El ciclo de producción de la industria cerámica

  1. El ciclo de producción de la industria cerámica

En este artículo exploraremos el ciclo de producción de la industria cerámica. Este sector está formado por empresas industriales dedicadas a la producción de

  • azulejos;
  • placas;
  • cerámica sanitaria;
  • materiales refractarios y cerámica técnica;
  • ladrillos;
  • porcelana y vajilla.

En Italia, el ciclo de producción de la industria cerámica involucra a unas 280 empresas, que emplean a más de 27.500 personas y generan una facturación anual de 6.500 millones de euros (cifras de 2019).

La industria cerámica italiana representa la excelencia a los ojos del mundo. En 2020, el sector sufrió un semestre con pérdidas, pero luego se recuperó en la segunda mitad del año, con lo que las perspectivas para 2021 son más que positivas. Gracias a su capacidad de innovación tecnológica y evolución de los productos, la industria cerámica italiana es capaz de satisfacer un mercado cada vez más exigente.

Sin embargo, el principal reto del sector es la sostenibilidad, es decir, reducir el impacto ambiental del ciclo de producción de la industria cerámica. En la última parte de este artículo veremos qué está haciendo la industria cerámica para encajar en un modelo de economía circular.

Preparación de materias primas

La preparación de las materias primas representa el inicio del ciclo de producción de la industria cerámica, y tiene como objetivo obtener una mezcla lo más homogénea posible, con una distribución granulométrica y una forma de grano adecuada y funcional para el producto final.

La palabra “cerámica” procede del griego antiguo κέραμος, kéramos, que significa “arcilla”, “tierra de ceramista”. Es un material inorgánico, no metálico, muy dúctil en su estado natural y que se vuelve rígido tras la cocción.

Por regla general, la cerámica se compone de diferentes materiales: principalmente arcillas, pero también feldespatos (de sodio, de potasio o ambos), arena de síliceóxidos de hierroalúmina y cuarzo. Antes de procesarlas, hay que preparar las materias primas. Las etapas de este proceso pueden ser diferentes, según el resultado que se quiera conseguir y el tipo de producción (artesanal o industrial) que se vaya a realizar.

En lo que respecta a la arcilla, a la hora de preparar las materias primas para la producción industrial, primero hay que seleccionarla en función del tipo de procesamiento que se va a realizar.

Los tipos de arcilla más utilizados son

  • arcilla arenosa, caracterizada por un grano fino y una gran plasticidad;
  • arcillas refractarias, que son especialmente resistentes al fuego;
  • caolín, de color blanco, utilizado para la producción de porcelana y caracterizado por ser refractario, de baja plasticidad y de escaso poder de secado.

Una vez elegida la más adecuada, hay que limpiar la arcilla de impurezas (fase de curado), y luego lavarla, disolviéndola en agua para dispersar las sales solubles. Una purificación posterior elimina las impurezas residuales y refina la mezcla eliminando los gránulos más gruesos.

El siguiente paso en esta fase de preparación de las materias primas es el procesamiento propiamente dicho de la arcilla, que se amasa para eliminar las posibles burbujas de aire y hacerla compacta. A veces, a la mezcla se añade un polvo obtenido de la molienda de restos de cerámica previamente cocida (chamota), para que el producto sea más resistente a los cambios de calor.

Este procedimiento de preparación de las materias primas, dentro del ciclo de producción de la industria cerámica, puede variar en función del producto que se desea obtener, por ejemplo:

  • cerámica de pasta porosa (terracota, loza, mayólica)
  • cerámica de pasta compacta (gres, clínker, porcelana).

Terracota

Lo que diferencia a la terracota de otros tipos de cerámica es la presencia de sales u óxidos de hierro: éstos son los responsables de la coloración amarilla a marrón rojiza de la terracota tras la cocción. Los óxidos de hierro contribuyen a la vitrificación de este tipo de cerámica, mejorando su resistencia mecánica y reduciendo su porosidad.

La cocción se realiza a una temperatura de 980-990 grados Celsius.

La terracota es especialmente versátil y puede utilizarse con o sin revestimiento superficial: en el primer caso, principalmente para la producción de vajilla de cocina (platos, tazas, ollas de cocción lenta, etc.); en el segundo caso, como material estructural y ornamental para jarrones, jarras, ladrillos y otros.

En forma de ladrillo, la terracota es el material de construcción más común. En comparación con la verdadera terracota, el ladrillo se caracteriza por una depuración de las arcillas menos precisa.

Gres porcelánico

El gres porcelánico se obtiene mediante un proceso de sinterización de las materias primas (arcillas cerámicas, feldespatos, caolines y arena), que primero se muelen y se convierten en barbotina, y luego se atomizan finamente, hasta obtener un polvo granulométrico uniforme apto para el prensado.

De hecho, el gres se utiliza principalmente para producir azulejos para baños y cocinas. La cocción se realiza a una temperatura de entre 1.200 y 1.350 grados Celsius, y los colores varían en función de los compuestos de hierro presentes.

Se pueden distinguir dos tipos de gres porcelánico:

  • natural, también llamado gres técnico: tiene un aspecto similar al del mármol natural y mantiene las características técnicas del gres porcelánico;
  • esmaltado, es decir, coloreado en la mezcla mediante la adición de arcillas caoliníticas, fundentes y materiales inertes.

Clínker

El clínker es un material granular que ha sido sometido a un proceso especial de curado y secado que termina con la cocción a 1.250 grados Celsius durante más de 30 horas. Este procedimiento articulado permite que la mezcla se solidifique y que la humedad se elimine, lo que hace que el clínker sea especialmente resistente e hidrófugo.

De aspecto similar a la cerámica, por sus características técnicas, el clínker es uno de los materiales más utilizados para la pavimentación de exteriores, el revestimiento de fachadas, las piscinas y el mobiliario urbano en general. Gracias a su versatilidad, también es cada vez más popular en la arquitectura residencial como revestimiento de suelos interiores.

Porcelana

La porcelana es una cerámica vitrificada con un cuerpo blanco, de grano fino y generalmente translúcido. Se considera la cerámica “noble” por excelencia: se inventó en China hacia el siglo VIII, y su ingrediente principal es el caolín hidrosilicato de aluminio, una arcilla blanca especial.

La porcelana se puede cocer a diferentes temperaturas, entre 1.200 y 1.400 grados Celsius, dependiendo de si se desea obtener una porcelana blanda (1.200 grados), que se utiliza principalmente para hacer figuras, o una porcelana dura (a partir de 1.280 grados). La porcelana Bone China, creada en Gran Bretaña, es una porcelana dura a la que se añade un polvo de huesos calcinados.

La porcelana dura, que en Europa y más tarde en el mundo dio lugar a varias producciones históricas (Meissen, Ginori, Capodimonte, Limoges, etc.), puede recubrirse con un esmalte coloreado, generalmente compuesto de silicio, feldespatos y alúmina. La aplicación del esmalte se realiza a alta temperatura (800-1.250 grados Celsius).

Molienda y atomización

El ciclo de producción de la industria cerámica continúa con las etapas de molienday atomización.

El objetivo de la molienda/atomización es reducir los trozos originales, todavía gruesos, en partículas con el diámetro y la distribución granulométrica ideales para el producto final que se desea obtener.

La molienda puede ser

  • en seco;
  • en húmedo.

La molienda en seco se utiliza generalmente cuando las materias primas son ya muy homogéneas en términos de morfología y dureza, y el producto final no requiere una calidad demasiado alta.

La molienda en húmedo, en cambio, es adecuada para reducir al máximo la granulometría de las mezclas utilizadas y hacer que sean lo más homogéneas posible. Con este procedimiento, las mezclas molidas luego se dispersan en una solución de sólidos en agua (barbotina), cuyo objetivo es reducir aún más las partículas naturales.

La molienda en húmedo también se utiliza cuando las arcillas contienen impurezas contaminantes, que deben eliminarse de la mezcla: en este caso, el procedimiento se complementa con un cribado cuidadoso de la barbotina.

La etapa de atomización se utiliza para reducir la barbotina cerámica a un polvo adecuado para el prensado en términos de granulometría y contenido de humedad.

El procedimiento, que el ciclo de producción de la industria cerámica ha “heredado” de las industrias farmacéutica y alimentaria, implica el uso de grandes recipientes en forma de torre (atomizadores), en los que se inyecta un chorro de barbotina a alta presión y se pulveriza hacia arriba. Este chorro se golpea con un flujo de aire caliente producido por un generador de calor: la barbotina se pulveriza finamente, y las partículas se secan. El polvo cae al fondo del atomizador, se recoge y se envía a los depósitos de almacenamiento para un período de descanso (al menos 24 horas).

Prensado

La siguiente etapa del ciclo de producción de la industria cerámica es el prensado.

Este proceso se utiliza para dar forma a la materia prima, en polvo o en gránulos, hasta que adquiera una forma casi definitiva y, sobre todo, una consistencia que le permita soportar las fases de procesamiento posteriores sin romperse ni deformarse.

Hay tres operaciones fundamentales en este paso:

  • modelado, durante el cual el producto semiacabado adquiere una geometría bien definida;
  • compactación de los polvos, que da al producto sus características mecánicas;
  • espesamiento de los polvos, para limitar los vacíos en el producto prensado.

Dependiendo del porcentaje de agua que contenga la materia prima, el prensado puede dar lugar a diferentes condiciones:

  • estado plástico: la mezcla contiene un 20-25% de agua residual;
  • estado semiseco: la humedad residual de los polvos es del 10-15%;
  • estado seco: la humedad de los polvos es de entre el 3% y el 7%.

Cocción

El ciclo de producción en la industria cerámica continúa con la cocción, precedida de una fase de secado, que es esencial para que el objeto pierda su humedad residual y su plasticidad, y así adquiera su forma final.

La cocción se realiza en hornos especiales, que funcionan a temperaturas de entre 800 y 2.000 grados Celsius, y puede durar hasta varias horas. Al final del proceso, que también puede incluir dos etapas, el producto habrá reducido su volumen.

La temperatura de cocción es determinante para el resultado final. Algunos ejemplos:

  • la terracota se obtiene entre 960 y 1.030 grados Celsius;
  • el gres entre 1.200 y 1.350 grados;
  • el clínker a 1.250 grados, con una cocción que puede durar 30 horas;
  • la porcelana blanda entre 1.200 y 1.300 grados Celsius;
  • la porcelana dura entre 1.300 y 1.400 grados;
  • la cerámica de alta tecnología, en cambio, se obtiene entre 1.400 y 1.700 grados, y requiere la adición de sustancias como el caolín y la alúmina.

Esmaltado

El esmaltado es la última etapa del ciclo de producción de la cerámica, y tiene una finalidad tanto estética como práctica. De hecho, la cerámica esmaltada es impermeable y ofrece un excelente aislamiento térmico.

El esmaltado consiste en la aplicación de pintura vidriosa (un recubrimiento vítreo transparente, disponible en forma de polvo o líquido) o de un esmalte que cubre a la cerámica, entre la primera y la segunda etapa de cocción, o antes de la cocción única.

La composición básica de los esmaltes contiene cuatro elementos fundamentales:

  • vidrio (silicio, boro);
  • fundentes alcalinos (normalmente sodio, potasio y litio);
  • fundentes alcalinotérreos (por ejemplo, calcio, magnesio, bario, zinc);
  • estabilizador (alúmina).

Para bajar el punto de cocción, y así reducir el tiempo y los costes de aplicación, el ciclo de producción de la cerámica incluye desde hace tiempo la adición de óxidos de plomo. Debido a su toxicidad, se ha declarado que no cumplen con las normas en la producción de recipientes de cerámica que pueden ser utilizados para productos alimenticios (independientemente de su propósito original, como la decoración).

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La industria cerámica y la economía circular

El ciclo de producción de la industria cerámica es especialmente adecuado para ser incluido en un modelo de economía circular.

Desde hace años, esta última representa un punto de referencia consolidado en las políticas de la Unión Europea y de los países individuales, incluida Italia.

La definición más citada de economía circular es la que propone la Fundación Ellen MacArthur: se trata de “una economía diseñada para poder regenerarse”, es decir, un modelo de producción y consumo que pretende minimizar los residuos, alargando al máximo el ciclo de vida de los productos.

Los productos cerámicos, por su propia naturaleza, son sumamente duraderos. Caracterizada por su resistencia a las condiciones climáticas extremas, a los productos químicos, a la humedad, a los cambios de temperatura y a los rayos UV, la cerámica es un material con un ciclo de vida estimado en más de 50 años, fácil de reciclar en procesos de reutilización de desechos.

De hecho, el ciclo de producción de la industria cerámica es capaz de utilizar internamente la mayor parte de los desechos y residuos generados durante la producción.

Los desechos de azulejos (crudos o cocidos), los lodos de las líneas de lavado o de las etapas de cepillado y pulido, los residuos de molienda y la cal ya utilizada son algunos de los materiales que pueden volver a usarse en el ciclo de producción de la industria cerámica para sustituir las materias primas. Esto evita la extracción, el transporte y la utilización de miles de toneladas de materias primas de origen natural (arenas, feldespatos, alúminas, arcillas, etc.), con el consiguiente impacto ambiental y económico.

Según datos del sector, el ciclo de producción de la industria cerámica permite reutilizar el 99,5% de los desechos de producción y depuración, lo que cubre en un 8,5% las necesidades de materias primas. Sólo en Italia, gracias a esta capacidad del sector, se evita extraer de la naturaleza más de 600.000 toneladas de arcillas, feldespatos y otras materias primas.

Otra reducción de las materias primas extraídas de la naturaleza se debe a la inclusión en el ciclo de producción de la industria cerámica de residuos procedentes de otros sectores productivos, como desechos de vidrio, lodos de la industria textil y otros.

Los procesos consolidados de reutilización de aguas residuales también contribuyen a situar este sector industrial perfectamente en el contexto de la economía circular. Durante el ciclo de producción de la industria cerámica, el consumo de agua es un aspecto muy importante, especialmente en las etapas de molienda de las materias primas, esmaltado y acabado de los azulejos cocidos. Gracias a los procesos de reutilización que se aplican ya desde hace décadas en las empresas cerámicas, casi todas las aguas residuales se reciclan durante el proceso de molienda.

La industria cerámica y la economía circular son una combinación que también funciona en términos de reducción del consumo de combustibles fósiles y de la producción de gases de efecto invernadero: de hecho, la reutilización interna de los materiales limita el movimiento de los vehículos pesados utilizados para transportar las materias primas, y tiene un impacto positivo en la gestión del ciclo de los residuos y en la cantidad de estos últimos.