Litosfera Como Materia Prima

LITOSFERA: GENERALIDADES DE LA LITOSFERA,

CALIZA Y YESO COMO MATERIA PRIMA.

SILVIA ARACELY PARDO SANCHEZ

QUIMICA INDUSTRIAL 2015-I- PROGRAMA DE ING. INDUSTRIAL

UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA – EXTENSION SOACHA

1

QUIMICA INDUSTRIAL

K<Z

14

CALIZA COMO MATERIA PRIMA

21

CALIZA COMO MATERIA PRIMA • Las calizas son rocas sedimentarias, o sea, formadas por depósitos de los

productos de alteración química y física de rocas preexistentes primitivas como el feldespato cálcico. Su componente fundamental es el CO3Ca, y se considera el resultado de la transformación del (CO3H)2 :

• (𝐶𝑂3𝐻)2𝐶𝑎 → 𝐶𝑂3𝐶𝑎 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂; Dando lugar a:

22

calizas de origen químico: como el alabastro cálcico, travertino, calizas

compactas (piedra litográfica, estalactitas).

Calizas de origen orgánico: las mas frecuentes formadas por acumulaciones de

restos de seres marinos (caparazones), perteneces los mármoles , calizas arcillosas

y silíceas y calizas dolomíticas.

La “piedra caliza” contiene un 97% de carbonatos cálcico y magnésico; de 30-56% de CaO, 0,2-21% de MgO y hasta un 3% de óxidos de arcilla. La Industria química utiliza la caliza para movilizar de ella gran parte de los compuestos de calcio que necesita y para obtener la base relativamente fuerte que es (𝐶𝑎 𝑂𝐻)2 en disolución. La Industria de la construcción obtiene del carbonato cálcico la cal conglomerante, aérea o hidráulica y de la mezcla CALIZA-ARCILLA, los cementos.

23

CALIZA COMO MATERIA PRIMA

El aprovechamiento químico industrial del 𝑪𝑶𝟑𝑪𝒂 se fundamenta en: a) Descomposición por el calor:

𝑪𝑶𝟑𝑪𝒂 ↔ 𝑪𝑶𝟐 + 𝑪𝒂𝑶 − 𝟒𝟐, 𝟓 𝑲𝒄𝒂𝒍.

a) Descomposición por ácidos: (celulosa)

𝑪𝑶𝟑𝑪𝒂 + 𝑹𝑯 ↔ 𝑹𝟐𝑪𝒂 + 𝑪𝑶𝟐 + 𝑯𝟐𝑶

OBTENCION DE CAL QUIMICA

24

La descomposición térmica del 𝐶𝑂3𝐶𝑎 es reversible, los hornos (1000-1200 °C) donde se practica la descomposición son siempre continuos:

25


HORNOS DE CUBA:

Reciben por la parte superior la mezcla de carbonato y antracita, esta carga baja poco a a poco a lo largo del horno, hasta ser expulsada por un mecanismo de descarga, transformada en CaO. Consumo de combustible 10-15% de cal producida. Entre otros defectos del proceso, en la cal se encuentran impurezas de las cenizas del combustible. Para mejorar la pureza del oxido cálcico se propone quemar a parte el combustible solido y llevar al horno los gases calientes, o sustituir por combustibles líquidos o gaseosos mas limpios. Producen de 10-20 Ton/día por unidad.

HORNOS ROTATORIOS:

Largos cilindros de palastro, recubierto en su interior con ladrillos refractarios, que se disponen horizontalmente y que giran con lentitud apoyados en rodillos e impulsados por un sistema de motor piñón-corona. El combustible entra por la parte baja.

Se emplean para grandes producciones, 200 Ton/dia o mas.

HORNOS DE FLUIDIZACION:

Son los mas modernos. Constan de cuatro lechos fluidizados superpuestos, el solido recorre de arriba abajo y los gases en dirección opuesta. El lecho superior es de precalefacción del solido, el inferior de precalefacción del aire(u oxigeno) comburente, en el ultimo lecho se inyecta el combustible. Permiten producciones mayores que los hornos rotatorios y requieren menor inmovilización. Consumen mas energía por accionamiento.

32


1

• Durante la cocción, los componentes arcillosos de la caliza y las cenizas de combustible solido, reaccionan con la cal y forman silicatos y aluminatos de calcio.

2

• La cal producida se apaga por reacción con agua en los cilindros rotatorios. Como los silicatos y aluminatos no son estables a mas de 150 °C, para mejorar la calidad se efectúa una hidratación por encima de esa T, sin sobrepasar los 450 °C, a la que no es estable el hidróxido cálcico. Razón por la cual se emplea vapor algunas veces.

3

• Como la hidratación es muy exotérmica 1,51 Kcal/mol CaO, el producto se calienta, hincha y pulveriza durante el apagado. La cal apagada se tamiza finalmente para separar los productos indeseados (silicatos y aluminatos), que se utilizan para la fabricación de cementos. Por ultimo se empaca.

4

• Las disoluciones de Ca(OH)2 en agua (agua de cal) y las suspensiones de Ca(OH)2 en agua saturada (lechada de cal), se utiliza como fuente de ion Cay como producto alcalinizante de bajo costo.

LA CAL COMO CONGLOMERANTE

33

1

•La cal apagada, amasada con agua y expuesta a la acción de la atmosfera, primero se endurece por cristalización del hidróxido cálcico y luego por al carbonatarse los cristales de por el Dióxido de carbono. El proceso es muy lento y por eso este CONGLOMERANTE AÉREO tarda mucho en desarrollar su resistencia potencial.

2

•La cal se utiliza en forma de mortero o sea, mezclada con arena en proporción adecuada (para que el conglomerante rellene los huecos que dejan entre si los granos de arena) que suele ser la relación 1 parte de cal por 3 partes de arena.

3

•Si la caliza de partida contiene impurezas arcillosas en mas de un 5-6%, el producto que da la cocción bien molido, tiene la propiedad de endurecerse bajo el aguay se le llama CONGLOMERANTE HIDRAULICO. Así, la hidraulicidad crece con el contenido de arcilla. Con el 22% de arcilla se obtiene un CEMENTO.

4

• Indice de hidraulicidad: 𝑆𝑖𝑂2 + 𝐴𝑙2𝑂3 + 𝐹𝑒2𝑂3/𝐶𝑎𝑂, cociente que varia entre 0,10 (cales poco hidráulicas), y 0,52 para productos de alta hidraulicidad.

•La cal para construcción se obtiene con los mismos medios indicados para la cal química.

CEMENTO PORTLAND • Aglomerante hidráulico de mayor importancia, conocido alrededor de hace 150

años. • Se obtiene por cocción a 1500 °C de mezclas de caliza con arcilla en proporción

adecuada y finamente pulverizada. El producto cocido se denomina “CLINQUER” que después de frio se muele con pequeñas adiciones de yeso (regulador de la velocidad de fraguado), para dar el cemento.

• Las reacciones de cocción son:

34

La arcilla se deshidrata y pasa a metacaolin , a

unos 900 °C. las combinaciones de hierro usualmente

presentes en las arcillas quedan en forma de

oxido

La caliza se disocia CaO y

CO2, también a unos 900 °C.

Por encima de los 1000 °C

comienzan las reacciones de

composición así:

Cada mol de Fe2O3 toma otra mol de Al2O3, y cuatro

moles de CaO, para dar

Al2O3*Fe2O3 CaO

Aluminoferrito tetracalcico

Si la proporción molar Al2O3/Fe2O3 es superior a 1, la alumina sobrante se combina en relación 1:3 con CaO para dar Al2O3*3CaO aluminato

tricalcico

Si la proporción molar Al2O3/Fe2O3 es inferior a 1,el Fe2O3 toma 2 moles

de CaO para dar Fe2O3*2CaO Ferrito

dicalcico.

Cubierta la saturación de cal de los óxidos de hierro y de alúmina el SiO toma la cal necesaria para

formar silicato dicálcico y combinado con carbonato formar

dicálcico.

CEMENTO PORTLAND • Los constituyentes normales y principales del clinquer de

cemento son:

35

Silicato tricalcico, SiO3 * 3 CaO (convencionalmente S3C). Silicato bicalcico, SiO3 * 2 CaO (convencionalmente S2C). Aluminoferrito tetracálcico, Al2O3*Fe2O3 * 4 CaO (AF4C). Aluminato tricálcico Al2O3*3CaO Ferrito dicalcico Fe2O3*2CaO

PROPIEDADES DEL PORTLAND

36

1

• Las propiedades fundamentales de los cementos son :

• RESISTENCIA MECÁNICA: compresión, tracción, flexión.

• RESISTENCIA QUÍMICA : al agua de mar, a ala selenitosa, a las aguas carbónicas.

• Velocidad de reacción con el agua : hidratación previa a la aplicación.

• Calor desprendido en la hidratación: si es elevado dificulta construcciones en hormigón en grandes masas.

2

• Si lo que mas importa del cemento como material de construcción es la RESISTENCIA MECANICA, los constituyentes deseables serian S3C y S2C, que es a base de silicatos (arena y calizas) como materias primas.

• Un cemento será mas resistente , cuantos mas silicatos tenga, pero será mas difícil de cocer, lo cual refiere mas gasto de energía.

• Los clinqueres de cemento tienen entre un 60 a 80% de silicatos.

3

• Comercialmente están normalizadas las composiciones de cementos portalnd para asegurara la disponibilidad de tipos distintos según las necesidades: cementos fríos, resistentes a sulfatos , rápidos, normales, de altas resistencias “supercementos”.

• El criterio para su clasificación y valoración se basa en la proporción de los constituyentes citados.

FABRICACION DEL CLINQUER Obtener un clinquer con la adecuada proporción de silicatos/no silicatos y con las prescripciones de lo dicho antes establecer que va como numerador y que como denominador. Se deben cumplir con las siguientes condiciones:

1. Disponer de materias Primas adecuadas: caliza y arcilla, dos magras, una mas grasa que otra, de acuerdo al clinquer deseado.

2. Cuando se requiere se utilizan mas materias primas Se puede requerir una o dos mas: sílice (arena) para reforzar la reforzar la proporción de silicatos, bauxita (para aumentar fundentes) o mineral de hierro (ceniza de pirita), para aumentar la proporción de fundentes.

37

FABRICACION DEL CLINQUER 3. Los materiales se muelen finamente para aliviar el tiempo de

clinquerización y se mezclan de acuerdo a la dosificación necesaria.

4. Es necesario que el crudo que llegue al horno este suficientemente molido, correctamente dosificado y perfectamente mezclado.

5. La molienda la dosificación y la mezcla se pueden hacer simultáneamente alimentando a un tiempo las materias primas en un molino tubular.

6. Puede alimentarse también agua o no (vía húmeda o vía seca). En la vía húmeda el barro obtenido permite mejor homogenización , mayor costo. Cuando se emplea arcillas se requiere previa desecación.

7. Lo mas cómodo es producir durante un tiempo crudo bajo en cal y luego crudo alto en cal, y almacenarlos por separados para mezclarlos finalmente en las proporciones que indiquen los respectivos análisis de lotes.

8. El costo actual del combustible ha puesto fuera de competencia los métodos de vía húmeda.

38

LA COCCIÓN • La mezcla de materias primas se cuece, como la cal, en hornos rotatorios

que por su gran capacidad de producción están especialmente indicados en la industria de tonelaje.

• A lo largo del horno se producen las reacciones indicadas, saliendo por la boca del horno 4000 m de gas/toneladas de clinquer.

• Las reacciones de clinquerización ocupan poco trecho del horno. En las fabricas modernas el consumo de combustible es de unas 800 Kcal/Kg de clinquer.

• La composición del clinquer al salir del horno debe “congelarse”, mediante enfriamiento rápido. De no ser así el S3C se descompone en S2C y cal libre, y a parte lo que suponga la perdida del componente tricálcico, la cal libre es dañina porque hidrata con lentitud y provoca expansiones y agrietamientos.

• El enfriamiento se hace en corriente de aire, en cilindros rotatorios , utilizándose el aire precalentado por la combustión del combustible.

• La cocción es menos exigente en tiempo y temperatura cuanto mayor sea: 1.) la finura de molido, 2.)menor sea la dosificación en cal y mayor la de óxidos fundentes, dentro de los limites.

• El tiempo de cocción se gradúa modificando la velocidad de rotación del horno. Si el tiempo es insuficiente queda cal sin combinar (expansión) y sílice (insoluble), lo que representa perdida de silicatos cálcicos.

52

FABRICACION DEL CEMENTO

53

1

• Una vez frio el Clinquer se muele en molinos tubulares para producir polvo fino que pueda hidratarse fácil al mezclarlo con agua

• Para corregir la presencia de A3C (rápido fraguado), se alimentan molinos con piedras de yeso en la proporción necesaria: tope legal para adiciones de yeso, menos del 4% de SO3 analítico.

2

• El producto molido se almacena en silos y se expende en sacos a granel.

• Operaciones por vía seca y por vía húmeda.

• La fabricación de cemento no se ha visto afectada por la automatización y economía de escala.

ANALISIS Y PROPIEDADES DEL CEMENTO

60

1

•Además delos componentes principales, en el cemento hay otras sustancias en menor proporción como lo son:

•Alcalis: provenientes de impurezas fedespáticas de las arcillas.

•MgO: aportado por la arcilla o la caliza.

•CaO libre: por exceso en la dosificación o defecto de cocción lento del clinquer (expansivo).

2

•El análisis químico comprende la :

•“perdida al fuego” y el ataque con clorhídrico que disuelve a los cationes y deja un residuo de SiO2.

•En el liquido se determinan Fe, Al, Ca y Mg. Aparte se determina SO3.

•También se valora el “residuo insoluble” que queda después de atacar el cemento con CIH y extraer el residuo de sílice de los silicatos cálcicos con soda al 5%.

3

•El análisis físico comprende determinaciones como:

•La finura: residuo sobre los tamices de 900, 4900 y 10000 malllas/cm2

•El agua de amasado: proporción de agua/cemento para obtener cierta plasticidad (pasta normal).

•El comienzo y fin de fraguado: por la penetración que la pasta normal permite a lo largo del tiempo a una aguja de 1mm2 con un peso determinado.

•Pruebas de resistencia a tracción y a compresión: sobre pasta normal pura o sobre mortero normal

•Expansividad: se mide con los anillos de Le Chatelier.

• SUPERCEMENTOS Se llaman así a los cementos tipo Portland de rápido endurecimiento (S3C) que por molerse a finuras mayores que las del Portland ordinario presentan sus altas resistencias en plazo mas breve.

• OTROS TIPOS DE CEMENTOS EN RELACION CON EL PORTLAND - Hay productos naturales de origen volcánico, llamados PUZOLANAS,

constituidos por SiO2 (45-65%), Al2O3, (10-23%), Fe2O3 (3-12%), CaO (2-8%), MgO (1-3%) y álcalis (1-12%), que tienen la propiedad de combinar la cal hidratada para dar silicatos y silicoaluminatos hidratados, amorfos e hidráulicos.

- También se obtienen cementos muy apreciados incorporando estas materias puzolanicas al clinquer del cemento portland. En tal caso la cal aparece en el fraguado y es perjudicial para la resistencia química de los hormigones, pero si se mezcla con la puzolana (escoria), y desparece para ser sustituida por sustancias hidráulicas como lo son 2SC, SA2C, y 2SA3C se mejora considerablemente la resistencia mecánica y química, a este de aglomerantes pertenecen el CEMENTO PORTLAND PUZOLANICO y el CEMENTO DE ALTO HORNO.

- El CEMENTO DE ESCORIAS SOBRESULFATADO, alta resistencia química y mecánica, se obtiene moliendo finamente cal o clinquer portland(5%), anhidrita (15%), y escoria granulada de alto horno (80%), con contenido de Al2O3 superior al 13%.

- Los CEMENTOS REBAJADOS, se produce por molturación de Clinquer de portland con materias inertes como la caliza, son mas baratos, trabajan bien y son los utilizados en albañileria.

61

YESO COMO MATERIA PRIMA

62

YESO COMO MATERIA PRIMA

78

1

• El Yeso esta muy difundido en la litosfera.

• Formula Química: SO4Ca * 2 H2O

• Se presenta como SELENITA (cristales monoclinicos), como SERICOLITA (yeso fibroso), como ALABASTRO YESOSO (de estructura granular o sacaroidea), o como PIEDRA DE YESO (masas cristalinas mixtas),

2

• El interés del Yeso como materia prima se fundamenta en dos direcciones:

• a). Por la capacidad de fraguado y endurecimiento que tienen los productos resultantes de la deshidratación parcial o total del dihidrato natural al amasarlos con cantidades limitadas de agua.

• b). Por el aprovechamiento de azufre contenido en la molécula, con o sin recuperación simultanea de calcio.

3

• La primera opción conduce a materiales de construcción bien conocidos como el Yeso.

• La segunda ha sido estudiada por los países pobres en azufre o piritas como medio para sustituir las importaciones de estas materias primas clave de la industria del acido sulfúrico.

• La cal se emplea también en la preparación de cementos Portland, cementos sobresulfatados, ENOLOGIA (enyesado de vinos), EDAF0OLOGIA (corrector de terrenos) y en papelería. .

YESOS PARA LA CONSTRUCCION • La deshidratación del SO4Ca * 2 H2O transcurre por etapas. • La característica practica de mas interés del hemihidrato es su capacidad

de fraguar y endurecerse por rehidratación a dihidrato , que es el fundamento de su empleo como conglomerante aéreo.

• Dentro de los márgenes usuales, los yesos cocidos a mayor temperatura son los mas lentos. Pasados los 525 °C desaparece la hidratabilidad y el producto obtenido es inerte.

• “Yeso Estrich” empleado para pavimentos.

79

FABRICACION DEL YESO • El problema principal, es conseguir uniformidad en la calefacción

para que todos los granos y todas las partes de cada grano se deshidraten en la forma deseada.

• Para la cocción se emplean hornos de tipos muy variados, de cámara; rotatorios de gran producción; de canal, con movimiento horizontal del material mediante un sinfín; de caldera o marmita calentada con gases de combustión por la parte inferior ; y de arrastre.

• El yeso molido se alimenta por la parte inferior de un tubo aislado y mas abajo penetran en el tubo gases de combustión calientes mezclados con aire frio para regular su temperatura.

• Al arrastrar los gases al polvo de yeso hacia arriba lo deshidratan a lo largo del camino ascendente, y en la parte superior un ciclón separa el yeso cocido de los gases. Los gruesos incocidos, recogidos en la parte inferior, vuelven al molino del dihidrato.

80

Litosfera Como Materia Prima

Documents

Transcript of Litosfera Como Materia Prima