Procesamiento y caracterización de materiales cerámicos refractarios de MgO-CaZrO₃ con aplicación industrial

Abstract

Los materiales pertenecientes al sistema MgO-CaZrO₃ son candidatos promisorios para ser usados en la denominada zona caliente de los hornos de clinquerización porque poseen elevada refractariedad, buenas propiedades mecánicas, elevada resistencia al desgaste y al choque térmico y especialmente porque presentan un excelente comportamiento frente al ataque por corrosión de clinquer fundido. Una manera atractiva de producir estos materiales a bajo costo es mediante el uso de dolomitas (CaMgO(CO₃)₂) procedentes de nuestro país, de esta manera se contribuiría a la valoración y al uso eficiente de los minerales industriales de nuestra nación para la fabricación de cerámicos refractarios básicos pertenecientes al sistema MgO-CaO-ZrO₂. En ese sentido, existen en la actualidad pocos antecedentes sobre mezclas formuladas a partir de dolomitas argentinas y m-ZrO₂, por eso en el presente estudio se han desarrollado materiales cerámicos refractarios de CaZrO₃-MgO utilizando mezclas de dos dolomitas nacionales, (Neuquén y Buenos Aires), que se diferencian principalmente por su grado de impureza (contenido de SiO₂, Fe2O₃ y Al2O₃) y de una ZrO₂ en fase monoclínica (m-ZrO₂) de elevada pureza y tamaño submicrónico. Los cerámicos se obtuvieron a partir de sinterización reactiva de mezclas equimolares de dolomita y ZrO₂ utilizando un ciclo térmico óptimo que fue diseñado a partir de una combinación de técnicas dilatométricas. Los compactos se prepararon por prensado uniaxial de las mezclas y posteriormente se sinterizaron a 1350, 1400 y 1450ºC durante 2 horas. Se determinó la densidad, fases cristalinas presentes y microestructura (DRX, MEB-EDX). En relación a las propiedades mecánicas, se determinó, resistencia a la compresión diametral y probabilidad de falla por la distribución de Weibull, también se determinó la dureza Vickers y módulo de Young de los distintos típos de cerámicos como así también el de cada fase individual que lo compone por micro y nanoindentación respectivamente Además se determinó la resistencia al desgaste de los cerámicos obtenidos donde se contrasta el comportamiento de los mismos en diferentes condiciones de ensayos, el estudio abarcó la obtención de los coeficientes de fricción (COF), desgaste específico (k) y rugosidad junto con un completo análisis microestructural obtenido por MEB-EDS y AFM para el cálculo de rugosidad. Por último se evaluó la resistencia a la corrosión de estos cerámicos poniéndolos en contacto con un cemento típico a 1450°C en el cual se analizan y comparan los mecanismos de ataque por clinquer de ambos tipos de cerámicos, con los de bibliografía consultada. Finalmente, se realiza una comparación entre ambos materiales y se resume en las conclusiones finales de los logros alcanzados.