El cromo para usos en refractarios y cerámica

El cromo es un metal de transición duro, frágil, de color gris acerado y puede presentar un intenso brillo. Fue descubierto en 1797 por el químico francés Louis Nicolas Vauquelin, que lo denominó cromo (del griego chroma, “color”) debido a los múltiples colores de sus compuestos.

Obtención del cromo

Se obtiene cromo a partir de la cromita (FeCr2O4). El cromo se obtiene comercialmente calentando la cromita en presencia de aluminio o silicio (mediante un proceso de reducción).

Compuestos del cromo

La mayoría de los compuestos del cromo son de color verde, aunque existen algunos de color rojo o azul.

• Dicromato de potasio, (K2Cr2O7): sólido rojo, soluble en agua, oxidante enérgico utilizado para limpiar material de vidrio de laboratorio de cualquier resto orgánico que pueda contener.
• Óxido de Cromo III (verde de cromo, Cr2O3) es un pigmento usado en pinturas esmaltadas y en la coloración de vidrios.
• Cromato de plomo (amarillo de cromo, PbCrO4), sólido insoluble es usado también como pigmento.

Aplicaciones de los compuestos del cromo

Más de la mitad de la producción total de cromo se destina a productos metálicos, y una tercera parte es empleada en refractantes.

• El cromo es usado en la creación de aleaciones de hierro, níquel y cobalto.
• El uso de la cromita como refractante se debe a su alto punto de fusión, su moderada dilatación térmica y la estabilidad de su estructura cristalina.
• Los cromatos y óxidos de cromo se emplean en colorantes y pinturas
• El dicromato de potasio (K2Cr2O7) es un reactivo químico que se emplea en la limpieza de material de vidrio de laboratorio y, en análisis volumétricos, como agente valorante.
• El cromo y alguno de sus óxidos es usado además como catalizadores, por ejemplo, en la síntesis de amoníaco (NH3).
• El mineral cromita (Cr2O3·FeO) se emplea en moldes para la fabricación de ladrillos (en general, para fabricar materiales refractarios).
• El dióxido de cromo (CrO2) se emplea para fabricar las cintas magnéticas empleadas en las casetes.
• El verde de cromo se utiliza para la elaboración de la porcelana y del cristal y en la industria química como intermedio de síntesis o como catalizador.

Proveedores de óxido de cromo verde

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Como ayuda el Potencial Zeta en las formulaciones de suspensiones y emulsiones

¿Qué es potencial zeta?

El potencial zeta es uno de los parámetros fundamentales que controla la interacción de las partículas en suspensión.

Cuando partículas con carga se aproximan entre ellas, el que se repelen depende del equilibrio entre las fuerzas de atracción  experimentadas en todos los cuerpos, y de las fuerzas de repulsión determinadas por la magnitud del potencial en la capa de deslizamiento. Este es el potencial a una corta distancia de la superficie en dónde las moléculas del dispersante se mueven con respecto a las moléculas en el límite de la superficie.

El potencial zeta es el potencial en la capa de deslizamiento. Las partículas interactúan de acuerdo al potencial en esta capa.

Potencial Zeta como función del pH

El potencial zeta es determinado por la naturaleza de la superficie de la partícula y el medio de dispersión. El pH es a menudo un parámetro importante, y esta gráfica muestra una acción típica del efecto del pH.

En este ejemplo la curva pasa través del potencial zeta en cero, en el eje de las X, y a este punto se le llama punto isoeléctrico. Esto significa que las partículas no experimentan repulsión, por lo que la aglomeración puede ser un efecto a esperarse.

De hecho puede existir cierta atracción cerca de este valor también, y como regla si queremos asegurarnos que exista repulsión entre las partículas, debemos asegurarnos de que el valor de potencial zeta en mayor a +30mV o menor a –30mV.

Esta gráfica nos da la región de inestabilidad en cuanto al pH, en este caso entre pH 4 hasta pH 7.5.

Y las regiones de estabilidad, pH menor a 4 y mayor a 7.5.

Todo esto suena muy bien, pero ¿qué pasa con la gravedad?

En la mayoría de las formulaciones, la fase dispersa tendrá densidad diferente a la del medio, por lo que tenderá a sedimentar. Manteniendo las partículas apartadas sólo reducirá la velocidad del proceso. Si sus partículas dispersas son de densidad diferente a la del medio, siga leyendo>

Para entender como manejar esto, debemos dar un vistazo a dos fuerzas competitivas, la de repulsión y la de atracción.

Esta gráfica muestra la energía de interacción, -KT indica repulsión y KT atracción. R es la distancia entre las partículas, del lado izquierdo las partículas se están tocando. Esta curva azul, es la fuerza de repulsión entre dos partículas y representaría partículas con un potencial zeta alto. A grandes separaciones existe una pequeña interacción. A medida que las partículas se aproximan, la energía de repulsión aumenta. Si las partículas pueden ser aproximadas entre ellas, lo más cerca posible como para vencer la barrera de la energía, las fuerzas de atracción dominarían y causarían que las partículas se junten.  Una vez en este punto de mínima energía primaria, se requeriría mucha energía para separar las partículas.

La curva roja representa únicamente las fuerzas de atracción, y representarían el caso en donde no existe mecanismo de estabilización.  No importando el lugar de las partículas en la dispersión, se irán agregando y caerán en la mínima primaria. La velocidad a la que esto pasa dependerá de la concentración de la muestra y de la velocidad de difusión de la partícula, y será acelerada con la agitación.

La línea verde es la suma de las fuerzas de atracción y repulsión. Note que las fuerzas de repulsión actúan sobre una distancia más grande que la de las fuerzas de atracción.

Este hecho es importante, ya que si reducimos la fuerza de repulsión, reduciendo el potencial zeta, algo inesperado sucede.

La gráfica en la imagen anterior puede ser utilizada para explicar esta observación en las dispersiones de dióxido de titanio.

Variación de la concentración de Calgón
Foto después de dos semanas

Estas ocho botellas, contienen dispersiones de dióxido de titanio en la misma concentración, con concentraciones de calgón, que es el nombre comercial de hexameta fosfato de sodio, que varían desde 0.01% en la izquierda hasta 1.25% en la derecha, y han sido dejadas por dos semanas.

Las dos botellas de la izquierda, han formado un volumen alto de sedimentos. La insuficiente estabilización de carga ha provocado que las partículas se agreguen rápidamente, formando flóculos de baja densidad. Las cuatro botellas de en medio han floculado, pero ahora se han estabilizado, con las partículas paradas en las mínima secundaria.

Las dos botellas de la derecha, tienen una carga lo suficientemente estable que ha prevenido la agregación, pero la gravedad se ha encargado de que las partículas precipiten. El movimiento browniano de las partículas ha provocado que cada partícula vaya a la posición más baja de energía, formando una cama densa que dificultará o hará imposible la re-dispersión.

La lección de esto es que mucha cantidad de dispersante puede ser tan malo como no lo suficiente.

Regresando a la foto de las dispersiones de dióxido de titanio, la distinción principal entre las botellas b y c, y entre la f y g muestra porque las variaciones entre lotes pueden ocurrir sí la formulación esta situada justo en este punto.  Pequeños cambios en la formulación pueden fácilmente desencadenar la floculación o sedimentación.

¿Que hay de mejorar el tiempo de anaquel?

Las formulaciones pueden cambiar en al almacén debido a la hidrólisis, o por el efecto del contenedor utilizado, por ejemplo, los iones de metal pueden disolverse lentamente en una lata, o los gases pueden difundirse a través de una botella de plástico. Si estos efectos son entendidos, entonces el análisis pueden realizarse para encontrar su efecto en el potencial zeta. La formulación entonces, puede ser alterada para resistir cambios debido a estos efectos, o pueden producirse cambios en las condiciones de almacenamiento.

Esto reducirá el consumo de tiempo en pruebas de estabilidad en un gran número de formulaciones, si sólo se concentra en las candidatas.

Proveedores de medición de potencia zeta

A continuación le presentamos a Malvern Instruments, proveedor de medición de potencial zeta:

Malvern Instruments es una empresa líder en soluciones de análisis de tamaño de partícula para caracterización y aplicaciones reológicas.

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La kyanita y el grupo de minerales Silimanita

Kyanita es un miembro del grupo de minerales silimanita, que incluye a la andalucita; todos estos minerales son  polimorfos naturales del Al2O3.SiO2. A pesar de sus similitudes, cada uno de estos minerales tiene una estructura cristalina única y es esta diferencia la que da a cada compuesto sus distintas propiedades físicas.

Propiedades de la kyanita

La kyanita que se encuentra en la naturaleza como cristales alargados en “forma de listón”, tiene muchas propiedades importantes (y varias únicas) que la hacen una materia prima valiosa en productos refractarios y cerámicos. La kyanita pura contiene 63% de alúmina y es por lo tanto una fuente de alúmina económica.

Al calentarse se descompone en mullita, (3Al2O3.2SiO2) a 1250º C – 1450º C, una temperatura de descomposición menor que la de la silimanita y/o andalucita. Esto significa que la kyanita se convierte en mullita a una temperatura menor que las demás.

Lo más importante es que la kyanita experimenta una gran expansión de volumen irreversible a su temperatura de descomposición. Es ésta expansión la que se emplea por muchos fabricantes refractarios y cerámicos para contra balancear el encogimiento por cocción de varias arcillas, cemento y otros aglutinantes.

La expansión irreversible de la kyanita es mucho mayor que la de otros minerales del grupo silimanita. La cantidad de expansión de volumen depende del tamaño de partícula y oscila entre más del 25% para material malla 35 hasta alrededor de 3% para kyanita malla 325. Los cristales “como listón” mejoran también la resistencia verde de cerámicas y refractarios.

Usos de la kyanita

La kyanita tiene muchos usos en productos refractarios y cerámicos. Los usos mayores de la kyanita son en refractarios monolíticos. Además de ser una fuente de expansión para contrarrestar el encogimiento asociado con el cemento y aglutinantes, es una fuente excelente de alúmina y mullita. La kyanita de malla menor se emplea también en ladrillos que aprovechan su expansión, finura y una fuente de mullita en la matriz. La kyanita se usa también en la industria de fundición como recubrimiento en moldes donde la permeabilidad del gas es un criterio importante.

Proveedores de Kyanita

A continuación le presentamos a Koprimo, proveedor de kyanita:

Koprimo S. A. de C. V., es una empresa que comercializa productos químicos y minerales producidos por empresas líderes en su ramo, para satisfacer las necesidades de los clientes actuales y potenciales.

Kyanite Mining Corporation es el más grande y antiguo productor de kyanita de alta calidad en el mundo. KMC es una compañía familiar con más de 60 años de operación y experiencia en el abastecimiento de kyanita y su derivado calcinado, Mullita, al mercado global. Sus instalaciones de extracción  y procesamiento se localizan en Virginia central, cerca del centro de Dillwyn.

Concentrados Kyanita Virginia

Kyanite® Virginia es un concentrado mineral industrial que contiene 54-60% de alúmina en peso. La kyanita se vende en forma granular o en polvo y puede ser embarcada en una variedad de tamaños de grano, desde material malla 35 (500 micras) hasta malla 325 (45 micras).

Resultados de estudios a la Kyanite® Virginia

Análisis Químico Típico y Mineralogía

Expansión Química

Análisis de Malla

Análisis de malla reportado en mallas Tyler estándar. Pan designa el material que pasa la última malla reportada. Todos los análisis se expresan en % en peso.

Koprimo es representante de Kyanite Mining Corporation.

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O bien, haga contacto directo con Koprimo para solicitar mayor información sobre la Kyanite® Virginia.