PROCESO DE FABRICACIN DEL CEMENTO (EMPRESA CRUZ AZUL)

La etapa clave del proceso es la de calcinacin (sinterizacion del clinker) en donde se requieren los servicios del horno rotativo. A continuacin se enlistan los pasos para la fabricacin del cemento:

VAS DE PRODUCCIN

En la fabricacin del cemento Portland se siguen bsicamente dos mtodos o vas de produccin, denominadas va seca y va hmeda.

La diferencia principal entre ambas vas de produccin de clinker, es la forma en la que el crudo es pretratado antes de su coccin. Mientras que en la va seca el crudo es finamente molido hasta constituir una mezcla pulverizada, en la va hmeda, el horno se alimenta con una pasta que contiene de un 30-40% de agua.

En el siguiente esquema indicativo, se muestra las diferencias en cuanto a la preparacin de las materias primas existentes entre los distintos tipos de vas de produccin:

Fig 7. Mapa comparativo de las vas de produccin del cemento con sus etapas

COMPARATIVA ENTRA AMBAS VAS (ELECCIN DEL PROCEDIMIENTO DE FABRICACIN)

En la va hmeda, ms de un 50% de la energa puesta en juego es empleada en evaporar el agua de la pasta, mientras que en la va seca, la energa se aplica casi totalmente en el proceso de clinkerizacin. En la fase de secado en va hmeda, se realiza en el primer tramo del propio horno, lo que significa que el horno debe ser mas largo para efectuar la deshidratacin y adems en esta va no hay el aprovechamiento del calor de los gases de escape y es ms cara. El nico aspecto negativo de la va seca, es la coleccin de polvo asociado al proceso.

Componentes del cemento portlandEl cemento Portland es un ligante hidrulico inorgnico, polifsico artificial, que se obtiene (Figura 4.1) a partir de un producto intermedio denominado CLINKERLas dos materias primas principales son los materiales calizos (ricos en carbonato clcico) y los materiales arcillosos (ricos en silicatos de aluminio hidratados).

COMPONENTES PRINCIPALES

Los principales xidos que se encuentran presentes en el cemento Portland figuran en la tabla 3:

Prcticamente, el 95% del clinker est formado por xidos de cal, slice, aluminio y hierro. El resto lo forman xidos que proceden de las impurezas y entre los cuales estn los de magnesio, sodio, potasio, titanio, azufre, fsforo y manganeso, aunque la presencia de stos depende de la materia prima utilizada y de los correctores aplicados.

Tabla 3 .Componentes del cemento Portland (harina de polvo o pasta que alimentara al horno)

Los cuatro primeros xidos, llamados xidos principales, son los responsables de la formacin, mediante las reacciones de clinkerizacin, de los constituyentes principales o activos del clinker en la etapa de coccin del crudo.

Los minerales del clinker no son una combinacin pura, sino fases de cristales mixtos que contienen los componentes de otras fases en pequeas cantidades, as como las restantes sustancias qumicas que acompaan al clinker y que son incapaces de formar fases autnomas.De los componentes principales, los silicatos suman del 60 al 80% de la totalidad de ellos y son los responsables de las resistencias mecnicas del cemento.

Silicato tricalcico o alita. Este componente se puede considerar como el principal o decisivo del clinker, confiriendo altas resistencias iniciales en el proceso de hidratacin del cemento. Prcticamente en una semana desarrolla sus resistencias y despus presenta una elevacin de las mismas muy lenta. El calor de hidratacin que libera en su reaccin con el agua es elevado 502 J/gSilicato bicalcico o belita. Este componente, que es metaestable, da pocas resistencias en los primeros dias (a 28 dias no llega a alcanzar el 15 % de la resistencia final) pero luego las va desarrollando progresivamente hasta alcanzar al silicato tricalcico (lo que ocurre en 1 ao aproximadamente). El desprendimiento de calor en su hidrataci6n es mas bajo que el proporcionado por el silicato tricalcico: 251 J gAluminato tricalcico (C3A). Este componente por si solo contribuye muy poco a las resistencias del cemento pero, en presencia de los silicatos, desarrolla unas resistencias iniciales buenas. Su forma de participar en las resistencias y endurecimiento del cemento no estan claras, creyendose que acta como catalizador de la reaccion de los silicatos. Su hidratacion es rapidisima al tomar contacto con el agua, desarrollando una cantidad de calor de 867 J gFerrito aluminato tetracalcico (C4AF). Apenas si tiene contribucin en la resistencia de los cementos. Su hidratacion es rapida, aunque menor que la del aluminato, y produce un buen desprendimiento de calor, 419 J g . El hierro que forma la fase ferrtica (felita) tiene una gran importancia como fundente en el horno y es el responsable del color gris verdoso de los cementos portland; normalmente, en estos se encuentra en una proporcin de un 3% y si su contenido se reduce al 0.5% o menos en los cementos portland blancos.La cal libre es un constituyente frecuente en el cemento Portland, siendo su presencia en el mismo debida a un defecto de fabricacin atribuible a muy diversas causas. La hidratacin de la cal libre es expansiva, pudiendo dar lugar a fisuras superficiales en el hormign e incluso el debilitamiento y destruccin del mismo.

La magnesia, al igual que la cal libre, es tambin expansiva aunque a ms largo plazo que sta. Est combinada hasta un 2% en las fases principales del clinker, ms all de est cifra aparece como periclasa. Debido a que la magnesia es muy nociva, las normas limitan su contenido en los cementos. La magnesia ms peligrosa es la se encuentra cristalizada en forma de periclasa, ya que cuando sta se hidrata la reaccin discurre muy lentamente cuando las restantes reacciones de endurecimiento ya han concluido, el aumento de volumen que experimenta puede hacer saltar la estructura de la roca de cemento y originar grietas. La magnesia procede de las calizas que poseen MgCO3, las escorias de alto horno a veces, contienen cantidades fuertes de MgO.

Los lcalis : K2O + Na2O, provienen de las materias primas y en general, de las arcillas, margas y de las cenizas de carbn quemado en el horno, influyendo negativamente en la durabilidad de los morteros u hormigones dando lugar a compuestos expansivos que perjudican la adherencia entre los ridos y la pasta y que incluso pueden destruir al propio horno. Adems de este efecto pernicioso que pueden ocasionar, los lcalis solubles pueden ser peligrosos por aumentar la retraccin hidrulica, acelerar el fraguado del cemento y poder corroer determinados vidrios puestos en contacto con el hormign.

El SO3 de los cementos procede del yeso que tiene por finalidad regular el fraguado. Si la proporcin de yeso es la ptima, el cemento tendr buenas cualidades resistentes, de estabilidad y de durabilidad. La cantidad de yeso a emplear en la fabricacin del cemento, ser tanto mayor, cuanto mayor sea la cantidad de aluminato triclcico, puesto que su misin es la de fijar a ste en forma de sulfoaluminato que, si bien es expansivo, en este caso no ejerce una funcin perjudicial debido a que este efecto se produce durante el fraguado del cemento, es decir, cuando ste est en estado plstico. Un exceso de SO3, al estar el cemento sobredosificado en yeso, da lugar a los inconvenientes antes citados, de aqu que las normas limiten su contenido. Un contenido alto, da lugar a cementos expansivos, merma sus resistencias y crea graves problemas en los hormigones fabricados con ellos.

CarbonatacionLa penetracin de dixido de carbono (Carbonatacin)Las molculas de dixido de carbono que penetran en el hormign reaccionan con el gel de slidos de hidrxido de calcio, y con los iones alcalinos y de calcio en la solucin poro del hormign causando una disminucin drstica en la alcalinidad debido a una cada en el pH de 14,0 a aproximadamente 8,0. A este pH, la corrosin se inicia por la destruccin de la capa protectora de xido (Fe203 o Fe304).La formacin de carbonato de calcio se acompaa de una disminucin en el contenido de agua y el aumento en el peso del hormign, lo que provoca el agrietamiento de la superficie. Retraccin por carbonatacin disminuye el recubrimiento de la armadura y aumenta el riesgo de entrada de especies corrosivas. Lo ms importante sin embargo, es la cada en el pH como el hormign se vuelve menos alcalina; esto puede mover el acero de la regin pasiva a la regin de la corrosin en el diagrama de Pourbaix. El siguiente es el mecanismo de la carbonatacin:(1) C02 + H20 -* H2C03 (carbonic acid)(2) H2C03 = H+ + HCO^ (decrease in pH)(3) H2C03 + Ca(OH)2 -> CaC03 2H20Tan pronto como Ca (OH) 2 se retira, el pH cae 14,0 a 8,0. El mecanismo se ilustra en la Fig. 12.5.Hay otros factores secundarios, como la profundidad de la cubierta de refuerzo, las condiciones de humedad, la humedad y la temperatura, que tambin influyen en la carbonatacin.

Efecto de la carbonatacin en la corrosin del acero en el hormign armadoCubierta de refuerzo. El tiempo necesario para que un frente de carbonatacin al avance depende de la profundidad de la cubierta de hormign. Si la cubierta es lo suficientemente gruesa, el carbono no llegara a profundidades de despasivar acero. Solucin de fenolftalena se puede utilizar para comprobar la profundidad de carbonatacin, fracturando (no la perforacin) en una posicin de prueba. Un color rosa indica concreto satisfactoria.El contenido de humedad. La velocidad de difusin de C02 en solucin acuosa de los poros es muy lento debido a su pequea solubilidad, sin embargo, la velocidad de difusin de C02 en el hormign de secado al aire es mayor en comparacin con el hormign saturado de agua.Humedad. Carbonatacin avanza ms rpido en condiciones de humedad en comparacin con las condiciones secas. Las tasas de corrosin son generalmente inferior por debajo de la humedad relativa del 75%.Temperatura. El proceso de carbonatacin procede ms rpido en el rango de temperatura de 40-60 C.La solubilidad del CO2. La solubilidad del CO2 en agua se ve afectada por la presin, temperatura y composicin de calor. Cuanto mayor sea la solubilidad, mayor sera la carbonatacin.Relacin agua-cemento. En general, el hormign de baja relacin agua-cemento carbonatos es menor que el cemento de mayor relacin agua-cemento.