Laboratorio de moldeoDETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE LOS ELEMENTOS DE TAMAÑO INFERIOR A 0.02 mm DE UNA ARENA DE MOLDEO . Informe N°5 PRESENTADO POR JOSE LUIS PITA MEDINA 2112402 CARLOS ANDRES HINOJOSA FERREIRA 2092163 JOHN MAURICIO ENTRALGO NEIRA 2120757 Profesor: Huber Anaya UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES LABORATORIO DE MOLDEO BUCARAMANGA 2015 1 Conocer el proceso adecuado para la determinación de la cantidad de arcilla en una arena de moldeo Consolidar conceptos acerca de la decantación de las partículas AFS en base a agentes agregados como la soda caustica. Determinar el porcentaje de arcilla AFS en una muestra de arena Analizar la manera en la que la arcilla interactúa con la arena. Entender en que se basa el mecanismo de separación de arena AFS a nivel de laboratorio por el método de lavado por sifón.Laboratorio de moldeo Objetivos generales y específicos. Materiales e implementos 2 . Vaso de precipitado de 1000 cm3 de capacidad. Sifón metálico. Balanza. Marco teórico 3 .Laboratorio de moldeo Arena (muestra ) Agitador mecánico de alta velocidad. Reloj. de forma alargada. Soda cáustica en escamas (NaOH). con moldes. ferrosas y calcáreas. Elementos magros o desengrasantes: Son la sílice.Laboratorio de moldeo • LA ARCILLA. la arena. al torno. las micas. trozos molidos de terracota (chamota) y las arcillas silíceas. Elementos fundentes: son los feldespatos. los fosfatos. Otra definición podría ser la disgregación y descomposición de las rocas feldespáticas durante millones de años para dar lugar a partículas pequeñísimas. los vidrios pulverizados y las arcillas fundentes. Son para reducir su excesiva plasticidad. la cal. DEFINICIÓN Podríamos definir la cerámica como el conjunto de productos basados en la arcilla o el caolín transformados por la acción del fuego. para aumentar la porosidad así como facilitar el secado del objeto. los magros o desengrasantes y los fundentes. DEFINICIÓN Y PROPIEDADES. mediante estampado o a presión. 4 . En la preparación de una pasta cerámica existen tres ingredientes principales: los elementos plásticos. las fritas molidas. Otra definición podría ser la masa o cuerpo formado por una o más arcillas y que posee los requisitos necesarios para ser trabajado a mano. La proporción y calidad de estos tres ingredientes determinará el producto cerámico. Elementos plásticos: Son las arcillas y caolines que forman la base de las pastas cerámicas debido a su plasticidad. Podríamos definir la arcilla como una sustancia mineral terrosa compuesta en gran parte de hidrosilicato de alúmina que se hace plástica cuando se humedece y dura y semejante a la roca cuando se cuece. Merma: Debido a la evaporación del agua contenida en la pasta se produce un encogimiento o merma durante el secado. blancas y libres de contaminación con materiales arcillosos. Éstas son mucho más corrientes que las anteriores y tienen una constitución más compleja debido a que están compuestas por material procedente de distintas fuentes: hierro. Color: Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción debido a la presencia en ellas de óxido de hierro. mica. materias carbonosas y otras impurezas. cuarzo. la atracción química entre las partículas. la materia carbonosa así como una cantidad adecuada de materia orgánica. son relativamente puras. Arcillas primarias o residuales: Son las formadas en el lugar de sus rocas madres y no han sido por tanto transportadas por el agua. Refractariedad: Todas las arcillas son refractarias. Cuando han sido limpiadas de fragmentos de roca. La mayoría de los caolines son arcillas primarias. 5 . la arcilla puede adquirir la forma que uno desee. Esto puede ser debido a la figura del grano (cuanto más pequeña y aplanada). el viento o el glaciar. Esta depende de la consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico después de la cocción. Estas tienden a ser de grano grueso y relativamente no plásticas. Arcillas secundarias: Son las que han sido desplazadas del lugar de las rocas madres originales. aunque cada tipo de arcilla tiene una temperatura de cocción. Aunque el agua es el agente más corriente de transporte.Laboratorio de moldeo PROPIEDADES DE LA ARCILLA. el viento y los glaciares pueden también transportar arcilla. es decir resisten los aumentos de temperatura sin sufrir variaciones. carbonato cálcico… • TIPOS DE ARCILLA. PROPIEDADES SEGÚN EXISTAN EN LA NATURALEZA Podemos hablar de dos tipos de arcillas: las primarias y las secundarias. Plasticidad: Mediante la adición de una cierta cantidad de agua. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un índice más elevado de absorción puesto que son más porosas. Porosidad: El grado de porosidad varía según el tipo de arcilla. 100-1. Son de color castaño. barnizadas.600 y 1. tiernas. Arcillas fusibles ó arcillas de alfarería: Arcilla cuyo punto de fusión se alcanza por encima de los 1. Por lo general son blancas. grises y poco coloreadas después de su cocción.1.550º C Pastas impermeables coloreadas Pastas impermeables blancas Gres finos.460ºC SEGÚN SU FUSIBILIDAD Según el punto o grado de cocción. estanníferas Sanitarias y productos refractarios Arcillas fusibles Arcillas refractarias 850-1. podríamos hablar de dos tipos de arcilla: Arcillas refractarias: Arcillas y caolines cuyo punto de fusión está comprendido entre 1. ocre.350ºC duras. amarillo o marfil tras su cocción y se 6 .100ºC. clinkers Porcelanas vidriada Arcillas vitrificables 1. Arcillas plásticas: “hacen” pasta con el agua y se convierten en modelables Arcillas antiplásticas: que confieren a la pasta una determinada estructura.1.Laboratorio de moldeo SEGÚN LA PLASTICIDAD Podríamos hablar teniendo en cuenta una de las propiedades de la arcilla como es la plasticidad de dos tipos: las arcillas plásticas y las antiplásticas.100ºC 1. comunes. que pueden ser químicamente inertes en la masa ó crear una vitrificación en altas temperaturas (fundentes) SEGÚN EL COLOR Y POROSIDAD Pastas porosas coloreadas Pastas porosas blancas Tejares y alfares Mayólicas finas en bruto.250.000.750ºC. china Caolines 1. Es por ello que se puede decir que son complementarias y a menudo se combinan para crear una arcilla más trabajable. aunque no puede añadirse más del 15% puesto que se traduciría en un color gris o anteado. plasticidad… En general su grado de contracción es baja debido al grosor de sus granos y tiene poca resistencia en seco. Es altamente plástica y aunque no es tan pura como el caolín está relativamente libre de hierro y otras impurezas. por ello se añaden a él otros materiales aunque se debe decir que no todos los caolines son iguales en color. cociéndose a un color gris claro o anteado claro debido a la presencia de material carbonoso. Su composición química se aproxima a la fórmula del mineral caolinita. Sus partículas son de gran tamaño y por ello resulta menos plástico en comparación con otras arcillas. que puede llegar hasta a un 20%. Se trata de una arcilla secundaria. En la práctica. mezclada a menudo capas de carbón y otros tipos de arcilla. óxido de hierro y otras impurezas. Se trata de una arcilla altamente refractaria. En la fabricación de cerámica blanca. CLASES USUALES DE ARCILLA CAOLÍN O ARCILLA DE CHINA Este tipo de arcilla se encuentra más corrientemente en China que en cualquier otra parte. con un punto de fusión por encima de los 1. Suelen contener ilita acompañado de una proporción de caliza. son más fusibles. de ahí su nombre. 7 . más plásticas y su grano es más fino. Éstas poseen un elevado grado de contracción. este tipo de arcilla se hace indispensable para aumentar la falta de plasticidad del caolín. raramente se utiliza el caolín en sí mismo dado su alto grado de refractariedad y su poca plasticidad. disminuyendo así su traslucidez. se contraponen al caolín dado que poseen un mayor contenido en hierro.Laboratorio de moldeo suelen encontrar cerca de la superficie del suelo. Son arcillas primarias (aunque también existen caolín secundario) que se han formado por la meteorización in situ del feldespato. ARCILLAS PLÁSTICAS Por sus propiedades. Están corrientemente mezclado con fragmentos de roca de feldespato y cuarzo por ello se hace necesario utilizar algún método para su purificación.800ºC. Su color de cocción va desde un gris claro a un gris oscuro o marrón. plástica para ser conformada por modelado y formar un cuerpo denso una vez cocida. lo que significa que es relativamente pura y libre de hierro. Cambian mucho de color. estufas. ARCILLA PARA BARRO COCIDO. ARCILLA PARA CACHARROS O ARCILLA DE ALFARERÍA 8 . para ser resistente a la fatiga producida por las continuadas cocciones. principalmente en la fabricación de ladrillos refractarios y otras piezas para hornos. La distinción se suele basar según el uso que se haga de la arcilla más que por su naturaleza química o física.Laboratorio de moldeo ARCILLAS REFRACTARIAS Esta arcilla no es un tipo propiamente dicho dado que se refiere a la resistencia al calor de las arcillas en general independientemente del color.2001. Esta puede presentar un grado óptimo de plasticidad así como de cocción o puede mejorarse añadiendo feldespato y arcilla de bola para ajustar su temperatura y plasticidad. plasticidad y temperatura de cocción sin haber una distinción clara entre arcilla refractaria. plasticidad… Cualquier arcilla que resista la fusión hasta alrededor de los 1. Por tanto esta arcilla debe ser bastante refractaria.300ºC. calderas… También son utilizadas como aditivos para las pastas de loza o las pastas para gacetas en los que se quiera aumentar la refractariedad. Estas arcillas son útiles para gran variedad de productos. de gacetas o para loza. ARCILLA PARA GRES O ARCILLA PARA LOZA Las arcillas para loza son arcillas secundarias y plásticas que se funden a 1. ARCILLAS PARA GACETAS Las gacetas son cajas de arcilla en las cuales se cuecen las piezas para protegerlas del calor y la llama directa del horno.500ºC puede considerarse como una arcilla refractaria. Normalmente se cuecen a un color gris-anteado claro y se usan frecuentemente como aditivo en las pastas para loza y barro cocido. El esquisto: Es una roca metamórfica formada por la naturaleza a partir de la arcilla sedimentaria. baldosas. No puede utilizarse por sí sola debido a su tendencia a hincharse cuando se humedece y por su pegajosidad y contracción elevada. Estando mojada tiene un color azul grisáceo que al cocerse se convierte en un color amarillento. Arcilla apedernalada: Es una arcilla refractaria que ha sido compactada en una masa relativamente dura. densa. 9 . tubos de drenaje. En bruto esta arcilla es roja. aunque a veces es inutilizable debido a su gran contenido en calcita o sales alcalinas solubles. Se utiliza para dar plasticidad a las pastas de arcilla y como emulsionante en los vidriados. Se trata de la materia común para los ladrillos. Tiene un grano grueso que permite un secado rápido y uniforme. Arcilla para terracota: Arcilla de cocción a bajo fuego que puede utilizarse en la fabricación de grandes piezas de terracota. Nos encontramos gran cantidad de esta arcilla en la superficie de la tierra. con poca plasticidad a menos que se pulverice finamente y se deje humedecer durante largo tiempo. parecida a la roca. aunque a veces contiene arena u otros fragmentos pétreos que dificultan su plasticidad. Casi no tiene plasticidad y contiene un alto porcentaje de arena. Aunque su composición química es parecida a la arcilla. llegando a ser pegajosa.100ºC. La arcilla azul contiene mucha cal y se trata de la arcilla más plástica de todas al natural. marrón. Puede utilizarse como aditivo o como principal ingrediente para ladrillos y otros productos pesados de arcilla. tejas… La arcilla roja comun por sí sola es demasiado plástica. y tras su cocción puede variar de color. su naturaleza física difiere en que tiene más material coloidal. Hay quien opina de ella que no es la arcilla ideal debido a que no tiene carácter suficiente y por su falta de color. verdosa o gris por la presencia del óxido de hierro. La bentonita: Es una arcilla de origen volcánico. OTRAS CLASES DE ARCILLAS La tierra para adobes: Se trata de una arcilla superficial adecuada para hacer adobes o ladrillos secados al sol.Laboratorio de moldeo Son muy corrientes y suelen contener hierro y otras impurezas minerales por lo que su grado de cocción es de 950-1. Procedimiento Realizar cuarteo. Pueden ser altamente refractarias y se usan como materia prima para la producción de aluminio metálico. Obtener una muestra de 50 gramos medir 100 ml de agua destilada y 0.75 NaOH Tomar 25 ml en el vaso precipitado 10 Agitar manualmente y dejar reposar 10 min Al tener todo lo anterior Agitar la mezcla 5 min Añadir agua destilada hasta alxanzar los 500 ml Sacar el agua con un sifon Repetir el proceso hasta que el agua sea translucida Sacar la muestra en un recipiente Calcular el % de AFS llevar a la mufla a una temperatura de 110C por 2H Dejar enfriar y pesar . Se pueden emplear para colorear algunos tipos de vidrio. Ocre. La Greda: Arcilla de quema blanca y poca plasticidad. muy plástica y pegajosa que contiene una cantidad considerable de materia orgánica. El gumbo: Es una arcilla superficial o del suelo. En el comercio se encuentra en forma de polvo o grumos que una vez se haya sedimentado se emplean como engobes sobre cacharros de barro.Laboratorio de moldeo La bauxita o diáspora: Poseen un alto contenido en alúmina. umbra y siena: Arcillas con gran contenido de combinaciones férreas y de manganeso que puede variar por ello es aconsejable efectuar ensayos previamente. pero no es así. Algunas arenas que tienen una alta uniformidad están retenidas en dos o tres tamices máximo. Se debe recordar que el tamaño del grano AFS indica un promedio en la finura de la arena de moldeo. actúa de aglutinante.02mm) = pi− pf ∗100 pi = 50−49. procedentes de la descomposición de minerales de aluminio (por lo general rocas que contienen feldespato) El tamaño del grano de las arenas de moldeo. La arcilla está constituida por agregados de silicatos de aluminios hidratados. La distribución en cambio indica la forma en la que los granos están concentrados alrededor de un tamiz. Defina arcilla AFS. dos arenas con un mismo índice pueden tener una distribución muy diferente. % de arcilla (elementos 0. Este hecho influiría directamente en las propiedades de la mezcla de moldeo. es decir.4 ∗100=¿ 50 1.02mm) % de arcilla (elementos 0. Dado el índice de finura AFS (i) se podría considerar definido todo aspecto referido al tamaño de grano. Esto se debe a que el índice i es únicamente un promedio y como tal puede aceptar infinitas combinaciones de composiciones de tamaño sin cambiar. particularmente en una tan 11 . distribuidos desde 2 hasta 0.2% % arcilla AFS = 1.Laboratorio de moldeo Para calcular el porcentaje. pf = Peso de la muestra de arena después de secada Cuestionario 1. Es un material compuesto de granos de materia minera. ejerce una influencia sumamente importante en las propiedades que posee determinada mezcla.2% Pi = Peso de la muestra de arena en gramos. Se encuentra rodeando a los granos de cuarzo.05 mm de diámetro aprox. La arcilla es un silicato de alúmina hidratado y su porcentaje suele estar en torno al 10%. la primera sería una distribución irregular y la segunda regular. los casos extremos son si a un índice medio i coinciden una distribución que tenga tamaños grandes y pequeños con otra que tenga solo tamaños de grano medios. El proceso para producir este tipo de arcilla se denomina activación. . Defina que es arcilla activa y arcilla convencional y sus diferencias. De allí que se vuelve indispensable la elaboración de los histogramas que finalmente permitirán optimizar cuál será el comportamiento de la arena base.Arcilla activa: Es la parte de las partículas menores de 22 micrones que son capaces de desarrollar capacidad aglutinante en presencia de agua. . . 12 . Para contextualizar Tipos de arcillas existentes en las mezclas de moldeo En una mezcla de moldeo arena-arcilla.Laboratorio de moldeo importante como la permeabilidad. la arcilla activa que es la sustancia higroscópica con capacidad de dar cohesión a los granos de sílice y que es susceptible de chamotizarse. 2. La permeabilidad de una arena es mayor cuanto más concentrada se encuentra la arena en un solo tamiz ya que entonces el tamaño de los granos será el más uniforme. y se determina en el ensayo de lixiviación.Arcilla latente: Es la diferencia entre la arcilla activa y efectiva. La cantidad de arcilla efectiva dependerá de la eficiencia del mezclado. siendo esta propiedad la responsable de la cohesión de la arena. se reconoce la existencia de cuatro clases diferentes de arcilla.Arcilla total: Es el conjunto de partículas menores de 22 micrones. y se lleva a cabo para aumentar su área específica. que con una mayor humedad o un equipo de mezclado más eficiente es capaz de aumentar la resistencia mecánica de la mezcla.Arcilla efectiva: Es la parte de la arcilla total que en una mezcla de concreto desarrolla resistencia mecánica. Pero básicamente Arcilla activada: Son aquellas arcillas que poseen agua de constitución. esto se logra alterando la polaridad de la arcilla mediante tratamientos térmicos y ácidos. ellas son: . la cual al entrar en contacto con agua corriente. ¿Por qué se recomienda siempre el empleo de agua destilada en el desarrollo de este ensayo? Si el agua es pura. 5. la arcilla es una roca sedimentaria o en algunos casos puede ser un suelo. Arcilla AFS es una partícula de carácter iónico. para esta caso las que tengan un tamaño superior a las 20 micras.Laboratorio de moldeo Arcilla convencional: Arcillas montmorillxonita mas polvos de sílice y partículas no combustibles. conduce a que la arcilla flocule y forma grandes agregados con alta velocidad de decantación lo cual obliga a usar agua destilada o agua desmineralizada. formado floculos los cuales se precipitarían y no permitirían una correcta separación generando errores en las resultados del ensayo. son los componentes de esta arcilla. puede llegar a verse alterada o activarse. por esta razón se recomienda el uso de agua destilada la cual gracias al proceso para su obtención no presenta sustancias iónicas. la cual a su vez contiene sustancias iónicas. Se utiliza para aumentar la densidad del agua y así evitar que las partículas de tamaño igual o menor a 20 micras se decanten a una velocidad más alta que la de las arcillas (1 pulgada por segundo) y queden en suspensión y puedan ser eliminadas por el sifón La soda caustica tiene como función actuar como un agente floculante en el proceso de lavado. 13 . lo cual facilita su sedimentación y permite eliminar la partículas de menor tamaño. Estos granos tienden a asentarse en una zona inferior a los 127mm o 5 pulgadas. ¿Por qué se requiere una altura de agua de 6”? Las arenas suelen contener arcilla AFS en suspensión con granos floculados que contienen pequeñas partículas de arena. ¿Qué función cumple la solución de soda cáustica en este método? El hidróxido de sodio. que se conoce comúnmente como soda cáustica. el cual genera una adhesión de las partículas coloidales de la arena. que está constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratados. también conocida como arcilla natural es el producto únicamente de los procesos geológicos que la generan es decir aquella que no ha sufrido proceso alguno que modifique sus característisticas 3. 4. por lo tanto para el proceso de drenaje se debe contar con un nivel de agua superior para así garantizar una correcta separación de las partículas AFS. Conocer las propiedades de la arena que forman parte del molde es de vital importancia para obtener pizas óptimas y con las mejores propiedades de acabado.Laboratorio de moldeo Conclusiones La determinación del porcentaje de elementos de tamaño inferior a 0. Se logró determinar en la práctica que el porcentaje de arena AFS es del 1. que garanticen las formas que requiere determinada pieza. 14 . ya que si no cumple con el tamaño adecuado se presentaran problemas en las piezas que se desean fundir por lo tanto se debe garantizar que el análisis se lleva a cabo con las normas estipuladas y en especial con agua destilada la cual cumple el papel más importante en el proceso de decantación .6%.02 mm es fundamental para la clasificación de la arena y su uso en el proceso de moldeo y colada. Cerámica (pastas y vidriados).A. Finn Lynggaard.Laboratorio de moldeo BIBLIOGRAFÍA . Barcelona (1983) Arcilla y vidriado para el ceramista. Ediciones Omega. S. Nino Carussu. Madrid (1986). Tratado de cerámica. Daniel Rodees. Claude Vittel. Arcilla Viva. Barcelona (1990).A. S. 15 . Paraninfo. Ediciones CEAC.