Fabricación del cemento

1Tema: Fabricacin del Cemento 10.11.2005/CIM

FABRICACION DEL CEMENTO

D.R. Cementos Apasco, S. A. de C. V. 2001-10-25 Todos los Derechos Reservados. Ninguna parte de esta Obra podr reproducirse o transmitirse en cualquier forma, sin el previo consentimiento por escrito de Cementos Apasco, S. A. de C. V.


INTRODUCCION


Definicin

El cemento es un material finamente molido de color gris verdoso, que al mezclarse con el agua tiene la propiedad defraguar o endurecer.


Para la construccin de una planta de cemento con una produccin de 1,000,000 de t/ao se requiere de la inversin de alrededor de 120 mio USD.

Para la construccin de una planta de cemento con una produccin de 1,000,000 de t/ao se requiere de la inversin de alrededor de 120 mio USD.


Ubicacin de las plantas cementeras de Holcim Apasco

Apaxco, Mex.Orizaba, Ver.Macuspana, Tab.Ramos Arizpe, Coah.Acapulco, Gro.Tecomn, Col.


Capacidad instalada (Ton/ao)

Planta AcapulcoPlanta Acapulco 500,000500,000

Planta ApaxcoPlanta Apaxco 11800,000800,000

Planta Planta MacuspanaMacuspana 11000,000000,000

Planta OrizabaPlanta Orizaba 11800,000800,000

Planta Ramos ArizpePlanta Ramos Arizpe 22200,000200,000

Planta Planta TecomTecomnn 22500,000500,000

Total:Total: 99800,000800,000


GENERALIDADES


Breve historia del cemento

En la historia de las civilizaciones, las formas y tcnicas utilizadas en la construccin han tenido siempre gran relevancia

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Tema: Fabricacin del Cemento 10.11.2005/CIMLos Egipcios usaron yeso calcinado para construir

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Tema: Fabricacin del Cemento 10.11.2005/CIM

Trabajos de concreto en el viejo Egipto

Es en el Mural de Thebas en donde se encontr la primera

ilustracin de uso de un

material aglutinante

Mortero con hecho con cal Aplicacin: Mampostera

(pega de bloques de roca)

Mural de Thebas 1,950 aos aC

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Los griegos y los romanos emplearon un cemento de caliza calcinada y puzolana

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Concreto romano

Estaba hecho de ladrillos quebrados incrustados en un mortero de cal puzolnico. El endurecimiento se produca por una prolongada reaccin qumica entre estos componentes en presencia del agua.

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Concreto romano

Los romanos copian de los griegos el arte de hacer concreto.

Cerca de Pozzuoli (Italia) encuentran una arena color rosada la combinan con la cal y descubren el cemento puzolnico natural

La combinacin de la ceniza volcnica (silica y almina) con la cal revolucion la obras de ingeniera civil durante 400 aos.

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Concreto ingls

John Smeaton, ingeniero de Leeds, investigmorteros y concretos ms resistentes para

construir el faro de Plymouth en 1756.

Combin arcilla y cal sometidas a calor y las mezcl con puzolana italiana de Civitaveccia.

Smeaton produjo el primer cemento y concreto de calidad despus de la cada del

Imperio Romano.

La construccin la hizo con bloques machihembrados y pegados con cemento.

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Nacimiento del cemento Portland

Joseph Aspdin fue el primero en conseguir un resultado positivo de sus investigaciones sobre el cemento al calcinar a una temperatura elevada una mezcla bien dosificada de piedra caliza y arcilla, logrando un excelente aglomerante con propiedades hidrulicas, al que denomin Cemento Portland, por su aspecto semejante a la piedra de Portland, condado de York, en Inglaterra.

De este modo, el De este modo, el 21 de octubre de 182421 de octubre de 1824 nacinaci el el cemento Portland cemento Portland (PATENTE).(PATENTE).

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Fabricacin del cemento

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Diagrama del proceso de fabricacinPROCESO DE FABRICACION DEL CEMENTOPROCESO DE FABRICACION DEL CEMENTO

GRANEL

DESPACHO

CLINKER

SILO

12000 T

CLINKER

SILO

12000 T

SILO150 T

E

SILO 55 T

HIERRO5000

CORRECTIVOS

SILOCRUDO3100 T

SILO240 T

PRECALENTADOR

HORNOCLINKER 3000T/DENFRIADOR

MOLINO CEMENTO180 T / H

TRITURADORA400 - 600 T / h

(2) 20000

CALIZA ALTA120000

ENVASADO

YESO

(2) 300 T / H (2) 2500 S/H 125 T / H

PREHOMOGENIZACION

CORRECTIVOS

FF CC FF CC

ANALIZADORDE NEUTRONES

PRENSA DERODILLOS

SILO115 T

MOLINOCRUDO

230 T / H

SILO150 T

C

SILO150 T

Y

LUTITA120000

CALIZA BAJA5000

CALIZA 2000

YESO2000

ESCORIA2000

CEMENT0SILO

5000 T

CEMENT0SILO

5000 T

1000

2000 3000

4000

6000

5000

PALLETIZADO100 T/ H

COLECTOR

COLECTOR

COLECTOR

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Geologa

La Geologa es fundamental para el estudio de factibilidad de una fbrica de cemento, ya que permite conocer la calidad, cantidad, ubicacin y disponibilidad de los diferentes tipos de materias primas existentes en la cantera.

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Materias primas

Las materias primas principales para la fabricacin del cemento son:

Caliza (80% aproximadamente)Caliza (80% aproximadamente)

Arcilla (20% aproximadamente)Arcilla (20% aproximadamente)

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Materias primas

Las cuales son explotadas en la cantera y trituradas para reducir su tamao desde 1m3hasta 10 cm de dimetro como mximo.

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Equipo requerido en la cantera

Palas mecnicas Camiones Traxcavos Perforadoras Bulldozer

Palas mecnicas Camiones Traxcavos Perforadoras Bulldozer

CAMION

PERFORADORA

TRAXCAVOEDIFICIO DE

TRITURACION

PERFORADORA

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Trituracin

Salen piedras menores a 7.5 cm de dimetroCapacidad del triturador:

Aprox. 600 ton/h

Trituradora dedoble impacto

Entran piedras mayores de aprox. 1 m de dimetro

OBJETIVO: Reducir el tamao de las piedras para lograr una mejor dosificacin

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Control de la composicin de la mezcla

Las materias primas extradas de la cantera son analizadas a travs de un equipo radioactivo. Esta informacin es captada en una computadora instalada en el laboratorio de control de calidad de la planta.

Gracias a este equipo se puede conocer en forma inmediata la composicin qumica de las materias primas que entran al patio de prehomogeneizacin, con lo cual se minimizan las fluctuaciones de calidad de la pila.

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Prehomogeneizacin

La materia prima proveniente de la cantera es almacenada y prehomogeneizada en un patio techado donde se forman 2 pilas de 20 mil ton. de capacidad cada una.

El material es transportado por bandas y almacenado con ayuda de un apilador que coloca el material en capas a todo lo largo de la pila, logrando as una previa homogeneizacin.

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Reclamo

Una vez formada la pila de materia prima, esta es reclamada es decir recolectada en forma transversal por el reclamador a fin de continuar con la prehomogeneizacin.

Al material que sale del reclamo se le adicionan los correctivos necesarios en la proporcin que dicte el laboratorio de control de calidad de la planta.

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Correctivos

Como materias primas tambin se utilizan los llamados correctivos que son materiales de alta concentracin utilizados para corregir, la falta de stos en la mezcla cruda.

Caliza alto grado para Caliza alto grado para corregir Carbonatocorregir Carbonato

Cuarzo para corregir Cuarzo para corregir SSlicelice

Bauxita para corregir Bauxita para corregir AluminioAluminio

Mineral de hierro para Mineral de hierro para corregir fierro.corregir fierro.

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Molienda del crudo

La molienda de crudo se realiza para producir un material homogneo en composicin qumica y finura para facilitar la calcinacin.

La molienda de crudo se lleva a cabo en un molino de rodillos, triturando el material de 10 cm de dimetro como mximo hasta una finura semejante a la del talco.

El material que alcanza dentro del molino la finura deseada, es transportado al silo de crudo donde se realiza una ultima homogeneizacin.

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Molienda del crudo

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Calcinacin de la harina cruda

La etapa de calcinacin se compone de tres equipos principales:

Precalentador Horno Enfriador

PRECALENTADOR

HORNO

ENFRIADOR

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Calcinacin de la harina cruda

Precalentador

50 - 600 C, eliminacin de agua de cristalizacin y de

composicin.

600 - 900 C, descarbonatacin

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Precalentador

ALIMENTACION DE CRUDO

ETAPA I350-380C

ETAPA II530-550 C

ETAPA III 690-720 C

ETAPA IV850-1000 C

CALCINADOR

AIRE SECUNDARIO

HORNO ROTATORIO

FLUJO DE MATERIALFLUJO DE MATERIALFLUJO DE MATERIAL

FLUJO DE GASESFLUJO DE GASESFLUJO DE GASES

GAS DE ESCAPE350-380 C

GAS DEL HORNO1100-1200 C

DESDEENFRIADORDE CLINKER

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Precalentador

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Horno

CORAZA DEL HORNOMATERIALDESDE ELPRECALENTADOR

REFRACTARIO

CALCINACION1000-1100

SINTERIZACION1250

CLINKERIZACION1450

ENFRIADO1300-1240

CLINKER

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Aire secundario

Horno

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Enfriamiento del clinker

AIRE DE ENFRIAMIENTOSUMINISTRADO PORVENTILADORES

CLINKER A 1250 GRADOS C.

CLINKER A120 GRADOS

PLACAS PERFORADASMOVILES QUE PERMITENEL PASO DE AIRE HACIA EL CLINKER

GASES CALIENTES DESPUES DEL INTERCAMBIO DE TEMPERATURA

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Enfriamiento del clinker

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Molienda de cemento

Una vez obtenido el clnker que es la materia prima principal para obtener el cemento, ste se muele conjuntamente con las adiciones minerales en las proporciones adecuadas para fabricar los diferentes tipos de cementos de acuerdo a las normas.

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Molino de cemento

Este molino es conocido como molino de bolas ya que en su interior se encuentran bolas de acero de diferentes tamaos, las cuales por impacto y por friccin muelen el clnker + aditivos hasta lograr la finura deseada dando como resultado el producto final (EL CEMENTO).

Efecto cascada

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Adiciones minerales

Para mejorar las propiedades finales del cemento se usan otras adiciones minerales como materias primas:

Yeso o anhidrita, para regular el Yeso o anhidrita, para regular el fraguado del cementofraguado del cemento

Puzolanas naturales, escorias de alto Puzolanas naturales, escorias de alto horno y/o cenizas volantes, para producir horno y/o cenizas volantes, para producir cementos compuestoscementos compuestos

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Complementos Cementantes

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Definicin

Son materiales que desarrollan caractersticas cementantes, como la puzolana natural, escoria, humo de slice, ceniza volante o ceniza de cscara de arroz, que se pueden emplear como constituyentes del cemento o del

concreto.

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Generalidades

Los complementos cementantes fijan el Ca (OH)2 conviertindolo en silicato de calcio hidratado(SCH).

En trminos generales, los complementos cementantes mejoran la trabajabilidad, densidad y durabilidad del concreto. Generan menor calor de hidratacin

(aproximadamente 50% del generado por el cemento portland.

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Puzolana natural

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Escoria granulada de alto horno

Proporciona mayor resistencia a los sulfatos y agua de mar.

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Ceniza volante

Clase C Clase F

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Ceniza volante

Clase C: Adems de poseer propiedades puzolnicas, tiene propiedades hidrulicas latentes (cementantes)

y presenta un CaO del 10 al 30%.

Clase F: Tiene un contenido de CaO menor del 10%.Tiene propiedades puzolnicas.

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Ceniza volante

GENERACION

(Centrales termoelctricas que consumen carbn)

Almacenamiento de la ceniza volante

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Ceniza volante

Vista microscpica de la ceniza volante

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Microslice

Tiene una finura de unas 60 A 100 veces menor que el cemento.

Su limitacin de empleo se debe a su costo ya que ste es del orden de 7 a 9 veces mayor al del cemento.

Estructura de la microslica

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CalizaCalizaArcillaArcilla

Mineral de FierroMineral de Fierro

Yeso o anhidritaYeso o anhidrita

ClinkerClinker

Cemento PortlandCemento Portland

Harina crudaHarina cruda

Complementocementante

Complementocementante

Cemento Portland Compuesto

Cemento Portland Compuesto

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Almacenamiento

En la planta cementera el cemento es almacenado en silos.

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Envasado

Para el envasado se cuenta con una envasadora y una paletizadora, lo que agiliza la carga a furgones de ferrocarril o a camiones.

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Despacho

A granel

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Despacho

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Control de Calidad

En cada planta del grupo existe un departamento de control de calidad, el cual se encarga de verificar la calidad de cada una de las materias primas que intervendrn en el proceso de produccin del cemento, as como la calidad del producto terminado.

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El Departamento de control de calidad para realizar sus actividades cuenta con:

Salas de preparacin de muestras Anlisis qumicos Anlisis fsicos Rayos X Equipos analticos sofisticados.

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Certificaciones obtenidas

Actualmente, las 6 plantas cuentan con la

certificacin ISO 9001

versin 2000, la cual es

otorgada a las

empresas que

demuestran que

trabajan con un sistema

de calidad.

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Desde el ao pasado (2004), las 6 plantas cuentan con la certificacin ISO 14000, otorgada a las empresas que demuestran tener un control estricto en lo referente al impacto ambiental, lo cual es congruente con nuestra poltica de desarrollo sustentable.

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En particular, la planta de Macuspana es la nica planta cementera en el pas que cuenta con la certificacin de PEMEX y del American Petroleum Institutepara la produccin de un cemento especial para la cementacin de pozos petroleros, debido a que es el nico proveedor confiable en Mxico en la produccin de este cemento.

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COMPOSICION QUIMICA DEL CEMENTO

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Composicin qumica del cemento

El cemento Portland es la mezcla de varios compuestos, los cuales se forman por reacciones qumicas dentro del horno. Los 4 compuestos principales son : C3S, C2S, C3A y

C4AF, en donde:

C = Calcio (Ca) S = Silicio (Si) A = Aluminio (Al) F = Fierro (Fe)

HORNOCLINKER 3000T/D

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Nombres de los compuestos y su comportamiento en el cemento:

Silicato triclcico: Es el que aporta las resistenciasIniciales principalmente; en menor medida las resistencias finales. Es el compuesto ms abundante.

Silicato Silicato trictriclcicolcico: Es el que aporta las resistencias: Es el que aporta las resistenciasIniciales principalmente; en menor medida las Iniciales principalmente; en menor medida las resistencias finales. Es el compuesto mresistencias finales. Es el compuesto ms abundante.s abundante.

C3S

Silicato diclcico: Aporta las resistencias a largo plazoy es el segundo compuesto en volumen.

Silicato Silicato dicdiclcicolcico: Aporta las resistencias a largo plazo: Aporta las resistencias a largo plazoy es el segundo compuesto en volumen.y es el segundo compuesto en volumen.C2S

Aluminato triclcico: Importante para el tiempo de fraguado y para el desarrollo de la resistencia inicial. Compuesto que genera la mayor cantidad de problemasde calor y de durabilidad.

Aluminato Aluminato trictriclcicolcico: Importante para el tiempo de : Importante para el tiempo de fraguado y para el desarrollo de la resistencia inicial. fraguado y para el desarrollo de la resistencia inicial. Compuesto que genera la mayor cantidad de problemasCompuesto que genera la mayor cantidad de problemasde calor y de durabilidad. de calor y de durabilidad.

C3A

Ferro aluminato tetraclcico: Compuesto poco Reactivo y casi no contribuye a la resistencia.

Ferro aluminato Ferro aluminato tetractetraclcicolcico:: Compuesto poco Compuesto poco Reactivo y casi no contribuye a la resistencia.Reactivo y casi no contribuye a la resistencia.C4AF

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Principales problemas del cemento inherentes al proceso de fabricacin

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Principales problemas del cemento

Oxido de magnesio: En exceso, produce expansiones.

Alcalis (Na2O y K2O): Son elementos indeseables - pero inevitables - en el

cemento.

En exceso (>0.60%), con agregados reactivos y ambiente de alta humedad puede provocar la reaccin lcali-agregado en el concreto.

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Cal Libre:La cal es el material mayoritario en la composicin del

cemento

Es una cierta cantidad de xido de calcio que queda sin combinarse en el horno (por deficiencia de coccin).

En exceso (>3%), puede provocar expansiones en la pasta de cemento.

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Color del cementoContenido de clinker

Tipo de adiciones

Oxido Frrico contenido en las materias primas

El mineral de hierro empleado como fundente

El color del cemento no es un indicativo de la calidad del mismo.

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Fraguado FalsoEl fraguado falso se origina por la deshidratacin del

yeso durante su molienda con el clinker cuando ste tiene

una temperatura superior a los 120C.

El yeso se encuentra inestable y al entrar en contacto

con el agua se produce una rigidizacin relmpago

El fraguado falso no afecta ninguna propiedad ni la calidad del concreto o mortero.

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PREGUNTAS

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DefinicinCapacidad instalada (Ton/ao)Diagrama del proceso de fabricacinGeologaMaterias primasMaterias primasEquipo requerido en la canteraOBJETIVO: Reducir el tamao de las piedras para lograr una mejor dosificacinPrehomogeneizacinReclamoCorrectivosMolienda del crudoMolienda del crudoCalcinacin de la harina crudaCalcinacin de la harina crudaMolienda de cementoMolino de cementoAdiciones mineralesAlmacenamientoEnvasadoDespachoDespachoControl de CalidadCertificaciones obtenidasCertificaciones obtenidasCertificaciones obtenidasComposicin qumica del cemento

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