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¿Cómo fabricar ladrillos cocidos de primera calidad a partir de ganga de carbón de baja calidad?
El reciclaje de ganga de carbón de baja calidad para la fabricación de ladrillos cocidos es una solución rentable de economía circular para las zonas mineras. Sin embargo, muchos proyectos de nuevas fábricas de ladrillos sufren graves problemas de calidad debido a que los operadores omiten la evaluación de la materia prima y adoptan equipos o procesos de cocción inadecuados. Para transformar la ganga de carbón de baja calidad en ladrillos macizos, ladrillos huecos y bloques huecos de calidad, es necesario implementar controles técnicos sistemáticos que abarquen desde el análisis de la materia prima hasta la cocción por combustión interna, el conformado por extrusión, la configuración del secado y la cocción, y la eliminación de defectos.
La caracterización de la materia prima es el primer paso antes de invertir en una línea de producción de ladrillos cocidos totalmente automatizada . Se deben realizar pruebas químicas y físicas completas, además de experimentos térmicos de sinterización, en muestras de ganga de carbón. El alcance de las pruebas abarca la composición química, el poder calorífico, el índice de plasticidad, el coeficiente de sensibilidad al secado, la granulometría, la dureza, la contracción lineal durante el secado, la contracción lineal durante la cocción, el rango de temperatura de sinterización, la absorción de agua posterior a la cocción, la prueba de estallido de cal y la prueba de eflorescencia. El análisis de la composición mineral se realizará cuando sea necesario.
Solo los datos de las pruebas pueden validar si la ganga de carbón es apta para la fabricación de ladrillos, determinar las categorías de ladrillos objetivo y guiar la selección del sistema de preparación de materia prima , la maquinaria de conformado y el horno túnel . Nunca inicie la construcción de una fábrica de ladrillos basándose únicamente en juicios empíricos.
Notas especiales para la prueba del índice de plasticidad: triture todas las muestras hasta un tamaño inferior a 1 mm y utilice un probador combinado de límite líquido-plástico. El tamaño de las partículas influye considerablemente en el comportamiento de la plasticidad. Por ejemplo, una muestra de esquisto triturada a menos de 1 mm presenta un índice de plasticidad de 7,2; la misma muestra triturada a menos de 0,5 mm alcanza un índice de plasticidad de 11,2. El tamaño de partícula de 1 mm en la prueba de laboratorio simula el tamaño objetivo de producción real de 2 mm. Las partículas más grandes obstruirán el cono de prueba y producirán resultados erróneos.
No existe una norma nacional específica para la medición del poder calorífico de la ganga de carbón. La industria aplica uniformemente la norma GB/T 213-2003, Método de ensayo para determinar el poder calorífico del carbón . No utilice fórmulas de cálculo industriales empíricas, ya que no son adecuadas para la ganga de carbón.
Los ladrillos cocidos con ganga de carbón se fabrican mediante combustión interna. El poder calorífico de la ganga de carbón determina en gran medida el proceso de producción. Cuando el poder calorífico alcanza aproximadamente 450 × 4,17 kJ/kg, la ganga de carbón pura permite la fabricación completa de ladrillos mediante combustión interna sin necesidad de añadir combustible adicional. El poder calorífico máximo permitido para una materia prima de ganga de carbón al 100 % es de 600 × 4,17 kJ/kg.
En caso de sobrecombustión interna, es necesario modificar los parámetros del proceso y prolongar la duración de la cocción. Se requiere un horno túnel alargado y personalizado, equipado con compuertas de doble capa en la entrada y la salida. Se instalarán subsistemas auxiliares que incluyan recuperación de calor residual, reencendido de gases de combustión, ajuste del amortiguador de gases de combustión, circuito de aire circulante, sistema de enfriamiento rápido para la combustión, suministro externo de aire forzado, enfriamiento equilibrado en la base del horno y liberación de calor excedente. Estos sistemas permiten la combustión lenta de los combustibles sobrantes dentro del cuerpo verde del ladrillo , obteniendo productos finales con una resistencia a la compresión superior a MU20.
Si el poder calorífico de la ganga de carbón es insuficiente, mezcle carbón crudo o carbón intermedio adecuado. Se desaconseja añadir combustible fuera del horno debido a las elevadas emisiones de partículas. Si el poder calorífico es excesivamente alto, mezcle materiales no combustibles para la fabricación de ladrillos, como esquisto, arcilla o ganga de carbón quemada. Si no dispone de materiales de mezcla, utilice cribado, separación por aire, flotación o un tratamiento de descarbonización a baja temperatura, y ajuste el poder calorífico total a un valor cercano a 450 × 4,17 kJ/kg.
La mayor parte de la ganga de carbón de baja calidad se presenta como roca masiva con un bajo índice de plasticidad (excepto el mineral rico en montmorillonita), lo que crea obstáculos para la formación por extrusión plástica húmeda. Cinco soluciones técnicas probadas pueden resolver los problemas de baja plasticidad:
- Optimice la finura de trituración: triture la materia prima por debajo de 2 mm para ladrillos macizos y huecos estándar; triture por debajo de 1 mm para productos de paredes delgadas con alta proporción de huecos. Vuelva a triturar las partículas de tamaño excesivo a 0,5 mm y remézclelas para optimizar la distribución de partículas y mejorar la plasticidad general.
- Utilice una extrusora de vacío de alta resistencia. Esta moderna extrusora de vacío para la fabricación de ladrillos ofrece una presión de extrusión superior a 4,0 MPa y permite obtener una humedad de hasta el 13 %. Puede producir piezas en verde de buena calidad incluso con materias primas cuyo índice de plasticidad desciende hasta 5.
- Incorpore aditivos de alta plasticidad como limo, esquisto o arcilla. Asegure una dosificación precisa y una mezcla homogénea. Para materiales con grandes diferencias de densidad, utilice molinos de rodillos y amasadoras de discos para una mezcla intensiva, además de las mezcladoras convencionales.
- Instale un sistema de calentamiento por vapor en la mezcladora de lodo antes de la extrusión al vacío. El vapor puede ser suministrado por una caldera de recuperación de calor conectada al horno túnel . El lodo tratado con vapor adquiere mejor plasticidad, reduce la carga de la extrusora y acorta el ciclo de secado del cuerpo verde.
- Implementar un proceso de refinación de lodo al vacío dual. El lodo se somete a un amasado primario al vacío en un molino de paletas al vacío antes de entrar en la extrusora principal de ladrillos. La desgasificación en varias etapas mejora la plasticidad del lodo, aumenta la densidad del cuerpo verde y mejora la resistencia mecánica y la calidad superficial del ladrillo húmedo.
La cocción en capas únicas requiere apilar varias capas de ladrillos verdes sobre carros de horno, lo que tiende a producir marcas negras de presión en las superficies de contacto. Además del proceso de cocción lenta a baja temperatura, extienda una fina capa de arena sobre cada ladrillo húmedo para mejorar la circulación de aire entre capas. Como alternativa, cambie el patrón de apilamiento de vertical a horizontal, de modo que las marcas de presión aparezcan en las superficies de corte y no afecten las caras visibles de los ladrillos.
La ganga de carbón de baja calidad contiene componentes minerales dañinos que provocan la formación de cal y eflorescencias.
- El agrietamiento por cal se origina por impurezas de calcita y piedra caliza. Durante la cocción, estas se transforman en cal viva (CaO). Tras ser extraída del horno, la cal viva absorbe la humedad ambiental y se convierte en cal apagada, con una marcada expansión de volumen que daña la estructura del ladrillo. Triturar la materia prima hasta obtener un tamaño de partícula inferior a 2 mm y saturar con agua los ladrillos calientes recién salidos del horno puede prevenir eficazmente el daño causado por el agrietamiento por cal.
- La eflorescencia se produce por la presencia de sales solubles, como el sulfato de magnesio y el sulfato de sodio, generadas durante la cocción. Estas sales migran con el agua dentro de los ladrillos y precipitan un polvo cristalino blanco en la superficie tras la evaporación del agua. Mejorar la finura de la materia prima y prolongar el tiempo de cocción y conservación del calor transforma las sales solubles en silicatos insolubles en agua para suprimir la eflorescencia.
La sección transversal de núcleo negro es típica de los ladrillos de ganga de carbón de combustión interna. Dos causas principales son: una temperatura y un tiempo de cocción insuficientes que provocan una combustión interna incompleta; y un rápido aumento de la temperatura que causa una sinterización superficial prematura y una reducción con deficiencia de oxígeno en el interior de los ladrillos. Regule el gradiente de calentamiento y prolongue el período de cocción a baja temperatura, asegurando una penetración de oxígeno suficiente en el interior de los ladrillos en verde, reduciendo así los ladrillos de núcleo negro sobrecocidos y eliminando los defectos de núcleo negro subcocidos.
Para la ganga de carbón de baja calidad, que presenta características químicas, físicas y minerales únicas, se pueden emplear soluciones de proceso personalizadas para fabricar productos de ladrillo cocido de alta calidad.