EN LA FABRICACIÓN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE CEMENTO

EN LA FABRICACIÓN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE CEMENTO
PORTLAND SE UTILIZAN COMO MATERIAS PRIMAS EL CLINKER DE
CEMENTO PORTLAND Y DIVERSOS PRODUCTOS NATURALES
(TIERRA DE DIATOMEAS, TOBAS VOLCÁNICAS, ETC.) Y
ARTIFICIALES (ESCORIA SIDERÚRGICA, CENIZAS VOLANTES,
ESCORIAS METALÚRGICAS, ETC.)
La composición química del CLINKER de cemento portland (o del
cemento portland 62/67 % CaO, 18/24 % SiO2, 4/8 % Al2O3 y 1.5/4.5
% Fe2O3), teniendo en cuenta solamente a sus cuatro óxidos
principales, cae dentro del sistema cuaternario CaO-SiO2-Al2O3Fe2O3, siendo el óxido mayoritario el CaO, disminuyendo después
en el orden SiO2-Al2O3- Fe2O3
Esto nos indica que los componentes de las materias primas deben
de ser predominantemente calcáreos con cantidades sucesivas más
pequeñas de constituyentes silíceos, aluminosos y ferruginosos.
ROCAS NATURALES QUE TENGAN LOS CUATRO ÓXIDOS PRINCIPALES EN LAS
PROPORCIONES ADECUADAS Y QUE, POR TANTO, NO NECESITEN NINGUNA
CORRECCIÓN PARA QUE MEDIANTE SU COCCIÓN DEN EL CLINKER, SON
EXTREMADAMENTE RARAS. SE PUEDEN MENCIONAR LA “PORTLANDSTONE”
EN LEHIGH, OHIO (USA) Y NOVOROSIISK (RUSIA). POR TANTO, LA ELECCIÓN
DE LAS MATERIAS PRIMAS PARA FABRICAR EL CLINKER DE CEMENTO
PORTLAND CAE EN UNA VARIEDAD, MÁS O MENOS GRANDE, DE ROCAS DE
ORIGEN NATURAL Y EN UNA ESCALA MUY REDUCIDA DE PRODUCTOS
INDUSTRIALES (GENERALMENTE SUBPRODUCTOS)
El óxido mayoritario (CaO) se obtiene normalmente de la calizas (CaCO3),
la cual puede representar sobre el 70-99 % dependiendo de su calidad
(Normalmente el 75-80 %) en peso de las materias primas a mezclar
(Componente principal de las materias primas).
Aunque la caliza (COMPONENTE CALCAREO), en general, contiene como
impurezas cantidades de los otros óxidos del sistema cuaternario
mencionado, no los tiene en las proporciones deseadas, por lo que es
necesario una segunda materia prima para ajustar la proporción
adecuada de óxidos. Esta segunda materia prima usualmente son las
arcillas o las margas (COMPONENTE ARCILLOSO) (Componente
secundario o aditivo). Finalmente, es necesario la adición de algunos
elementos correctores, principalmente, el hierro.
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
LOS TRES COMPONENTES PRINCIPALES DEBEN DE
SATISFACER ENTRE ELLOS MISMOS LAS SIGUIENTES
CONDICIONES:
1.-COMPATIBILIDAD COMPOSICIONAL (QUÍMICA Y
MINERALÓGICA).
2.-COMBINABILIDAD TÉRMICA Y REACTIVIDAD (APTITUD A
LA COCCIÓN).
3.-SIMILAR APTITUD A LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO Y A LA
HOMOGENEIZACIÓN.
COMPONENTE CALCÁREO
En el crudo para fabricar CLINKER el componente calcáreo
representa entre un 70 un 90 % dependiendo de su calidad (Más
usualmente entre un 75 y un 80 %), por consiguiente, las propiedades
físicas, químicas y mineralógicas de este componente tienen una
influencia decisiva en la elección y en la marcha del proceso de
fabricación del clinker y en los equipos y maquinaria necesarios.
El componente calcáreo del crudo es, usualmente, cualquier roca o
producto que contenga CaCO3. Las rocas usadas como materias
primas en la fabricación del CLINKER , que nos aportan el carbonato
de calcio, son muy abundantes en la Naturaleza e incluyen todos los
tipos de CALIZA procedentes de todas las formaciones geológicas
(calizas devónicas en Europa, triásicas y jurásicas de la zona de los
Alpes, cretácicas, etc).
Además de las CALIZAS, otras rocas que nos pueden aportar el
CaCO3 son:
- CRETA.
- MARGAS CALCAREAS.
- MARMOLES Y CALIZAS MARMOLEÑAS.
- CONCHAS MARINAS.
- ARENAS MARINAS CALCAREAS.
- CALICHES.
- ETC.
LA CRETA (CALIZA PELÁGICA), MUY ABUNDANTE EN LAS COSTAS DEL
CANAL DE LA MANCHA Y QUE HA DADO NOMBRE AL SISTEMA CRETÁCICO.
TIENE UNA ESTRUCTURA SUELTA, GRANO MUY FINO, APARIENCIA TERREA Y
CONTIENEN RESTOS DE ESQUELETOS NO CRISTALIZADOS (CAPARAZONES
DE FORAMINÍFEROS PLANCTÓNICOS Y COCCOLITOS DE FLAGELADOS)
COMO PUEDE VERSE EN LA FIGURA. ES POROSA Y POCO COMPACTA Y,
POR TANTO, FÁCILMENTE TRITURABLE Y, USUALMENTE, CONTIENE
CANTIDADES SIGNIFICANTES DE HUMEDAD (HASTA UN 25 %). ESTA
PROPIEDAD HACE QUE LA CRETA SEA UNA MATERIA PRIMA
RECOMENDABLE PARA LA FABRICACIÓN DEL CLINKER POR VÍA HÚMEDA.
Micrografía de una creta
mostrando la
presencia de coccolitos
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
EL MODO DE ORIGEN DE LAS CALIZAS TIENE UNA INFLUENCIA DECISIVA
EN LA ELECCIÓN Y MARCHA DE LAS DIFERENTES OPERACIONES Y
PROCESOS QUE CONDUCEN A LA FABRICACIÓN DEL CLINKER, YA QUE
AFECTA A LOS SIGUIENTES FACTORES:
1.- COMPOSICIÓN MINERALÓGICA.
2.- GRADO DE CRISTALINIDAD.
3.- TAMAÑO DE GRANO.
4.- NATURALEZA Y EXTENSIÓN DEL MATERIAL CEMENTANTE
(MEDIO CEMENTANTE).
5.-COMPOSICIÓN QUÍMICA (MODO Y FORMA MINERAL EN QUE
ESTÁN PRESENTES LAS IMPUREZAS).
6.-GRADO DE COMPACIDAD, QUE INFLUYE SOBRE: DUREZA,
POROSIDAD Y RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRÍO (RCF).
1.- COMPOSICIÓN MINERALÓGICA.
2.- GRADO DE CRISTALINIDAD.
3.- TAMAÑO DE GRANO.
4.- NATURALEZA Y EXTENSIÓN DEL MATERIAL CEMENTANTE (MEDIO
CEMENTANTE).
5.-COMPOSICIÓN QUÍMICA (MODO Y FORMA MINERAL EN QUE ESTÁN
PRESENTES LAS IMPUREZAS).
6.-GRADO DE COMPACIDAD, QUE INFLUYE SOBRE: DUREZA, POROSIDAD
Y RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRÍO (Rcf).
EL FACTOR 5 ES EL PRIMERO QUE HAY QUE TENER EN CUENTA PARA LA
CONVENIENCIA O NO DE UNA CALIZA.
LOS FACTORES 1, 2, 3 Y 5 INFLUYEN PRINCIPALMENTE SOBRE LA REACTIVIDAD Y
COMBINABILIDAD TÉRMICA DEL CRUDO (APTITUD A LA COCCIÓN), A TRAVÉS DE LA
VELOCIDAD DE DISOCIACIÓN Y TEMPERATURA DE REACCIÓN (CLINKERIZACIÓN).
LOS FACTORES 2, 3, 4 Y 6 INFLUYEN SOBRE LA MAYOR O MENOR APTITUD A LA
REDUCCIÓN DE TAMAÑO (TRITURACIÓN Y MOLIENDA), QUE ES DIRECTAMENTE
PROPORCIÓNAL A LA COMPACIDAD Y A LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRÍO.
LA DENSIDAD VARIA ENTRE 2.6 Y 2.8. Y LA DUREZA ENTRE 1.8 Y 3.0.
HAY QUE TENER PRESENTE QUE LA REACTIVIDAD Y COMBINABILIDAD TÉRMICA DEL
CRUDO (APTITUD A LA COCCIÓN) DEPENDE TAMBIÉN DE LA FINURA
ALCANZADA DURANTE LA OPERACIÓN DE MOLIENDA Y NO SOLO DE LOS
FACTORES 1, 2, 3 Y 5.
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
El componente arcilloso es el segundo componente en orden de
importancia para la fabricación del CLINKER de cemento. Compensan la
deficiencia composicional que presenta el componente calcáreo, en
cuanto a silicio y aluminio fundamentalmente.
En la naturaleza se dispone de una gran variedad de rocas que pueden
aportar dichos elementos bien individualmente o bien conjuntamente,
siendo preferible que los aporten simultáneamente.
Rocas ricas en silicio (22 - 37 % de la corteza terrestre) pueden citarse
ARENISCAS, CUARCITAS, DIATOMITAS, etc.
Rocas ricas en silicio y aluminio (44 - 58 % de la corteza terrestre)
tenemos ARCILLAS, PIZARRAS, ESQUISTOS, MARGAS. LATERITAS,
BAUXITAS, etc.
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
La gran abundancia existente de rocas silicatadas y
aluminosilicatadas se explica por la lixiviación de las rocas ígneas,
metamórficas y sedimentarias debida al agua y posterior transporte,
que tiende a eliminar los componentes solubles, dejando el silicio, el
aluminio y parcialmente el hierro, que son más difíciles de solubilizar.
Sin embargo, las materias primas más importantes que aportan dicho
componente son:
-LAS MARGAS
- LAS ARCILLAS
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
La dureza de las margas es menor que la de las calizas y tanto
menor cuanto mayor es el contenido en material arcilloso
Las margas son una excelente materia prima para la fabricación del
CLINKER, ya que contienen el componente calcáreo y el arcilloso en
estado homogeneizado. Existen margas calcáreas cuya composición
coincide con la del crudo de cemento (estandard de cal
aproximadamente del 100 %) y que tienen aplicación en la fabricación
del denominado cemento natural. Sin embargo, es muy raro
encontrar yacimientos de importancia de tal materia prima. Existen en
Lehihg Valley (Estados Unidos) y Cambridge (Gran Bretaña).
Las arcillas son “rocas” o materiales terrosos de origen secundario
que se han formado en la naturaleza por la meteorización y la
erosión físico-química de las rocas ígneas causada por el agua, el
CO2 y los ácidos inorgánicos. Los depósitos o yacimientos mas
importantes se han formado a partir de los feldespatos (cuya
composición varia desde el KAlSi3O8 hasta el NaAlSi3O8 y el
CaAl2Si2O8) de rocas tales como el granito ( Feldespatos 66 %,
cuarzo 26 %, micas 7.5 %, otros minerales (circón, magnetita,
apatito, ilmenita, etc. 0.5 %).
COMPONENTES CORRECTORES.
Los componentes correctores se añaden en aquellos casos en que con
los dos componentes mayoritarios no se consigue una composición
química del crudo adecuada para la fabricación del CLlNKER. Se trata de
compensar las pequeñas deficiencias que puedan existir en el crudo.
Esto ocurre en raras ocasiones ya que los dos componentes principales
pueden disponerse dentro de un amplio rango de composiciones, bien
por arranque de distintos frentes de una misma explotación o bien
porque se disponga de mas de una explotación
La adición de componentes correctores solo es posible en una escala
limitada, a menos que estemos fabricando un cemento especial.
Generalmente, se añaden en una cantidad que oscila entre el 1 y el 2 %.
En algunas ocasiones puede llegarse al 5 %.
COMPONENTES CORRECTORES.
Los componentes correctores pueden ser silíceos (> 70 % de SiO2),
aluminosos (> 30 % de Al2O3) y ferruginosos (> 40 % de Fe2O3).
Esquema para la corrección de las materias primas.
COMPATIBILIDAD ENTRE LOS COMPONENTES DEL CRUDO
ADEMÁS DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA, UN ASPECTO IMPORTANTE A LA
HORA DE ELEGIR EL COMPONENTE SECUNDARIO Y LOS CORRECTORES, CON
RESPECTO A UN DETERMINADO COMPONENTE CALCÁREO (CALIZA), ES
ESTUDIAR LA COMPATIBILIDAD ENTRE SUS CARACTERÍSTICAS
FÍSICAS, MINERALÓGICAS Y DE COMBINABILIDAD TÉRMICA,
QUE SON LAS QUE CONTROLAN LAS OPERACIONES DE MOLIENDA Y
HOMOGENEIZACIÓN Y LOS PROCESOS DE DISOCIACIÓN Y DE
CLINKERIZACIÓN.
LA COMBINACIÓN DE UNA CALIZA COMPACTA DE GRANO FINO CON UNA
ARCILLA CAOLINÍTICA BLANDA, PUEDE DARNOS UN CRUDO NO HOMOGÉNEO
CON PARTÍCULAS GRUESAS DE CARBONATO DE CALCIO. SIMILARMENTE UNA
COMBINACIÓN DE UNA CRETA CON UNA PIZARRA O UN ESQUISTO PUEDE DAR
UN CRUDO CON PARTÍCULAS GRUESAS DE SILICATOS.
DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA DISOCIACIÓN, REACTIVIDAD Y
COMBINABILIDAD LA EXPERIENCIA MUESTRA QUE UNA CALIZA
CRISTALINA REACCIONA LENTAMENTE INCLUSO CON LA SÍLICE AMORFA
PROCEDENTE DE LAS CENIZAS VOLANTES O DE UNA ESCORIA DE
HORNO ALTO Y EL ARAGONITO QUE ES MÁS REACTIVO
REACCIONA LENTAMENTE CON
LA SÍLICE LIBRE DE UNA ARENISCA O DE UN ESQUISTO.
La sílice libre (Cuarzo α o β, calcedonia, etc) es más resistente a la
molienda y es menos reactiva que la sílice combinada (Arcillas,
feldespatos, etc). Como puede verse en la figura 4.1 la sílice libre
disminuye drásticamente la aptitud a la cocción de un crudo, hasta
el punto que a ciertos niveles puede dar lugar a que el clinker sea
inaceptable.
Efecto del contenido
de sílice (Como
cuarzo) en la calidad
del clinker
(≈1.5 % de cuarzo en
una caliza reduce
drásticamente el
contenido de C3S en ≈
20 %).
Temperatura de
disociación de
diversos carbonatos
aportadores de
calcio y la
reactividad del SiO2
frente al CaO,
detallándose la de
los minerales
arcillosos.
≅
20 %
(a)
(b)
(c)
(a).- Td = Temperatura de disociación a la cuál aparece el CaO en el estado más reactivo.
(b).- R1 = Reactividad de los minerales arcillosos con el CaCO3.
(c).- R2 = Reactividad de las diferentes formas del SiO2 con el CaO.
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
Reactividad de los distintos minerales que
pueden estar presentes en las materias primas.
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
Reactividad de los distintos minerales que
pueden estar presentes en las materias primas.
Residuos industriales como materias primas para la
fabricación de clinker.
Los residuos industriales son materias primas potenciales
para la fabricación de clinker:
1.- Escoria de horno alto y de convertidor (Industria
siderúrgica).
2.- Cenizas volantes de las centrales termoeléctricas
3.- Papillas de carbonato de calcio de las industrias de los
fertilizantes, del azúcar y del papel
4.- Papillas nefelínicas y lodos rojos de la industria del
aluminio
Residuos industriales para
la fabricación de clinker
Composición química
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
Interrelación entre las diferentes etapas del proceso y las propiedades básicas del crudo
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
EL YESO, AUN CUANDO NO ES UNA MATERIA PRIMA UTILIZADA EN
LA PREPARACIÓN DEL CRUDO QUE SE INTRODUCE EN EL HORNO,
SE UTILIZA EN LA FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND COMO
ADITIVO DEL CLINKER CON EL FIN DE REGULAR EL TIEMPO DE
FRAGUADO, RETARDÁNDOLO ADECUADAMENTE.
EL RETRASO EN EL FRAGUADO SE PRODUCE POR LA REACCIÓN
DEL SULFATO (LA PARTE ACTIVA ES EL IÓN
2−
SO 4
QUE PARTICIPA EN LA HIDRATACIÓN DESPUÉS DE SU
DISOLUCIÓN) CON EL ALUMINATO TRICÁLCICO QUE, EN OTRO
CASO, FRAGUARÍA MUY RÁPIDO NO DANDO TIEMPO A
MANIPULAR LA PASTA
CUANTO MAYOR ES EL CONTENIDO SE C3A EN EL CLINKER
MAYOR ES LA CANTIDAD DE YESO NECESARIA.
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
DEPENDIENDO DEL CONTENIDO DE C3A Y DE ÁLCALIS SOLUBLES Y
DE LA FINURA DEL CEMENTO, EXISTE PARA CADA TIPO DE
CEMENTO UN CONTENIDO ÓPTIMO DE SULFATO, ASÍ PARA
CEMENTOS RICOS EN C3A Y ÁLCALIS Y MOLIDOS FINAMENTE EL
CONTENIDO OPTIMO SUELE SER DEL 5 %, MIENTRAS QUE PARA
CEMENTOS MOLIDOS GRUESOS Y CON BAJOS CONTENIDOS EN C3A
Y ÁLCALIS EL CONTENIDO OPTIMO OSCILA ENTRE EL 2.5 Y EL 3 %.
GENERALMENTE LA CANTIDAD QUE SE AÑADE ES DE
APROXIMADAMENTE UN 5 %.
LA CANTIDAD DE YESO A AÑADIR TAMBIÉN DEPENDE DEL
CONTENIDO EN SULFATOS DE LOS PRODUCTOS QUE COMPONEN EL
CEMENTO. CANTIDADES DEMASIADO ALTAS DE SULFATO EN EL
CEMENTO PUEDEN DAR LUGAR A FENÓMENOS DE EXPANSIÓN POR
LO CUAL SE ESTABLECEN LÍMITES SUPERIORES EXPRESADOS EN %
DE SO3 PARA EL CONTENIDO DE SULFATO QUE DEPENDEN DEL TIPO
DE CEMENTO.
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS
CEMENTO / MATERIAS PRIMAS