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).

8. Enfriamiento y almacenamiento

del clinker.

9. Molienda del cemento y

Adiciones.

10.Ensacado y despacho.

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.

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

Documents

Transcript of FABRICACIÓN DEL CEMENTO_VÍA SECA Y HÚMEDA ENERO 2012