ES2333604T3 - Bolas de trituracion y su procedimiento de fabricacion. - Google Patents

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ES2333604T3 ES05706368T ES05706368T ES2333604T3 ES 2333604 T3 ES2333604 T3 ES 2333604T3 ES 05706368 T ES05706368 T ES 05706368T ES 05706368 T ES05706368 T ES 05706368T ES 2333604 T3 ES2333604 T3 ES 2333604T3
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Abstract

Bolas de trituración en cerámica sinterizada, que comprenden los siguientes compuestos (en % másico): - 18 a 50% de mullita (3Al2O3.2SiO2) - 9 a 25% de zircona (ZrO 2 + HfO 2) estabilizada por 0,5 a 3% de óxido de tierras raras - 25 a 72% de alúmina (Al2O3).

Description

Bolas de trituración y su procedimiento de fabricación.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere al campo de la trituración de materiales minerales u orgánicos y en particular a unas bolas esferoides en cerámica sinterizada utilizadas en las trituradoras con agitación, del tipo trituradora de atrición u otro, para la reducción, dispersión y reactivación de las partículas en un proceso en vía seca y/o en vía húmeda.
Estado de la técnica e introducción
Los equipos y procedimientos de trituración fina y la dispersión en vía seca y húmeda son bien conocidos por el experto en la materia, y se desarrollan en unas industrias tales como:
-
la industria mineral con trituración fina de las partículas pretrituradas mediante la utilización de los procedimiento habituales,
-
las industrias de pintura, de las tintas, de las lacas, de los compuestos agroquímicos así como para la dispersión y la homogeneización de líquidos y de constituyentes sólidos variados.
En la mayoría de los casos, estos equipos y procedimientos utilizan unos cuerpos de dispersión o de trituración de forma esencialmente esférica y de diámetros pequeños (en general inferiores a 10 mm).
Desde hace poco tiempo, la trituración fina y ultrafina se ha convertido en un polo de desarrollo esencial en las industrias mineras, con la necesidad de aprovisionarse en cuerpos trituradores económicos.
La trituración con agitación se puede describir de la siguiente manera: está compuesta por una cámara cilíndrica posicionada horizontal o verticalmente que contiene unas pequeñas bolas de 0,5 a 12 mm de diámetro en función de las finuras deseadas para el producto final. En esta cámara gira un eje que comprende unos discos. Estos discos comunican el movimiento a la carga trituradora y al material a triturar. El movimiento del conjunto permite la dispersión del material a triturar entre las bolas de trituración que desempeñan la función de reducir dicho material hasta una finura predeterminada. La granulometría obtenida está entonces en función de la energía inyectada en la máquina.
Este procedimiento de trituración se puede llevar a cabo en vía húmeda y en vía seca de manera continua, con alimentación y descarga del material a triturar, o en "batch", es decir, en una cámara cilíndrica completamente cerrada.
Los cuerpos trituradores están evidentemente sometidos a su vez al desgaste, y su selección dependerá de los siguientes criterios:
-
inercia química para los productos triturados o dispersados,
-
resistencia a los impactos mecánicos,
-
resistencia al desgaste,
-
desgaste generado sobre el equipo interno de la trituradora o de la dispersadora,
-
su densidad, condicionando una densidad elevada un buen rendimiento de trituración,
-
la ausencia de porosidad abierta, generando ésta el desgaste rápido de las bolas de trituración,
-
una esfericidad aceptable.
En el mercado se encuentra un número limitado de cuerpos utilizados en las trituradoras con agitación o en las dispersadoras:
-
arena de granos redondos (cuarzo, zircón),
-
bolas de vidrio,
-
bolas metálicas,
-
bolas en cerámica fundida, (electro-fundida),
-
bolas en cerámica sinterizada.
\newpage
La arena de granos redondos es un producto natural y barato. Su baja resistencia a los impactos mecánicos, su baja densidad, las variaciones en su calidad (no homogeneidad de los filones), su abrasividad para los equipos internos de las trituradoras con agitación y dispersadoras constituyen sus limitaciones en las aplicaciones.
Las bolas de vidrio, utilizadas ampliamente para suplir las debilidades de la arena de granos redondos, resultan menos eficaces en las aplicaciones de trituraciones o dispersiones que necesitan unas bolas de alta resistencia mecánica y de alta resistencia al desgaste. Su densidad baja de 2,5 g/cm^{3} es asimismo una característica que limita su utilización cuando la eficacia de trituración es un elemento importante del proceso.
Las bolas metálicas resultan menos eficaces por las siguientes razones:
-
no son suficientemente inertes químicamente para los productos triturados o dispersados,
-
su densidad excesivamente elevada genera un consumo elevado de energía y un calentamiento elevado de los equipos internos de las trituradoras/agitadoras.
\vskip1.000000\baselineskip
Las bolas de cerámica por el contrario presentan una mejor resistencia mecánica que las bolas de vidrio, una densidad intermedia entre las bolas de vidrio y las bolas metálicas así como una buena inercia química para los productos triturados o dispersados.
Según los procedimientos de fabricación, las bolas de cerámica se clasifican en dos familias:
-
la bolas en cerámica fundida, obtenidas mediante la fusión de los compuestos cerámicos a temperatura muy alta (+/- 2.000ºC) y solidificadas en forma de gotitas,
-
las bolas en cerámica sinterizada, obtenidas mediante conformado en frío de los compuestos cerámicos y consolidación de éstos mediante una sinterización a alta temperatura (+/- 1.500ºC).
\vskip1.000000\baselineskip
Según los compuestos cerámicos conformados, las bolas en cerámica sinterizada se clasifican en cuatro familias:
-
bolas de alúmina (contenido en Al_{2}O_{3} \geq 90%),
-
bolas de silicato de alúmina (mullita u otras),
-
bolas de alúmina-zircona (85 a 95% Al_{2}O_{3} - 15 a 5% ZrO_{2}),
-
bolas de zircona estabilizada o parcialmente estabilizada con la ayuda de óxido de itrio, de cerio o de magnesio entre otros.
\vskip1.000000\baselineskip
Las composiciones de mullita/zircona así como de mullita/alúmina/zircona han sido estudiadas generalmente en el contexto de los ladrillos refractarios para la utilización de hornos de vidrierías.
G. Orange y F. Cambier estudian en su publicación "High temperature mechanical properties of reaction-sintered mullite/zirconia and mullite/alumina/zirconia composites" (Journal of Materials Science 20 (1985) 2533-2540) la resistencia a la ruptura de dichos compuestos así como la resistencia a los choques a alta temperatura (1.000ºC) para la utilización de estos compuestos en unas aplicaciones estructurales tales como unos hornos de vidriería.
La problemática de las bolas de trituración es sin embargo muy diferente. Estas bolas deben ser mucho más lisas que los ladrillos refractarios en la medida en que la simple presencia de ángulos sobre los cuerpos trituradores puede reducir en un 50% la duración de vida de los equipos internos de las trituradoras de atrición, lo que conduce a unos costes de mantenimiento que imposibilitan la utilización de cuerpos trituradores de rugosidad elevada.
El acabado de superficie de las bolas de trituración es por lo tanto muy importante porque influye directamente en el desgaste interno del equipo y en la calidad de trituración. Dicho acabado de superficie está asimismo directamente influenciado por la composición química y por el procedimiento de fabricación de dichas bolas.
Unas bolas de trituración en alúmina y zircona electrofundidas se dan a conocer respectivamente en las patentes US nº 3.486.706 y US nº 5.502.012. Estos documentos reivindican unas fases vítreas particulares.
La solicitud de patente EP-0 662 461 A1 da a conocer unas bolas en material cerámico formadas mediante la fusión de una mezcla de zircona y de sílice, y estudia la influencia de la presencia de los óxidos de itrio y de cerio.
El documento EP 1 167 320 A1 presenta unos productos en alúmina-zircona-sílice fundidos y colados en bloques y de coste reducido para la utilización en los regeneradores de hornos de vidriería o en las superestructuras.
Todas las bolas de trituración que comprenden sílice, alúmina o zircona tienen como punto en común que han sido realizadas mediante fusión, lo que necesita el acceso a unas temperaturas superiores a 2.000ºC, lo que es técnicamente difícil y por lo tanto costoso. Por el contrario, ninguno de estos documentos da a conocer unas bolas de trituración en cerámica sinterizada, que comprende al mismo tiempo sílice, alúmina y zircona. Este procedimiento se puede llevar a cabo a aproximadamente 1.500ºC, lo que resulta mucho más fácil en el plano tecnológico y por lo tanto menos
costoso.
Objetivos de la invención
La presente invención prevé proporcionar unas bolas de trituración en cerámica sinterizada de una composición particular con una buena tenacidad y una buena resistencia al desgaste en frío para la utilización en las trituradoras de materiales minerales u orgánicos. La misma prevé además proporcionar un procedimiento de fabricación de dichas bolas.
Sumario y elementos característicos de la invención
La presente invención da a conocer unas bolas de trituración en cerámica sinterizada que comprende los siguientes compuestos (en % másico):
-
18 a 50% de mullita (3Al_{2}O_{3}.2SiO_{2})
-
9 a 25% de zircona (ZrO_{2} + HfO_{2}) estabilizada por 0,5 a 3% de óxido de tierras raras
-
25 a 72% de alúmina (Al_{2}O_{3})
\vskip1.000000\baselineskip
Según unos modos particulares de realización, la invención comprende una o más de las características siguientes:
-
dichos compuestos se obtienen esencialmente a partir de materias primas que comprenden zircón (ZrSiO_{4}) y alúmina (Al_{2}O_{3}).
-
dicha cerámica comprende además 1 a 5% en peso de óxidos seleccionados de entre el grupo constituido por Na_{2}O, MgO, CaO y BaO.
-
dicha zircona se estabiliza mediante 0,5 a 3% en peso de Y_{2}O_{3}.
-
el análisis químico (fluorescencia X, espectrómetro de plasma ICP) de dichas bolas muestra por otro lado la presencia de los siguientes óxidos (en % másico):
-
9 a 25% de ZrO_{2} + HfO_{2},
-
0,5 a 3% de Y_{2}O_{3},
-
5 a 12% de SiO_{2},
-
60 a 85% de Al_{2}O_{3}, con una relación ZrO_{2}/SiO_{2} superior o igual a 2.
-
las bolas de trituración presentan un diámetro comprendido entre 0,1 y 100 mm, preferentemente entre 0,5 y 50 mm y de manera particularmente preferida entre 0,5 y 10 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención da a conocer además un procedimiento de fabricación de bolas de trituración en cerámica sinterizada, que comprende las siguientes etapas:
-
mezclar y/o triturar las materias primas en vía seca y/o húmeda para constituir una barbotina con adiciones eventuales de ligantes y/o de surfactantes orgánicos;
-
pasar dicha barbotina por un medio o por un procedimiento de granulación;
-
seleccionar mediante tamizado las bolas obtenidas con reconducción de las bolas de granulometría inadecuada corriente arriba a través de una etapa de secado y/o de triturado eventual hacia el mezclador;
-
secar las bolas de granulometría adecuada;
-
sinterizar las bolas de granulometría adecuada entre 1.400ºC y 1.600ºC seguida de una etapa de acondicionamiento.
\newpage
\global\parskip0.900000\baselineskip
La invención precisa por otro lado que durante la etapa de selección, los medios de granulación comprenden unos granuladores de lecho fluidizado y unos discos de granulación.
La invención muestra asimismo que una nebulización de agua tiene lugar en el disco de granulación durante la etapa de selección, para obtener unas bolas de trituración antes de la sinterización que comprenden entre 18 y 22% de agua.
Por otro lado, los gránulos pueden ser obtenidos asimismo mediante unos procedimientos de gelificación o mediante unos procedimientos de moldeo por inyección.
La invención precisa asimismo que dichos ligantes orgánicos se seleccionan de entre el grupo de los polisacáridos, de los polímeros termoplásticos, termoendurecibles o a base de disolventes acuosos u orgánicos.
Ventajosamente, dichos surfactantes se seleccionan de entre el grupo de los ácidos carboxílicos tales como el ácido esteárico o el ácido oleico y/o unos polielectrolitos tales como el polimetilacrilato de amonio.
Por otro lado, la invención da a conocer la utilización de las bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1 para la trituración de materiales minerales u orgánicos.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 representa una imagen de las bolas de la presente invención con unas granulometrías diferentes.
La figura 2 representa un esquema de trituración que permite ensayar los rendimientos de las bolas de la invención y compararlos con los rendimientos de las bolas de la técnica anterior.
La figura 3 representa una comparación entre las bolas de la invención y las muestras de la técnica anterior A y B en el parámetro del tiempo de trituración.
La figura 4 representa una comparación entre las bolas de la invención y las muestras de la técnica anterior A y B en el parámetro de la energía consumida.
La figura 5 representa una comparación entre las bolas de la invención y las muestras de la técnica anterior H y G en el parámetro del tiempo de trituración.
La figura 6 representa una comparación entre las bolas de la invención y las muestras de la técnica anterior H y G en el parámetro de la energía consumida.
La figura 7 representa una comparación entre las bolas de la invención y las muestras de la técnica anterior C y D en el parámetro del tiempo de trituración.
La figura 8 representa una comparación entre las bolas de la invención y las muestras de la técnica anterior C y D en el parámetro de la energía consumida.
La figura 9 representa una comparación entre las bolas de la invención y la muestra de la técnica anterior E en el parámetro del tiempo de trituración.
La figura 10 representa una comparación entre las bolas de la invención y la muestra de la técnica anterior E en el parámetro de la energía consumida.
Descripción detallada de la invención
La invención se refiere a unas bolas en cerámica sinterizada, compuestas por alúmina-zircona-silicato de alúmina y en particular por alúmina-zircona-mullita. La calidad de estas bolas es superior a las bolas de alúmina, de silicato de alúmina o de alúmina-zircona, y su coste es claramente inferior a las bolas de zircona, muy costosas, que se utilizan particularmente como cuerpo de trituración y/o de dispersión.
Más precisamente, la invención se refiere a unas bolas en cerámica sinterizada que tienen la siguiente composición química, en % másico:
-
5 a 40% de ZrO_{2} + HfO_{2}, preferentemente entre 9 y 25%,
-
0,1 a 10% de Y_{2}O_{3}, preferentemente entre 0,5 y 3%,
-
0,5 a 20% de SiO_{2}, preferentemente entre 5 y 12%,
-
40 a 90% de Al_{2}O_{3}, preferentemente entre 60 y 85%, con una relación ZrO_{2}/SiO_{2} superior o igual a 2, preferentemente igual a 2,
-
0 a 5% de óxidos facultativos (Na_{2}O, CaO, MgO, BaO, etc.).
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Estas bolas se pueden realizar mediante conformado a partir de barbotina y/o de una pasta de óxidos cerámicos, secado y sinterizado a unas temperaturas comprendidas entre 1.400 y 1.700ºC, preferentemente entre 1.500ºC y 1.600ºC.
En la continuación de la descripción, cuando se haga referencia a ZrO_{2} (zircona), se deberá considerar que se trata de la suma de (ZrO_{2} + HfO_{2}). En efecto, una cierta cantidad de HfO_{2}, químicamente inseparable de ZrO_{2}, y que tiene unas propiedades similares, está siempre presente además de ZrO_{2}, siendo bien conocido por el experto en la
materia.
La invención se basa en la reacción de disociación a alta temperatura del zircón en presencia de alúmina. Esta reacción es asimismo bien conocida por el experto en la materia:
1
Las variaciones de x permiten ajustar las proporciones en volumen relativas de alúmina (Al_{2}O_{3}) (si x \neq 0), de silicato de alúmina en general y de mullita (3Al_{2}O_{3}.2SiO_{2}) en particular así como de zircona (ZrO_{2}) y por lo tanto modificar las propiedades tales como la dureza, la tenacidad y la resistencia al desgaste del compuesto de cerámica sinterizada final.
La reacción a alta temperatura entre el zircón y la alúmina permite obtener mediante sinterización de polvos pulverulentos, unos compuestos muy homogéneos cuyas fases sintetizadas están íntimamente dispersadas.
En un modo de realización preferido de la invención, se añade a los agentes reactivos de base de la reacción anterior óxido de itrio (Y_{2}O_{3}), lo que permite estabilizar las formas cristalográficas obtenidas a alta temperatura (cúbica o tetragonal) de la zircona.
La zircona subsiste principalmente en forma tetragonal y a veces cúbica en bajo contenido. Estos estados dependen de las cantidades de Y_{2}O_{3} introducidas. La forma tetragonal es la más densa de las tres variedades alotrópicas de la zircona: densidad 6,1 g/cm^{3} contra 5,9 g/cm^{3} para la zircona en forma cúbica y 5,8 g/cm^{3} para la zircona en forma monoclínica.
La forma tetragonal genera asimismo un efecto de refuerzo mecánico de la matriz en la que se encuentra. La cantidad total de Y_{2}O_{3}, es decir, la parte que entra en la zircona para estabilizarla y el exceso que entra en la constitución de la fase silicato (mullita) conduce a unas bolas más densas que tienen una resistencia más importante a las fuerzas de impacto elevadas y al desgaste.
La estabilización de la zircona permite asimismo mejorar la tenacidad del compuesto y aumentar la velocidad de disociación del zircón, y por lo tanto disminuir la temperatura de sinterización o la duración de la sinterización. Esta disminución de la temperatura de sinterización o de su duración permite obtener una microestructura más fina y mucho más ventajosa para la resistencia al desgaste.
Los ingredientes cerámicos secos que componen las bolas de la presente invención se mezclan íntimamente en una malaxadora, pudiéndose eventualmente añadir una cierta cantidad de agua a esta mezcla, por ejemplo para obtener una consistencia pastosa, o para formar una barbotina.
Los constituyentes mezclados, particularmente en seco, se pueden transformar en esferas por medio de un disco rotativo de peletización o disco de granulación. El polvo de los ingredientes cerámicos se transforma en esferas mediante nebulización de agua, adicionada con uno o más ligantes orgánicos, sobre el lecho giratorio de los componentes sólidos. La nebulización se ajusta de manera que las bolas que salen del disco de peletización contengan entre 18 y 22% de agua en peso.
\newpage
Descripción del procedimiento de la invención
El procedimiento de peletización para la obtención de las bolas se puede esquematizar de la siguiente manera:
\vskip1.000000\baselineskip
2 
\vskip1.000000\baselineskip
Después de la formación de las esferas, éstas sufren un tamizado en tres fracciones granulométricas:
a)
fracción granulométrica deseada en la que las bolas formadas prosiguen el procedimiento de fabricación hasta su término;
b)
fracción granulométrica inferior a la deseada en la que las bolas formadas vuelven al disco de peletización a fin de proseguir su crecimiento;
c)
fracción granulométrica superior a la deseada en la que las bolas formadas se secan, se pulverizan y se reenvían hacia la malaxadora.
\vskip1.000000\baselineskip
La fracción granulométrica deseada (a) se seca en una estufa convencional a una temperatura de aproximadamente 110ºC hasta que las bolas tengan un índice de humedad inferior a 1% en peso.
Las bolas secadas se cargan después en un horno de sinterización. Siguiendo un programa de velocidad de calentamiento bien definido, las bolas se sinterizan a una temperatura comprendida entre 1.400 y 1.600ºC.
Después de la sinterización y enfriamiento del horno, las bolas se acondicionan en su embalaje y están listas para la expedición.
\newpage
La granulación mediante secadora de lecho fluidizado se representa en el siguiente esquema:
3
Los ingredientes cerámicos que componen las bolas de la presente invención adicionados con agua y con un dispersante se trituran finamente en una proporción de materias secas comprendida entre 50 y 75%. Después de la trituración, la barbotina extraída se adiciona con ligantes orgánicos (5 a 7%) y se mezcla íntimamente.
A temperatura ambiente, la barbotina se inyecta a través de los inyectores en un secador de granulación de lecho fluidizado en el que entra en contacto con las partículas sólidas (gérmenes) fluidizadas con la misma composición que la de la invención.
El aire caliente (140ºC max.) que entra en el secador evapora el agua contenida en la barbotina causando así el depósito de las materias secadas sobre los gérmenes. Los depósitos sucesivos de las materias secas aumentan los gránulos por capa y los transforman en bolas. Una vez que las bolas alcanzan el tamaño deseado, éstas se retiran del secador.
Después de la extracción del secador, las bolas sufren un tamizado:
a)
las bolas de granulometría inferior a la buscada vuelven al secador para proseguir su crecimiento en éste;
b)
las bolas de granulometría superior a la buscada sufren una trituración y vuelven a continuación al secador para servir de gérmenes para futuras bolas;
c)
las bolas de granulometría buscada prosiguen el procedimiento (sinterización a alta temperatura, embalaje) hasta su término, tal como en el procedimiento del punto A.
Otros procedimientos de fabricación
Conformación de las bolas mediante reacción de gelificación:
-
Elaboración de una barbotina, que contiene 50 a 75% de materias secas, a partir de los ingredientes cerámicos que componen las bolas de la presente invención adicionados con agua y con un dispersante.
-
Adición a la barbotina de un polisacárido natural: 0,5 a 3% con relación a la concentración de las materias secas.
-
Gelificación por vertido, gota a gota, de la barbotina a través de un capilar de diferentes diámetros en una disolución acuosa que contiene unos cationes polivalentes. Separación de las bolas formadas de la disolución acuosa, lavado de las bolas con agua, secado y sinterización a alta temperatura.
Conformación de las bolas mediante el procedimiento de moldeo por inyección (PIM):
-
Elaboración de una suspensión a partir de los ingredientes cerámicos que componen las bolas de la presente invención adicionados con ligantes (ceras, polímeros) y con surfactantes (ácido carboxílico como por ejemplo ácido esteárico, ácido oleico, etc.),
-
Calentamiento de esta suspensión a \pm 160ºC e inyección de ésta en las huellas de las bolas contenidas en un molde metálico, previamente calentado entre 40 y 60ºC,
-
Después de la solidificación de las bolas formadas, extracción de éstas fuera de molde, desaglutinado de los ligantes según un tratamiento térmico bien definido y sinterización de las bolas a alta temperatura.
Ensayos de rendimientos en trituradora de atrición de laboratorio
Rendimientos de las bolas de la invención (alúmina-zircona-mullita) con relación a las bolas de alúmina (A y B), de alúmina-zircona (G y H), de zircona ceriada (80% de ZrO_{2} - 20% de CeO_{2}, en peso) (C y D), de zircona estabilizada o parcialmente estabilizada con óxido de itrio (F), de zircona-sílice producidas mediante electrofusión (E).
1. Condiciones de ensayos a y b 1.1 Trituradora de atrición de laboratorio Netzsch LM4
a) Trituración mediante recirculación de una barbotina de alúmina con 60% en peso de materias secas y 40% de agua: el circuito de trituración se representa en la figura 2.
4 
\vskip1.000000\baselineskip
b) Trituración mediante recirculación de una barbotina con 60% de materias secas (30% en volumen de alúmina y 70% en volumen de zircona) y 40% de agua: Circuito de trituración (véase la figura 2)
5
1.2 Las muestras de cuerpos trituradores ensayados
6 
\vskip1.000000\baselineskip
1.3 Metodología y criterios de rendimientos
Las barbotinas se trituran en una trituradora de atrición del tipo Netzsch según el circuito de trituración descrito en la figura 2. Para cada muestra de cuerpos trituradores, se tritura una barbotina hasta la obtención de un tamaño de partícula (granulometría) similar. Durante cada ciclo de trituración, a intervalos regulares (por ejemplo cada hora), se extraen unas muestras de barbotina en el circuito. El análisis granulométrico de estas muestras permite seguir la evolución del tamaño de las partículas trituradas en función del tiempo de trituración y de la energía consumida por la trituradora de atrición. Estos datos permiten determinar la ecuación de las curvas de las figuras 3 a 10 adjuntas para cada cuerpo triturador ensayado. La cantidad de cada muestra de cuerpos trituradores a disponer en la trituradora de atrición se determina y se pesa precisamente para ocupar un volumen constante de la cámara de trituración. Se registra este peso inicial (P_{in.}) de cada carga trituradora.
A cada final de ciclo de trituración, la cámara de la trituradora de atrición se vacía y la carga trituradora se pesa nuevamente precisamente para determinar el peso final (P_{fin.}).
Para cada muestra de cuerpos trituradores ensayada, se tienen en cuenta los parámetros integrados en las ecuaciones siguientes:
-
la ecuación de la curva de evolución de la finura de la barbotina en función del tiempo de trituración,
-
la ecuación de la curva de evolución de la finura de la barbotina en función de la energía consumida por la trituradora de atrición,
-
el registro del peso inicial (P_{in.}) y del peso final (P_{fin.}) de las bolas en la trituradora de atrición,
-
el coste de las materias primas.
\vskip1.000000\baselineskip
Estas ecuaciones permitirán comparar las muestras ensayadas con relación a las bolas de la invención a nivel de la resistencia al desgaste, de la eficacia de trituración y del ahorro para el usuario de la siguiente manera
a) Rendimiento del desgaste:
-
Desgaste de las bolas U (gr/kWh):
U = (P_{in.} - P_{fin.})/Ec
La pérdida en peso de las bolas en la trituradora de atrición dividida por la energía consumida de la trituradora de atrición (Ec) permite por lo tanto cuantificar el desgaste real para cada muestra de bolas ensayadas.
Es decir
U_{e}: desgaste de la muestra de cuerpos trituradores
U_{b}: desgaste de las bolas de la invención
Rendimiento del desgaste = U_{e}/U_{b}
Una relación de los desgastes >1 indica que la muestra considerada se desgasta más que las bolas de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
b) Eficacia de trituración:
-
Rendimiento del tiempo
La ecuación de la curva de evolución de la finura de la barbotina en función del tiempo de trituración permite cuantificar el tiempo necesario para obtener una finura determinada (d_{50}) de barbotina.
Siendo d_{50} (\mum) el diámetro medio de las partículas de la barbotina.
Es decir
T_{e}: tiempo de trituración necesario para la muestra ensayada para obtener d_{50}
T_{b}: tiempo de trituración necesario para las bolas de la invención para obtener d_{50}
Rendimiento del tiempo = T_{e}/T_{b}
Una relación de tiempo de trituración >1 indica que la muestra considerada acaparará más la trituradora de atrición para llevar a cabo el mismo trabajo que las bolas de la invención.
-
Rendimiento del consumo de energía
La ecuación de la curva de evolución de la finura de la barbotina en función de la energía consumida por la trituradora de atrición permite cuantificar la energía consumida por la trituradora de atrición para obtener una finura determinada (d_{50}) de barbotina.
Es decir
E_{e}: energía necesaria para la muestra ensayada para obtener d_{50}
E_{b}: energía necesaria para las bolas de la invención para obtener d_{50}
Rendimiento del consumo de energía = E_{e}/E_{b}
Una relación de las energías >1 indica que la muestra considerada consume más energía que las bolas de la invención para llevar a cabo el mismo trabajo.
-
El índice de ahorro (C)
Para cada muestra, el valor (Xe) siguiente se calcula: X_{e} = E_{e} x U_{e} x M_{p}
Siendo
E_{e}: Energía específica para obtener una finura determinada del producto triturado.
U_{e}: Desgaste de las bolas.
M_{p}: Coste relativo de las materias primas.
El valor (X_{e}) evalúa un coste de producción para el usuario de cuerpos trituradores.
El índice de ahorro: C = X_{e}/X_{b}
Siendo
X_{e}: coste de producción para el usuario de las bolas de muestra
X_{b}: ídem para el usuario de las bolas de la invención.
Por lo tanto, si C >1, la muestra en cuestión es menos económica para el usuario que las bolas de la invención.
2. Resultados 2.1. Bolas de la invención con relación a las bolas de alúmina (A y B)
Según las condiciones de ensayo 1.1. a) idénticas para cada calidad de bolas ensayada.
Diámetro de las bolas ensayadas: 2 mm
Granulometría final de la barbotina objetivo: d_{50} aproximadamente 0,85 \mum.
a) Rendimiento de desgaste
7 
\vskip1.000000\baselineskip
b) Rendimiento de trituración: Tiempo de trituración - Energía consumida (véanse las figuras 3 y 4).
Según los ábacos, para la obtención de una barbotina con una granulometría final de d_{50} = 1,0 \mum, las bolas de la invención proporcionan los siguientes rendimientos:
8
Las bolas de la invención tienen mejores rendimientos en términos de resistencia al desgaste y de rendimiento de trituración. Permiten asimismo una capacidad de producción más importante por una utilización menor de la trituradora de atrición (véase rendimiento del tiempo de trituración). La combinación de las ganancias de desgaste y de los rendimientos de trituración para unos costes de materias primas idénticos proporciona una ganancia sustancial a favor de las bolas de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
2.2. Bolas de la invención con relación a las bolas de alúmina-zircona (G y H)
Según las condiciones de ensayo 1.1. a) idénticas para cada calidad de bolas ensayada.
Diámetro de las bolas ensayadas: 1 mm.
Granulometría final de la barbotina objetivo: d_{50} aproximadamente 0,85 \mum
\vskip1.000000\baselineskip
a) Rendimiento de desgaste
9 
\vskip1.000000\baselineskip
b) Rendimiento de trituración: Tiempo de trituración - Energía consumida (véanse las figuras 5 y 6).
Según los ábacos, para la obtención de una barbotina con una granulometría final de d_{50} = 1,0 \mum, las bolas de la invención proporcionan los siguientes rendimientos:
10
Las bolas de la invención no se distinguen particularmente de la técnica anterior en términos de resistencia al desgaste. Permiten sin embargo una capacidad de producción más importante mediante una menor utilización de la trituradora de atrición (véase rendimiento del tiempo de trituración) y un consumo menor de energía.
El criterio de ahorro muestra una ganancia del simple al doble para las bolas de la invención con relación a la familia alúmina-zircona.
\vskip1.000000\baselineskip
2.3. Bolas de la invención con relación a las bolas de zircona ceriada (C y D)
Bolas de zircona ceriada C y D: 80% de ZrO_{2} - 20% de CeO_{2}, en peso
Según las condiciones de ensayo 1.1. a) idénticas para cada calidad de bolas ensayada.
Diámetro de las bolas ensayadas: 2 mm.
Granulometría final de la barbotina objetivo: d_{50} aproximadamente 0,85 \mum
a) Rendimiento de desgaste
11
b) Rendimiento de trituración: Tiempo de trituración - Energía consumida (véanse las figuras 7 y 8).
Según los ábacos, para la obtención de una barbotina con una granulometría final de d_{50} = 1,0 \mum, las bolas de la invención proporcionan los siguientes rendimientos:
12
Las bolas de la invención tienen mejores rendimientos en términos de resistencia al desgaste y de rendimientos de trituración. Permiten asimismo una capacidad de producción más importante por una menor utilización de la trituradora de atrición (véase el rendimiento del tiempo de trituración). Los costes relativos de las materias primas de las muestras C y D son ampliamente superiores a los de las bolas de la invención.
La combinación de todos estos parámetros proporciona una ganancia económica muy importante a favor de las bolas de la invención.
2.4. Bolas de la invención con relación a las bolas de zircona-sílice
Bolas de zircona-sílice E, producidas mediante electrofusión
Según las condiciones de ensayo 1.1. a) idénticas para cada calidad de bolas ensayada.
Diámetro de las bolas ensayadas: 2 mm.
Granulometría final de la barbotina objetivo: d_{50} aproximadamente 0,85 \mum
a) Rendimiento de desgaste
13
b) Rendimiento de trituración: Tiempo de trituración - Energía consumida (véanse las figuras 9 y 10).
Según los ábacos, para la obtención de una barbotina con una granulometría final de d_{50} = 1,0 \mum, las bolas de la invención proporcionan los siguientes rendimientos:
14
Los rendimientos de desgaste y de trituración de las bolas de la invención compensan la diferencia de coste de las materias primas a favor de la muestra E. Desde el punto de vista económico, las bolas de la invención son nuevamente más provechosas para el usuario.
2.5. Bolas de la invención con relación a las bolas de zircona
Bolas de zircona F, estabilizada o parcialmente estabilizada con óxido de itrio.
Según las condiciones de ensayo 1.1. a) idénticas para cada calidad de bolas ensayada.
Diámetro de las bolas ensayadas: 2 mm.
Granulometría final de la barbotina objetivo: d_{50} aproximadamente 0,80 \mum
Rendimiento de desgaste y de trituración
15
Las bolas de la invención no presentan mejores rendimientos en términos de resistencia al desgaste. Los rendimientos de trituración son asimismo idénticos.
El coste tan elevado de la materia prima de la muestra F no está sin embargo compensado por las ganancias de desgaste y, por lo tanto, las bolas de la invención resultan más económicas para el usuario.

Claims (15)

1. Bolas de trituración en cerámica sinterizada, que comprenden los siguientes compuestos (en % másico):
-
18 a 50% de mullita (3Al_{2}O_{3}.2SiO_{2})
-
9 a 25% de zircona (ZrO_{2} + HfO_{2}) estabilizada por 0,5 a 3% de óxido de tierras raras
-
25 a 72% de alúmina (Al_{2}O_{3}).
2. Bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, caracterizadas porque dichos compuestos se obtienen esencialmente a partir de materias primas que comprenden zircón (ZrSiO_{4}) y alúmina (Al_{2}O_{3}).
3. Bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, caracterizadas porque dicha cerámica comprende además 1 a 5% en peso de óxidos seleccionados de entre el grupo constituido por Na_{2}O, MgO, CaO y BaO.
4. Bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, caracterizadas porque dicha zircona está estabilizada mediante 0,5 a 3% en peso de Y_{2}O_{3}.
5. Bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, caracterizadas porque el análisis químico (fluorescencia X, espectrómetro plasma ICP) de dichas bolas muestra la presencia de los siguientes óxidos (en % másico):
-
9 a 25% de ZrO_{2} + HfO_{2},
-
0,5 a 3% de óxidos de tierras raras,
-
5 a 12% de SiO_{2},
-
60 a 85% de Al_{2}O_{3},
con una relación ZrO_{2}/SiO_{2} superior o igual a 2.
6. Bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, caracterizadas porque su diámetro está comprendido entre 0,1 y 100 mm.
7. Bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, caracterizadas porque su diámetro está comprendido entre 0,5 y 50 mm.
8. Bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, caracterizadas porque su diámetro está comprendido entre 0,5 y 10 mm.
9. Procedimiento de fabricación de bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, que comprende las siguientes etapas:
-
mezclar y/o triturar las materias primas en vía seca y/o húmeda para constituir una barbotina con adiciones eventuales de ligantes y/o de surfactantes orgánicos;
-
pasar dicha barbotina por un medio o por un procedimiento de granulación;
-
seleccionar mediante tamizado las bolas obtenidas con reconducción de las bolas de granulometría inadecuada corriente arriba a través de una etapa de secado y/o de triturado eventual hacia el mezclador;
-
secar las bolas de granulometría adecuada;
-
sinterizar las bolas de granulometría adecuada entre 1.400ºC y 1.600ºC seguida de una etapa de acondicionamiento.
10. Procedimiento de fabricación de bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 9, caracterizado porque durante la etapa de selección, los medios de granulación comprenden unos granuladores de lecho fluidizado y unos discos de granulación.
11. Procedimiento de fabricación de bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 10, caracterizado porque durante la etapa de selección, sobre el granulador, se ajusta una nebulización de agua sobre las bolas de trituración de manera que las bolas que salen del disco de granulación contengan entre 18 y 22% de agua en peso.
12. Procedimiento de fabricación de bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 9, caracterizado porque los procedimientos de granulación comprenden unos procedimientos de gelificación o unos procedimientos de moldeo por inyección.
13. Procedimiento de fabricación de bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos ligantes orgánicos se seleccionan de entre el grupo constituido por los polisacáridos, los polímeros termoplásticos, termoendurecibles o a base de disolventes acuosos u orgánicos.
14. Procedimiento de fabricación de bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos surfactantes se seleccionan de entre el grupo constituido por los ácidos carboxílicos tales como el ácido esteárico o el ácido oleico y/o los polielectrolitos tales como el polimetilacrilato de amonio.
15. Utilización de las bolas de trituración en cerámica sinterizada según la reivindicación 1, para la trituración de materiales minerales u orgánicos.
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