Cristalización del yeso acelerada por ultrasonidos
- La mezcla y dispersión por ultrasonidos acelera la cristalización y la reacción de fraguado del yeso (CaSO4･2H2O).
- La aplicación de ultrasonidos de potencia a la lechada de yeso acelera la cristalización, reduciendo así el tiempo de fraguado.
- Además de un fraguado más rápido, los tableros de pared producidos presentan una densidad reducida.
- La dispersión por ultrasonidos de nanomateriales de refuerzo (por ejemplo, CNT, nanofibras o sílice) en yeso da como resultado una alta resistencia mecánica y una baja porosidad.
Ultrasonidos para mejorar la fabricación de yeso
Para iniciar la reacción de fraguado del hemihidrato de sulfato cálcico y el agua, el hemihidrato de sulfato cálcico debe dispersarse uniformemente en el agua de modo que se prepare una lechada homogénea. La dispersión ultrasónica garantiza que las partículas se humedezcan por completo, de modo que se consiga una hidratación completa del hemihidrato. La mezcla ultrasónica de la lechada de yeso acelera el tiempo de fraguado debido a una cristalización acelerada.
Los ingredientes adicionales, como los aceleradores y los nanomateriales de refuerzo, también pueden mezclarse de forma muy homogénea en la lechada de yeso.
Principio de funcionamiento de la dispersión ultrasónica
Cuando se introducen ultrasonidos de alta potencia en un líquido o lodo, se produce cavitación generada por ultrasonidos. Cavitación ultrasónica crea localmente condiciones extremas que incluyen altas fuerzas de cizallamiento, chorros de líquido, microturbulencias, altas temperaturas, velocidades de calentamiento y enfriamiento, así como altas presiones. Estas fuerzas de cizallamiento cavitacional superan las fuerzas de unión entre moléculas, de modo que éstas se desaglomeran y se dispersan como partículas individuales. Además, los chorros de líquido cavitacional aceleran las partículas para que choquen entre sí y se descompongan en partículas de tamaño nanométrico o incluso primario. Este fenómeno se conoce como molienda húmeda por ultrasonidos.
Los ultrasonidos de potencia crean puntos de nucleación en la solución, de modo que se consigue una cristalización acelerada.
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dispersor ultrasónico industrial
Dispersión ultrasónica de aditivos
En muchos procesos químicos, la sonicación se utiliza para mezclar aditivos tales como agentes retardadores (por ejemplo, proteínas, ácidos orgánicos), modificadores de la viscosidad (por ejemplo, superplastificantes), agentes antiquemaduras, ácido bórico, productos químicos resistentes al agua (por ejemplo, polisiloxanos, emulsiones de cera), fibras de vidrio, potenciadores de la resistencia al fuego (por ejemplo, vermiculita, arcillas y/o sílice pirógena) y otros aditivos convencionales en la formulación para mejorar la formulación del enlucido, el yeso, el cemento, el hormigón y el hormigón.p. ej., 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, los compuestos para juntas de tipo fraguado y los cementos de yeso y reducir su tiempo de fraguado.
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sistemas ultrasónicos industriales
Hielscher Ultrasonics es su principal proveedor de sistemas de ultrasonidos de alta potencia para aplicaciones de sobremesa e industriales. Hielscher ofrece procesadores ultrasónicos industriales potentes y robustos. Nuestro UIP16000 (16kW) es el procesador por ultrasonidos más potente del mundo. Este sistema de ultrasonidos de 16 kW procesa fácilmente grandes volúmenes incluso de lodos muy viscosos (hasta 10.000 cp). Las elevadas amplitudes de hasta 200µm (y superiores a petición) garantizan el tratamiento adecuado del material para lograr el nivel deseado de dispersión, desaglomeración y molienda. Esta sonicación intensa produce lechadas nanoparticuladas para conseguir velocidades de fraguado rápidas y productos de yeso de calidad superior.
La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite su funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes y con cargas pesadas.
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 tratamiento por ultrasonidos nos ayuda a asesorar a nuestros clientes desde los primeros estudios de viabilidad hasta la implantación del proceso a escala industrial.
Literatura/Referencias
- Peters, S.; Stöckigt, M.; Rössler, Ch. (2009): Influencia del ultrasonido de potencia en la fluidez y fraguado de pastas de cemento Portland; en: 17ª Conferencia Internacional sobre Materiales de Construcción 23 - 26 de septiembre de 2009, Weimar.
- Rössler, Ch. (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): Preparation and properties of calcium sulphate whisker/natural rubber composites. Advanced Materials Research vol. 549, 2012. 597-600.
Información interesante
Producción de placas de yeso
Durante el proceso de fabricación de placas de yeso, una lechada acuosa de yeso calcinado – el llamado sulfato cálcico hemihidratado – se extiende entre las hojas de papel superior e inferior. El producto así creado debe desplazarse continuamente sobre una cinta transportadora hasta que la pasta se haya fraguado. A continuación, la hoja se seca hasta que el exceso de agua de la placa de yeso se haya evaporado. En la producción de paneles de yeso es sabido que se añaden diversas sustancias a la lechada para mejorar el proceso de producción o el propio panel. Por ejemplo, es habitual aligerar el peso de la lechada incorporando agentes espumantes para proporcionar un grado de aireación que reduzca la densidad del panel de yeso final.
sulfato cálcico
El sulfato de calcio (o sulfato cálcico) es un compuesto inorgánico de fórmula CaSO4 e hidratos afines. En su forma anhidra, la γ-anhidrita 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 encuentra en la naturaleza como mineral. El yeso se utiliza mucho en 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 provoca una dureza permanente en el agua.
El compuesto inorgánico CaSO4 se produce en tres niveles de hidratación:
- estado anhidro (nombre mineral: “anhidrita”) de fórmula CaSO4.
- dihidrato (nombre mineral: “yeso”) de fórmula CaSO4(H2O)2.
- hemihidrato de fórmula CaSO4(H22O)0.5. Los hemihidratos específicos pueden distinguirse como alfa-hemihidrato y beta-hemihidrato.
Reacciones de hidratación y deshidratación
Cuando se aplica calor, el yeso se convierte en un mineral parcialmente deshidratado – el llamado sulfato cálcico hemihidratado, yeso calcinado o yeso de París. El yeso calcinado tiene la fórmula CaSO4-(nH2O), donde 0,5 ≤ n ≤ 0,8. Las temperaturas entre 100°C y 150°C (212°F – 302°F) son necesarios para eliminar el agua ligada en 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-anhidrita. La energía calorífica suministrada al yeso en este momento (el calor de hidratación) tiende a ir a expulsar el agua (en forma de vapor de agua) en lugar de aumentar la temperatura del mineral, que sube lentamente hasta que desaparece el agua, y luego aumenta más rápidamente. La ecuación para la deshidratación parcial es la siguiente:
La propiedad endotérmica de esta reacción es importante para el comportamiento de los paneles de yeso, que confieren resistencia al fuego a las estructuras residenciales y de otro tipo. En caso de incendio, la estructura situada detrás de una placa de yeso se mantendrá relativamente fría a medida que el yeso pierda agua, lo que evitará y retardará los daños en la estructura (por combustión de la madera o pérdida de resistencia del acero a altas temperaturas) y el consiguiente colapso estructural. A altas temperaturas, 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 pulverulentos, el yeso calcinado tiene una propiedad inusual. Cuando se mezcla con agua a temperatura ambiente, vuelve químicamente a la forma dihidratada preferida, mientras que físicamente es “ajuste” en una red cristalina de yeso rígida y relativamente fuerte, como se muestra en la ecuación siguiente:
Esta reacción exotérmica hace que sea tan fácil moldear el yeso en diversas formas, como láminas para paredes secas, palos para tizas de pizarra y moldes (por ejemplo, para inmovilizar huesos rotos o para fundiciones de metal). Mezclado con polímeros, se ha utilizado como cemento para reparar huesos.
Cuando se calienta a 180°C, aparece una forma casi exenta de agua, la llamada γ-anhidrita (CaSO4-nH2O donde n = 0 a 0,05), se forma. La γ-anhidrita reacciona sólo lentamente con el agua para volver al estado dihidratado, por lo que se utiliza ampliamente como desecante comercial. Cuando se calienta por encima de 250°C, se produce la forma completamente anhidra de la β-anhidrita. La β-anhidrita no reacciona con el agua, ni siquiera en escalas de tiempo geológicas, a menos que esté muy finamente molida.
escayola
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 enlucido que se utiliza para realizar 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 en forma de polvo seco (yeso en polvo). Cuando el polvo se mezcla con agua, se forma una pasta dura pero manejable. La reacción exotérmica con el agua libera calor mediante un proceso de cristalización y, a continuación, el yeso hidratado se endurece.
yeso
El yeso, o escayola de París, se produce mediante un tratamiento térmico (aprox. 300°F / 150°C) del yeso:
CaSO4-2H2O + calor → CaSO4-0.5H2O + 1,5H2O (liberado en forma de vapor).
El yeso puede volver a formarse mezclando el polvo seco con agua. Para iniciar el fraguado del yeso no modificado, se mezcla el polvo seco con agua. Transcurridos unos 10 minutos, se produce la reacción de fraguado, que finaliza al cabo de unos 45 minutos. Sin embargo, el fraguado completo del yeso se alcanza al cabo de unas 72 horas. Si el yeso o escayola 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.