Fabricacion Industrial Del Yeso

Fabricación industrial del Yeso

I.

RECURSOS NATURALES INORGÁNICOS POTENCIALES DE EXPLOTACIÓN El yeso ha sido conocido y utilizado desde la más remota antigüedad, principalmente en países de clima seco. Su origen puede ser Oriente Medio. También los egipcios utilizaron el yeso con gran profusión como muestra la pirámide de Keops. Pasa después el yeso a Grecia y Roma y más tarde al pueblo árabe. En España, en el 52%de la superficie se encuentran yesos. El yeso es protagonista de la decoración en la España bajo dominio de los árabes como se puede observar en la Alhambra de Granada o el Alcázar de Sevilla. Su fabricación, has bien entrado el siglo 20, resultaba costosa, actualmente se han mejorado los sistemas de fabricación. Se obtiene directamente de la naturaleza por extracción en forma de roca de yeso (mineral de sulfato de calcio dihidratado) en canteras o minas y se procesa industrialmente con poca alteración. Este proceso consiste en la calcinación térmica del mineral triturado, eliminando total o parcialmente el agua de cristalización químicamente combinada. Al mezclarse con agua forma una pasta que fragua y endurece, reconstituyendo su estado original. En estado natural el aljez, piedra de yeso o yeso crudo, contiene 79,07% de sulfato de calcio anhidro y 20,93% de agua y es considerado una roca sedimentaria, incolora o blanca en estado puro, sin embargo, generalmente presenta impurezas que le confieren variadas coloraciones, entre las que encontramos la arcilla, óxido de hierro, sílice, caliza, vermiculita, etc. En España, el yeso se explota en Huesca y en Lérida. En Barcelona, Gerona, Teruel y Guadalajara existen yacimientos de alabastro yesoso (es una variedad sacaroide del yeso). En Cuenca, Castellón y Almería se encuentran en forma de cristales, y de grandes placas transparentes en la isla de León (Cádiz)

II.

DEFINICION OPERACIONAL DEL PROCESO INDUSTRIAL INORGANICO EN ESTUDIO El yeso también se usa para la confección de elementos prefabricados (paneles, placas, elementos decorativos). El yeso, como producto industrial, es sulfato de calcio hemihidrato (CaSO4·½H2O), también llamado vulgarmente "yeso cocido". Se comercializa molido, en forma de polvo. Una variedad de yeso, denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su facilidad de tallado, para elaborar pequeñas vasijas, estatuillas y otros utensilios.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

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Los usos del yeso todos se caracterizan por no exigir de una gran pureza de este debido a que se usa el yeso generalmente como material de construcción El yeso, piedra de yeso, yeso crudo, yeso natural o aljez, es un mineral compuesto de sulfato de calcio hidratado; también, una roca sedimentaria de origen químico. Son minerales muy comunes y pueden formar rocas sedimentarias mono minerales. El yeso puro es un mineral blanco, pero debido a impurezas puede tornarse gris, castaño o rosado. El yeso es empleado como un material de construcción, principalmente como un retardador para regular el fraguado de diversos tipos de cemento hidráulico, y junto con una variedad de otros materiales (por ejemplo, cal, arena, aceite de linaza, papel) para producir en lucidos, tableros y bloques. III.

PROPIEDADES FISICAS, QUIMICAS, TERMODINAMICAS Y AMBIENTALES DEL PROCESO Propiedades Físicas   

Densidad: 2.3 g/cm 3 Peso específico : 22,70 N/dm³ Tenacidad : frágil

Propiedades químicas:  

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Solubilidad en agua: En agua: 2,23 g/L, a 20 °C y 2,57 g/L a 50 °C. El yeso produce corrosión en el hierro y en el acero en presencia de humedad, por lo tanto, las piezas de estos materiales en obra que estén unidas a yeso deben ser protegidas mediante su galvanización. Su composición química es: 33.56 % de CaO, 46.51% de SO 3 y 20.93 de H 2O. Soluble en ácido.

El yeso es deshidratado por el calor desprendido al apagarse la cal a expensas del agua presente en el sistema. CaSO4.2H2O + CaO →Ca(OH) 2.CaSO4.1/2H2O Resulta un conglomerante mixto: CaSO41/2H2O y Ca(OH)2. Reacciones: 

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[FABRICACIÓN INDUSTRIAL DEL YESO] YESO ]

CaCO3→Q (calor) CaO + CO 2 CaO + H2O→Ca(OH)2+ Q (calor) CaO +CaSO4.2H2O→Ca(OH)2.CaSO4.1/2H2O

Propiedades generales: • Material conglomerante aéreo (material noble) • Buena estabilidad volumétrica • Excelente adherencia • Fraguado rápido y modificable • Propiedades aislantes: térmicas y acústicas • Baja transferencia de calor • Bajo costo de producción • Öptima textura de la superficie endurecida • Fidelidad de copiado superficial • Elemento poroso de baja conductividad

IV.

DESCRIPCION DE LOS DIFERENTES METODOS Y TECNOLOGIAS DE INDUSTRIALIZACION DEL PROCESO. 

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Yeso gris o negro Se obtiene calcinando la piedra algez en contacto con los combustibles. Los humos y las impurezas (cenizas, carbón, etc.), aparte de las que lleva consigo la piedra de yeso (se emplea un algez con muchas impurezas), ennegrecen el producto. La finura de molido es muy deficiente. Resulta el yeso de peor calidad, por lo que solo se emplea en obras no vistas. Yeso blanco Se obtiene a partir de un algez con pequeñas proporciones de impurezas, después de calcinado y vitrificado es finamente molido hasta el punto de no quedar retenido más de un 10% en un tamiz de dos décimas de mm. Es muy blanco y en mortero se utiliza para el enlucido de paredes y techos de interiores.


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Yeso escayola Es un yeso blanco de la mejor calidad, tanto en purezas como en fineza del grano, no quedando retenido más del 1% en un tamiz de0.2 mm. Dadas sus características, la escayola se emplea en la fabricación de molduras y placas para la formación de cielos razos, que a su vez suelen ir decoradas. Yeso hidráulico Si, en la operación de cocción, se calienta la piedra de yeso hasta una temperatura entre 800º y 1000º C, se producirá una disociación del sulfato cálcico, y aparecerá cierta cantidad de cal que actúa como acelerador de fraguado. Así se tiene un yeso que fragua debajo del agua, llamado yeso hidráulico. La cocción de la piedra algez, para la obtención del yeso hidráulico, se realiza en hornos verticales continuos, que consta de un cilindro revestido interiormente de material refractario, que se carga en capas alternadas de piedra de yeso y carbón de coque.

V. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRINCIPAL a. EXTRACCIÓN El sulfato de calcio dihidratado se extrae de las minas. El tamaño de las piedras puede ser de hasta 50 cm de diámetro. b. SELECCIÓN DE LA MATERIA PRIMA Se hace una minuciosa selección de la piedra de yeso natural, posteriormente se almacena para su uso en el proceso de calcinación dependiendo del tipo de yeso a fabricar. c. TRITURACIÓN La primera trituración, reduce el tamaño de las piedras para facilitar su manejo a una dimensión inferior a 15 cm, la segunda trituración por medio de quebradoras permite reducir el tamaño de las piedras de 4 a 5 cm. d. CALCINACIÓN Una vez seleccionado el yeso crudo, se somete a una deshidratación parcial con una técnica de calcinación a altas presiones con un riguroso control de tiempo y temperatura, obteniendo cristales de mínima porosidad y forma regular, que permitirán producir modelos 4



de gran dureza y resistencia. La estructura y propiedades del producto final dependen directamente de las condiciones de calcinación empleadas. e. MOLIENDA Y CRIBADO La operación posterior a la trituración es la molienda, el yeso calcinado es llevado a tolvas que dosifican la cantidad de material proporcionado a los molinos. La proporción y distribución de los tamaños de partícula es un factor determinante con respecto a las propiedades del producto. f. MEZCLADO Una vez que el yeso alfa está finamente molido, se ajustan los detalles con aditivos para que el producto responda a las necesidades del cliente en lo que se refiere a tiempo de fraguado, viscosidad, porosidad, resistencia mecánica, expansión de fraguado, color, entre otros factores. g. PRUEBAS DE ESTUDIO Las pruebas y experimentos de laboratorio se llevan a cabo en etapas de producción para cada lote, para garantizar que todos los productos cumplan las estrictas especificaciones requeridas antes de ser envasados y expedidos. h. ALMACENAMIENTO Se selecciona el empaque correcto para cada uno de los productos, ofreciendo envasado de óptima protección que mantenga la calidad del producto durante todo su trayecto hasta llegar al usuario final.


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VI. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO INDUSTRIAL

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VII. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO INDUSTRIAL

VIII. REACCIONES QUÍMICAS QUE IDENTIFICAN AL PROCESO ELEGIDO El yeso en su estado natural se encuentra como un sulfato de calcio dihidratado, es decir, tiene dos moléculas de agua de hidratación. En el proceso de calcinación pierde parte de esa agua, dependiendo de la temperatura a que se someta. Idealmente se debe alcanzar la forma de hemidrato, en la cual el yeso ha perdido molécula y media de agua.        ⁄           

A temperaturas mayores de 130° C el yeso puede continuar perdiendo agua, hasta llegar al estado de anhidrita Todas las formas de sulfato de calcio dihidratado son termodinámica y cristalográficamente equivalentes, dependiendo únicamente de su pureza. Su forma puede ser de agujas, de conchas o prismática.  ⁄               

Esta anhidrita producida a bajas temperaturas fragua rápidamente y reacciona ávidamente con agua o con la humedad del aire para formar nuevamente un hemidrato. Por esta razón se recomienda estabilizar el yeso en grandes silos, almacenándolo con una humedad relativa del 80% durante 12 horas. Esta anhidrita


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tipo III es soluble. Las variedades alotrópicas más importantes, relacionadas con las propiedades de un hemidrato, son los tipos α y β. La producción de un yeso hemidratado del tipo α, se logra a presiones mayores de 1 atmósfera en autoclaves y en ambientes saturados de vapor de agua. En el proceso de calcinación se puede producir:                          

Generalmente el hemidrato beta se obtiene en horno rotatorio y el alfa en autoclaves. Dependiendo del proceso se pueden obtener los dos tipos en un horno rotatorio y se pueden separar por una extracción en lugares distintos o mezclados al final. Industrialmente en los procesos de calcinación, se obtiene de los granos gruesos un yeso hemidrato que no alcanza a reaccionar, mientras que de las partículas finas se obtienen anhidritas que están directamente expuestas a las altas temperaturas de cocción. El hemidrato α es muy compacto, resistente y de cristales grandes. El hemidrato β es más poroso, menos denso, ávido de agua, reacciona liberando gran calor y tiene un tiempo de fraguado de 4 o 5 minutos.                 

Esta anhidrita tipo II, es relativamente inerte e insoluble. Su reactividad depende de la temperatura y el tiempo de calcinación relacionados con el tamaño de las partículas. La anhidrita tipo II se le conoce como un yeso cocido a muerte.                

La anhidrita tipo I producida a altas temperaturas contiene oxido de calcio libre, generado por la descomposición del sulfato de calcio. Esta anhidrita es soluble y puede fraguar incluso bajo el agua. (tiene propiedades hidráulicas). Las anhidritas producen un conglomerante más denso y con mayor resistencia. Los yesos comerciales, contienen además del hemidrato, cantidades variables de anhidritas y de dihidratos. La presencia de uno u otro, afecta la calidad de los yesos producidos. La variedad del tipo de yeso se puede determinar por análisis térmico diferencial.  

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IX. REACCIONES QUÍMICAS DERIVADAS Fabricación del yeso:  ( )               

Acción sobre los aceros: Cuando el acero se toma con yeso en presencia de humedad, se produce un proceso de corrosión que puede llegar a ser muy rápido y profundo. No deben estar pues en contacto estos materiales a pesar de la costumbre muy extendida en obra, de tomar elementos férricos con yeso por su rápido fraguado el fenómeno se debe a la solubilidad del SO 4Ca en agua liberando iones que contactan con iones del agua, formándose un electrolito fuerte, el SO4H2 y uno débil, el Ca(OH) 2. Se produce entonces un predominio de iones H + que dan carácter ácido al agua que empapa el yeso húmedo, atacando al metal base. Dicho ataque se produce al formarse una pila voltaica que ocasiona la corrosión electrolítica al reaccionar el Fe con el H+.          ( ()  )          

Para evitarlo, se debe proteger el acero con pinturas grasas anticorrosivas de minio, resinas o galvanizado. También es efectivo el recubrimiento con cemento portland, si es posible en polvo, en estado anhidro, ya que su carácter básico neutraliza la acidez. X. CONDICIONES DE PROCESO A medida que la temperatura de cocción va aumentando se van obteniendo productos diferentes que, si bien es verdad que todos son sulfato cálcico, sus propiedades y, por tanto, sus usos son distintos. Hemihidrato-α: De 120 -170°C. Se obtiene en autoclave. Para su formación es indispensable que se produzca una atmósfera saturada de vapor de agua. Es más compacto que el beta. Tiene mayor compacidad y mejores características constructivas y resistentes, así como mayor resistencia a tracción y compresión de los yesos β. Necesita un tiempo de fraguado menos que otros yesos. Tiene multitud de cristales muy finos y presenta un aspecto sedoso brillante. Hemihidrato- β: Aspecto ferroso y no cristalino. Mayor solubilidad y, por tanto, menos estable. Mayor contenido energético y tiempo de fraguado. Fabricación en calderas.


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XI. ESQUEMATIZAR LOS MECANISMOS DE REACCIÓN DEL PROCESO PRINCIPAL: CaSO4. 2 H2O yeso dihidratado

CaSO4. ½ H2O 90 a 130 ° C

CaSO4. ½ H2O yeso hemidrato SO4Ca anhidrita tipo III SO4Ca anhidrita tipo II

yeso hemihidratado SO4Ca

150 a 300 ° C

anhidrita tipo III

SO4Ca 250-1000 ° C

anhidrita tipo II

SO4Ca más de 1000 ° C

anhidrita tipo I

XII. TECNOLOGIA DE PURIFICACION DEL PRODUCTO PRINCIPAL A OBTENER: A veces es conveniente e incluso necesario realizar una homogeneización de distintas partidas de yeso, fabricadas en distintas fechas o en distintos hornos, lo cual se lleva a cabo mediante sistemas mecánicos o neumáticos. El ensilado del yeso da lugar a su estabilización con la consiguiente mejora de la calidad. En la mayor parte de las fábricas modernas se utilizan máquinas ensacadoras automáticas, las cuales llenan sacos de papel de cierre también automático. XIII. CINETICA Y TERMODINAMICA DE LA REACCION PRINCIPAL: El yeso para construcción se fabrica calcinando piedras de yeso a temperaturas alrededor de 120oC y pudiendo llegar a 900 oC 

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107 °C: formación de sulfato de calcio hemihidrato: CaSO 4·½H2O. 107 - 200 °C: desecación del hemihidrato, con fraguado más rápido que el anterior: yeso comercial para estuco. 200 - 300 °C: yeso con ligero residuo de agua, de fraguado lentísimo y de gran resistencia.

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300 - 400 °C: yeso de fraguado aparentemente rápido, pero de muy baja resistencia 500 - 700 °C: yeso Anhidro o extra cocido, de fraguado lentísimo o nulo: yeso muerto. 750 - 800 °C: empieza a formarse el yeso hidráulico. 800 - 1000 °C: yeso hidráulico normal, o de pavimento. 1000 - 1400 °C: yeso hidráulico con mayor proporción de cal libre y fraguado más rápido. Se trata de modificar las condiciones de cristalización de manera que se produzca yeso β(yeso ordinario) y mas yeso α. 

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XIV. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATARIALES USADOS, USADOS, ELABORADOS Y LA PROPUESTA DE MITIGACIÓN. MITIGACIÓN. Durante la coccion del yeso, pasan a la atmosfera vapor de agua y pequeñas cantidades de gas de combustion. Dado que las temperaturas de coccion de 300 - 400 C no son muy altas y los flujos de masa son generalmente muy pequeños, también estas instalaciones de cocción producen una contaminación ambiental escasa.

La anhidrita de yacimientos naturales se tritura antes de usarla. La anhidrita procedente de la fabricación de ácido fosfórico ha de secarse antes del uso posterior, con lo que se produce vapor de agua. Sin embargo, esta anhidrita pocas veces es utilizable tecnicamente, pues a menudo es tóxica. Estudio de Impacto Ambiental para la Explotación de Yeso en la Concesión Virgen de Fátima WALSH elaboró el EIA para la Explotación de yeso de la Concesión Virgen de Fátima. En este estudio se evaluó los impactos potenciales que podrían generarse por las actividades de explotación de yeso; se planteó las pautas para proteger el entorno ambiental, principalmente, de la población asentada en las áreas aledañas a la Concesión. Se estableció una Línea Base Ambiental del área de influencia de la Concesión, se formuló planes específicos orientados a prevenir, corregir y mitigar los impactos ambientales actuales y potenciales por las actividades de explotación, así como planes para hacer el seguimiento de los efectos, atender contingencias y diseñar el cierre de operaciones. El estudio cumplió con la legislación ambiental correspondiente.

El EIA fue aprobado por la Autoridad Ambiental Competente.


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XV.

APLICACIÓN Y FINES DEL PRODUCTO ELABORADO Y TRATAMIENTO DE DESPERDICIOS

Tabiques y bóvedas.

Las pastas de yeso, además de emplearse en construcción como morteros, forjados, enlucidos y blanqueos, tienen aplicaciones especiales en los tabiques y muros, en los estucos y en el moldeo. En algunas ocasiones se han fabricado tabiques enteros de yeso, que se ejecutaban del mismo modo que la fábrica de tapial, ó poniendo en obra ladrillos de yeso, previamente confeccionados, unidos por mortero del mismo material. Estos tabiques, que en España se emplean poco, tienen la ventaja de su poco peso. Más frecuente para la construcción de tabiques es el empleo del cascote de yeso procedente de los derribos de edificios, que en grandes trozos se colocan en obra, tomándolos con mortero de yeso. Esta construcción de muros divisorios tiene las mismas ventajas que las anteriores y resulta mucho más económica. Con los morteros de yeso y ladrillo se construyen las llamadas bóvedas tabicadas , con las que se pueden salvar luces considerables y aumentar, por consiguiente, el ancho de las crujías, sin necesidad de emplear cimbras; por lo que resultan obras muy económicas. En la actualidad, esta aplicación de los morteros de yeso, que exige mucha práctica en los albañiles, sólo se ha extendido en las provincias de Levante y Mediodía.

Estucos. Sustituyendo el agua del batido de las pastas de yeso por agua de cola, se obtienen mezclas más duras que las ordinarias, susceptibles de adquirir pulimento y brillo cuando se tratan de modo conveniente, que se emplean en enlucidos, recibiendo el nombre de estuco de yeso ó escayola.

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La cola fuerte ó gelatina se preparará sometiendo músculos, cartílagos, pieles y otras substancias animales á la acción del agua hirviendo, que disuelve la gelatina que contienen; separado el líquido de los cuerpos sólidos no solubles, se mantiene hirviendo hasta reducirlo a pasta poco fluida, que se seca sobre redes de bramante. La cola así preparada no es pura ni incolora, condiciones que tiene que reunir la que se emplee en los l os estucos; así es que de ordinario se recurre a la de Flandes, de pescado o de retazos, que se extraen, respectivamente, de las pieles de animales monteses, de las vejigas natatorias de algunas especies de esturiones o de las recortaduras de las pieles a propósito para hacer guantes. El yeso empleado en los estucos es yeso espejuelo de primera calidad, finamente molido y cernido en un tamiz de seda muy fino. Para estucar un muro se empieza por guarnecerlo y enlucirlo con yeso blanco extendido y alisado con la llana; sobre este enlucido, después de bien seco, se extiende con igualdad el yeso batido con una disolución de gelatina, formando una capa de dos á tres milímetros de grueso, que cuando está bien seca se apomaza, se frota con trípoli y un pedazo de fieltro, y sacando brillo con una muñeca mojada en agua de jabón al principio y en aceite al final. Las superficies estucadas han de estar perfectamente planas, por quedar muy visibles las desigualdades con el pulimento, y para sacar el brillo es necesario frotar sin interrupción, porque de lo contrario el estuco queda mate. El estuco que acabamos de describir es el estuco blanco, que se puede colorear y vetear agregando a la pasta de yeso y cola óxidos metálicos o substancias colorantes, con lo que se logra que su parecido con los mármoles sea tal, que sólo se distingan por la sensación de frío que los últimos producen al tocarlos. Los estucos de yeso sólo se pueden emplear en el interior de habitaciones; cuando se trata de estucar fachadas de edificios o paredes en lugares húmedos, se hace uso del estuco de cal, que se prepara mezclando por partes iguales cal blanca muy bien cocida, perfectamente apagada por inmersión y molida sobre mármol, con mármol blanco o alabastro yesoso en polvo muy fino y cernido por tamiz de seda. Preparada la mezcla, y después de molida para hacerla lo más íntima posible, se bate con agua y se extiende sobre el muro á estucar, después


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de bien mojado y de haberle dado una o varias manos de estuco desleído en agua y aplicado con brocha. Este estuco se pule con un trapo humedecido algo basto, ó con bruñidores de acero, y puede colorarse como el estuco de yeso.

Moldeo. La pasta de yeso fino de buena calidad se emplea para moldear objetos y reproducir las formas de aquellos de que se desee tener gran número de ejemplares. Para reproducir algún objeto se empieza por extender sobre él una delgada capa de aceite para que no se adhiera al yeso y se despegue con facilidad; se frota después varias veces con un pincel mojado en una papilla clara de yeso, para reproducir todos los detalles de aquél, y antes que esta capa de yeso se haya endurecido, se echa con una cuchara otra más espesa hasta obtener el grueso que se desee. Según la forma del objeto que se trate de reproducir, será más o menos complicado el despiezo del molde que se obtenga, haciéndose por lo general los cortes con hebras de seda pegadas al objeto en el lugar conveniente, con las que se corta el yeso antes de su endurecimiento completo. El yeso que se emplea en moldeos tiene que ser de muy buena calidad (de ordinario procede del algez en flecha o del espejuelo de asno), estar finamente molido y se bate con bastante agua para que su endurecimiento sea lento.

Yeso alúmbrico.

El yeso alúmbrico, llamado también mármol artificial, tiene más dureza, es algo menos mate que el yeso ordinario y es algo translúcido, circunstancias por las cuales puede sustituir a éste en el vaciado de objetos artísticos y en la preparación de la escayola. Calcinado el algez como en la preparación del yeso ordinario hasta eliminar el

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agua de cristalización, se sumerge en un baño de agua saturada de alumbre durante unas seis horas próximamente; después de transcurrido este tiempo, se extrae del baño, se seca al aire y se le hace sufrir una segunda cochura, en la que se eleva la temperatura al rojo obscuro. El producto obtenido de esta calcinación, después de molido como el yeso ordinario, es el yeso alúmbrico, que se puede batir con agua potable ó con una disolución de alumbre. El yeso alúmbrico fragua con más lentitud que el yeso ordinario, pues se conserva blando después de varias horas de amasado; admite más arena, y el mortero formado con volúmenes iguales de yeso y arena es susceptible de alcanzar gran dureza, por lo que se emplea para fabricar baldosas.

XVI.

IDENTIFICAR CASOS PROBLEMÁTICOS DE INTERÉS INDUSTRIAL Problemática tecnológica del yeso al exterior y su conservación Uno de los principales problemas del yeso como material de construcción es que, debido a su estructura interna, en presencia de agua sus cristales deslizan entre sí perdiendo resistencia resistencia mecánica el conjunto. Los usos más exigentes han han sido los de pavimento pavimento y morteros exteriores. En ambos casos el material empleado es el yeso de alta temperatura, con un alto contenido en anhidrita y posible presencia de fases hidráulicas. A lo largo de la historia se han intentado dar soluciones al problema de la interacción con el agua de múltiples formas. La investigación aplicada e industrial ha seguido las siguientes vías fundamentales: a) Añadir sustancias hidrofugantes b) Activar anhidritas anhidritas naturales c) Añadir adiciones hidráulicas La investigación en obra ha intentado aplicar: a) Yesos con sustancias hidrofugantes b) Yesos alfa o de alta dureza especialmente formulados c) Mezclas de cal y yeso d) Emplear yeso fabricado en hornos tradicionales.


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