El propósito de la Tesis fue el
desarrollo y la obtención de ladrillos acumuladores de calor a partir de los
Lodos Rojos provenientes del procesamiento de la Bauxita para la extracción de
la Alúmina por medio del proceso Bayer.
La Bauxita es la mena por excelencia
del Aluminio. 
Esta Bauxita es refinada para obtener Trihidróxido de Aluminio
que a su vez es calcinado y reducido en un baño electrolítico de criolita
fundida (Fluoruro de Aluminio y Sodio) para obtener aluminio metal. El sistema
comercial más difundido es el proceso Bayer,
el cual consiste básicamente en
disolver las bauxitas con una disolución de NaOH a alta presión y temperatura.
El licor resultante contiene una solución de aluminato sódico y una fracción
insoluble, comúnmente denominada “barros rojos” o “lodos rojos”. Estos
lodos son almacenados en embalses de gran capacidad, a la intemperie. La
producción mundial anual de estos residuos es de 66.1 millones de toneladas, en
España, y específicamente en la factoría de Alúmina Española S.A.-Alcoa
Europe en San Ciprián (Lugo), se producen alrededor de 471.000 toneladas/año.
Los lodos rojos
además de contener óxidos
de hierro, sílice y titanio, presentan cantidades variables de compuestos de
Si, Ca, Na, y otros elementos. A pesar del lavado previo de estos lodos antes de
su vertido al exterior, en ellos permanecen porcentajes importantes de NaOH, que
le dan al lodo un pH claramente básico, de lo que se deriva principalmente el
riesgo medioambiental de este residuo.
Por estas razones los lodos rojos han
sido objeto de numerosos estudios e investigaciones en los últimos años en
todo el mundo. Los trabajos se dirigen fundamentalmente al manejo de los
vertidos y valoración de su impacto medioambiental, a la disminución de su
peligrosidad por lavado o inertización, a su reutilización como mena de hierro
y/o titanio, o como materia prima para cerámicas, pigmentos, etc.
Por otra parte la facilidad y
comodidad con que la energía eléctrica se transforma en calor ha permitido
desarrollar una gran variedad de sistemas y aparatos de calefacción, entre los
cuales se encuentran los calefactores por acumulación. Estos aparatos están
diseñados para funcionar con un ciclo de carga y descarga separados en el
tiempo, de tal manera que utilizan la energía eléctrica para la producción de
calor durante las horas en las cuales la tarifa eléctrica es más barata (horas
valle), y liberan dicho calor en las horas de tarifa plena, (horas punta). El
almacenamiento de calor se realiza en un núcleo cerámico compuesto por un
conjunto de ladrillos de material refractario de alta densidad, que trabaja a
una temperatura máxima de 600 a 700 grados centígrados.
La idea de utilizar estos residuos
para la fabricación de ladrillos acumuladores de calor se fundamenta
principalmente en una cierta similitud de composición entre los ladrillos
comerciales y la del residuo.
A partir de este punto, se empezó por
caracterizar los lodos rojos, observándose que su composición química dentro
de diferentes muestreos presentaba variaciones que se consideran normales en
este proceso, siendo mayoritarios los óxidos de Hierro, Titanio y Aluminio. Se
detectan fases mineralógicas muy variadas y complejas, siendo mayoritarios la
Hematita, Gibbsita, Boehmita, Rutilo y Goetita, presentándose, además, una
gran cantidad de amorfos. Son materiales predominantemente finos con un 94%
inferior a 63µm, siendo su tamaño medio de partícula de 5µm. Ensayos de
lixiviación dejaron en evidencia que con lavados posteriores es posible reducir
su alcalinidad.
Con toda la información obtenida
experimental y bibliográficamente, se procedió a analizar su comportamiento
frente a la temperatura. El ensayo termogravimétrico confirmó los anteriores
análisis al observarse reacciones de tipo endotérmico correspondientes a la
Goetita, Gibbsita, Limonita, Boehmita y Siderita. Por microscopía de calefacción
se determinaron las temperaturas de reblandecimiento y fusión así como la
influencia del contenido de álcalis en las temperaturas de aparición de éstos
comportamientos. 
Estudios realizados sobre probetas de este residuo calcinadas a
diferentes temperaturas presentaron una vitrificación en la superficie y un
aumento de la porosidad en su interior, pudiéndose definir las temperaturas de
trabajo. Se estudió la evolución de las distintas fases frente a la
temperatura, detectándose Titanato de Aluminio y Hierro, Corindón y Hematita
como mayoritarias. El estudio experimental de una composición ternaria sintética
con 25% de Al2O3, 18% de TiO2 y 57% de Fe2O3,
confirma la existencia de soluciones continuas de hierro en los cristales de
Titanatos de Aluminio, Aluminato Férrico y Titanato Férrico, lo que está en
coincidencia con publicaciones anteriores.
Para la obtención de ladrillos con
las características dimensionales y formales similares a los ladrillos
comerciales, se realizaron ensayos de conformación 
mediante extrusión y el
prensado, analizando en ambos casos la influencia de las variables intrínsecas
de cada proceso. Se escogió el prensado por ser un proceso sencillo y en el
cual se presentaron los mejores resultados. Se estudiaron diferentes mezclas de
material (crudo-calcinado), porcentajes de humedad, procesos para la preparación
del material (granulado, mezclado, chamotado, uso de aditivo), distribuciones
granulométricas ideales, etc. 
En el momento en que se consideró que tanto la
formulación como el procesamiento eran los adecuados, se decidió someterlos a
prueba en industrias de cerámica convencional, confirmando en todos los casos
la eficacia del proceso desarrollado.
Una vez alcanzado este nivel de
desarrollo, se realizaron diferentes ensayos de comparación (cesión de calor,
capacidad calorífica, dilatación térmica, resistencia a flexión y compresión,
choque térmico, etc.)
entre los ladrillos desarrollados en el laboratorio y los
usados comercialmente, obteniéndose en la mayoría de los casos mejores
comportamientos superiores en los ladrillos de lodo rojo.
Finalmente se preparó en el
laboratorio una pequeña preserie de ladrillos, que fue enviada a una de las
empresas líderes del sector, para obtener su homologación y poder ser
utilizados en su línea de producción, obteniendo la aprobación necesaria.
Vistos estos resultados, el sector privado se interesó por el proyecto y una
vez negociada la patente que cubre este proceso, ha comenzado en la actualidad
el diseño, construcción y montaje de una planta piloto para la producción de
10 Ton/día de ladrillos, ampliable en la planta final a 100 Ton/día.
