Fabricacion Del Cemento Via Humeda ÍNDICE * Introducción * Prologo * Fabricación del cemento por vía húmeda * Proceso vía húmeda * Etapas: * Etapa 1: * Extracción de la materia prima * Traslado de la materia prima a la fabrica * Control de calidad * Tratamiento de la materia prima * Etapa 2: * Pre homogenización * Homogenización * Etapa 3: * Horno * Enfriamiento * Etapa 4: * Molienda y cernido * Silos del cemento * Embasado * Etapa 5: * Embasado * Conclusiones INTRODUCCION Para un estudiante de ingeniería civil es muy importante el conocimiento de los principios básicos para la elaboración de los cemento ya que es el material más utilizado para nuestro campo de acción. Es por ello que en el presente trabajo se intentara presentar y dar a conocer como es la fabricación del cemento por vía húmeda FABRICACION DEL CEMENTO POR VIA HUMEDA El cemento es un aglomerante utilizado en obras de ingeniería civil, proveniente de la
pulverización del Clinker obtenido por fusión incipiente de materiales arcillosos arcilloso s y calizos, que contengan óxidos de calcio, silicio, aluminio y fierro en cantidades dosificadas, adicionándole posteriormente yeso sin calcinar. En la actualidad, solo un 6 % de la producción se realiza mediante vía húmeda. Cementos sur es la única fábrica en el Perú que fabrica el cemento por el proceso vía húmeda. PROCESO VIA HUMEDA El proceso por vía húmeda fue ampliamente utilizado en otros tiempos, pero debido al gran aumento de los precios de los combustibles ha sido sustituido por el de vía seca, en el cual no hay que evaporar agua, que supone aproximadamente un 35 % de la papilla, representando un gasto energético muy elevado. Sin embargo, en zonas o países donde las materias primas tienen un alto contenido en humedad el proceso por vía v ía húmeda ha sobrevivido, al menos en lo que se refiere a la preparación de las materias primas. Este proceso normalmente permite un manejo y una homogeneización más fácil de las materias primas, especialmente en los casos en que las materias primas están húmedas o son pegajosas exhibiendo grandes fluctuaciones en su composición química. Este proceso es utilizado normalmente para materias primas de alto contenido en humedad. En el proceso por vía húmeda se requiere agua, para dispersar y suspender en ellas las partículas de cada materia prima separadamente. El empleo de un método u otro depende de las condiciones en que se encuentra la materia prima en estado natural y de las condiciones climáticas de la zona, por la repercusión en los costos del producto. Además el método determina la longitud del horno, requiriendo mas longitud cuanto más húmeda ingrese la mezcla. ETAPAS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN ETAPA 1: El proceso de fabricación del cemento comienza con la explotación de materias primas necesarias para conseguir una composición deseada en la producción del clinker. Estas materias primas se encuentran en numerosas formaciones geológicas. El método para extraer estas materias primas es de tajo abierto debido a las formas de las vetas en que se presentan estos yacimientos: Lasmaterias primas a utilizar son: * Piedra caliza.- Roca compuesta principalmente por carbonato de calcio. - Es la materia m ateria prima principal, formada por calcita. - Extraída mediante un sistema de tajo abierto - Tiene una preparación sencilla - Tiene una trituración cómoda - Tiene una molienda fácil
- Tiene una buena aptitud de reacción al momento de cocción * Yeso.- En la naturaleza se encuentra formando la anhidrita - Este se agrega al clinker durante la molienda en un 2 a 3% - Actúa como catalizador negativo o reactivo en el fraguado - Influye en la tracción y compresión en la resistencia del cemento * Arcilla.- Es un cito silicato acido -En la naturaleza se forma como resultado de la acción del agua y acido carbónico sobre minerales como el feldespato - En la fabricación del cemento se usan como reguladores -También determina las propiedades hidráulicas gracias a su capacidad de adquirir agua sin alterar su estructura reticular - La arcilla que contiene cal se conoce como greda - La arcilla que contiene arena se conoce como marca * Oxido férrico.- Se prepara a partir de sulfatos ferrosos - Sirve para regular el contenido del hierro - Conocido como rojo de Venecia * Agua.El agua posee especificaciones de acuerdo al uso que se le destine: - agua para la alimentación de calderas - agua para elacido clorhídrico HCl -someterlo a baño maría -filtrar el precipitado -calcinar y pesar el precipitado * Determinación de su contenido de sustancias oxidas -al filtrado del análisis anterior -añadir 3 gotas de metil Orange -hervir durante 5 min -agregar amoniaco hasta que vire de calor, formándose un precipitado -filtrar -calcinar y pesar el filtrado * Determinación de su contenido de sustancias insolubles -pesar 0.05 gr de muestra -agregar 10 ml de acido clorhídrico HCl -calentar y filtrar el precipitado -añadir 0.5 gr de carbonato de sodio al 30% -macerar durante media hora -añadir acido clorhídrico HCl hasta que vive el color -filtrar y calcinar -pesar
* Determinación de su contenido de sulfatos -utilizando el filtrado del análisis anterior -hervir durante 20 min -añadir 20 ml de cloruro de bario -filtrar -calcinar y pesar * Determinación de su contenido de hierro -pesar 1 gr de muestra - agregar 50 ml de acido clorhídrico HCl -hervir -filtrar y añadir cloruro de estaño hasta que la solución queda incolora -se añade 15 ml de cloruro de mercurio y 20 ml de mezcla de fosforo sulfúrico mas 4 gotas de difenil amina -triturar con dicromata de potasio El resultado de estos análisis son: compuestos | piedra caliza | arcilla | yeso | SiO2 | 4.25 | 58.78 | 2.73 | Al2O3 | 3.54 | 14.52 | 0.42 | Fe2O3 | 2.38 | 5.1 | 0.4 | CaO | 49.68 | 4.31 | 36.95 | MgO | 1.23 | 3.82 | 45.56 | P.C | 39.49 | 7.75 | 13.66 | Las materias primas después del control de calidad deben pasa por los siguientes procesos antes de ser sometidas a la cocción en el horno: * La piedra caliza en volquetes es trasladada a la chancadora donde pasara por el proceso de trituración reduciéndose el material con con tamaño de hasta 1.2 m3 a un tamaño final menor de 75 mm. Este material triturado es transportado hasta las canchas de almacenamiento de la planta mediante fajas transportadoras. * La arcilla de la misma manera se trasladara ala diluidora * El yeso será trasladado al molino de cemento * El agua será conectada a un depurador ETAPA 2: Después de que las materias primas son procesadas se encuentran en la etapa de pre homogenización donde el material se almacenan en capas uniformes para ser posteriormente seleccionadas de forma controlada. La pre homogenización permite preparar la dosificación adecuada de los distintos componentes reduciendo su variabilidad. Es la etapa del proceso de fabricación donde se dosifica las características químicas de la harina
que se desea obtener. El sistema consta de básculas dosificadoras, cada una de ellas capaz de gobernar las proporciones de caliza, arcilla, minera de hierro, etc., que se incorporan al molino de crudo para lograr la mezcla y finura de la harina, Controlado en forma automática por un sofisticado so fisticado sistema interactivo de análisis químico por Rayos X. Posteriormente estos materiales se muelen en molinos verticales o de bolas para reducir su tamaño y favorecer así su cocción en el horno. En el molino vertical se tritura el material a través de la presión que ejercen sus rodillos sobre una mesa giratoria. A partir de ahí la harina o crudo se almacena en un silo para incrementar la uniformidad de la mezcla. La finalidad de la molienda es reducir el tamaño de las partículas de materia prima, para que las reacciones químicas de cocción en el horno puedan realizarse de forma adecuada. La molienda de materias primas (molienda de crudo) se realiza en equipos mecánicos rotatorios, en los que la mezcla dosificada de materias primas es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas. Los molinos más utilizados son los horizontales de bolas (formados por un tambor de acero, horizontal y giratorio, revestido interiormente de placas muy resistentes al desgaste y con formas adecuadas para voltear eficazmente a las materias primas junto con una carga muy importante de de bolas de fundición fundición blanca aleada con níquel níquel y cromo). ETAPA 3: Inicia con la homogenización., en el caso de la vía húmeda se usan corrientes de agua para mezclar los materiales este es el proceso de dispersión la cual se hace en grandes tanques con sistemas mecánicos de paletas para el agitado. Luego por bombeo se conduce cada sustancia para realizar la mezcla, dosificando la cantidad de cada una de ellas al entrar al tanque, con características semejantes a las descritas anteriormente resultando una pasta con contenido de agua de un 30-40 % que es alimentada en el extremo ext remo más elevado del horno de clinker. En este proceso la mezcla de las materias primas es bombeada a balsas de homogenización y de allí hasta los hornos donde se produce el clinker a temperaturas superiores a los 1500°C La finalidad del proceso de homogenización o mezcla de materias primas es reducir el tamaño de las partículas de materias para que las reacciones químicas de cocción en el horno puedan realizarse de forma adecuada. La pasta que ingresa al horno esta formada por: SiO2:13.21% Al:4.04% FeO3:3.86% CaO:41.70% MgO:2.49% SO3:o.10% Perdida al fuego 34.12%
Pasta al horno con el porcentaje de agua que contiene, carbonatos y el total Agua:35.4% CaCO:73.2% MgCO:2% Total:76.1% EL HORNO ROTATORIO El horno es el elemento fundamental para la fabricación del cemento. Está constituido por un tubo cilíndrico de acero con longitudes de 40 a 60 m y con diámetros de 3 a 6 m, que es revestido interiormente con materiales refractarios, acusa una ligera inclinación hacia el extremo donde se sitúa el quemador. Su longitud puede superar los 150 15 0 m., con una producciones que superan las 1000 Tm./día. La inclinación suele ser del 2 al 5 por 100 y giran a una velocidad que alcanza las 180 revoluciones por hora. en el horno para la producción del cemento se producen temperaturas de 1,500 a 1,600°C, En el extremo situado más bajo se encuentra el mechero o quemador que se alimenta con carbón pulverizado o con fuel-oíl y por el otro extremo se introduce la pasta Por efecto de la inclinación y rotación del horno, la pasta se mueve lentamente y en contracorriente hacia el extremo donde están situados el mechero y la boca de descarga y, en su desplazamiento, va adquiriendo cada vez mayor temperatura a la vez que se van produciendo una serie de transformaciones físicas y reacciones químicas.
El horno descarga el clinker de forma continua hacia el enfriador que puede ser de satélites o de parrilla. El Material que sale del horno es inorgánico finamente dividido, que amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece en virtud de reacciones y procesos de hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. Gases del horno La composición de los gases de los hornos de calcinación depende de: 1. consumo de calor cant. De combustible 2. tipo de combustible 3. condiciones de combustión 4. cantidad de exceso de aire 5. combustión del combustible 6. contenido de agua de las materias primas Pueden aparecer los siguientes gases o compuestos CO2 anhídrido carbónico O2 oxigeno H2 hidrogeno N2 nitrógeno
CH4 metano H2O agua MECANISMO DE COMBUSTION Sabemos q la fábrica de cemento sur tiene como combustible el carbón y con excepción de este todos los combustibles se queman convirtiéndose en vapor para mostrar cuanto oxigeno o aire se requiere para la combustión podemos hacer una ecuación química Por ejemplo Cuando se quema un hidrocarburo simple como el metano CH4 se combina el carbono C con el oxigeno O2 del aire para formar bióxido de carbono CO2 el hidrogenó se combina con el oxigeno para formar aguaH2O CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O Como el aire tiene 21% de O2 se precisaría de 10 cúbicos de aire para cada pie cubico de metano una combustión como esta se llamaría completa y perfecta. Seria completa porque todo el carbono se habría convertido en CO2 y todo el hidrogeno en agua. Seria perfecta por hacer suficiente cantidad de oxigeno para quemar todo el carbono y el hidrogeno sin quemarse el oxigeno o el aire. Quemar combustibles en los hornos de una refinería es mas complejo q establecer una serie de ecuaciones. En cualquier sistema de horno es necesario: 1. Preparar el carbono para su combustión 2. Asociar el carbono en proporciones adecuadas al momento y temperatura correcta para el encendido de la combustión 3. Transferir a los tubos del horno el calor de los productos del carbono pero al mismo tiempo dejar calor en la zona de combustión la combu combustión stión se resume como 3”T”(tiempo, temperatura y turbulencia) El clinker: El clinker se compone de los siguientes óxidos (datos en %): * Óxido de calcio "cal" ( CaO) 60-69 * Óxido de Silicio "sílice“ (SiO2) 18-24 18 -24 * Óxido de Aluminio "alúmina" ( Al2O3) 4 -8 * Óxido de Hierro ( Fe2O3) 1-8 El producto obtenido llamado clinker, es negro, duro y granulado. El clinker se estaciona un minimo de 15 a 30 dias Composición química del clinker SO3: 0,1 - 2,5 % Mn2O3 : 0 - 3,0 %
TiO2 : 0 - 0,5 % P2O5: 0 - 1,5 % PxC: 0,5 - 3,0 % SiO2 : 16 - 26 % Al2O3: 4 - 8 % Fe2O3 : 2 - 5 % CaO: 58 - 67 % MgO: 1 - 5 % Na 2O + K2O: 0 - 1 % Compuestos principales del cemento a) Silicato tricálcico (C3S): • Fase denominada “alita”. • Constituye del 50% al 70% del clinker. • Se hidrata y endurece rápidamente. • Responsable, en gran parte, del inicio del fraguado. • Aporta resistencia a corto y largo plazo (a mayor
porcentaje de C3S mayor resistencia). b) Silicato dicálcico (C2S): • Fase denominada “belita”. • Constituye del 15% al 30% del clinker. • Se hidrata y endurece lentamente. • Contribuye al incremento de la resistencia a
edades mayores de 7 días. c) Aluminato tricálcico (C3A): • Constituye aprox. del 5% al 10% del clinker. • Libera una gran cantidad de calor durante los
primeros días de hidratación y endurecimiento. • Contribuye al desarrollo de las resistencias muy
tempranas y al fraguado del cemento. • Vulnerable a la acción de los sulfatos: forman
producto expansivo (estringita). d) Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): • Constituye aprox. del 5% al 15% del clinker. • Se hidrata con rapidez pero contribuye muy poco a
la resistencia. • Su formación reduce la T de clinkerización.
e) Sulfato de calcio: • Yeso: CaSO4.2H2O • Anhidrita: CaSO4 • Se adiciona al cemento (aprox. 5%), durante su
molienda, para controlar el fraguado: controla la hidratación del C3A. • Ayuda a controlar la contracción co ntracción por secado y puede influenciar la resistencia.
Influencia de los compuestos en las propiedades del cemento Calor de hidratación: Calor generado cuando reaccionan el cemento y el agua (hidratación del cemento es proceso exotérmico). En estructuras de gran volumen, la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes: crean esfuerzos perjudiciales que fisuran el concreto. . Los cementos con bajos contenidos de C3A y C3S generan bajo calor de hidratación. . El incremento de: finura del cemento, contenido de cemento y T de curado aumentan calor de hidratación. Esquema de fabricación de CLINKER por vía húmeda. El clinker que egresa al horno de una temperatura de 1,200 °C pasa luego a un proceso de enfriamiento rápido por enfriadores de parrilla. La función del enfriador es congelar la estructura cristalina formada en el horno a alta temperatura. Si el enfriamiento fuera lento, el silicato tricálcico se t ransformaría en silicato bicálcico, el silicato bicálcico pasaría a su forma estable g-C2S que es hidráulicamente inactiva y el óxido de magnesio cristalizaría en periclasa que es potencialmente expansiva. ETAPA 4 y 5: Seguidamente por transportadores metálicos es llevado a una cancha de almacenamiento. almacenamiento. Desde este depósito y mediante un proceso de extracción controlada, el clinker es conducido a la molienda de cemento por molinos de bolas a circuito cerrado o prensas de rodillos con separadores neumáticos que permiten obtener una finura de alta superficie específica. En la etapa de molienda del cemento la cual se realiza en equipos mecánicos en las que la mezcla de materiales es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a prensa de rodillos fuerzas de compresión elevadas. Para ello se utilizan los siguientes equipos: * Molinos verticales de rodillos * Molinos de bolas * Molinos horizontales de rodillos El proceso de fabricación de cemento termina con la molienda m olienda conjunta de clinker, yeso y otros materiales denominados "adiciones". El yeso (sulfato cálcico deshidratado) se le añade al clinker, previamente al molido, en proporción del 3 al 5% y actúa como retardador del fraguado. La necesidad de añadir yeso viene determinada por la presencia del aluminato tricálcico en la composición del clinker cuya hidratación es rapidísima en contacto con el agua y desarrolla una alta cantidad de calor (207 cal/g). Los materiales utilizables, que están normalizados como adiciones, son entre otros:
Escorias de alto horno Humo de sílice Puzolanas naturales Cenizas volantes Caliza El cemento así obtenido es transportado por medios neumáticos para depositarse en silos donde pueden ser ensacado en plantas automáticas y agrupado en palets para su transporte, o bien, transportado al granel en camiones, vagones de tren t ren o en barcos si se destina a la exportación. DURANTE TODO EL PROCESO…. Es necesario ejercer un control permanente en cada etapa para garantizar la calidad. El control estricto debe hacerse en la molienda de materias primas para garantizar una correcta homogenización, en la dosificación de materias primas para obtener el producto deseado, en la homogenización para lograr la combinación de los elementos, de la t emperatura en el horno y su buen funcionamiento para la formación adecuada del clinker, en la velocidad del enfriamiento del clinker para lograr que en la cristalización se formen los compuestos deseados y por ultimo en la adición del yeso y molienda, puesto que en estos factores tienen gran influencia en el comportamiento del cemento hidratado.
