TECNOLOGIA DE FABRICACION DEL CEMENTO 1.- Introducción. Procesos de f!ricción de" c"in#er.
Los métodos comerciales que se usan en la fabricación del clinker de cemento Portland, una vez que el crudo ya esta homogeneizado, son, principalmente, los tres siguientes: 1! Proceso por v"a h#meda $! Proceso por v"a seca %! Proceso por v"a semi ! h#meda %! Proceso por v"a semi!seca &esde un punto de vista histórico, el proceso de fabricación del clinker ha pasado por el cambio de la v"a h#meda a la seca La v"a h#meda permit"a un mane'o y una homogene eneiza ización m(s f(cil de las materias ias prima imas, especialmente en los casos en que est(n h#medas o son pega'osas o cuando e)hib"an e)hib"an grandes *uctuacion *uctuaciones es en su composición composición qu"mica qu"mica +in embargo, con los avances de la tecnolog"a es posible preparar una mezcla homogénea de las materias primas usando la v"a seca, es decir sin aadir agua para preparar una papilla -n el proceso por v"a h#meda ./igura 110 se prepara una papilla aadiendo agua a las materias primas namente molidas, que a continuación se bombea a un horno rotatorio de gran longitud .L2& 3 %40, en el cual tiene lugar todo el piroprocesamiento Por su parte en el proceso por v"a seca ./igura 1$ 0 se prepara una mezcla en seco de las materias primas namente molidas, que se homogeneiza en silos mediante aireación y que a continuación se alimenta a un horno rotatorio de menor longitud longitud que en el caso de la v"a h#meda h#meda .L2& 3 150 -l calentamient calentamiento o inicial del crudo en suspensión, hasta apro)imadamente 644 78, se lleva a cabo ca bo en un inte interc rcam ambia biado dorr de ca calor lor me medi dian ante te el 89$, 89$, que que se desp despre rend nde e durante la calcinación de la caliza y los gases procedentes de la combustión del fuel, carbón, etc .++;-<= +P0 >n desarrollo, relativamente reciente, del proceso por v"a seca, ha sido colocar un precalcinador en la base de la torre del intercambiador de calor, como se muestra en la gura 1%, en el cual se quema parte del combustible .54 ! ?5 @ del total0 usando como comburente aire del enfriador -sto permite que el crudo entre en el horno rotatorio con un grado de calcinación superior al A4 @ .++;-<= +/0
/igura 11! -squema de fabricación de 8LBC-D por v"a h#meda
/igura 1$! -squema de fabricación de 8LBC-D por v"a seca
/igura 1%! -squema de fabricación de 8LBC-D por v"a seca con sistema de precalcinación -n el proceso por v"a semi!seca o proceso L-P9L ./igura 1E 0 el crudo se noduliza en un plato granulador Los nódulos formados tienen un contenido en agua del 14 ! 1$ @ y un di(metro de apro)imadamente 15 n grado mayor de calcinación se puede lograr quemando parte del combustible en la c(mara caliente de la parrilla Los gases calientes del horno primero pasan a través de la capa de nódulos secos en la c(mara caliente, a continuación se desempolvan en unos ciclones, para a continuación pasar a través de la capa de nódulos h#medos en la c(mara de secado de la parrilla La cantidad de polvo que sale con los gases de salida de la parrilla es muy ba'a, ya que el residual que tra"an después del ciclonado se deposita en el lecho de nódulos h#medos >n inconveniente de este proceso es que los gases de salida de la parrilla no se pueden utilizar en el secado de las materias primas durante su molienda, debido a su ba'a temperatura =dem(s los costes de mantenimiento de la parrilla son grandes Por todo ello, las instalaciones modernas raramente utilizan este sistema de fabricación del clinker -n el proceso por v"a semi F h#meda, que también se puede denominar proceso L-P9L ./igura 15 0, a las materias primas en forma de papilla se les elimina agua mediante ltros prensa, alcanz(ndose una humedad del 1? F $1 @ = continuación las tortas que salen de los ltros pueden procesarse en m(quinas e)trusoras para formar pelets que se alimentan a una parrilla con tres c(maras o bien, dichas tortas, se env"an a un depósito intermedio antes
de ser alimentadas a trituradoras F secadoras que producen un crudo seco que se alimenta a un torre intercambiadora de calor con o sin sistema de precalcinación Los sistemas de trituración F secado, operando todo el tiempo en paralelo con el horno, tienen un elevado grado de recuperación de energ"a haciendo uso de los gases de salida del horno y de la salida del aire del enfriador -l proceso por v"a h#meda fue ampliamente utilizado en otros tiempos, pero debido al gran aumento de los precios de los combustibles ha sido sustituido por el de v"a seca, en el cual no hay que evaporar agua, que supone apro)imadamente un %5 @ de la papilla, representando un gasto energético muy elevado +in embargo, en zonas o pa"ses donde las materias primas tienen un alto contenido en humedad .8D-;=0 el proceso por v"a h#meda ha sobrevivido, al menos en lo que se reere a la preparación de las materias primas
/igura 1E! -squema de fabricación de 8LBC-D por v"a semi F seca
/igura 15! -squema de fabricación de 8LBC-D por v"a semi F h#meda
>n resumen de las caracter"sticas de operación de cada uno de los cuatro procesos de fabricación del clinker pueden verse en la t!" 1.1 =simismo, en la t!" 1.$ se da una presentación esquem(tica de dichos procesos ;abla 11! 8aracter"sticas de operación de los cuatro procesos de fabricación del clinker
;abla 1$! Presentación esquem(tica de los procesos de fabricación del clinker
$.- Et%s de " %re%rción de "s &teris %ri&s.
&espués de su e)tracción de las e)plotaciones mineras , generalmente canteras con arranque por voladura para el caso del componente calc(reo, las materias primas, que son de caracter"sticas qu"micas y mineralógicas diferentes y recibidas algunas de ellas en trozos de gran tamao, deben de sufrir un proceso de preparación antes de ser sometidas al proceso de cocción en el horno La nalidad del proceso de preparación de las materias primas es convertirlas en un polvo .crudo o harina de cemento0 de composición homogénea y de caracter"sticas e)tremadamente precisas, adecuado para ser sometido al proceso de cocción &icho proceso esta relacionado, b(sicamente, con la selección de los métodos de ingenier"a m(s ecientes para la trituración, secado, molienda, mezclado y transporte de sólidos entre las distintas etapas -l consumo de energ"a es considerable, sobre todo en la molienda, y se controla constantemente intentando me'orar el rendimiento energético Las etapas y operaciones m(s importantes en la preparación del crudo para la fabricación de 8LBC-D pueden verse en la gura $1
/igura $1! -tapas en la preparación del crudo
-l tamizado y la clasicación también se emplean en la industria del cemento con vistas a conseguir una mayor econom"a en las operaciones de trituración y molienda -n cambio, la beneciación y concentración de las materias primas tan solo se aplican en la industria del cemento en casos muy e)cepcionales Por otra parte, la importancia económica de este primer con'unto de operaciones, que constituyen la preparación del crudo .Primera etapa de la fabricación del cemento0, es suciente por si sola para que e)ista un serio interés hacia ella =s" tenemos, que la energ"a eléctrica consumida en todas las operaciones desde la cantera hasta la entrada en el horno rotatorio es: $1!$5 kGh2t crudo o bien %$!%A kGh2t clinker lo que representa m(s del ?4 @ de la energ"a eléctrica necesaria en la fabricación del clinker y la tercera parte de la de una tonelada de cemento = la trituración de las materias primas corresponde 1!$ kGh2t clinker y a la molienda 14 ! 15 kGh2t clinker ./igura $$ y tabla $10
/igura $$! 8onsumo de energ"a eléctrica en la fabricación del clinker ;abla $1! 8onsumo de energ"a térmica y eléctrica en la fabricación del clinker
=s" mismo, en la preparación del crudo los costes de e)plotación representan, apro)imadamente, el 1$ @ y las inversiones el %4 @ del coste de la f(brica -n la gura $% se dan los ob'etivos que se persiguen con la preparación del crudo >no de los ob'etivos esenciales de la preparación del crudo es proporcionar las diferentes materias primas de que se dispone, con el n de obtener una composición qu"mica del clinker que se corresponda con la calidad deseada .&9+/8=89B &-L 8D>&90
/igura $%! 9b'etivos de la preparación del crudo Las materias primas de que se dispone no siempre permiten hacer variar el contenido de los ó)idos esenciales .8a9, +i9$, =l$9% y /e$9%0 en todo el rango deseado -n el caso favorable, de que si sea posible obtener el rango deseado, la diferencia de coste que e)iste, en general, entre las diferentes materias primas, impone, a menudo, un compromiso entre la calidad del clinker y la rentabilidad =dem(s, la calidad del clinker, no sólo esta ligada al contenido de los ó)idos esenciales, sino que también depende del contenido de los elementos minoritarios ./8-B;- -s necesario, en efecto, obtener durante el curso del proceso de cocción una adecuada combinación de los diferentes ó)idos, con el n de obtener los silicatos y aluminatos de calcio deseados Para ello, se requiere que el crudo posea otras caracter"sticas, para que la combinación, que en la pr(ctica nunca se completa, alcance un grado suciente -sto depende esencialmente de: 1! La aparición, a la temperatura de clinkerización, de una cierta cantidad de fase liquida, lo que favorece considerablemente la combinación &epende de la proporción de los elementos fundentes .=l$9% y /e$9% 0 e igualmente de ciertos elementos minoritarios .
+i el grado de combinación es insuciente, lo que ocurre es que la proporción del silicato tric(lcico disminuye en benecio del dic(lcico y sobre todo que aumenta la proporción de un compuesto, que siempre esta presente en el clinker y que es la cal libre o no combinada -l papel de la nura es importante en el grado de combinación y el grado a alcanzar variara de unas materias primas a otras La nura se caracteriza, en general, de manera suciente determinando el residuo sobre el tamiz de 144 micras -n la t!" $.' se dan e'emplos de crudos de nura elevada, media y gruesa
;abla $%! =n(lisis granulométrico de tres crudos de diferente nura
