Las baldosas de cerámica

Antecedentes

Las baldosas de pared y de suelo utilizadas para la decoración interior y exterior pertenecen a una clase de cerámica conocida como cerámica blanca. La producción de azulejos se remonta a tiempos y pueblos antiguos, como los egipcios, los babilonios y los asirios. Por ejemplo, la pirámide escalonada del faraón Djoser, construida en el antiguo Egipto hacia el año 2600 a.C., contenía coloridos azulejos vidriados. Más tarde, se fabricaron baldosas de cerámica en prácticamente todos los países europeos importantes y en los Estados Unidos. A principios del siglo XX, el azulejo se fabricaba a escala industrial. La invención del horno túnel en torno a 1910 aumentó la automatización de la fabricación de azulejos. Hoy en día, la fabricación de azulejos está muy automatizada.

El American National Standards Institute separa los azulejos en varias clasificaciones. Las baldosas de mosaico de cerámica pueden ser de porcelana o de composición de arcilla natural de tamaño inferior a 39 cm2 (6 pulg.2). Las baldosas decorativas para pared son baldosas esmaltadas con un cuerpo fino que se utilizan para la decoración interior de paredes residenciales. Las baldosas de adoquín son baldosas de porcelana o de arcilla natural, vidriadas o no, de tamaño igual o superior a 39 cm2 (6 pulgadas). Las baldosas de porcelana son baldosas de mosaico de cerámica o baldosas para adoquines que se fabrican mediante un método determinado llamado prensado en seco. Las baldosas de cantera son baldosas esmaltadas o no esmaltadas del mismo tamaño que las baldosas de adoquín, pero fabricadas con un método de conformación diferente.

Europa, América Latina y el Lejano Oriente son los mayores productores de baldosas, siendo Italia el líder con 16.6 millones de pies.2/día en 1989. Tras Italia (con el 24,6% del mercado mundial) se encuentran España (12,6%), Brasil y Alemania (ambos con el 11,2%) y Estados Unidos (4,5%). Según una estimación, el mercado total de pavimentos y revestimientos cerámicos en 1990 era de 2.400 millones de dólares.

Estados Unidos tiene aproximadamente 100 plantas que fabrican baldosas de cerámica, que enviaron unos 507 millones de pies2 en 1990, según el Departamento de Comercio de Estados Unidos. Las importaciones estadounidenses, por volumen, representaron aproximadamente el 60% del consumo en 1990, con un valor de unos 500 millones de dólares. Italia representa casi la mitad de las importaciones, seguida de México y España. Las exportaciones estadounidenses han experimentado cierto crecimiento, pasando de 12 millones de dólares en 1988 a unos 20 millones en 1990.

Debido a que la industria del azulejo es un mercado relativamente maduro y dependiente de la industria de la construcción, el crecimiento será lento. El Departamento de Comercio de los Estados Unidos estima un aumento del tres al cuatro por ciento en el consumo de azulejos durante los próximos cinco años. Otro análisis económico predice que en 1992 se enviarán 494 millones de pies2 , lo que supone un crecimiento de aproximadamente el 4 por ciento con respecto al año anterior. Algunos fabricantes de baldosas son un poco más optimistas; una encuesta de la American Ceramic Society mostró un crecimiento medio de alrededor del 36 por ciento por fabricante en los próximos cinco años.

Materias primas

Las materias primas utilizadas para formar las baldosas consisten en minerales de arcilla extraídos de la corteza terrestre, minerales naturales como el feldespato que se utilizan para reducir la temperatura de cocción, y aditivos químicos necesarios para el proceso de conformación. Los minerales suelen ser refinados o beneficiados cerca de la mina antes de ser enviados a la planta de cerámica.

Las materias primas deben ser pulverizadas y clasificadas según el tamaño de las partículas. Las trituradoras primarias se utilizan para reducir los grandes trozos de material. Se utiliza una trituradora de mandíbulas o una trituradora giratoria, que funcionan con un

El paso inicial en la fabricación de baldosas cerámicas consiste en mezclar los ingredientes. A veces, se añade agua y los ingredientes se muelen en húmedo o en un molino de bolas. Si se utiliza la molienda en húmedo, el exceso de agua se elimina mediante un filtro de prensado seguido de un secado por aspersión. El polvo resultante se prensa para darle la forma deseada al cuerpo de la baldosa.

movimiento de apriete entre placas de acero o movimiento de rotación entre conos de acero, respectivamente.

La trituración secundaria reduce los grumos más pequeños a partículas. A menudo se utilizan molinos de martillos o muller. Un molino muller utiliza ruedas de acero en una bandeja giratoria poco profunda, mientras que un molino de martillos utiliza martillos de acero que se mueven rápidamente para triturar el material. También pueden utilizarse trituradoras de rodillos o de cono.

Puede ser necesario un tercer paso de reducción del tamaño de las partículas. Los tipos de molinos de volteo se utilizan en combinación con medios de molienda. Uno de los tipos más comunes de tales molinos es el molino de bolas, que consiste en grandes cilindros giratorios parcialmente llenos de medios de molienda esféricos.

Las cribas se utilizan para separar las partículas en un rango de tamaño específico. Funcionan en posición inclinada y se hacen vibrar mecánica o electromecánicamente para mejorar el flujo de material. Las cribas se clasifican según el número de malla, que es el número de aberturas por pulgada lineal de superficie de criba. Cuanto mayor sea el número de malla, menor será el tamaño de la abertura.

Un esmalte es un material de vidrio diseñado para fundirse en la superficie del azulejo durante la cocción, y que luego se adhiere a la superficie del azulejo durante el enfriamiento. Los esmaltes se utilizan para proporcionar resistencia a la humedad y decoración, ya que pueden ser de color o pueden producir texturas especiales.

El proceso de fabricación

Una vez procesadas las materias primas, tienen lugar una serie de pasos para obtener el producto acabado. Estos pasos incluyen la dosificación, la mezcla y la molienda, el secado por aspersión, el moldeado, el secado, el esmaltado y la cocción. Muchos de estos pasos se llevan a cabo actualmente utilizando equipos automatizados.

Dosificación

• 1 Para muchos productos cerámicos, incluidos los azulejos, la composición del cuerpo está determinada por la cantidad y el tipo de materias primas. Las materias primas también determinan el color del cuerpo de la baldosa, que puede ser de color rojo o blanco, dependiendo de la cantidad de materias primas que contienen hierro utilizadas. Por tanto, es importante mezclar las cantidades adecuadas para conseguir las propiedades deseadas. Por tanto, es necesario realizar cálculos por lotes, que deben tener en cuenta tanto las propiedades físicas como las composiciones químicas de las materias primas. Una vez determinado el peso adecuado de cada materia prima, se deben mezclar las materias primas entre sí.

Mezcla y molienda

• 2 Una vez pesados los ingredientes, se añaden juntos en una mezcladora de concha, una mezcladora de cinta o una mezcladora intensiva. Una mezcladora de carcasa consta de dos cilindros unidos en forma de V, que giran para hacer girar y mezclar el material. Una mezcladora de cinta utiliza paletas helicoidales y una mezcladora intensiva utiliza arados que giran rápidamente. Este paso muele aún más los ingredientes, lo que da lugar a un tamaño de partícula más fino que mejora el proceso de conformación posterior (véase el paso nº 4 a continuación).

  A veces es necesario añadir agua para mejorar la mezcla de un lote de múltiples ingredientes, así como para lograr una molienda fina. Este proceso se denomina molienda en húmedo y suele realizarse con un molino de bolas. La mezcla resultante, llena de agua, se denomina lodo o barbotina. A continuación, se elimina el agua de la papilla mediante un prensado de filtro (que elimina entre el 40 y el 50 por ciento de la humedad), seguido de una molienda en seco.

Secado por aspersión

• 3 Si se utiliza primero la molienda en húmedo, el exceso de agua suele eliminarse mediante el secado por aspersión. Para ello se bombea la barbotina a un atomizador que consiste en un disco o boquilla que gira rápidamente. Las gotas de la barbotina se secan al ser calentadas por una columna de aire caliente ascendente, formando pequeños gránulos de flujo libre que dan lugar a un polvo adecuado para el conformado.

  Los cuerpos de las baldosas también pueden prepararse mediante molienda en seco seguida de granulación. La granulación utiliza una máquina en la que la mezcla de material previamente molido en seco se mezcla con agua con el fin de formar las partículas en gránulos, que de nuevo forman un polvo listo para ser moldeado.

Conformación

• 4 La mayoría de los azulejos se forman por prensado en seco. En este método, el polvo que fluye libremente -contiene aglutinante orgánico o un bajo porcentaje de humedad- fluye desde una tolva hacia la matriz de conformación. El material se comprime en una cavidad de acero mediante émbolos de acero y luego es expulsado por el émbolo inferior. Se utilizan prensas automatizadas con presiones de funcionamiento de hasta 2.500 toneladas.

  También se utilizan otros métodos cuando el cuerpo de la baldosa está en una forma más húmeda y moldeable. La extrusión más el punzonado se utilizan para producir azulejos de forma irregular y azulejos más finos de forma más rápida y económica. Se trata de compactar una masa de plástico en un cilindro de alta presión y forzar el flujo del material fuera del cilindro en forma de pequeñas porciones. A continuación, estos tacos se perforan en una o más baldosas mediante prensas de punzonado hidráulicas o neumáticas.

  El prensado con pistón se utiliza a menudo para baldosas muy perfiladas. Con este método, los desechos extruidos del cuerpo de la baldosa se presionan entre dos mitades de un molde duro o poroso montado en una prensa hidráulica. La pieza formada se retira aplicando primero el vacío a la mitad superior del molde para liberar la pieza de la mitad inferior, y después forzando el aire a través de la mitad superior para liberar la pieza superior. El exceso de material debe ser eliminado de la pieza y puede ser necesario un acabado adicional.

  Recientemente se ha desarrollado otro proceso, denominado esmaltado a presión. Este proceso combina el esmaltado y el moldeado simultáneamente, presionando el esmalte (en forma de polvo secado por pulverización) directamente en la matriz llena de polvo del cuerpo de la baldosa. Las ventajas incluyen la eliminación de las líneas de esmaltado, así como el material de desecho de esmalte (llamado lodo) que se produce con el método convencional.

Secado

• 5 Las baldosas cerámicas suelen tener que ser secadas (con alta humedad relativa) después de su conformación, especialmente si se utiliza un método húmedo. El secado, que puede durar varios días, elimina el agua a un ritmo lo suficientemente lento como para evitar grietas de contracción. Se utilizan secadores continuos o de túnel que se calientan con gas o aceite, lámparas de infrarrojos o energía de microondas. El secado por infrarrojos es más adecuado para las baldosas finas, mientras que el secado por microondas funciona mejor para las baldosas más gruesas. Otro método, el secado por impulsos, utiliza pulsos de aire caliente que fluyen en la dirección transversal en lugar de hacerlo continuamente en la dirección del flujo del material.

Esmaltado

• 6 Para preparar el esmalte, se utilizan métodos similares a los del cuerpo del azulejo. Una vez calculada la formulación del lote, se pesan las materias primas, se mezclan y se muelen en seco o en húmedo. A continuación, los esmaltes molidos se aplican mediante uno de los muchos métodos disponibles. En el esmaltado centrífugo o de disco, el esmalte se hace pasar por un disco giratorio que arroja o lanza el esmalte sobre la baldosa. En el método de campana/cascada, un chorro de esmalte cae sobre la baldosa al pasar por una cinta transportadora. A veces, el esmalte se rocía simplemente. Para las aplicaciones de esmalte múltiple, se utiliza la serigrafía sobre, bajo o entre las baldosas que han sido esmaltadas en húmedo. En este proceso, el esmalte es forzado a través de una pantalla mediante una escobilla de goma u otro dispositivo.

  También se utiliza el esmaltado en seco. Esto implica la aplicación de polvos, fritas trituradas (materiales de vidrio) y esmaltes granulados sobre una superficie de azulejos esmaltados en húmedo. Después de la cocción, las partículas de esmalte se funden entre sí para producir una superficie como la del granito.

Cocción

• 7 Después del esmaltado, la baldosa debe calentarse intensamente para fortalecerla y darle la porosidad deseada. Dos tipos de hornos, o
  

  Tras el moldeado, la lima se seca lentamente (durante varios días) y con una humedad elevada, para evitar que se agriete y se encoja. A continuación, se aplica el esmalte y se cuece el azulejo en un horno. Aunque algunos tipos de baldosas requieren un proceso de cocción en dos fases, las baldosas molidas en húmedo se cuecen una sola vez, a temperaturas de 2.000 grados Fahrenheit o más. Después de la cocción, la baldosa se embala y se envía.

  Los hornos, se utilizan para la cocción de las baldosas. Las baldosas de pared, o las baldosas que se preparan mediante molienda en seco en lugar de molienda en húmedo (ver #2 y #3 arriba), suelen requerir un proceso de dos pasos. En este proceso, el azulejo pasa por una cocción a baja temperatura llamada cocción de bizcocho antes del esmaltado. Este paso elimina los volátiles del material y la mayor parte o la totalidad de la contracción. A continuación, el cuerpo y el esmalte se cuecen juntos en un proceso llamado cocción de glost. Ambos procesos de cocción se llevan a cabo en un horno de túnel o continuo, que consiste en una cámara por la que la cerámica se desplaza lentamente sobre una cinta transportadora, en bandejas refractarias -materiales resistentes a las altas temperaturas- o en contenedores denominados saggers. La cocción en un horno túnel puede durar de dos a tres días, con temperaturas de cocción de unos 2.372 grados Fahrenheit (1.300 grados Celsius).

  Para los azulejos que sólo requieren una sola cocción -por lo general, los azulejos que se preparan mediante molienda húmeda- generalmente se utilizan hornos de rodillos. Estos hornos mueven las piezas sobre un transportador de rodillos y no requieren muebles de horno como bateas o panderos. Los tiempos de cocción en los hornos de rodillos pueden ser tan bajos como 60 minutos, con temperaturas de cocción de unos 2.102 grados Fahrenheit (1.150 grados Celsius) o más.

• 8 Después de la cocción y las pruebas, el azulejo está listo para ser embalado y enviado.

Subproductos

Durante las diferentes etapas de fabricación se generan diversos contaminantes; estas emisiones deben ser controladas para cumplir con las normas de control del aire. Entre los contaminantes producidos en la fabricación de baldosas se encuentran los compuestos de flúor y plomo, que se producen durante la cocción y el esmaltado. Los compuestos de plomo se han reducido considerablemente con el reciente desarrollo de esmaltes sin plomo o con bajo contenido en plomo. Las emisiones de flúor pueden controlarse con depuradores, dispositivos que básicamente rocían los gases con agua para eliminar los contaminantes nocivos. También pueden controlarse con procesos en seco, como filtros de tela recubiertos de cal. Esta cal puede reciclarse luego como materia prima para futuros azulejos.

La industria azulejera también está desarrollando procesos para reciclar las aguas residuales y los lodos producidos durante la molienda, el esmaltado y el secado por aspersión. Algunas fábricas ya reciclan el exceso de polvo generado durante el prensado en seco, así como el exceso de rociado producido durante el esmaltado. Los residuos de esmalte y los azulejos rechazados también se devuelven al proceso de preparación de la carrocería para su reutilización.

Control de calidad

La mayoría de los fabricantes de azulejos utilizan ahora el control estadístico de procesos (SPC) para cada paso del proceso de fabricación. Muchos también trabajan estrechamente con sus proveedores de materias primas para asegurarse de que se cumplen las especificaciones antes de utilizar el material. El control estadístico del proceso consiste en gráficos que se utilizan para supervisar diversos parámetros de procesamiento, como el tamaño de las partículas, el tiempo de molienda, la temperatura y el tiempo de secado, la presión de compactación, las dimensiones después del prensado, la densidad, la temperatura y el tiempo de cocción, etc. Estos gráficos identifican problemas con el equipo, condiciones fuera de especificación, y ayudan a mejorar el rendimiento antes de que el producto final esté terminado.

El producto final debe cumplir ciertas especificaciones en cuanto a propiedades físicas y químicas. Estas propiedades se determinan mediante pruebas estándar establecidas por la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM). Las propiedades que se miden son la resistencia mecánica, la resistencia a la abrasión, la resistencia química, la absorción de agua, la estabilidad dimensional, la resistencia a las heladas y el coeficiente lineal de expansión térmica. Más recientemente, la resistencia al deslizamiento, que puede determinarse midiendo el coeficiente de fricción, se ha convertido en una preocupación. Sin embargo, todavía no se ha establecido ninguna norma porque otros factores (como el diseño y el cuidado adecuados del suelo) pueden hacer que los resultados no tengan sentido.

El futuro

Para mantener el crecimiento del mercado, los fabricantes de baldosas se concentrarán en el desarrollo y la promoción de nuevos productos de baldosas, incluyendo baldosas modulares o de revestimiento, baldosas de mayor tamaño, baldosas antideslizantes y resistentes a la abrasión, y baldosas con acabado pulido, granito o mármol. Esto se está logrando mediante el desarrollo de diferentes formulaciones de pasta, nuevos esmaltes y aplicaciones de esmalte, y mediante equipos y técnicas de procesamiento nuevos y mejorados. La automatización seguirá desempeñando un papel importante en un esfuerzo por aumentar la producción, reducir los costes y mejorar la calidad. Además, continuarán los cambios en la tecnología de producción debido a cuestiones medioambientales y de recursos energéticos.