CONTROL DE CALIDAD DE CEMENTO ANDINO S.A.
CÁTEDRA:
CONTROL DE CALIDAD
DOCENTE:
ING. ANIBAL CASTRO CONTRERAS
ALUMNO:
ADAMA NAVARRO, Aldo Joel
SEMESTRE:
X
Huancayo – 2013
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INDICE
RESUMEN..........................................................................................................................................
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INTRODUCCIÓN ..............................................................................................................................
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CONTROL DE CALIDAD AL CEMENTO ......................................................................................
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SISTEMA INTEGRADO DE GESTIÓN DE CALIDAD, MEDIO AMBIENTE, SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL .........................................................................
7
CONTROL DE CALIDAD EN LOS YACIMIENTOS ......................................................
10
CONTROL DE CALIDAD EN LA CALCINACIÓN .........................................................
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CONTROL DE CALIDAD DE LA MOLIENDA CON UN % DE YESO ......................... 18
BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................................
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RESUMEN
En este presente trabajo se detallara los controles de calidad de la empresa cemento andino S.A. desde su explotación de la caliza como primer punto para hacer el control de calidad, chancado, molienda, calcinación, molienda con el 3% de yeso y el despacho
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INTRODUCCIÓN
En la industria del cemento portland, conocer la composición química de la materia prima, productos intermedios, y producto final es de vital importancia tanto para el desarrollo del proceso como para obtener un producto que cumpla con las especificaciones técnicas deseadas. Si bien los elementos principales para la fabricación del cemento portland son el Ca, Si, Fe, Al, también participan en el proceso el Mg, S, Na, K, Ti, P, Mn, que acompañan a los elementos principales en la materia prima. Todos estos elementos se encuentran conformando compuestos como carbonatos, óxidos, sulfatos, silicatos, aluminatos, sulfuros, etc. en diferentes formas mineralógicas. Estos compuestos ingresan al proceso en adecuadas proporciones para transformarse en un material llamado clínker; que lo constituyen en forma principal los silicatos tricálcico y dicálcico, el aluminato tricálcico y el ferro-aluminato tetracálcico y al molerse finamente con el yeso forman el cemento Portland.
Si bien los elementos principales para la fabricación del cemento portland son el Ca, Si, Fe, Al, también participan en el proceso el Mg, S, Na, K, Ti, P, Mn, que acompañan a los elementos principales en la materia prima. Todos estos elementos se encuentran conformando compuestos como carbonatos, óxidos, sulfatos, silicatos, aluminatos, sulfuros, etc. en diferentes formas mineralógicas. Estos compuestos ingresan al proceso en adecuadas proporciones para transformarse en un material llamado clínker; que lo Página 4
constituyen en forma principal los silicatos tricálcico y dicálcico, el aluminato tricálcico y el ferro-aluminato tetracálcico y al molerse finamente con el yeso forman el cemento Portland.
CONTROL DE CALIDAD AL CEMENTO
El cemento es un material que forma parte de la civilización contemporánea y su empleo es de conocimiento general. Sin embargo, el usuario no profesional conoce poco de su fabricación y comportamiento. De acuerdo a norma el cemento es un material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de agua forma una pasta conglomerante capaz de endurecer, tanto bajo el agua como en el aire. La matriz del cemento lo constituye el clínker que es un producto constituido en su mayor parte por silicatos de calcio, obtenido por la cocción hasta fusión parcial (clinkerización) de una mezcla convenientemente proporcionada y homogeneizada de materiales debidamente seleccionados. La fabricación del cemento comprende tres etapas. La primera de explotación de los yacimientos y el beneficio de la materia prima, en segundo lugar los procesos de cocción hasta temperaturas mayores de 1450°C, que constituyen la fase medular del proceso y luego el enfriamiento y molienda con una adición de aproximadamente 3% de yeso.
La materia prima para la fabricación de cemento está constituida básicamente por materiales calcáreos y por la alúmina y sílice que se encuentran principalmente en las arcillas. Al efecto se explotan preferentemente yacimientos calizos o de margas calizas. Página 5
El tratamiento de la materia prima, comprende la trituración y molienda, la dosificación y homogeneización de los crudos para asegurar la uniformidad y finura necesaria antes de que el material ingrese al horno.
El proceso de cocción moderno se realiza mediante una etapa previa de pre-calcinación, que se efectúa en una torre de diferentes niveles en la que se encuentran instalados de 4 a 6 ciclones, que constituyen el sistema de intercambio del calor. En ellos se efectúa una transferencia térmica entre la materia que desciende y los gases ascendentes de salida del horno, que llegan a temperaturas superiores a los 1000°C. Generalmente se instalan quemadores, para la pre-calcinación. El material descarbonatado ingresa a hornos rotatorios de grandes dimensiones, que efectúan el tratamiento de los crudos a temperaturas de 1450°C a 1500°C. En la tercera etapa el clínker que sale a temperaturas superiores a 1200°C accede a un enfriador, de manera de facilitar su manipulación y transporte. Luego del enfriamiento el clínker debe ser molido a una finura adecuada para lograr su máximo rendimiento, adicionando de 3 al 3.5% de yeso para controlar en la primera edad la reología de las pastas. El cemento se presenta en forma de un polvo finísimo, de color gris que, mezclado con agua, forma una pasta que endurece tanto bajo agua como al aire. Por la primera de estas características y por necesitar agua para su fraguado se le define como un aglomerante hidráulico.
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Es obtenido mediante un proceso de fabricación que utiliza principalmente dos materias primas: una caliza, con un alto contenido de cal en forma de óxidos de calcio, y un componente rico en sílice, constituido normalmente por arcilla o eventualmente por una escoria de alto horno.
Estos componentes son mezclados en proporciones adecuadas y sometidos a un proceso de fusión incipiente en un horno rotatorio, del cual se obtiene un material granular denominado clinquer, constituido por 4 compuestos básicos: Silicato Tricálcico ( 3 CaO . SiO2), designado como C3S. Silicato bicálcico ( 2 CaO . SiO2), designado como C2S. Aluminato tricálcico (3 CaO . Al 2O3), designado como C3A. Ferroaluminato tetracálcico ( 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3), designado como C4AF.
Estos se presentan en forma de cuatro fases mineralizadas, en conjunto con una fase vítrea, integrada por los dos últimos. Estas fases constituyen un 95 % del peso total del clinquer, siendo el 5 % restante componentes menores, principalmente óxidos de sodio, potasio, titanio, residuos insolubles y otros.
SISTEMA INTEGRADO DE GESTIÓN DE CALIDAD, MEDIO AMBIENTE, SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL
Entre el 11 y 14 de octubre del 2010, se realizó la Auditoría externa integrada: ISO 9001, ISO 14001 y OHSAS 18001 que fue realizada por SGS del Perú. Se auditaron los procesos Página 7
de Lima y Fábrica incluidas las empresas contratistas. El objetivo fue re-certificar el sistema de gestión de calidad y adecuarnos a la nueva norma internacional ISO 9001:2008 y el sistema de gestión de seguridad y salud ocupacional en base a la norma internacional OHSAS 18001:2007, con el respectivo seguimiento a cumplimiento de la norma ISO 14001:2004. El equipo auditor externo concluyó que nuestra empresa ha establecido y mantenido su Sistema de Gestión de Calidad y de Seguridad y Salud Ocupacional de acuerdo con los requisitos del estándar de las normas ISO 9001:2008 y OHSAS 18001:2007 respectivamente, recomendando la recertificación de ambas normas a Cemento Andino S.A., además del estándar ISO 14001:2004, bajo el alcance de “Fabricación y Comercialización de Cemento”.
Como parte de los compromisos asumidos ante la Corporación Andina de Fomento (CAF) establecidos en el Informe Ambiental y Social (IAS), se contrataron a las empresas MIMPETEL y AUDITEC como supervisoras externas, a fin de que ellas verifiquen el cumplimiento de las medidas de manejo ambiental y social establecidas en los diferentes estudios ambientales (EIA del proyecto de construcción y demás permisos ambientales y sociales); estas actividades se realizaron y reportaron durante los meses de abril y octubre del 2010, para lo cual se realizaron auditorías internas a la empresa Consorcio JJC-SSKFYAGA, (responsables de las obras civiles y montaje del Proyecto de Ampliación de Capacidad de Producción) en base al procedimiento “Gestión en Medio Ambiente, Seguridad, y Salud Ocupacional para Empresas Contratistas en ejecución de Proyectos con Estudio de Impacto Ambiental para Cemento Andino S.A.”.
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Así mismo se coordinó con los responsables de los procesos, para que las empresas contratistas que vayan a realizar trabajos en nuestras instalaciones como parte del Proyecto de Ampliación, tengan conocimiento de los requisitos exigidos por CASA estipulados en el citado procedimiento, como parte de la mejora continua del Sistema Integrado de Gestión Monitoreo de la Calidad del Aire y Emisiones Atmosféricas En el 2010, el promedio de los valores monitoreados de emisiones en el Horno 1 fue de 28.5 mg/m3, en el Horno 2 fue de 41.0 mg/m3, en el Horno 3 fue de 62.3 mg/m3, en todos los casos muy por debajo del valor máximo permisible por la Norma Nacional (D.S. 0032002-PRODUCE) vigente que es: 250 mg/m3 En el caso del Molino de Carbón, se registraron en promedio valores de emisión de material particulado de: 13.5 mg/m3, siendo el valor máximo permisible por la Norma Nacional vigente de 150 mg/m3. En lo que respecta a la calidad de aire de la zona de influencia, el nivel de contenido de partículas PM10 en La Unión Leticia y Condorcocha en promedio se ha mantenido por debajo de: 100 ug/m3, comparativamente muy por debajo de los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del Aire: 150 ug/m3. En lo que respecta a emisiones de SO2, utilizamos como referencia la Norma Mexicana (Norma Mexicana: NOM-040-ECOL-2002), la que cumplimos holgadamente. Con respecto al contenido de SO2 en el aire los valores registrados en Condorcocha y La Unión Leticia son menores a 6.15 ug/m3 muy por debajo del valor límite de 80 ug/m3 (D.S. 003-2008-MINAM – Estándares de Calidad Ambiental de Aire)
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LA FABRICACIÓN DEL CEMENTO COMPRENDE TRES ETAPAS
CONTROL DE CALIDAD EN LOS YACIMIENTOS
En la normalización de cemento a nivel internacional, lo que incluye las normas más extendidas como la ASTM y la Comunidad Europea CEE, los controles de carácter químico del cemento Portland tipo I no se refieren a los elementos principales sino a los denominados menores. Al efecto se fijan límites máximos para los óxidos que se consideran pueden afectar la durabilidad del concreto. En ese sentido se limitan el MgO y Página 10
el SO3 y excepcionalmente los álcalis, en los casos específicos que se compruebe reacción potencial con determinados agregados. Los cementos de características especiales, que representen aproximadamente el 3% de los despachos, tienen además especificaciones sobre el contenido de silicatos cálcicos y el tipo II por excepción sobre el contenido de óxidos de fierro, aluminio y sílice. Sin embargo, en las plantas siempre se efectúa el análisis de todos los óxidos y se calculan los compuestos por fórmulas de composición potencial. Las especificaciones normativas del cemento a nivel internacional, tienen básicamente el carácter de performance y se refieren a características físicas y de comportamiento resistentes. Análisis Químico En el caso de Cemento Andino, la Caliza se ha subdividido en Caliza de Alta Ley y Caliza de Baja Ley contando también con el uso de Arcilla y Mineral de Hierro. Estos cuatro materiales combinados en proporciones adecuadas darán lugar en primera instancia a la Harina Cruda, que al ser calcinada y sinterizada en el Horno producirá el Clínker y éste al molerse conjuntamente con el Yeso formará el Cemento Portland
El análisis químico tiene particular incidencia en el control de la producción del cemento, efecto que se ha incrementado en los últimos años por los modernos métodos instrumentales y sistemas de muestreo que permiten una rápida interreacción entre laboratorios automatizados que brindan resultados que pueden ser analizados prontamente para adoptar decisiones que regulen el proceso.
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Los métodos de análisis vigentes en la industria hasta la década de 1960, eran los procedimientos gravimétricos y volumétricos hoy denominados como convencionales o de vía húmeda, que demanda varias horas de trabajo tedioso y compromete a numeroso personal. Los procedimientos de vía húmeda continúan utilizándose como control, en cuanto son los únicos aprobados por las normas. La norma ASTM C 114-97 para análisis químico del cemento es de general aceptación y constituye el antecedente en la formación de la norma técnica peruana.
En este marco la determinación tradicional de los óxidos principales en los crudos y en el cemento no era operativo para el control de la alimentación del horno. En consecuencia se optó por el método de titulación de carbonatos. Este proceso fue de mucha utilidad pues no requiere mayor inversión y permite resultados en breves minutos, sin exigir personal de alta capacitación. Sin embargo, la respuesta del método no corresponde con el grado de precisión necesaria a los valores reales de CaCO3 y CaO debido a la presencia en el crudo de otros carbonatos como el de magnesia y los álcalis, con la consideración adicional que el CaO, no necesariamente tiene la forma de carbonato. Se le ha utilizado como apoyo en los métodos clásicos para la determinación del CaO, Al2O3, Fe2O3 y MgO. En la actualidad el desarrollo tecnológico ha permitido disponer de métodos instrumentales, que serán motivo de exposición en esta mesa redonda por calificados especialistas, lo que nos exonera de hacer referencias, salvo las siguientes como clasificación introductoria. Página 12
La determinación de los óxidos principales CaO, SiO2, A12O3, Fe2O3 y MgO se efectúa básicamente por fluorescencia de rayos X, en la materia prima, en los crudos y en el cemento.
Este procedimiento está generalizado en todas las empresas productoras de nuestro país. Por razones de rapidez y precisión, los álcalis Na2O, K 2O, son analizados por métodos de fotometría de llama, que han sido especificados por ASTM dentro de la norma precitada. Un método auxiliar importante, que sirve de apoyo en un segundo nivel, lo constituyen los métodos térmicos de los cuales se ha tenido experiencia en Perú en el análisis térmico diferencial ( ATD) para resolver algunos problemas específicos, en especial como referencia al comportamiento térmico de ciertos minerales como la arcilla, la bauxita, los sulfuros, la calcita, la dolomita, etc. Adicionalmente, para el conocimiento de elementos menores que puedan afectar el proceso de cocción, se Utilizan los métodos de absorción atómica, principalmente en el examen de la materia prima para contenidos de TiO2, P2O5, y también el cloro y el cromo.
CONTROL DE CALIDAD EN LA CALCINACIÓN
Las materias primas se presentan como óxidos de cal, sílice, alúmina y fierro que interactúan en el horno para formar productos complejos, que al llegar a un estado de equilibrio dan formación a silicatos y aluminatos de la siguiente composición:
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ELEMENTO - Silicato Tricálcico - Silicato Bicálcico - Aluminato Tricálcico - Ferroaluminato Tetracálcico
FORMULA 3CaO SiO2 2CaO SiO2 3CaO Al203 4CaO Al2O3 Fe203
SIMBOLO
C3S C2S C3A C4AF
Los silicatos enunciados no se encuentran como compuestos puros, contienen pequeñas cantidades de óxidos en solución sólida, que tienen considerable efecto en el ordenamiento atómico y las formas cristalinas, incidiendo en las propiedades hidráulicas.
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Los principales compuestos denominados menores son principalmente el MgO, K 2O, Na2O, y además Mn2O3, TiO2, P2O5. Las cantidades de los diferentes tipos de silicatos y aluminatos cálcicos varían apreciablemente de un tipo de cemento a otro. La producción de los diferentes tipos se efectúa por el control proporcional de los materiales correspondientes. La composición de los cementos Portland de producción nacional se encuentran dentro de los siguientes porcentajes: CaO 62.5
∼
SiO2 19
∼
Al2O3 4
∼
Fe2O3 3
∼
MgO 0.9 SO3 2,3
22 6 3.5
∼
∼
64.5
2.9
2.6
La constitución calculada de los cementos Pórtland de producción nacional se encuentra dentro del siguiente orden: C3S 48
∼
C2S 17
∼
C3A 6
∼
C4AF 9
52 27
10
∼
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Cuando el cemento se mezcla con el agua se forman tres compuestos característicos: Los Sulfo-aluminatos Cálcicos que forman una capa protectora que regula la hidratación inicial, los Silicatos Cálcicos hidratados que contribuyen a la resistencia, además el Hidróxido de
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Calcio. Las siguientes composiciones aproximadas consideran las denominaciones de los compuestos en la química del cemento.
Etringita C3A CaSO4 3lH2O Tobermorita 3CaO 2SiO2 3H2O Portlandita Ca (OH)2
Un dispositivo denominado corrientemente como sulfurómetro constituye un rápido analizador de azufre, basado en un horno de inducción. La política de preservación del medio ambiente, llevó al monitoreo y control de las emisiones de las plantas y a la determinación de la emanación en SO2 y NOx. Su intervención más significativa se encuentra en los siguientes rubros: Análisis de los materiales del yacimiento, incluyendo la investigación de la caliza y la arcilla para anticipar las variaciones en el aprovisionamiento. Análisis de los combustibles para asegurar las especificaciones de adquisición.Diseño de la mezcla que refleje los costos individuales de los materiales de cantera en el costo de producción y la calidad del producto, atendiendo principalmente la molturación y aptitud a la calcinación. Diseño y ajuste de la mezcla del crudo.
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Optimizar los materiales destinados a la prehomogeneización, mediante el adecuado control. Participar en el control del crudo, luego de la mezcla, determinando fineza y composición. Efectuar el análisis químico del cemento, para su certificación. Control de materiales diversos. Otro método de estudio, no necesariamente químico pero que sirve para el conocimiento de la constitución de los cementos, es el microscópico, que permite el conteo de los Silicatos Cálcicos y eventualmente estudiar sus características de manera de inferir el comportamiento del proceso de calcinación. Finalmente en Perú la mayor parte de la producción de cemento es analizada en su granulometría por el equipo denominado granulómetro láser, que consiste en hacer atravesar el polvo de cemento por un haz de luz monocromático emitida por un láser, el reparto de la luz difractada permite determinar la curva granulométrica. Los granulómetros pueden ser instalados de manera de informar en continuo las características del cemento producido. Los equipos modernos permiten analizar partículas de 0.1μ a 315μ. La importancia del tamaño de la partícula reside en el grado de actividad de reacción con el agua y la formación de compuestos de hidratación, es decir según sea la granulometría del cemento varía su comportamiento resistente. La difracción de rayos X se aplica en el control de la cal libre y fundamentalmente la determinación de las fases del clínker, especialmente los silicatos cálcicos. Además, constituye una importante herramienta de investigación. En el presente año el ASTM ha aprobado la primera norma para su aplicación en el análisis del cemento, la ASTM C 1365.
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CONTROL DE CALIDAD DE LA MOLIENDA CON UN % DE YESO
El clinquer es sometido a molienda mediante molinos de bolas hasta convertirlo en el polvo finísimo ya mencionado, adicionándose en esta etapa una proporción de yeso alrededor de un 5 % de su peso, destinado a regular el proceso de fraguado de la pasta de cemento, la que de otra manera endurecería en forma casi instantánea. El cemento así obtenido se denomina cemento Pórtland. Durante la molienda se puede adicionar otros productos naturales o artificiales, constituyendo así los Cementos Pórtland con adiciones o Especiales, los que, junto con mantener las propiedades típicas del Pórtland puro (fraguado y resistencia), poseen además, otras cualidades especialmente relacionadas con la durabilidad, resistencia química y otras. Entre las adiciones más conocidas y utilizadas están las puzolanas, las cenizas volantes y las escorias básicas granuladas de alto horno. Estas adiciones presentan una reactividad química potencial, que se activa durante la hidratación del clinquer a temperatura ambiente. Así las puzolanas y cenizas volantes reaccionan con la cal hidratada liberada durante la hidratación de los componentes activos del clinquer. En cambio, en el caso de las escorias este efecto se produce porque la cal hidratada liberada desencadena la reacción de los componentes de la escoria, similares a los existentes en el clinquer. Finalmente en Perú la mayor parte de la producción de cemento es analizada en su granulometría por el equipo denominado granulómetro láser, que consiste en hacer atravesar el polvo de cemento por un haz de luz monocromático emitida por un láser, el reparto de la luz difractada permite determinar la curva granulométrica. Los granulómetros
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pueden ser instalados de manera de informar en continuo las características del cemento producido. Los equipos modernos permiten analizar partículas de 0.1μ a 315μ. La importancia del
tamaño de la partícula reside en el grado de actividad de reacción con el agua y la formación de compuestos de hidratación, es decir según sea la granulometría del cemento varía su comportamiento resistente. La difracción de rayos X se aplica en el control de la cal libre y fundamentalmente la determinación de las fases del clínker, especialmente los silicatos cálcicos. Además, constituye una importante herramienta de investigación. En el presente año el ASTM ha aprobado la primera norma para su aplicación en el análisis del cemento, la ASTM C 1365.
BIBLIOGRAFÍA
LA CALIDAD Y LOS MÉTODOS INSTRUMENTALES EN LA INDUSTRIA DEL CEMENTO
http://www.asocem.org.pe/bivi/re/IC/CC/control_fabricacion_aranda.pdf
http://www.asocem.org.pe/web/default.aspx
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