buena calidad morfológica, adecuada relación yeso gris : yeso blanco, gran pureza y de muy buena calidad según estándares internacionales, 15 cuyas reservas potenciales ascienden a los miles de millones de toneladas. 14,16 Por esta razón, el objetivo principal de este trabajo consistió en realizar la caracterización química, física y tecnológica del mineral de yeso cubano para corroborar la factibilidad de comenzar a partir de él, la posible producción nacional de yesos especiales, así como la de otros productos, que se puedan obtener a partir de este valioso recurso natural para la economía nacional, principalmente, de yeso ortopédico y dental, que contribuya a respaldar el creciente desarrollo y la sostenibilidad del Sistema Nacional de Salud del país y de los servicios médicos que ofrece a la población, de manera que posibilite cesar las obligadas y costosas importaciones anuales de todos ellos y por tanto, la erogación en MLC que el país realiza por este concepto. 14,17 194

2 Para realizar la caracterización química, física y tecnológica del mineral de yeso a estudiar se realizó previamente el desarrollo minero para la explotación del mineral en el área de uno de los yacimientos cubanos, el cual consistió en eliminar la capa vegetal, la arcilla o cualesquiera otras impurezas que se encontraran presentes. A continuación, se tomó como radio de acción 1 km (área que se correspondió con el frente actual de su explotación). 18 Una vez que el área se encontraba limpia, se dividió en cinco zonas, las que fueron denominadas A, B, C, D y E. En general, se analizaron 60 cuadrículas de 4,2 m de frente por 10 m de fondo. En cada una de ellas, se realizaron calas a una profundidad de 7 m para la toma de muestras, lo que se llevó a cabo por triplicado. En los casos que el mineral presentó algunas visibles impurezas, se realizó el proceso de beneficio correspondiente para su eliminación, el cual fue ejecutado por vía seca y de forma manual mediante cepillos y hachas convencionales para esta operación. 19 Las calas se practicaron con ayuda de una carretilla barrenadora BBAS con diámetro de perforación de 85 mm y las muestras del mineral se molieron en molino de trituración tipo convencional hasta obtener la granulometría necesaria mediante tamizadora mecánica de acuerdo con el proceso de cocción planificado. Se utilizó además, una báscula de precisión modelo EURO PE 3000 HR, estufa de desecación CENTEROM 150, crisoles de platino, mufla eléctrica con temperatura regulable de (0 o C o C) (todos de la antigua Unión Soviética). 20 De cada una de las cuadrículas practicadas, se tomaron muestras de mineral para hacer su análisis individual, así como de sus mezclas respectivas para determinar la pureza (%) expresada a través del contenido de SO 3 de modo que permitiera precisar la calidad del producto. 21,22 Asimismo, se determinó la composición porcentual de óxido de calcio de las muestras y de sus mezclas, así como la de los óxidos de Si, K, Al, Fe y Mg para tener una medida del grado de contaminación de cada zona y del nivel de impurezas presentes en ellas Los análisis químicos se realizaron mediante los métodos volumétrico, gravimétrico y espectrofotométrico, según normas cubanas, los cuales abarcaron la determinación de sulfato de calcio mono y dihidratado, del agua de cristalización, del óxido de calcio y del trióxido de azufre. Además, se realizaron análisis por difracción de rayos X para validar las particulares características del mineral. Los pesos se determinaron en balanza analítica (Italia) hasta la cuarta cifra decimal. Los reactivos químicos empleados fueron todos de calidad químicamente puro [ácido clorhídrico al 37 %. (SAU, España) y cloruro de bario purísimo (Monteplet Esteban SA, España). La caracterización química se realizó según las normas cubanas. 21,22 La caracterización física de las muestras de yeso y de las mezclas correspondientes se realizó a escalas de laboratorio e industrial y según normas cubanas e incluyó la determinación de la granulometría de las muestras del mineral antes y después de su entrada al proceso de cocción; la variación de la temperatura en este proceso y su relación con los tiempos de fraguado inicial y final del yeso cocido obtenido, así como la resistencia mecánica a la compresión y la flexión con atención a las especificaciones de calidad internacionales y nacionales del producto a obtener. Se tuvo en cuenta el módulo de finura sobre la relación agua-yeso para lograr una curva de quema uniforme, con lo que fue definido perfectamente el intervalo de temperatura para la obtención del hemihidrato deseado. 15 Los equipos utilizados fueron: una trituradora de mandíbula modelo CM-109 con una capacidad de 25 m 3 /h, un émbolo de la sonda de Vicat para el agua de consistencia normal, aguja de Vicat para la determinación del tiempo de fraguado, una tamizadora mecánica, una prensa monitorizada con dispositivos de flexión y compresión (AUTOTEST SW), moldes triples para probetas de 40 mm x 40 mm x 160 mm y elementos de medición (calibre, cronómetro) 28 (todos de la antigua Unión Soviética) y un horno convencional (Bulgaria), con una capacidad de 6 t. El método de dosificación empleado al preparar las mezclas referidas de las muestras de mineral de las diferentes zonas del yacimiento, se realizó por volumetría y gravimetría. Se tuvieron en cuenta las betas claras (de mayor pureza) y las oscuras (de menor pureza) y además, se realizaron mezclas entre las zonas con el fin de asegurar un mayor aprovechamiento del mineral y por consiguiente, del yacimiento. La prueba a escala industrial se realizó tomando como planta piloto la misma instalación donde se obtiene el yeso para la construcción, en la cual existe un horno para el proceso de cocción tipo convencional con el que se obtuvo el producto de interés, en ausencia de atmósfera húmeda y sin requerimiento de aditivos para su obtención, algo muy inusual en este proceso industrial. 29 Los resultados de los diferentes ensayos realizados fueron procesados estadísticamente para determinar la media muestral (X), la desviación estándar (DE), los coeficientes de variación (CV) y los valores máximo y mínimo correspondientes para los respectivos análisis. 30 Para todas las variables, el coeficiente de variación fue inferior al 6 %, lo cual indicó que la media era representativa de la población estudiada en cada caso. 30 Las muestras contaminadas fueron desechadas en todos los casos. Las muestras individuales del mineral de yeso en estudio, así como sus mezclas procesadas arrojaron una composición porcentual adecuada, un elevado y prácticamente uniforme contenido de SO 3, así como una elevada pureza, lo cual resulta determinante para la obtención de los yesos especiales, ya que esta variable del mineral constituye uno de los parámetros fundamentales para la apropiada obtención del producto. 21,22 195

3 Se comprobó que los resultados de la caracterización química a escala industrial de las mezclas del mineral cumplían con las especificaciones nacionales e internacionales de calidad, 15,21,22 y por lo tanto, que eran susceptibles de ser utilizadas como materia prima para la producción de yesos especiales. 8 En las condiciones descritas anteriormente y en ausencia de atmósfera húmeda, se logró ajustar la temperatura de cocción para las mezclas empleadas del mineral en un intervalo apropiado para la obtención de los yesos especiales correspondientes, teniendo en cuenta que esta variable también constituye un factor determinante para su obtención. Se comprobó que entre la temperatura de cocción y el contenido de SO 3 (%) existe una estrecha relación para la obtención de los yesos especiales. La caracterización física del yeso especial obtenido a escala industrial reveló que este cumplía satisfactoriamente las especificaciones de calidad internacionales 15 (Tabla 1), lo que se hizo manifiesto además, en el adecuado comportamiento de su resistencia mecánica (a la compresión y la flexión) (Figura 1). Tabla 1. Resultados de la caracterización física del yeso especial obtenido a escala industrial a partir de las mezclas empleadas del mineral de yeso cubano y su comparación con las especificaciones de calidad internacionales para los yesos especiales Especificaciones de calidad Características Yeso especial obtenido Internacionales Color Blanco grisáceo Blanco o casi blanco Tiempo de fraguado 7 min < de 10 min Resistencia a la compresión 58,3 kgf/cm 2 40 kgf/cm 2 Factor agua/yeso 154 ml/100 g de yeso 125 a 200 ml/100 g de yeso Granulometría Tamices Retención (%) Retención (%) 400 mm 0, mm 6, mm 7,3 10 Fig. 1. Variación de la resistencia mecánica del yeso especial que se obtuvo en el intervalo de temperatura de trabajo durante la cocción de las mezclas empleadas del mineral de yeso cubano. I. Flexión. II. Compresión. Se pudo comprobar que el yeso especial que se obtiene a partir de las mezclas apropiadas y empleadas del mineral estudiado, en el intervalo de temperatura utilizado y en ausencia de atmósfera húmeda, se caracteriza por experimentar un proceso de fraguado eminentemente rápido por propia naturaleza (Figura 2), esto es, sin requerimiento anterior o posterior alguno de ningún tipo de aditivos, lo que además de constituir una novedad para este tipo de materia prima, 31 la diferencia absolutamente del resto. 8 El hecho de que en este proceso se prescinda de aditivos y de una atmósfera húmeda presenta no solo una favorable repercusión en la posible simplificación del proceso tecnológico y de las instalaciones respectivas, sino también, en la 196

4 economía, por contribuir a reducir los costos por estos conceptos y por prescindir de la utilización de ningún tipo de aditivos en el proceso de su obtención. Fig. 2. Variación del tiempo de fraguado inicial (I) y final (II) del yeso especial que se obtiene a partir de las mezclas empleadas del mineral de yeso cubano durante su cocción en el intervalo de temperatura de trabajo. A lo anteriormente apuntado, se debe adicionar el ahorro de unos USD$ aproximadamente que obtendría el país por concepto de sustitución de importación de materia prima, así como de algunos de los productos que con ella se obtienen (Tabla 2), lo que evitaría consecuentemente la importante erogación de las divisas respectivas que realiza, todo lo cual se consumaría a partir del momento en que se contara físicamente con la producción nacional de yesos especiales, objetivos estratégicos a los que están convocados a contribuir todos los factores y entidades del estado cubano. 32 Tabla 2. Gastos relacionados con la importación de yesos especiales o de productos derivados Producto Importación Costo total (t) (USD$) Yesos modelar ,6 Yeso ortopédico ,00 Vendas GYSP ,00 Yeso dental ,00 TOTAL ,60 CONCLUSIONES Se realizó la caracterización química, física y tecnológica a escalas de laboratorio e industrial del mineral de yeso cubano, lo cual permitió corroborar su buena calidad en general y según estándares, nacionales e internacionales. Asimismo, se comprobó que apropiadas mezclas del mineral dan lugar a una materia prima de excelente pureza expresada en contenido de SO 3, cuyo proceso de cocción y sin requerimiento anterior o posterior alguno de aditivos, ni de atmósfera húmeda, además de repercutir favorablemente en una simplificación del proceso tecnológico y en una importante reducción de los costos asociados, permite obtener un particular yeso especial que resulta eminentemente rápido por naturaleza, lo cual constituye una novedad en la producción de estos materiales industriales. Del mineral en cuestión, se poseen cuantiosas reservas en el orden de los miles de millones de toneladas para la producción de tales yesos y productos derivados, lo que constituye un excelente potencial para sustituir las obligadas importaciones de esa materia prima y suprimir la correspondiente erogación en divisas que el país realiza, con una de producción nacional de excelente calidad que no solo permitiría garantizar toda su demanda nacional y la producción de los yesos modelar, ortopédico para las vendas enyesadas y dental, requerida por el Sistema Nacional de Salud, sino también, la de otros productos, así como la estratégica incorporación de un valioso rubro de exportación a la economía nacional. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFÍCAS 1. Dana H. Manual de mineralogía. 2da edición. Cuba: Cooperativa del Libro. Federación Estudiantil Universitaria; 1962; 2(6):

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