FABRICACIÓN DEL CEMENTO_VÍA SECA Y HÚMEDA ENERO 2012

FABRICACIÓN DEL CEMENTO

Los cementos que más importan desde el punto de vista de la tecnología del concreto, son los cementos que tengan propiedades hidráulicas, es decir, que desarrollen sus propiedades de fraguado y adquisición de resistencia cuando se encuentran en presencia de agua, como consecuencia de la reacción química entre los dos materiales.

Considerando que el cemento se produce a partir de las materias primas abundantes en la naturaleza,(calizas y arcillas), y teniendo en cuenta la dificultad de encontrar las calizas con la cantidad precisa de arcilla requerida, la industria debe recurrir a la dosificación artificial de estos insumos en proporciones determinadas, utilizando para ello dos (2) procesos de fabricación: por vía seca y por vía húmeda.

Otros materiales utilizados en la fabricación del cemento son: las margas y las pizarras. Las margas tienen características calcáreo arcillosas.

Las pizarras son un tipo de arcilla constituida principalmente por: óxidos de silicio, óxidos de aluminio, óxidos de hierro y óxidos de calcio.

Estos tipos de óxidos están presentes en las pizarras en la siguiente proporción: óxidos de silicio de un 45 a 65%, óxidos de aluminio de 10 a 15%, óxidos de hierro de 6 a 12% óxidos de calcio de 4 a 10%.

La pizarra representa aproximadamente un 15% de la materia prima que formará el clínker.

A diferencia de lo que ocurre generalmente en otras industrias, una fábrica de cemento debe ejecutar desde la explotación de las materias primas hasta el empacado del producto final.

FASES DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO 1. Extracción del material de cantera. 2. Transporte del material a la planta . 3. Trituración. 4. Premezcla ó Prehomogenización de la materia prima. 5. Molienda de la materia prima. 6. Calcinación. 7. Obtención del clinker (horno rotatorio horizontal).

Enfriamiento y almacenamiento del clinker. 9. Molienda del cemento y Adiciones. 10. Ensacado y despacho. 8.

1. Extracción del material de cantera. El proceso de producción del cemento se inicia con la extracción de la piedra caliza y la arcilla de depósitos o canteras naturales. Fuente: Fundamentos de Concreto aplicados a la Construcción. Ingeniero Ricardo Matallana Rodríguez . ICPC

Dependiendo de la dureza o cohesión que presenten los materiales y de la disposición de los mismos, se hace necesario tomar la decisión del tipo de sistema de explotación a realizar, los cuales incluyen desde sencillos taladros manuales hasta complicados sistemas de perforación y voladura. Fuente: Fundamentos de Concreto aplicados a la Construcción. Ingeniero Ricardo Matallana Rodríguez. ICPC

Primero se explora el cerro para conocer el volumen y saber el grado de pureza del material que se va a explotar. El análisis químico permite conocer la calidad de la caliza. Se considera buena la que tiene carbonato de calcio en un 95% o más. Por debajo de 90% se rechaza porque puede ocasionar problemas al cemento.

2. Transporte del material a la planta El material extraído, se carga y transporta, por medio de maquinaria pesada, desde la cantera hasta la planta. En zonas de topografía quebrada se transporta el material por medio de cables aéreos. En algunas plantas de proceso húmedo, el transporte se hace por tuberías, las cuales reciben el nombre de pastoductos.

3. Trituración. En ésta fase, el material es llevado a la etapa de TRITURACIÓN donde el material que viene de la cantera con tamaños del orden de 50 cm hasta 1,00 metro se reduce hasta obtener fragmentos cuyo tamaño esté comprendido entre 5 mm y 10 mm. Para obtener estos tamaños, la trituración se realiza en dos (2) ó tres (3) etapas.

La trituración y la molienda de las materias primas pueden efectuarse también en una sola etapa empleando molinos verticales en los cuales, por medio de grandes rodillos, se realiza la reducción del tamaño en una sola operación.

La trituración y Molienda de la materia prima es la etapa donde se establece la primera gran diferencia entre los principales sistemas de producción de cemento: por vía húmeda y por vía seca.

En el proceso por vía húmeda a la etapa de trituración le sigue de inmediato la etapa de Molienda. En cambio, en el proceso por vía seca, entre la etapa de trituración y la etapa de la molienda, existe la etapa de prehomogenización,

Lo anterior se puede observar en las figuras siguientes.

FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HÚMEDA

FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA

4. Premezcla ó prehomogenización de la materia prima (proceso vía seca). Después de ser triturado el material, éste pasa a la fase de premezcla ó prehomogenización de la materia prima (arcillas. y calizas). Esto ocurre cuando se trata del proceso de fabricación del cemento por vía seca.

La premezcla ó prehomogenización desarrollada en el proceso por vía seca, pretende que las partículas se distribuyan en la masa buscando una composición lo más uniforme posible del material que pasará al horno. En la vía seca la dosificación va precedida del secado de los materiales con el fin de que el cemento resultante tenga la composición adecuada y cumpla con las normas de calidad estrictas existentes.

Proceso vía seca

5. Molienda de la materia prima. Después de la trituración y de la prehomogenización, se pasa a la fase de molienda. En la vía húmeda la molienda de la materia prima se realiza adicionando agua. La prehomogenización se realiza en los molinos de crudo (pasta), a los cuales llega la mezcla por transportadores de banda.


Estos molinos son grandes cilindros giratorios en los cuales por medio de bolas metálicas se continúa la reducción de tamaño iniciada en las trituradoras de la materia prima, hasta obtener tamaños del orden de medio milímetro, (0.5 mm).

En la vía seca la molienda se efectúa sin adición de agua, con lo cual el material que sale de los molinos es un polvo que se denomina harina. La harina se deposita en silos especiales (silos de homogenización de harina), en los cuales se homogeniza por medio de agitación con aire.

Proceso vía seca

El material procedente de los silos de homogenización de harina, está listo para pasar a la etapa de calcinación.

NOTA: Si se emplearan molinos verticales, la trituración y la molienda de las materias primas podría efectuarse en una sola etapa, obteniendo la reducción del tamaño en una sola operación. (Es decir, cuando se reciba la materia prima en la planta, ésta pasaría directamente al molino vertical).

Proceso vía seca

6. Calcinación. La calcinación es la fase más importante del proceso pues es allí donde ocurren las transformaciones fundamentales que dan origen al cemento y a sus propiedades de conglomerante hidráulico. Calcinación: proceso químico e industrial en el que se calienta un material, sin fundirlo, con el fin de eliminar sus componentes volátiles. La calcinación es importante industrialmente en la obtención de cal a partir de la caliza y en la fabricación de cemento Portland. Fundir. (Del lat. fundĕre). tr. Derretir y licuar los metales, los minerales u otros cuerpos sólidos. U. t. c. intr. y c. prnl. || 2. Dar forma en moldes al metal fundido. Fundir cañones, estatuas. || 3. Estropear un aparato o un dispositivo eléctrico. U. t. c. prnl. || 4. Reducir a una sola cosa dos o más elementos diferentes.

La calcinación (de la harina) se efectúa en hornos rotatorios inclinados, que son grandes cilindros de acero, con diámetros entre tres (3.0) y cinco (5) metros y una longitud que en ocasiones llega a superar los 150 metros. Los cilindros giran lentamente alrededor de su eje y están recubiertos interiormente de material refractario.

Proceso vía seca

7. OBTENCIÓN DEL CLINKER: El material que sale del proceso de calcinación pasa a un horno rotatorio horizontal de longitud aproximada a 150 m. En la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes (cambio de la sustancia del estado sólido a líquido) y se forman gránulos de uno (1) a tres (3) centímetros de diámetro, que constituyen lo que se conoce como CLÍNKER. Ya en los últimos metros del horno, detrás de la llama, el clínker empieza a perder temperatura, iniciándose la etapa de enfriamiento, proceso que se acelera con equipos especiales de diferente tipo. Fusión: cambio de una sustancia del estado sólido al líquido, normalmente por aplicación de calor.

8. ENFRIAMIENTO DEL CLINKER La etapa de enfriamiento del CLINKER es un proceso que se acelera con equipos especiales de diferente tipo. En la gráfica se puede observar la disposición del equipo enfriador de Clinker, dentro del complejo de la planta cementera.

Fabricación de Clinquer (3 de 4)

En los hornos de proceso seco, ya que no es necesario eliminar el agua en exceso que se tiene en el proceso húmedo, se emplea el aire caliente que sale del horno para iniciar el calentamiento de las materias primas. Esto se realiza en grandes torres llamadas precalentadores, con lo cual se reduce notablemente el consumo energético que constituye uno de los mayores costos en la producción del cemento y en consecuencia los hornos son más cortos que los utilizados en el proceso de fabricación del cemento por vía húmeda.

En Colombia, se utiliza básicamente como combustible, carbón o gas, aunque también existen plantas que emplean fuel oíl, petróleo crudo y aún materiales de deshecho, como es el caso de llantas de automóviles, aceites usados o cáscaras de arroz, empleados con buen éxito en algunos países.

9.

MOLIENDA DEL CEMENTO y ADICIONES

Durante el proceso de molienda del clínker, la industria cementera suele moler conjuntamente con el yeso otros materiales (denominadas adiciones) que le proporcionan al cemento características especiales

Proceso vía seca

según el tipo y la cantidad de los materiales adicionados,(Escorias, Yeso ó puzolanas), el cemento puede recibir diferentes denominaciones y ofrecer una amplia gama de propiedades para distintos usos en la construcción.

A los cementos disponibles en el mercado se les agrega otras sustancias en la etapa de molienda del clinker, estas pueden ser: Escorias. Puzolanas y Yeso hidratado.

Cuando se agregan escorias, se les llama cementos portland siderúrgicos y cuando son puzolanas se dice que el cemento es portland puzolánico. Recordemos la composición química del cemento en la siguiente tabla.

 Cuando

se adiciona YESO al clinker durante la molienda, se trata de retardar el tiempo de fraguado de la pasta de cemento.

 Para

poder utilizar el cemento en todo su poder conglomerante, es necesario que se encuentre en forma de polvo fino, pues sólo así puede efectuarse de modo eficiente la hidratación de sus partículas

10. Ensacado y despacho. El proceso de empaquetado y distribución del cemento se hace en sacos o a granel. Los sacos son de papel, compuestos generalmente de 2 ó 3 capas, dependiendo del tipo y longitud del transporte a que será sometido.

y

CEMENTO EMPACADO EN SACOS DE 50 Kg

FIN DE LA EXPOSICIÓN FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA SECA

PROCESO FABRICACIÓN DEL CEMENTO VÍA HÚMEDA


FABRICACIÓN DEL CEMENTO POR VÍA HÚMEDA: En algunas plantas de proceso húmedo, el transporte se hace por tuberías, las cuales reciben el nombre de pastoductos. (Para utilizar este tipo de tuberías, se hace necesario efectuar en la cantera, algunos procesos de trituración y molienda, y la adición de agua). Fuente: Fundamentos de Concreto aplicados a la Construcción. Ingeniero Ricardo Matalla Rodriguez . ICPC

En el proceso húmedo, la molienda de las materias primas ya dosificadas, se efectúa con adición de agua al molino, por lo que el material resultante es un lodo que recibe el nombre de pasta y que debe ser manejado por tuberías y homogenizado (como etapa posterior del proceso) en grandes tanques llamados balsas, en los cuales mediante agitación mecánica se impide la sedimentación.


En el caso del proceso húmedo, sin embargo, el agua que había sido agregada para facilitar las labores de molienda y transporte interno, debe ser extraída al menos parcialmente antes de pasar a la siguiente etapa del proceso. Para tal fin, la pasta se deja sedimentar en grandes tanques (llamados espesadores) y el agua se retira por la parte superior. En ocasiones este lodo aún contiene un exceso de agua, por lo que se debe efectuar un proceso adicional de filtración.

Elaboración de Pastas (2 de 4)

La mezcla de materias primas procedente de balsas en el proceso húmedo, es decir la pasta, está lista para pasar a la etapa de calcinación. Esta es la fase más importante del proceso pues es allí donde ocurren las transformaciones fundamentales que dan origen al cemento y a sus propiedades de conglomerante hidráulico.


Luego, el material se deposita en el extremo superior del horno rotatorio y desciende lentamente pasando en forma sucesiva por zonas de mayor temperatura, hasta llegar a la zona final donde se encuentra la llama y en la cual alcanza la máxima temperatura, unos 1450ºC, que se logra quemando algún combustible.

En Colombia, se utiliza básicamente como combustible, carbón o gas, aunque también existen plantas que emplean fuel oíl, petróleo crudo y aún materiales de deshecho, como es el caso de llantas de automóviles, aceites usados o cáscaras de arroz, empleados con buen éxito en algunos países.

En la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes y se forman gránulos de uno (1 cm) a tres (3 cm) centímetros de diámetro, que constituyen lo que se conoce como CLÍNKER. Ya en los últimos metros del horno, detrás de la llama, el clínker empieza a perder temperatura, iniciándose la etapa de enfriamiento, proceso que se acelera con equipos especiales de diferente tipo. Fusión, cambio de una sustancia del estado sólido al líquido, normalmente por aplicación de calor .


Además de los enfriadores de parrilla, se utilizan los enfriadores tipo planetario, constituidos por grandes tubos acoplados al horno y por los cuales circula el clínker. Para poder utilizar el cemento en todo su poder conglomerante, es necesario que se encuentre en forma de polvo fino, pues sólo así puede efectuarse de modo eficiente la hidratación de sus partículas.

Esta finura se obtiene por la molienda de clínker en molinos especiales. En esta etapa, se efectúa la adición de pequeños porcentajes de yeso (entre 3% y 10%), con el fin de controlar el tiempo de fraguado del cemento resultante.



Molienda, ensacado y despacho (4 de 4)

Se tiene entonces que, según el tipo y la cantidad de los materiales adicionados, el cemento puede recibir diferentes denominaciones y ofrecer una amplia gama de propiedades para distintos usos en la construcción. El proceso de empaquetado y distribución del cemento se hace en sacos o a granel. Los sacos son de papel compuestos generalmente de 2 ó 3 capas, dependiendo del tipo y longitud del transporte a que será sometido.


En ocasiones, cuando el cemento es muy reactivo (tiende a hidratarse fácilmente), los sacos pueden estar compuestos de 3 capas de papel, siendo la intermedia plastificada.

Los sacos suelen contener 50 kg. de cemento, aunque en algunas regiones se acostumbra usar sacos de 42,5 kg.

En el caso de transporte a granel, se realiza a través de camiones cisterna (“pipas”), que con la ayuda de un compresor de aire, depositan el material en silos en las plantas donde será usado el cemento. La cantidad de cemento así transportado varía entre 28 y 30 toneladas aproximadamente.

calcinar. (Del lat. calx, calcis, cal).. 1. Quím. Someter al calor cuerpos de cualquier clase para eliminar las sustancias. Hidratar. (Del gr. ὕδωρ, ὕδατος, agua). tr. Restablecer el grado de humedad normal de la piel u otros tejidos. || 2. Quím. Combinar un cuerpo con el agua. Cal hidratada. U. t. c.

Fraguado. m. Acción y efecto de fraguar (ǁ endurecerse). Fraguar. (Del lat. fabricāre). Dicho de la cal, del yeso o de otras masas: Trabar y endurecerse consistentemente en la obra fabricada con ellos.


FABRICACIÓN DEL CEMENTO_VÍA SECA Y HÚMEDA ENERO 2012

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