Influencing of foundry bentonite mixtures by binder activation

Influencia de la activación del ligante en las mezclas de bentonita para fundición

Aunque en los últimos años se han desarrollado e introducido en la práctica de la fundición nuevos procesos de moldeo para la fabricación de piezas moldeadas de alta calidad, el moldeo en verde en mezcla de bentonita sigue siendo la tecnología más utilizada. Las propiedades de mayor utilidad de los aglutinantes de bentonita se consiguen mediante su activación. El objetivo de esta contribución es encontrar un agente activador adecuado. Se ha elegido una serie de sales de sodio y agentes basados en MgO. En el marco del experimento se comprobó el volumen de hinchamiento de los agentes elegidos y se determinaron los parámetros tecnológicos de una mezcla de bentonita con un aglutinante activado con los agentes estudiados.

INTRODUCCIÓN

La bentonita representa siempre el aglutinante más utilizado. Se estima que más del 70% de las fundiciones de aleaciones de hierro (principalmente de fundiciones grafitizantes) se producen con el uso de estas mezclas en todo el mundo y el uso se extiende también a las fundiciones de aleaciones ligeras [1]. 

Según su estructura, las montmorillonitas (MMT), que forman el componente básico de las bentonitas (más del 75 %), se incluyen en las arcillas estratificadas (filosilicatos) [2].

Las montmorillonitas tienen una estructura típica de triple capa. Entre dos tetraedros de silicato (SiO₄)^4- se produce el octaedro (AlO₆)-.

Las capas individuales están unidas por débiles fuerzas de Van der Waals. En las montmorillonitas, las sustituciones isomórficas parciales de los átomos centrales se producen en el tetraedro de coordinación (Si⁴⁺ - Al³⁺) o en el octaedro (Al³⁺ - Mg²⁺). De este modo, la superficie se carga eléctricamente con signo negativo (O^2-). Este efecto estructural es una de las causas de la extraordinaria capacidad de sorción (elevada actividad superficial). La carga negativa es parcialmente compensada en los espacios de la base de intercambio por cationes, más comúnmente por Ca²⁺ - Mg²⁺ pero también por Na⁺. Los cationes están unidos entre las partículas por diferentes fuerzas, lo que permite clasificar la capacidad de intercambio iónico [3, 4]:

Li⁺ - Na⁺ - H⁺ - K⁺ - Mg²⁺ - (Ba²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺) - Rb⁺.

La sustitución de los iones Ca²⁺ - Mg²⁺ por los de Na⁺ en las mezclas de bentonita es tecnológicamente muy ventajosa y se denomina proceso de sosa-activación. El agua se consume entonces no sólo para la formación de la liosfera en la superficie de las partículas - el hinchamiento intermicelar sino también el hinchamiento intramicelar (entre los planos basales) [5].

El proceso de activación de la sosa puede expresarse sencillamente mediante la siguiente ecuación

 Ca²⁺ - MMT + 2 Na⁺ ↔ 2 Na⁺ - MMT + Ca²⁺