Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Cristalización acelerada de yeso por ultrasonidos

  • La mezcla y dispersión ultrasónica acelera la cristalización y la reacción de fraguado del yeso (CaSO4・2H2O).
  • La aplicación de ultrasonidos de potencia a la pasta de yeso acelera la cristalización, reduciendo así el tiempo de fraguado.
  • Además de un fraguado más rápido, los paneles de pared producidos presentan una densidad reducida.
  • La dispersión ultrasónica de los nanomateriales de refuerzo (por ejemplo, CNT, nanofibras o sílice) en el yeso da como resultado una alta resistencia mecánica y una baja porosidad.

Ultrasonido para mejorar la fabricación de yeso

Para iniciar la reacción de fraguado del sulfato de calcio hemihidratado y del agua, el sulfato de calcio hemihidratado debe dispersarse uniformemente en el agua de modo que se prepare una pasta homogénea. La dispersión ultrasónica asegura que las partículas estén completamente humedecidas para lograr una hidratación completa de los hemihidratos. La mezcla ultrasónica de la pasta de yeso acelera el tiempo de fraguado debido a una cristalización acelerada.
Ingredientes adicionales como aceleradores y nanomateriales de refuerzo también se pueden mezclar de forma muy uniforme en la pasta de yeso.

Principio de funcionamiento de la dispersión ultrasónica

Los equipos de ultrasonidos de Hielscher son potentes herramientas para la reducción del tamaño de las partículas (¡haga clic para ampliar!)Cuando el ultrasonido de alta potencia se acopla a un líquido o lodo, se produce cavitación generada por ultrasonido. cavitación ultrasónica crea condiciones locales extremas, incluyendo altas fuerzas de cizallamiento, chorros de líquido, micro turbulencias, altas temperaturas, altas tasas de calentamiento y enfriamiento, así como altas presiones. Esas fuerzas de cizallamiento cavitacional superan las fuerzas de unión entre las moléculas de modo que se desaglomeran y dispersan como partículas individuales. Además, las partículas son aceleradas por los chorros de líquido cavitacional de modo que chocan entre sí y se descomponen hasta alcanzar un tamaño de partícula de nano o incluso primaria. Este fenómeno se conoce como molienda húmeda por ultrasonidos.
El ultrasonido de potencia crea sitios de nucleación en la solución para que se logre una cristalización acelerada.
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Sistema de ultrasonido de potencia para dispersiones de gran volumen

Dispersor ultrasónico industrial

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Dispersión ultrasónica de aditivos

En muchos procesos químicos, la sonicación se utiliza para mezclar aditivos como agentes retardantes (p. ej. proteínas, ácidos orgánicos), modificadores de viscosidad (p. ej. superplastificantes), agentes antiquemaduras, ácido bórico, productos químicos resistentes al agua (p. ej. polisiloxanos, emulsiones de cera), fibras de vidrio, potenciadores de la resistencia al fuego (p. ej., etc.).g. vermiculita, arcillas y/o sílice pirógena), compuestos poliméricos (p. ej. PVA, PVOH) y otros aditivos convencionales en la formulación para mejorar la formulación del yeso, compuestos para juntas de fraguado y cementos de yeso y reducir su tiempo de fraguado.
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sistemas industriales de ultrasonidos

Hielscher Ultrasonics es su principal proveedor de sistemas de ultrasonidos de alta potencia para aplicaciones industriales y de sobremesa. Hielscher ofrece procesadores industriales de ultrasonidos potentes y robustos. Nuestro UIP16000 (16kW) es el procesador ultrasónico más potente del mundo. Este sistema de ultrasonidos de 16 kW procesa fácilmente grandes volúmenes de lodos altamente viscosos (hasta 10.000 cp). Altas amplitudes de hasta 200µm (y mayores a petición) aseguran que el material sea tratado adecuadamente para que se logre el nivel deseado de dispersión, desaglomeración y molienda. Esta intensa sonicación produce lodos nanopartulados para velocidades de fraguado rápidas y productos de yeso superiores.
La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite operar 24/7 a alta capacidad y en entornos exigentes.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

Nuestra larga experiencia en el procesamiento por ultrasonidos nos ayuda a consultar a nuestros clientes desde los primeros estudios de viabilidad hasta la implementación del proceso a escala industrial.

Utilice nuestro laboratorio de procesos ultrasónicos y centro técnico para el desarrollo y optimización de sus procesos!

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Literatura/Referencias

  • Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Influence of Power-Ultrasound on the Fluidity and Setting of Portland Cement Pastes; at: 17th International Conference on Building Materials 23rd – 26th September 2009, Weimar.
  • Rössler, Cap. (2009): Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen; in: Tagungsband der 17. Internationalen Baustofftagung ibausil, Hrsg. Finger-Institut für Baustoffkunde, Bauhaus-Universität Weimar, S. 1 - 0259 - 1 - 0264.
  • Zhongbiao, Man; Chen, Yuehui; Yang, Miao (2012): Preparación y propiedades de los compuestos de bigote de sulfato de calcio y caucho natural. Advanced Materials Research vol. 549, 2012. 597-600.


Información interesante

Producción de paneles de yeso

Durante el proceso de fabricación de la placa de yeso, una lechada acuosa de yeso calcinado – el llamado sulfato de calcio hemihidrato – se distribuye entre las hojas de papel superior e inferior. El producto así creado debe ser movido continuamente sobre una cinta transportadora hasta que la lechada se haya secado. La lámina se seca hasta que el exceso de agua en la placa de yeso se haya evaporado. En la producción de paneles de yeso se sabe que se añaden varias sustancias a la pasta para mejorar el proceso de producción o el propio panel. Por ejemplo, es habitual aligerar el peso de la pasta incorporando agentes espumantes para proporcionar un grado de aireación que reduzca la densidad del tablero final.

Sulfato de calcio

El sulfato de calcio (o sulfato de calcio) es un compuesto inorgánico con la fórmula CaSO4 e hidratos relacionados. En la forma anhidra de γ-anhydrite, se utiliza como desecante de uso general. Un hidrato particular de CaSO4 se conoce como yeso de París. Otro hidrato importante es el yeso, que se presenta de forma natural como mineral. Especialmente el yeso se utiliza ampliamente para aplicaciones industriales, por ejemplo, como material de construcción, relleno, en polímeros, etc. Todas las formas de CaSO4 aparecen como sólidos blancos y son difícilmente solubles en agua. El sulfato de calcio causa dureza permanente en el agua.
El compuesto inorgánico CaSO4 ocurre en tres niveles de hidratación:

  • estado anhidro (nombre mineral: “anhidrita”) con la fórmula CaSO4.
  • dihidrato (nombre mineral: “yeso”) con la fórmula CaSO4(H2O)2.
  • hemihidrato con la fórmula CaSO4(H22O)0.5. Los hemihidratos específicos pueden distinguirse como alfa-hemihidratos y beta-hemihidratos.

Reacciones de Hidratación y Deshidratación
Cuando se aplica calor, el yeso se convierte en un mineral parcialmente deshidratado. – el llamado hemihidrato de sulfato de calcio, yeso calcinado o yeso de París. El yeso calcinado tiene la fórmula CaSO4-(nH2O), donde 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Temperaturas entre 100°C y 150°C (212°F) – 302°F) son necesarios para eliminar el agua que está ligada a su estructura. La temperatura y el tiempo exactos de calentamiento dependen de la humedad ambiental. Para la calcinación industrial se aplican temperaturas de hasta 170°C (338°F). Sin embargo, a estas temperaturas comienza la formación de γ-anhydrite. La energía calorífica entregada al yeso en este momento (el calor de la hidratación) tiende a desplazarse hacia el agua (en forma de vapor de agua) en lugar de aumentar la temperatura del mineral, que sube lentamente hasta que el agua se agota, y luego aumenta más rápidamente. La ecuación para la deshidratación parcial es la siguiente:
Cristalización de yeso (Click para ampliar)

La propiedad endotérmica de esta reacción es relevante para el rendimiento de los paneles de yeso, lo que confiere resistencia al fuego a las estructuras residenciales y de otro tipo. En un incendio, la estructura detrás de una lámina de yeso permanecerá relativamente fría ya que el agua se pierde del yeso, previniendo y retardando así el daño a la estructura (a través de la combustión de miembros de madera o la pérdida de resistencia del acero a altas temperaturas) y el consiguiente colapso estructural. A temperaturas más altas, el sulfato de calcio libera oxígeno y actúa como agente oxidante. Esta característica del material se utiliza en la aluminotermia. A diferencia de la mayoría de los minerales, que cuando se rehidratan simplemente forman pastas líquidas o semilíquidas, o permanecen en polvo, el yeso calcinado tiene una propiedad inusual. Cuando se mezcla con agua a temperatura ambiente, vuelve químicamente a la forma de dihidrato preferida, mientras que es físicamente “parametrización” en una red de cristal de yeso rígida y relativamente fuerte como se muestra en la siguiente ecuación:
Deshidratación parcial del yeso (Click para ampliar)
Esta reacción exotérmica facilita la fundición de yeso en varias formas, incluyendo láminas para paredes secas, palos para tiza de pizarra y moldes (por ejemplo, para inmovilizar huesos rotos o para fundiciones de metal). Mezclado con polímeros, se ha utilizado como cemento de reparación ósea.
Cuando se calienta a 180°C, una forma casi libre de agua, llamada γ-anhydrite (CaSO4-nH2O donde n = 0 a 0,05). γ-Anhydrite reacciona lentamente con el agua para volver al estado de dihidrato, por lo que es ampliamente utilizado como desecante comercial. Cuando se calienta por encima de los 250°C, se produce la forma completamente anhidra de β-anhydrite. β-anhydrite no reacciona con el agua, incluso en escalas de tiempo geológicas, a menos que sea finamente molida.

Yeso

El yeso es un material de construcción que se utiliza como material de revestimiento protector y/o decorativo para paredes, techos y para moldear y moldear elementos decorativos de construcción.
El estuco es un trabajo de yeso que se utiliza para producir decoraciones en relieve.
Los tipos más comunes de yeso se formulan a partir de yeso, cal o cemento como ingrediente principal. El yeso se produce como polvo seco (polvo de yeso). Cuando el polvo se mezcla con agua, se forma una pasta dura pero trabajable. La reacción exotérmica con el agua libera calor a través de un proceso de cristalización, luego el yeso hidratado se endurece.

Enlucido de yeso

El yeso, o yeso de París, se produce mediante un tratamiento térmico (aprox. 300°F / 150°C) de yeso:
CaSO4-·2H2O + calor → CaSO4-·0.5H2O + 1.5H2O (liberado como vapor).
El yeso se puede volver a formar mezclando el polvo seco con agua. Para iniciar el fraguado del yeso sin modificar, se mezcla el polvo seco con agua. Después de aprox. 10 minutos, la reacción de fraguado se inicia y finaliza después de aprox. 45 minutos. Sin embargo, se alcanza un fraguado completo del yeso después de aproximadamente 72 horas. Si el yeso o yeso se calienta por encima de 266°F / 130°C, se forma hemihidrato. El polvo de hemihidrato también puede transformarse en yeso cuando se dispersa en agua.