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En 1848, se le concedió una Patente a William Easby para un MÉTODO DE CONVERSIÓN DE CARBÓN MENUDO EN TURRONES SÓLIDOS. En su requerimiento, Easby hizo únicamente una reivindicación, “La formación de pequeñas partículas de cualquier variedad de carbón en turrones sólidos a través de presión”. En una igualmente breve descripción del proceso, menciona “La utilidad y la ventaja de la descubierta es que, a través de ese proceso, un artículo de pequeño valor, casi despreciable, puede convertirse en un valioso material combustible para navíos a vapor, fraguas, culinaria y otras finalidades, ahorrando así lo que hasta ahora se pierde”.
Easby, en sus pocas palabras, había patentado toda la industria de briqueteado de carbón y de esa forma, estableció la razón para su existencia.
Casi 50 años más tarde, la presión económica sumó fuerzas al progreso tecnológico para materializar la visión de Easby. El proceso de briqueteado de carbón, de la forma que al fin evolucionó en los Estados Unidos, consistía primero en secar el carbón, enseguida triturarlo y tamizarlo; mezclar el carbón seco con aproximadamente 6% de aglutinante asfáltico derretido, briquetear esa mezcla en máquinas de briquetas del tipo Rodillo y finalmente resfriar las briquetas en un transportador antes de cargarlas en carros o desviarlas para la pila de almacenaje. Más de 6 millones de toneladas de briquetas de carbón eran producidas anualmente en los Estados Unidos antes de que el proceso se sustituyera por el petróleo y por el gas, productos más baratos, luego después de la Segunda Guerra Mundial.
Las briquetas hechas por ese proceso eran usadas principalmente para calentamiento doméstico, y muchas tentativas se hicieron en el sentido de eliminar el aglutinante asfáltico, ya que el humo proveniente del aglutinante era la mayor restricción que se le hacía al producto.
El briqueteado de carbón, hoy día, tiene un interés más histórico. El carbón es briqueteado como una etapa inicial en la producción del carbón activado. Hay una curiosidad creciente en el briqueteado del carbón para reaprovechar reservas de materias primas de tamices abandonados. El carbón que se trituró al ser transportado a través de canales o triturado para su limpieza con el objetivo de remover azufre y cenizas, no puede embarcarse rápidamente sin que se reaglomere para un tamaño más grande. El carbón más chiquito que un cuarto de pulgada (6,4mm), no puede usarse sin aglutinación en algunos de los procesos para combustibles sintéticos. El briqueteado se usa en la producción de coque moldeado y también posee ventajas en la producción de coque de grado metalúrgico.
El carbón que lanzó una gran industria de briqueteado en la primera mitad del siglo XX, puede muy bien completar el ciclo este siglo.
Muchos materiales se briquetean con aglutinantes. Mineral de hierro y cromita son briqueteados con un aglutinante hecho de cal e melaza. La Fluorita también se briqueta con aglutinante de cal y melaza y también con silicato de sodio. El Cemento Portland se usa como un aglutinante para la bauxita y los aglutinantes de lignosulfonato, que son un residuo de la industria papelera y se usan para minerales de cobre y para la magnesita. En mezclas para gran cantidad de vidrios, agua y tonel forman un aglutinante para arena silicona.
Los aglutinantes se dividen según su función en: aglutinantes del tipo matriz, del tipo película y los aglutinantes químicos. Algunos ejemplos de cada uno de ellos se listan a seguir:
TIPO MATRIZ TIPO PELÍCULA AGLUTINANTES QUÍMICOS
Carbón Brea Agua de alcatrán
CA(OH)2 + Melaza Asfalto de Petróleo Silicato de sodio
Silicato de sodio + CO2 Cemento Portland Lignosulfonatos
2 Componentes Plásticos tales como los epoxis
Aglutinantes del tipo matriz engastan las partículas en una fase aglutinante sustancialmente continuada. Por lo tanto, las propiedades de las briquetas se determinan en gran parte por las propiedades del aglutinante.
Aglutinantes del tipo película son como pegamentos (colas) y generalmente dependen de la evaporación del agua o de algún solvente para desarrollar su resistencia.
Aglutinantes del tipo solvente se usan algunas veces, aunque el material pueda ser briqueteado solamente con presión, ya que pueden utilizarse presiones menores y briquetas con una estructura más porosa pueden ser fabricados de esta manera.
Aglutinantes químicos pueden ser tanto del tipo película o del tipo matriz. Los aglutinantes químicos usados para arenas de fundición son buenos ejemplos de aglutinantes del tipo película.
Briquetas hechas con aglutinantes son generalmente prensadas en baja presión. Cuando las briquetas se hacen sin aglutinantes, no obstante el suceso del proceso depende de la trituración o de la deformación plástica de las partículas para aproximarlas al máximo. No sorprende que muchos componentes orgánicos cristalinos puedan briquetearse solamente con presión. Las fuerzas que aglomeran esos cristales no son fuertes ni específicas, por lo tanto es necesario solamente comprimir los cristales individuales en contacto estrecho.
Es más sorprendente que sólidos iónicos típicos, con sus retículos cristalinos bien ordenados, sean tan fácilmente moldeados en briquetas satisfactorias. El Cloruro de sodio, por ejemplo, se briquetea extensivamente para la recarga de ablandadores de agua del tipo zeolita El Cloruro de potasio es briqueteado y compactado para la producción de fertilizante granulado. El Óxido de calcio también se briquetea extensivamente, pero a presiones muy más altas.
El briqueteado a caliente es generalmente entendido con el significado de briqueteado de materiales que hayan sido calentados a temperaturas que sobrepasen la ambiente, en que la plasticidad se desarrolla o se torna inminente. No sorprende que los materiales calentados a tales temperaturas formen briquetas mejores. Temperaturas muy abajo de esas, sin embargo también pueden ser benéficas. Eso parece ser particularmente verdadero para los compuestos iónicos. Cloruros de sodio y potasio y cianatos, por ejemplo, forman briquetas mejores cuando se calientan entre 100-200°C. La temperatura afecta diversas propiedades de dispersión de los sólidos y es una variable importante en el proceso de briqueteado.
Sistemas de Compactación y Granulación
Cuando la especificación indica un producto aglutinante menor que 8 mm, generalmente se hace primero compactando el material original y, enseguida, triturando y tamizándolo objetivando recuperar la fracción que presenta el tamaño de la malla deseado.
Los compactados iniciales pueden ser briquetas convencionales, briquetas en forma de bastón o placas lisas o corrugadas continuadas. Un producto granulado del tipo copo particularmente atractivo, se obtiene cuando el espesor de la placa compactada es sustancialmente menor que el tamaño de la malla del producto. La granulación entonces es necesaria solamente en dos direcciones. Fertilizantes y otros productos son compactados y granulados para evitar que se aglutinen en sacos o contenedores. Muchos productos farmacéuticos, así como la aspirina y los antibióticos, se compactan en máquinas del tipo Rodillo y, enseguida, granulados para producir el material granular, de escurrimiento libre, del que se hacen las tabletas.
Barras y tiras continuadas también pueden ser laminadas a partir de materiales en forma de particulas con máquinas briqueteadoras del tipo Rodillo. Si los Rodillos se disponen uno sobre el otro, como en un laminador, las tiras se escurrirán de la máquina horizontalmente y podrán ser alimentadas para un horno continuo de Rodillos, u otra hornalla, para su procesamiento subsiguiente. El Cemento Portland, hierro-esponja, coque, metales y ligas, minerales sinterizados, post provenientes de la fabricación del acero y de otros procesos metalúrgicos y muchos otros productos, pueden hacerse o procesarse de esa forma. Las pérdidas de polvo pueden reducirse y las eficacias térmicas posiblemente aumentarán. Ninguna aplicación para esa técnica fuera de la industria metalúrgica parece ser practicada comercialmente en este momento, pero con nuestra creciente preocupación relativa a la ecología y la conservación de energía y materiales, parece apropiada una nueva evaluación de los procesos industriales establecidos.
Máquinas briqueteadoras del tipo Rodillo les aplican presiones a las partículas, comprimiéndolas entre dos Rodillos girando en direcciones opuestas. Cavidades o entalles recortados en las superficies de los Rodillos moldean las briquetas.
Características de las máquinas del tipo Rodillo.
En las primeras máquinas briqueteadoras, los ejes de los Rodillos eran siempre horizontales y sus centros eran fijados en la estructura. Una única caja de alimentación o (tolva ) montada encima de los Rodillos contenía el material que sería briqueteado y éste fluía de allí para los Rodillos por gravitación.
Las máquinas briqueteadoras modernas generalmente poseen un único Rodillo en posición fija en la estructura. El otro Rodillo es móvil, pero es sustentado por cilindros hidráulicos. Los Rodillos pueden ser dispuestos horizontalmente o lado a lado en la estructura, o pueden ser dispuestos verticalmente, o uno arriba del otro como en los laminadores. Además de eso, los Rodillos pueden localizarse simétricamente entre las chumaceras o pueden ser montados fuera de las chumaceras en la extremidad de los ejes en balance. Cada uno de esos cuatro arreglos posee determinadas propiedades exclusivas. Otras características de las máquinas también pueden ser variadas para satisfacer condiciones especiales del proceso. Seis características en total determinan el comportamiento de las máquinas briqueteadoras del tipo Rodillo.
Los Rodillos de máquinas briqueteadoras se clasifican según su construcción en Rodillos integrales, sólidos o segmentados. Rodillos integrales, como el nombre da a entender, son solidarios con los ejes. Esos Rodillos generalmente poseen una cinta de acero inoxidable o algún material resistente a la corrosión o la abrasión soldado a sus circunferencias o caras de trabajo. Como no poseen juntas o superficies de contacto, los Rodillos integrales son frecuentemente usados para el briqueteado de productos alimentarios o farmacéuticos donde la limpieza es la principal preocupación. Los Rodillos integrales pueden ser fácilmente calentados a vapor o resfriados a agua. Generalmente, no son adecuados para materiales abrasivos.
Los Rodillos sólidos, o aros, son los Rodillos de briqueteado más comúnmente usados y consisten de anillos sustituibles lengüeteados o encajados por contracción a los ejes. Los Rodillos son hechos de una variedad de materiales resistentes a la abrasión y corrosión. Al revés de los Rodillos integrales, que requieren algún compromiso de los materiales de construcción, los Rodillos sólidos y los ejes pueden estar hechos a partir del material más adecuado.
Los Rodillos segmentados están hechos de una serie de secciones o segmentos que son mecánicamente fijados a los ejes. Las ventajas de los Rodillos segmentados son evidentes para cualquiera que ya haya efectuado el cambio de los Rodillos convencionales, así Rodillos de ese tipo han sido tema de investigación continuada desde el principio de la industria de briqueteado. Rodillos segmentados son recomendados para el briqueteado a caliente o de materiales abrasivos y están hechos con materiales adecuados para tales aplicaciones.
La construcción mecánica de los Rodillos determina características tan importantes como la confiabilidad, la facilidad de mantenimiento y el costo operacional. El efecto que los Rodillos tendrán sobre los materiales que pasan a través de ellos, sin embargo, depende de su geometría.
En la mayoría de las máquinas briqueteadoras, el Rodillo móvil se presiona contra un Rodillo fijo por cilindros hidráulicos. Topes localizados entre las chumaceras impiden que los Rodillos entren en contacto uno con el otro. El material, pasando entre los Rodillos, intenta separarlos. Los cilindros hidráulicos resisten a ese esfuerzo hasta que la fuerza ejercida por el material exceda a la que es ejercida por los cilindros. El Rodillo móvil es entonces dislocado y a su vez, disloca los pistones en los cilindros hidráulicos hasta que ambos esfuerzos se igualen. El óleo dislocado por los pistones es almacenado bajo presión en un acumulador relleno con gas. De allí retorna según sea necesario para empujar el Rodillo móvil de vuelta contra los topes.
El sistema hidráulico actúa como un muelle. La fuerza inicial que mantiene los Rodillos juntos, puede ser ajustada por la presión de óleo en los cilindros. La fuerza incremental necesaria para dislocar el Rodillo móvil también es ajustable a través del volumen del gas en el acumulador.
El suceso de la moderna máquina briqueteadora del tipo Rodillo se debe en gran parte, a esa capacidad del sistema hidráulico de coincidir la inclinación de la curva de la fuerza del dislocado del Rodillo móvil a las exigencias del proceso de briqueteado.
Cuando las máquinas briqueteadoras del tipo rodillo se limitaban a la compactación de materiales, los que eran mezclados con aglutinantes, el alimentador del tipo a la gravitación simple era generalmente adecuado. El briqueteado, en ese caso, es principalmente un proceso de formación o moldeado y pequeños cambios en la densidad del producto ocurren a medida en que éste pasa a través de los Rodillos. La presión requerida para tales aplicaciones es baja y la virtud de la simplicidad frecuentemente prevalece sobre las ventajas posibles de obtener a través de un control más sofisticado. Los alimentadores del tipo a la gravitación, consecuentemente, todavía se usan para algunos propósitos.
Para materiales secos o finamente divididos, alimentadores del tipo rosca transportadora o rosca sinfín son comúnmente usados. Esos alimentadores, además de controlar la masa de material que pasa entre os Rodillos, frecuentemente poseen importantes efectos colaterales. Pueden por ejemplo, comprimir previamente el material antes de que alcance los Rodillos, pueden triturar las partículas para obtener una consistencia de tamaño más favorable. Hay especulaciones de que la movilidad de las partículas en la rosca alimentadora, permite que los ejes de los cristales se alinien mejor de modo a producir briquetas de mejor calidad. El calentamiento de las partículas en la rosca alimentadora también puede tener un efecto significativo. Sean cuales sean los mecanismos, briquetas de mejor calidad frecuentemente pueden hacerse utilizando una rosca alimentadora.
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