11 - Cementos Lima

CEMENTOS LIMA

UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Escuela de Ingeniería Industrial

PROCESOS INDUSTRIALES I Prof. Ing Parra Osorio, Hernan

ALUMNO: SILVERA IRUPAILLA, JOEL

VISITA A CEMENTOS LIMA

1.- OBJETIVOS: ·

Conocer los Procesos de la industria Cementera.

·

Conocer la importancia de las distintas zonas y etapas de la planta.

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO EL CEMENTO El cemento es un material que une los fragmentos detríticos (arenas o gravas) de ciertas rocas clásticas (areniscas o conglomerados). En general el cemento de estas rocas se origina por precipitación química, siendo las sustancias cementantes mas frecuentes la sílice, los carbonatos y los óxidos de hierro. El cemento es un polvo seco hecho de sílice, alúmina, cal, oxido de hierro y oxido de magnesio, que se endurece cuando se mezcla con agua. Los cementos naturales, poco resistentes, se obtienen por trituración y cocción de rocas calizas arcillosas. El cemento Pórtland se obtiene del Clinker añadiendo solo piedra de yeso natural. El proceso portland, que representa, con gran diferencia, la mayor parte de la producción mundial de cemento, se ilustra en la Figura 93.16. Comprende dos etapas: la fabricación de la escoria y el molido de la misma. Las materias primas utilizadas para la fabricación de la escoria son materiales calcáreos, como la piedra caliza, y arcillosos, como la arcilla. Las materias primas se mezclan y se muelen en seco (proceso seco), o con agua (proceso húmedo). La mezcla pulverizada se calcina en hornos inclinados rotatorios o verticales a una temperatura que va de 1.400 a 1.450 °C. Al salir del horno, la escoria se enfría rápidamente para evitar la conversión del silicato tricálcico, principal ingrediente del cemento portland, en silicato bicálcico y óxido de cal. Las masas de escoria enfriada se mezclan frecuentemente con yeso y otros varios aditivos que controlan el tiempo de fraguado y otras propiedades de la mezcla utilizada. De este modo es posible obtener una amplia gama de cementos diferentes, como por ejemplo: cemento portland normal, cemento de fraguado rápido, cemento hidráulico, cemento siderúrgico, cemento de tras, cemento hidrófobo, cemento marítimo, cementos para pozos de gas y petróleo, cementos para carreteras o presas, cemento expansivo, cemento magnésico, etc. Finalmente, la escoria se pulveriza en un molino, se criba y almacena en silos, dispuesta para su embalaje y transporte. La composición química del cemento portland es la siguiente: óxido de calcio (CaO): 60 al 70 %

dióxido de silicio (SiO2) (incluyendo un 5 %de SiO2 libre): 19 al 24 % trióxido de aluminio (Al3O3):4 al 7 % óxido férrico (Fe2O3):2 al 6 % óxido de magnesio (MgO): menos del 5 % El cemento aluminoso produce mortero u hormigón de alta resistencia inicial. Se fabrica a partir de una mezcla de piedra caliza y arcilla con un alto contenido de óxido de aluminio (sin extensores), la cual se calcina a unos 1.400 °C. La composición química del cemento aluminoso es, aproximadamente, la siguiente: óxido de aluminio (Al2 O3 ): 50 % óxido de calcio (CaO): 40 % óxido férrico (Fe2O3):6 % dióxido de silicio (SiO2 ):4 % La escasez de combustibles conduce al aumento de la producción de los cementos naturales, en especial los que utilizan tobas (cenizas volcánicas). Si es necesario, éstas se calcinan a 1.200 °C, en lugar de los 1.400 a 1.450 °C, que se necesitan para la fabricación de portland. La toba debe contener un 7080 % de sílice libre amorfa y un 510 % de cuarzo. Con la calcinación, la sílice amorfa se transforma parcialmente en tridimita y cristobalita.

3.- PROCESO DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND Los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos de calcio. Los cementos hidráulicos fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua. Durante esta reacción, llamada hidratación, el cemento se combina con agua para formar una pasta endurecida de aspecto similar a una roca. Los componentes básicos para la fabricación del cemento portland son el óxido de calcio, óxido de sílice, alúmina y el óxido de hierro. La materia prima necesaria para tener las cantidades correctas de los componentes básicos es una mezcla de materiales calcáreos (piedra caliza) y arcillosos.

Explotación de Canteras y Trituración

El primer paso, entonces, para la fabricación del cemento portland es buscar depósitos de roca para asegure tengan las características necesarias para obtener un cemento de calidad. La cal es el componente que se encuentra en mayor cantidad en el clínker del cemento Pórtland y su origen se debe a la descomposición del carbonato de calcio por medio del calor. Como se dijo anteriormente, se usa una variedad de elementos como materia prima, los cuales se pueden clasificar según su contenido de carbonatos de calcio de la siguiente manera:

Calizas: Portadoras en abundancia de carbonato de calcio (75 - 100%) Margas: Su contenido de carbonato de calcio es de 40 - 75% y van acompañadas de sílice y productos arcillosos. Arcillas: Principalmente contienen sílice combinada con alúmina y otros componentes como óxidos de hierro, sodio y potasio

Generalmente los materiales crudos enunciados no cumplen por completo los requerimientos químicos del cemento portland, por este motivo se utilizan los denominados "correctores" que proporcionan los elementos minoritarios faltantes. Nuestras canteras suelen requerir un "corrector" de hierro, tal como la hematita o la magnetita. La obtención de la proporción adecuada de los distintos óxidos se realiza mediante la dosificación de los minerales de partida: · ·

Caliza y marga para el aporte de CaO. Arcilla y pizarras para el aporte del resto óxidos.

Las materias primas son transportadas a la fábrica de cemento donde se descargan para su almacenamiento. La prehomogenización realizada mediante diseños adecuados del apilamiento y la extracción de los materiales en los almacenamientos reduce la variabilidad de los mismos. Los estudios de composición de los materiales en las distintas zonas de cantera y los análisis que se realizan en fábrica permiten dosificar la mezcla de materias primas para obtener la composición deseada.

Molienda y cocción de materias primas La finalidad de la molienda es reducir el tamaño de las partículas de materias para que las reacciones químicas de cocción en el horno puedan realizarse de forma adecuada. La molienda de materias primas (molienda de crudo) se realiza en equipos mecánicos rotatorios, en los que la mezcla dosificada de materias primas es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas.

El material obtenido debe ser homogeneizado para garantizar la calidad del clínker y la correcta operación del horno.

Procesos de fabricación del clínker La materia prima es introducida en el horno en forma seca y pulverulenta.

El sistema del horno comprende una torre de ciclones para intercambio de calor en la que se precalienta el material en contacto con los gases provenientes del horno. El proceso de descarbonatación de la caliza (calcinación) puede estar casi completado antes de la entrada del material en el horno si se instala una cámara de combustión a la que se añade parte del combustible (precalcinador).

Calcinación La siguiente etapa es la cocción de la materia prima. En el método de vía seca, la harina almacenada en los silos de homogenización se lleva a una torre de precalentamiento, que tiene una temperatura entre 900 y 1,000 °C. El calor proviene de gases producidos por la combustión del combustible del horno, el cual puede ser carbón, gas o aceites combustibles. El objetivo del precalentamiento es el de ahorrar energía, ya que se aprovecha el calor emanado por los hornos. En el método de vía húmeda no se precalienta la pasta, sino que ésta es transportada por bombas centrífugas a los hornos. En ambos casos se lleva el material a un horno, el cual es un largo cilindro de acero revestido interiormente con ladrillos refractarios, y que gira alrededor de su eje longitudinal, con una pequeña pendiente descendente. La velocidad de rotación varía de 0 a 150 revoluciones por hora, y a través de ese movimiento el material sigue sus reacciones químicas para formar los compuestos del clínker. En el horno se distinguen las siguientes etapas, las cuales son: secado, calcinación, clínkerización y enfriamiento. El secado: Se da en el material proveniente del método de vía húmeda.

Calcinación: En esta zona de calcinación los carbonatos de calcio y de magnesio se disocian en óxido de calcio y magnesio respectivamente. Clínkerización: En la etapa de clínkerización es donde se producen las reacciones químicas más complejas del proceso, transformándose la materia prima en un nuevo material llamado clínker, que tiene la forma de pelotillas verde-grisáceas de unos 12 mm de diámetro. El clínker se compone de los siguientes óxidos (datos en %)

Óxido de calcio "cal" ( CaO) Óxido de Silicio "sílice" Óxido de Aluminio "alúmina" ( Al2O3) Óxido de Hierro ( Fe2O3)

Porcentaje % 60-69 18-24 4-8 1-8

Enfriadores de clinker El clinker, a la salida del horno, debe ser enfriado de modo rápido y eficiente, tanto para fijar sus características mineralógicas, como para acondicionarlo para su manejo en las fases y equipos siguientes. Su alta temperatura, extrema abrasividad y diversa granulometría no hacen esta operación fácil. El rápido enfriamiento del clinker con aire, en enfriadores de parrilla (Gádor), o planetario (Carboneras), proporciona el aire caliente -aire secundario- para la combustión, mejorando el rendimiento energético del piroproceso.

Molienda de cemento El proceso de fabricación de cemento termina con la molienda conjunta de clínker, yeso y otros materiales denominados "adiciones". Los materiales utilizables, que están normalizados como adiciones, son entre otros: · · · · ·

Escorias de horno alto Humo de sílice Puzolanas naturales Cenizas volantes Caliza

En función de la composición, la resistencia y otras características adicionales, el cemento es clasificado en distintos tipos y clases. La molienda de cemento se realiza en equipos mecánicos en las que la mezcla de materiales es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas. Para ello se utilizan los siguientes equipos: · · · ·

Prensa de rodillos Molinos verticales de rodillos Molinos de bolas Molinos horizontales de rodillos Una vez obtenido el cemento se almacena en silos para ser ensacado o cargado a granel.

Almacenamiento del cemento El cemento es una sustancia particularmente sensible a la acción del agua y de la humedad, por lo tanto para salvaguardar sus propiedades, se deben tener algunas precauciones muy importantes, entre otras: Inmediatamente después de que el cemento se reciba en el área de las obras si es cemento a granel, deberá almacenarse en depósitos secos, diseñados a prueba de agua, adecuadamente ventilados y con instalaciones apropiadas para evitar la absorción de humedad. Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el Contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias.

CONCLUSION La fabricación de cemento es un proceso industrial maduro, bien conocido y generalmente bien gestionado. El cemento es un producto de construcción básico, producido a partir de recursos naturales: materias primas minerales y energía. La fabricación de cemento provoca efectos sobre el Medio Ambiente, los principales: Impactos de las canteras en los ecosistemas. Emisión de partículas en la manipulación y procesado de materiales. Emisión de gases en el proceso de combustión.