Liga química magnesia-fosfato

Abstract

Esta tesis es un estudio científico-tecnológico sobre la aplicación de la liga química magnesia-fosfato a los materiales refractarios de base cordierita. Estos materiales son extensamente usados en aplicaciones de alta temperatura que requieran baja expansión térmica, buenas propiedades termomecánicas y excelente resistencia al choque térmico (por ejemplo: moblaje de hornos, quemadores de gas, soporte de elementos calefactores, partes de turbinas, bujías, soportes de catalizadores, etc.). En muchos casos la cordierita se combina con mullita para formar un material compuesto de propiedades superiores. Por lo general, la cordierita se obtiene en forma sintética por distintas vías a partir de diversas materias primas (frecuentemente por colada en moldes de yeso y posterior secado y calcinación). En la actualidad este tipo de materiales se comercializa como piezas ya conformadas, no existiendo un material de cordierita monolítico que fragüe rápidamente a temperatura ambiente, que pueda ser preparado por el usuario in situ y aplicado por diversos métodos. En este estudio se obtuvieron precursores de cordierita a partir de una mezcla de alúmina (Al2O3), microsílice (SiO2) y magnesia (MgO) que al ponerse en contacto con diversos fosfatos en solución desarrolló una serie de complejas reacciones químicas que produjo el fraguado del material a temperatura ambiente. Controlando la velocidad del proceso, el tiempo de fraguado podía variarse entre 10 minutos y 1-2 horas. Los productos de la reacción, los cuales constituían la fase ligante en el precursor endurecido, eran mezclas de fosfatos amorfos y cristalinos conteniendo magnesio, que variaban con el tiempo, con el tipo y las proporciones relativas de los componentes empleados y con las condiciones experimentales, en especial con la temperatura. Se prepararon precursores cordieríticos con distintas soluciones fosfáticas (ácido fosfórico, fosfato diácido de aluminio y fosfato diácido de amonio), con diversas relaciones magnesia/fosfato y agua/precursor y con varios retardadores. Una vez endurecidos los precursores, fueron calcinados a 1350 ºC para generar la cordierita. La caracterización de estos materiales incluyó técnicas tales como difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido, análisis térmico diferencial y gravimétrico, calorimetría, tiempo de fraguado y resistencia a la compresión. A partir de la evolución de las fases con el tiempo y la temperatura, también fue propuesto un posible esquema de reacciones químicas.