Según fuentes fidedignas, la composición química del bizcocho cerámico es la siguiente: SiO₂ 59,57%–72,5%, Al₂O₃ 21,5%–32,53%, CaO 0,18%–1,98%, MgO 1,16%–1,89%, Fe₂O₃ 0,11%–1,11%, TiO₂ 0,01%–0,11%, K₂O 1,21%–3,78%, Na₂O 0,47%–2,04%. Existen muchos tipos de cerámicas de construcción, que pueden clasificarse en cerámicas calcáreas y cerámicas magnésicas en función de su composición química. Dado que los minerales comunes que forman las rocas y que componen los residuos mineros suelen reunir las condiciones básicas para su uso como materiales de relleno o fundentes en las masas cerámicas, es posible producir cerámicas con buenas prestaciones mediante un diseño adecuado adaptado a los distintos procesos de producción y productos.

5.4.1 Experimento sobre la fabricación de cerámica a partir de residuos de tungsteno

El antiguo Instituto de Metalurgia del Sur (actualmente Universidad de Ciencia y Tecnología de Jiangxi) llevó a cabo experimentos para fabricar cerámica utilizando residuos de tierras raras mezclados con residuos de tungsteno. Los residuos de tungsteno utilizados procedían de un embalse de residuos situado en el sur de la provincia de Jiangxi. La proporción de minerales metálicos de tungsteno en los residuos es muy pequeña; la mayor parte son minerales no metálicos, principalmente cuarzo y feldespato, así como fluorita, granate, etc., con una elevada fracción másica de SiO₂. Los residuos de tierras raras utilizados procedían de la región sur de Jiangxi y presentaban altas fracciones másicas de SiO₂ y Al₂O₃. Las composiciones químicas principales de ambos residuos se muestran en la Tabla 5-13 y la Tabla 5-14, respectivamente.

Tabla 5-13: Composición química principal de unos residuos de tungsteno concretos (%)

Tabla 5-14: Composición química principal de unos residuos de tierras raras concretos (%)

Los datos de las tablas 5-13 y 5-14 muestran que la composición química de los residuos es muy similar a la del bizcocho cerámico, por lo que pueden transformarse en materias primas cerámicas con excelentes prestaciones.

Los experimentos de formulación indican que la mezcla óptima es la compuesta por un 65%–70% de residuos de tierras raras y un 35%–30% de residuos de tungsteno.

El proceso de producción se muestra en la figura 5-9.

Figura 5-9: Proceso de producción

La temperatura de cocción en el proceso es de 1100–1130 °C, con una tasa de éxito en la cocción superior al 90%. Los productos cerámicos bisque resultantes presentan una superficie lisa, un intenso brillo vítreo, un color rojo oscuro, un sonido nítido y una gran resistencia. Este proceso aprovecha al máximo la complementariedad composicional entre los residuos de tungsteno y los residuos de tierras raras, así como el efecto colorante de determinados elementos presentes en los residuos de tierras raras, lo que permite alcanzar una elevada tasa de éxito en la cocción. Esta tecnología ofrece una vía eficaz para el desarrollo y la aprovechamiento de los residuos.

Fabricación de cerámica con esmalte de cambio de horno a partir de residuos de oro

Chen Ruiwen y otros investigadores de la Base Provincial de Desarrollo Tecnológico de la Industria Cerámica de Fujian llevaron a cabo una investigación sobre la producción de cerámica con esmalte de cambio de horno utilizando residuos de la mina de oro de Shuangqishan, en la provincia de Fujian. Las tecnologías clave para producir cerámica con esmalte de color a partir de residuos auríferos son la formulación del esmalte de color y el proceso de producción. Las materias primas para el esmalte cerámico de color son principalmente residuos auríferos refinados (con fracciones másicas: feldespato 36%–37%, caolín 15%–17%, cuarzo 24%–26%, dolomita 14%–16%, óxido de hierro 5%–6%), complementadas con cantidades adecuadas de minerales que aportan color (como Fe₂O₃, MnO₂), o utilizando directamente los oligoelementos originales presentes en los minerales —como el óxido de hierro, la ilmenita de manganeso, el oro, la plata, el tungsteno, etc.— como agentes colorantes (que aportan color). Para garantizar la estabilidad de las propiedades físicas del cuerpo, el esmalte y la pasta, se utilizan materias primas auxiliares como la arcilla de Yong’an, el lodo elutriado de arcilla de porcelana de Dapingshan y el lodo negro de Zhangzhou. La proporción en masa de las materias primas de óxidos metálicos por cada 100 partes en peso de esmalte de color es: Fe₂O₃ 4–6,5; K₂O+Na₂O 3–5; CaO+MgO 7–11. La cantidad añadida de residuos en la masa puede alcanzar entre 20% y 30%, e incluso entre 50% y 85% en el esmalte. El rango de temperatura de cocción es de 1100–1250 °C, y las diferentes atmósferas de cocción producen distintos efectos en la superficie del esmalte.

(1) Flujo del proceso de producción: Cribado de residuos de oro → maduración → dosificación → molienda en bola en húmedo → cribado → eliminación de hierro → entrada al depósito de lechada → bomba de lechada de doble diafragma → cribado → eliminación de hierro → maduración → colada en lechada → secado y recorte (en espera).

(2) Flujo del proceso de esmaltado: cribado de los residuos de oro (malla 325) → envejecimiento → dosificación → molienda con bolas → tamizado → esmaltado → cocción → producto acabado.

(3) Parámetros del proceso de cuerpo: Finura de la lechada: residuo en tamiz de malla 200 (0,074 mm) 1,0%–1,8%; contracción total (secado + cocción) 12,51 TP3T–13,51 TP3T; resistencia en seco 2,45 MPa.

(4) Parámetros del proceso de la pasta de esmalte: finura de la pasta de esmalte: residuo en tamiz de malla 200: 0,05%–0,1%; densidad relativa de la pasta de esmalte: 1,70–1,75; métodos de esmaltado: esmaltado por pulverización y por inmersión; temperatura de cocción del esmalte: 1210 ± 10 °C; espesor del esmalte: 0,7–1,0 mm.

(5) Programa de cocción: La cocción se lleva a cabo en un horno túnel de gran sección y bajo consumo energético, a una temperatura de cocción de entre 1200 y 1230 °C. Debido a la presencia de una cantidad significativa de materia orgánica y carbonatos en las materias primas, la velocidad de calentamiento en la fase inicial debe ser relativamente lenta. Cerca de la temperatura de fusión del esmalte, se requiere un tiempo de mantenimiento más prolongado para garantizar una superficie esmaltada de alto brillo.

Las diversas cerámicas con esmalte de cambio de horno desarrolladas a partir de residuos de oro presentan colores intensos y vibrantes, con superficies esmaltadas brillantes y lisas, y permiten producir cerámicas artísticas con esmalte de cambio de horno de gran calidad artística. Dado que los residuos de oro favorecen la sinterización, la temperatura de cocción de los productos cerámicos con esmalte de cambio de horno se reduce entre 50 y 80 °C en comparación con los métodos tradicionales, lo que disminuye el consumo energético de la producción cerámica y ofrece importantes beneficios económicos y sociales.