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Aplicaciones de pirita de hierro en ruedas y forros de freno aglomerados con resina
La pirita de hierro de alta calidad se utiliza en una variedad de entornos, incluidos los forros de las pastillas de freno y las ruedas unidas con resina en entornos de molienda. Africal Pegmatite es un minero, molinero y proveedor líder de pirita de hierro de la más alta calidad para estas y muchas otras aplicaciones
¿Qué es la pirita de hierro?
La pirita de hierro (disulfuro de hierro (ii), FeS2) es un mineral de sulfuro natural y es el ejemplo más común. Se encuentra naturalmente en las costuras de cuarzo y junto a los depósitos de carbón. En su forma pura, tiene un brillo metálico que le da una apariencia superficial al oro - por lo tanto la pirita se conoce a menudo como "oro tonto". La pirita encuentra muchos usos, pero muchos se deben a su costo relativamente económico y a los niveles de dureza de moderados a altos de 6 a 7 en la escala de Mohs, en comparación con el hierro (4 Mohs) y la uña humana (2 Mohs). Debido a esta dureza, a menudo se puede encontrar que se utiliza en entornos mecánicos donde se requiere una alta tolerancia a la presión resistiva, como un componente en pastillas de freno y como relleno en muelas abrasivas para el sector manufacturero; pero donde no se requiere un material súper duro como el diamante. Además de los altos niveles de dureza, la pirita tiene una temperatura de descomposición térmica moderada, descomponiéndose entre 540 y 700 °C en sulfuro de hierro (ii) y azufre elemental, lo que la hace muy adecuada como componente en una amplia gama de procesos de molienda y fricción. Tampoco es tóxico. A pesar de estar compuesta principalmente de hierro en peso, la pirita no se considera una fuente útil de hierro. Una de las muchas ventajas de la adición de pirita a los procesos abrasivos y de fricción es que no solo se requieren pequeñas cantidades de pirita, sino que la naturaleza económica de la pirita significa que su inclusión, incluso en los procesos a mayor escala, está lejos de ser económicamente prohibitiva.
Pirita de hierro para forros de freno
Las pastillas de freno se componen de aditivos de fricción. Los aditivos para almohadillas de freno incluyen, aglutinantes, rellenos y fibras de refuerzo que producen colectivamente una almohadilla que es fácil de fabricar y confiable, al mismo tiempo que reduce los efectos secundarios no deseados, como el exceso de ruido y calor.
La pirita
se utiliza principalmente como lubricante, tal vez contradictoriamente, en la fabricación de pastillas de freno, para una variedad de aplicaciones. La aplicación de pirita de hierro puede incluir un relleno de forro de freno. La adición de pirita a la almohadilla modula la dureza - relación de fricción, un factor crucial en el rendimiento de una almohadilla de freno, como un sólido que es demasiado duro también podría ser frágil, que luego fallaría en el escenario de alta presión y calor de frenado por fricción. Una pastilla de freno fallida significa frenado ineficiente y riesgo potencial para la vida. El frenado funciona a través de la conversión de energía cinética a energía térmica - por lo tanto, es crucial que cualquier pastilla de freno tenga una alta capacidad general para distribuir el calor uniformemente.
![pastillas de freno y disco más pequeño Almohadilla de freno y disco de freno](https://mineralmilling.com/wp-content/uploads/2019/08/brake-pads-and-disc-smaller-1024x1024.jpg)
¿Cómo se utiliza?
La pirita de hierro para el forro del freno se utiliza como lubricante en el diseño de la almohadilla de freno, así como un relleno de forro de freno. El término "lubricante" parece contraintuitivo, pero en la aplicación del frenado, es crucial que se logre un patrón de frenado uniforme en todo momento. Como tal, los fabricantes de pastillas de freno utilizan aditivos de fricción - tanto lubricantes como abrasivos - para modular la vía de frenado para la uniformidad.
La elección del lubricante es a menudo para asegurar que las temperaturas de funcionamiento se mantienen por debajo de la del montaje de la pastilla de freno metálica. La temperatura de descomposición de la pirita semimetálica se ajusta perfectamente a los requisitos. Los lubricantes pueden componer entre 5 y 30 de la composición de una pastilla de freno, y por lo general la pirita se añade al proceso de fabricación de la pastilla de freno como un polvo finamente molido. Además de la vía de lubricante, la pirita ayuda en la disipación de calor en la almohadilla, donde la pirita está actuando en un papel de relleno, además del papel aditivo de fricción.
La pirita de hierro para el forro de freno se encuentra y se utiliza en pastillas de freno de alto rendimiento y zapatos (para diferentes modos de frenado) como aditivo de fricción y relleno de forro de freno, particularmente en el sector de la automoción, por marcas como Ferodo, Road House y Bosch - junto con el hierro metálico, la hematita y el carbono como materiales de fricción primaria.
El rendimiento de las pastillas de freno que contienen pirita es generalmente excelente, lo que permite una capacidad de frenado uniforme en un rango de velocidades e intensidades de frenado aplicadas. La longevidad de la pastilla está relacionada con la cantidad de compuesto de la pastilla de freno que se elimina por el acto de romper la fricción, y parte del "polvo" que se escapa contribuye en parte a la contaminación del aire localizada junto con desechos como microplásticos / polvo de goma de los neumáticos en la carretera. La investigación ha demostrado que las pastillas de freno que contienen pirita son estables en diferentes tipos de frenado, con una pérdida mínima de pirita en forma de "polvo" (7). El polvo particulado que se emite varía en tamaño de 10 nm a 10 μm, y puede ser peligroso para la salud humana(8). Es lógico pensar que se emitirán cantidades menores de materiales de mayor rendimiento en forma de partículas de polvo. El único inconveniente del uso prolongado de una pastilla de freno que contiene pirita es que durante la descomposición de la pirita, después de un uso prolongado a altas temperaturas, se libera gas azufre(9), que se considera dañino. Debido a la cantidad de pirita utilizada, el tiempo que se tarda en alcanzar una vía de descomposición y la baja cantidad total de azufre liberado en cualquier caso, esto no se considera una preocupación importante.
Como relleno, la pirita proporciona beneficios adicionales además de los disponibles a través del proceso de frenado. La resistencia mecánica general de la almohadilla aumenta mediante una mejor adhesión de los granos abrasivos al aglutinante; los granos abrasivos están mejor protegidos de la liberación de gases nocivos durante la cocción de la almohadilla como parte de su proceso de fabricación; El relleno evita la degradación térmica del propio aglutinante.
Sin embargo, la pirita rara vez se utiliza como único componente en una pastilla de freno. La disipación y regulación del calor es una parte importante de la funcionalidad de los frenos. La investigación ha demostrado que otras inclusiones metálicas, que ya son conocidas por sus propiedades superiores de disipación de calor fuera del frenado, pueden ser utilizadas en un sistema de frenado liderado por pirita(10). La pirita es altamente tolerante a estas inclusiones y se ha demostrado que trabaja sinérgicamente con inclusiones como el zinc en polvo, las fibras de cobre y las fibras de latón. A pesar de las adiciones de estos otros materiales, las nuevas pastillas de freno compuestas mostraron un rendimiento de fricción constante.
En el entorno de investigación se han utilizado otros materiales aglutinantes a base de sulfuros. Los lubricantes/aglutinantes sólidos, como el trisulfuro de bismuto, el disulfuro de estaño y el disulfuro de antimonio, se probaron en un escenario de frenado idealizado en el que el grafito era el componente principal de la pastilla de freno. Las pruebas mostraron que estos materiales no piritas tenían un rendimiento ligeramente mejor en términos de estabilidad a la fricción, pero mostraban un rendimiento más pobre en términos de desgaste(11).
Como se estableció anteriormente, se produce una gran cantidad de calor y presión en la interfaz de la pastilla de freno y la rueda. Hay investigaciones que demuestran que, en estas inmensas condiciones, la propia pirita puede formarse in situ. Los investigadores emplearon la espectroscopia de Mössbauer para sondear el estado de la superficie del freno y ver qué compuestos estaban presentes. Se plantea la hipótesis de que una tercera superficie, es decir, una película de fricción, se produce entre la pastilla de freno y la rueda y puede contener pirita, entre otros compuestos(12).
![shutterstock_151307246 más pequeño pastillas de freno y disco de freno fabricados con pirita de hierro](https://mineralmilling.com/wp-content/uploads/2019/10/shutterstock_151307246-smaller-1024x683.jpg)
Pirita de hierro en ruedas aglomeradas con resina
Una muela aglomerada con resina es un tipo de muela abrasiva empleada en la industria, están formadas por un abrasivo (como carburo de silicio o diamante sintético, a menudo denominado "grano"), un relleno (generalmente un compuesto inorgánico) y un aglutinante. Los aglutinantes son de naturaleza orgánica, típicamente resinas fenólicas. La pirita de hierro es una opción eficaz y económica para una llenadora de muelas abrasivas(13). La adición de un relleno a una resina mejora la resina (y, por lo tanto, el utillaje en general) al agregar resistencia al calor, tenacidad y resistencia a las roturas(14) - y a menudo es responsable del aumento de la porosidad. La porosidad es un concepto importante en las aplicaciones de molienda industrial: un mayor nivel de porosidad aumenta el suministro de refrigerante a la zona de molienda, al tiempo que permite la eliminación de residuos y escombros. Un relleno también puede actuar como un abrasivo secundario. Las ruedas abrasivas comunes suelen tener un contenido de resina de alrededor del 8 % en peso, un contenido de relleno de alrededor del 3 % en peso, siendo el resto abrasivo/grano primario (15).
¿Cómo se utiliza?
Durante la fabricación de resina fenólica unida ruedas de molienda, pirita se añade como un relleno en la resina junto con la arena, con la adición de rellenos en parte responsables del grado y dureza de la resina en general. Las aplicaciones de pirita de hierro incluyen ser utilizado como un relleno de la rueda de molienda, pirita se describe como un "relleno activo", ya que la superficie de la pirita de hierro interactúa con otros compuestos en la resina, teniendo en cuenta una microestructura de relleno interconectada. Azufre – que contiene aditivos como la pirita prevenir la formación de capas de óxido de metal a través de una reacción redox de alta temperatura, que a su vez provoca el retraso de la oxidación a la propia unión de resina fenólica, prolongando a su vez la vida útil de la herramienta.
![shutterstock_1436630669 más pequeño Rueda de molienda con chispas](https://mineralmilling.com/wp-content/uploads/2019/10/shutterstock_1436630669-smaller-1024x682.jpg)
Además, los dióxidos de azufre que pueden desarrollarse durante la descomposición de la pirita pueden desacelerar la descomposición térmica de la propia resina de unión sintética, proporcionando una longevidad adicional del beneficio de las herramientas(19). Los rellenos, como la pirita, se utilizan típicamente en el espacio de la rueda de molienda y resina en el rango de carga de hasta el 20% en peso, en comparación con el abrasivo en sí que se puede encontrar en el 65 al 90%, y el aglutinante de resina fenólica/sintética se emplea entre el 5 y el 20% en peso(20). La pirita se considera un relleno "favorito" para tales aplicaciones, aparentemente debido a su bajo precio y alto rendimiento en una variedad de escenarios de molienda.
![shutterstock_758946454 máquina de molienda que utiliza pirita de hierro](https://mineralmilling.com/wp-content/uploads/bb-plugin/cache/shutterstock_758946454-1024x602-square-2a8d84a6b372cfbb611469a25e9a4082-5db18c9361c92.jpg)
Las muelas unidas de resina se utilizan en situaciones convencionales, de alta precisión y de molienda súper abrasiva, para los dos últimos escenarios, la alta capacidad de calor de la pirita es beneficiosa como un disipador de calor, reduciendo la temperatura en el lugar de la actividad de molienda y, por lo tanto, mejorar el rendimiento. El enlace en sí es conocido por su capacidad para soportar altos niveles de carga de choque.
Pirita de hierro para las ruedas de rectificación se añade en la forma monocristalina pura, tomando una forma de astilla, o forma de aguja, esta adición no sólo ayuda con la mejora de la conductividad térmica como se mencionó anteriormente, sino que mejora la resistencia a la tracción y la porosidad de la resina adherida abrasiva. En general, se aumenta la durabilidad, lo que se traduce en un mayor tiempo de actividad de molienda y menos requisitos para reemplazar la herramienta de molienda. La pirita se ha utilizado en diferentes grados abrasivos unidos de resina, incluyendo aplicaciones con abrasivos cerámicos, de carburo y de alúmina.
Como relleno, la pirita se agrega a las muelas abrasivas unidas con resina para mejorar principalmente la resistencia, pero otros beneficios incluyen una provisión garantizada de espacio para permitir la adición de lubricante de mecanizado o refrigerante; proporcionar una mejor resistencia a los golpes a través de la mayor parte de la rueda; proporcionar un entorno que permita la erosión gradual y controlada de las uniones para exponer nuevos filos de corte y proporcionar un grado de resistencia química para la rueda a los lubricantes de enfriamiento o mecanizado(22). La estabilidad general de la resina se ve particularmente reforzada por la presencia de rellenos, al igual que las características generales de rendimiento de resistencia a la flexión(23).
Se ha demostrado que las muelas abrasivas que utilizan pirita como componente junto con fibra de vidrio y baquelita como aglutinante son más duraderas durante tiempos de molienda a largo plazo que las que contienen solo elementos de carbono(24), en un 30 %, cuando se utiliza tan solo un 7,8 % de pirita en peso. No solo aplicable a la producción convencional de muelas abrasivas y/o medios, la pirita se puede utilizar en nuevos métodos de producción novedosos para medios de molienda, como los producidos mediante sinterización láser e impresión 3D(25).
![shutterstock_339036905 pastilla de freno y disco de freno](https://mineralmilling.com/wp-content/uploads/2019/10/shutterstock_339036905-1024x683.jpg)
Tipos de molienda especializados
Las tecnologías modernas de molienda también pueden aprovechar la pirita, y son especialmente adecuadas para proyectos de ingeniería de generación moderna, como la construcción de infraestructuras ferroviarias de alta velocidad. El rectificado de carriles de alta velocidad es un método de rectificado muy eficiente que se basa en el movimiento relativo entre la muela abrasiva y el carril, en distancias mucho más largas que el rectificado convencional. A partir de este movimiento relativo, se gana eficiencia y se aumenta la velocidad general de molienda, lo que es especialmente importante para grandes proyectos de infraestructura. La pirita, al igual que en otros escenarios de molienda, es apreciada por su capacidad como abrasivo y disipador de calor(26). Le va bien en los duros entornos de molienda que se encuentran en la industria ferroviaria, ya que la pirita absorbe el calor de molienda y se combina con el oxígeno para formar óxido férrico y dióxido de azufre, lo que reduce la temperatura general de molienda. Debido a la acumulación de calor de molienda, se postula que las muelas abrasivas de riel a base de pirita son las más adecuadas para moler en ráfagas cortas y agudas, a diferencia de la acción sostenida y continua(27).
Con un interés cada vez mayor en los usos de materiales contemporáneos y/o de moda, como la fibra de carbono, el interés se ha centrado en ver si estos pueden ser adecuados para su uso en sistemas de frenos. Como siempre, utilizando pirita como aglutinante, se han desarrollado muelas a base de fibra de carbono que han demostrado ser decentemente eficaces en la función de molienda primaria(28). La elección de un aglutinante tan fuerte se considera importante, ya que se observan excelentes propiedades de durabilidad.
¿Dónde más se ha utilizado la pirita?
La pirita se ha utilizado en otras situaciones industriales. Como fuente de azufre, se ha descubierto que las cenizas de pirita son un buen aditivo/relleno para el betún que se utilizará en la construcción de carreteras. El rendimiento, así como los rellenos establecidos (cemento Portland, polvo de piedra caliza), el betún dopado con pirita resultante resultó en buenos datos en las pruebas de mezcla, estabilidad y flujo. Además, esta adición de cenizas de pirita puede considerarse beneficiosa para el medio ambiente, ya que evita que las cenizas de pirita (un subproducto de la producción de carbón) se desperdicien(29,30). Como componente de los yacimientos de Shungit, la pirita de hierro se ha encontrado en pequeñas cantidades y se ha utilizado en general como potenciador de la producción de caucho sintético, junto con otros minerales(31).
Además de como relleno, la pirita ha encontrado otros usos en los últimos años, especialmente como cátodo en nuevos tipos de celdas de batería. Se ha demostrado que se ha demostrado un cátodo de pirita nanocristalina junto con un ánodo de magnesio en un electrolito de sal de sodio/magnesio doble, que ofrece densidades energéticas de circa. 210 vatios hora por kilogramo, que es comparable a las celdas de iones de litio líderes en el mercado, y el doble de capacidad que las celdas de iones de magnesio. Este desempeño es especialmente bueno considerando el bajo costo de los materiales(32).
Debido a su increíblemente baja banda prohibida eléctrica de 0,95 eV y a su caracterización como semiconductor de tipo n, la pirita de hierro se ha identificado como un material potencialmente útil para la fabricación de células solares flexibles, que muestra un alto carácter de absorción solar utilizando capas mucho más finas que las que se utilizarían para el silicio(33). Los investigadores, sin embargo, han encontrado que las dificultades derivadas de defectos superficiales (una falta de átomos de azufre en la estructura cristalina) están causando ineficiencias en uso como células solares. A pesar de ello, se está trabajando en este material aparentemente prometedor(34).
![shutterstock_464781575 más pequeño ruedas de molienda](https://mineralmilling.com/wp-content/uploads/2019/10/shutterstock_464781575-smaller-1024x662.jpg)
Consultoría de óxido de manganeso
- La pirita de hierro es un mineral natural de azufre que tiene un buen nivel de dureza y tiene un perfil de estabilidad térmica que es útil en aplicaciones de frenado y rectificado, también es relativamente económico y no tóxico.
- Se utiliza como aditivo de fricción en la fabricación de pastillas y zapatas de freno, como lubricante, para garantizar la uniformidad en el proceso de frenado. Se puede usar en conjunto con otros lubricantes sólidos o rellenos
- Se utiliza en ruedas unidas de resina como relleno activo, mejorando el rendimiento de la rueda de rectificación general mediante el aumento de los niveles de porosidad, la modulación de la conducción de calor y la resistencia física de la rueda. Un caso de uso muy prometedor es el rectificado de carriles para el uso de ferrocarriles de alta velocidad
- Se ha demostrado que la pirita es un relleno útil en la producción de betún, reemplazando los rellenos tradicionales como la piedra caliza y el cemento; y en pequeñas cantidades en la producción de caucho
- La pirita ha encontrado otros usos fuera de los rellenos, como en celdas de batería mixtas, y como material potencial para la generación de energía solar.
African Pegmatite
es el socio industrial de referencia para el suministro y procesamiento de pirita de hierro de la más alta calidad para una gran cantidad de aplicaciones, incluso en escenarios de revestimiento de ruedas y discos de freno de resina. African Pegmatite tiene la experiencia, la capacidad y el alcance para poder proporcionar pirita para cualquier aplicación a las especificaciones exactas de cualquier cliente en todo el mundo.
![iron_pyrite Polvo de piritas en una olla](https://mineralmilling.com/wp-content/uploads/2019/06/iron_pyrite.jpg)
Referencias
1 D Chan y G W Stachowiak, Proc. Instn. Mech. Engrs. Parte D: J. Ingeniería automotriz, 2014, 218, 953
2 Patente de los Estados Unidos 6080230, 2000
3 Patente 6220404 de los Estados Unidos, 2001
4 D. Rafaja et al.,Wear, 2002, 252.189
5 I. Urban et al. Wear, 2001, 251, 1469
6 F. Amanto et al., Revista de la Sociedad Española de Mineralogía, 2012, 16, 154
7 O. Schneeweiss et al, Análisis de nanopartículas liberadas por los frenos de los automóviles, en: NANOCON, Brno, República Checa, 2015
8 S. Kumar y S. K. Ghosh, Proc. Inst. Mech. Eng., Parte D: J. Automob, Eng., 2019, 234, 1213
9 A. Rudawska (ed.), Tecnología abrasiva: características y aplicaciones, BoD, Norderstedt, Alemania, 2018
10 K. A. Ahmed et al., Proc. Inst. Mech. Eng ., Parte J: J. Eng. Tribology, 2022, 236, 292
11 K. Sathickbasha et al., Ind. Lubricación y Tribología, 2021, 73, 325
12 M. A. Z. Vasconcellos et al., Wear, 2010, 268, 715
13 K.H.J. Buschow (ed.), Enciclopedia de Materiales: Ciencia y Tecnología, Pérgamo, Londres, 2001
14 B. S. Linke, Revista CIRP de Ciencia y Tecnología de la Fabricación, 2014, 7, 258
15 B. S. Linke, Prod. Eng. Res. Devel., 2016, 10, 265
16 A. Woelkel y B. Strzemiecka, Int. J. Adhesión y abrasivos, 2007, 27, 188
17 A. Woelkel y B. Strzemiecka, Acta Chromatographa, 2016, 16, 140
18 A. Knop y L. A. Pilato, Resinas fenólicas: química, aplicaciones y rendimiento, Springer, Berlín, 1985
19 F. Klocke, Procesos de fabricación 2: rectificado, bruñido, lapeado, Springer, Berlín/Heidelberg, 2009
20 A. Knop et al., Resinas fenólicas: química, aplicaciones, estandarización, seguridad y ecología , Springer, Berlín/Heidelberg, 2000
21 H. Ohimori (ed.), Tribología de los procesos de mecanizado abrasivo, William Andrew, Oxford, 2013
22 B. Linke, Ciclo de vida y sostenibilidad de las herramientas abrasivas , Springer, Berlín/Heidelberg, 2016
23 A. Knop y L. A. Pialto, Resinas fenólicas: química, aplicaciones y rendimiento, Springer, Berlín/Heidelberg, 2013
24 A. Korotkov y V. Korotkov, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, 709, 022020
25 F. Zhang et al., Ceram. Int., 2019, 45, 20873
26 P. Liu et al., Micromáquinas, 2022, 12, 2118
27 P. Liu et al., Constr. Construir. Mater., 2022, 319, 126073
28 A. Korotkov y V. Korotkov, IOP Conf. Ser.: Mater. Eng., 2020, 709, 022020
29 A. H. Lav, Utilización de ceniza pirítica como relleno en mezclas bituminosas en el Simposio Nacional sobre el Uso de Materiales Reciclados en la Construcción de Ingeniería , Barton, Australia, 1996
30 G. Papierer et al., Rheologica Acta, 1981, 20, 78
31 M. K. Nauryzbayev et al., Producción de concentrados de Shungit – Cargas multifuncionales para elastómeros en el XVIII Congreso Internacional de Preparación de Carbón, San Petersburgo, 2016
32 M. V. Kovalemo et al., Chem. Mater. 2015, 27, 7452
33 H. Dahman et al., Renewable Energy, 1991, 2, 125
34 M. Z. Rahman y T. Edvinsson, Joule, 2019, doi: 10.1016/j.joule.2019.06.015
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