Produccion de cemento
Produccion de cemento gy rbrt20 1 ,qeza6pR 02, 2010 BS pagos «UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARíA» [pic] FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL CURSO: PROCESOS INDUSTRIALES II TEMA: FABRICACION DEL CEMENTO DOCENTE: ING. ROLARDI VALE PERTENECIENTE A: PACE 1 to View nut*ge ROBERTO CAUNA HUARACHA SEMESTRE: V AREQUIPA- PERU 2008 INDICE INTRODUCCION CEM ENTO 3 4 EL CEMENTO DE PORTLAND 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.
El cemento se inventó hace aproximadamente 2000 años por os romanos, de forma totalmente fortuita, como ha ocurrido con otros inventos. Al hacer fuego en un agujero recubierto de piedras, consiguieron deshidratar y descarbonatar parcialmente las piedras calcáreas o el yeso, convirtiéndolas en polvo que se deposito entre las piedras. Al llover, dicho polvo unió las piedras entre si.
Los egipcios utillzaron un cemento fabricado con yeso impuro calcinado, que sirvió para unir los bloques de piedra en la construcción de las pirámides. El secreto de la durabilidad del cemento se perdió y en la Edad Media tan solo fue posible fabricar cemento de mediana alidad. En 1756, Smeaton descubrió que los mejores cementos se obtenían al mezclar caliza con un 20- 25% de materia arcillosa.
En 1845, Johnson fijó las proporciones de materias primas a utilizar, asi como la temperatura de cocción, con lo que se asistió al inicio de la industria de cemento Portland. Dicho nombre le fue dado por su similltud con la piedra de portland. Actualmente, hay tres procesos de fabricación de cemento que utilizan hornos rotativos desarrollados en Inglaterra en 1 855: vía seca, vía seca con precalentamiento / precalcinación y vía húmeda. Existen varias clases de cemento:
Cemento Aluminoso Cemento Asfáltico Cemento Bituminoso Cemento Blanco Cemento con Aire ocluido Cemento de Albañilería Cemento de Alta temperatura Cemento de Asbesto Cemento de Azufre Cemento de Escoria Ce 2 5 Cemento de Escoria Cemento de Hierro Cemento de Keene Cemento de la Isla de paros Cemento de Látex Cemento de Mack Cemento de Martín Cemento de Oxicloruro Cemento de Porcelana Cemento de Tierra Cemento Esparítico Cemento Expansivo Cemento Gelificado Cemento Grappier Cemento Hidráulico Cemento Lafarge Cemento plástico Cemento Portland Cemento Portland Blanco Cemento Refractario Cemento
Resinoso Cemento Sorel Cemento Rock 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 CEMENTO [1]En ingeniería civil y construcción se denomina cemento a un aglutinante o conglomerante hidráullco que, mezclado con agregados pétreos (árido grueso o grava más árido fino o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, manejable y plástica capaz de fraguar y endurecer al reaccionar con el agua y adquiriendo por ello consistencia pétrea, el hormigón o concreto.
Su uso está muy generalizado, siendo su principal función la de aglutinante. Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos: De origen arcilloso: obtenidos a partlr de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente; De origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origen orgánico o volcánico. 35 Existen diversos tipos de c entes por su composición, durabilidad, y por lo tanto por sus destinos y usos. Desde el punto de vista qu(mlco se trata en general de una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio, obtenidos a través del cocido de calcáreo, arcilla y arena.
El material obtenido, molido muy finamente, una vez que se mezcla con agua se hidrata y solidifica progresivamente. Puesto que la composición química de los cementos es compleja, se utilizan terminologías específicas para definir las composiciones. EL CEMENTO DE PÓRTLAND [2]Los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos pnncpalmente de silicatos de calcio. Los cementos hidráullcos 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 silice, 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 [3]El cemento de Pórtland es el tipo de cemento más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón o concreto. Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin.
El nombre se debe a la semejanza en su aspecto con las rocas encontradas en la isla de Pórtland, una isla del condado de Dorset. PROCESOS DE FABRICACION La fabricación del cement Preparación de la mezcla se da en tres fases: (i) 4 35 s primas; (ii) Producción Preparación de la mezcla de las materias primas; (ii) Producción del clinker; y, (iii) Preparación del cemento. Las materias primas para la producción del Pórtland son minerales que contienen: Oxido de calcio (44%), OXid0 de SiliCi0 Oxido de aluminio (3,5%), Oxido de hierro (3%) Oxido de manganeso (1 ,6%).
La extracción de estos minerales se hace en canteras, que preferiblemente deben estar próxmas a la fábrica, con frecuencia los minerales ya tienen la composición deseada, sin embargo n algunos casos es necesario agregar arcilla o calcáreo, o bien minerales de hierro, bauxita, u otros minerales residuales de fundiciones. La mezcla es calentada en un horno especial, constituido de un inmenso cilindro (llamado kiln) dispuesto horizontalmente con una ligera inclinación, y rodando lentamente.
La temperatura crece a lo largo del cllindro hasta llegar a aproximadamente 14000C; la temperatura es tal que hace que los minerales se combinen pero no se fundan o vitrifiquen. En la sección de temperatura menor, el carbonato de calcio (calcáreo) se separa en óxido de calcio y dióxido de carbono (C02). En la zona de alta temperatura el óxido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos de calcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma también una pequeña cantidad de aluminato tricálcico (Ca3Al) y Aluminoferrito de tricalcio (Ca4AlFe). El material resultante es denomnado clinker.
El clinker puede ser conservado durante años antes de proceder a la producción del cemento, con la condición de que no entre en contacto con el agua. s 5 La energ[a necesaria para nker es de aproxima contacto con el agua. La energía necesaria para producir el clinker es de aproximadamente 1 . 700 julios por gramo, pero a causa de las erdidas de calor el valor es considerablemente más elevado. Esto comporta una gran demanda de energía para la producción del cemento, y por lo tanto la liberación de una gran cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, gas de efecto invernadero.
Para mejorar las características del producto final al clinker se le agrega aproximadamente el 2 % de yeso y la mezcla es molida finamente. El polvo obtenido es el cemento preparado para su uso. El cemento obtenido tiene una composición del tipo: 64% óxido de calcio 21% óxido de silicio 5,5% óxido de aluminio 4,5% óxido de hierro ,4% óxido de magnesio 1 ,6% sulfatos 1% otros matenales, entre los cuales principalmente agua. Cuando el cemento de Pórtland es mezclado con el agua, el producto solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas.
El endurecimiento inicial es producido por la reacción del agua, yeso y aluminato tricálcico, formando una estructura cristalina de calcio-aluminio- hidrato, estringita y monosulfato. El sucesivo endurecimiento y el desarrollo de fuerzas internas de tensión derivan de la reacción más lenta del agua con el silicato de tricalc10 formando una structura amorfa llamada calcio-silicato-hidrato. En ambos casos, las estructuras que se forman envuelven y fijan los granos de los materiales presentes en la mezcla. Una última reacción produce el gel de silicio (Si02). Las s generan calor. 5 gel de silicio (Si02). Las tres reacciones generan calor. Con el agregado de materiales particulares al cemento (calcáreo o cal) se obtiene el cemento plástico, que fragua más rápidamente y es más fácilmente trabajable. Este material es usado en particular para el revestimiento externo de edificios. La calidad del cemento de Pórtland deberá estar de acuerdo con a norma ASTM C 150. [PiC] 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 clínkery la correcta operación del horno. En la actualidad, en torno al 78 % de la producción de cemento e Europa se realiza en hornos de vía semi-seca o semi-humeda; y un 6 % de la producción europea se reallza mediante via húmeda.
Procesos de fabricación del clínker • Vla Seca • Vía semi-seca, • Via semi-húmeda • Vía húmeda 1. Proceso de vía seca 35 La materia prima es introd rno en forma seca y 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). [picl 2. Proceso de vía húmeda Este proceso es utilizado normalmente para materias primas de lto contenido en humedad.
El material de alimentación se prepara mediante molienda conjunta del mismo con agua, resultando una pasta con contenido de agua de un 30-40 % que es alimentada en el extremo más elevado del horno de clinker. 3 y 4. Procesos de vía semi-seca y semi-húmeda El material de alimentación se consigue añadiendo o eliminando agua respectivamente, al material obtenido en la molienda de crudo. Se obtienen «pellets» o gránulos con un 15-20 % de humedad que son depositados en parrillas móviles a través de las cuales se hacen circular gases calientes provenientes del horno.
Cuando el material alcanza la entrada del horno, el agua se ha evaporado y la cocción ha comenzado. En todos los casos, el material procesado en el horno rotatorio alcanza una temperatura entorno a los 14500. Es enfriado bruscamente al abandonar el horno en enfriadores planetarios o de parrillas obteniéndose de esta forma el clínker. El proceso de fabricación de cemento termina con la molienda conjunta de clínker, yeso y otros materiales denominados «adiciones». aturales • Cenizas volantes • Caliza En función de la composición, la resistencia y otras características dicionales, 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. pic] [pic] DIAGRAMA DE FABRICACION DE Módulos Los módulos son valores característicos de cada cemento o al, que permiten conocer en qué relación se encuentran, porcentualmente, los diversos componentes en el producto final. Para el cemento Pórtland se tiene: Módulo hidráulico Módulo de silicatos 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. ANEXOS [4]ANALISIS Y PROPIEDADES DEL CEMENTO.
Además de los componentes principales (Ca y Sio ) y de los secundarios (Al O ,FeO y SO Ca, 2H 0-yeso-) en el cemento hay otras sustancias en pequeña proporción, como son: alcalis, que suelen provenir de las impurezas feldespáticas de las arcillas; MgO, aportado por arcilla o la caliza, y peligroso por encima de cierto límite (legalmente un 5%) por la lentitud con que se hidrata a magnesia calcinada y la dilatación que la acompaña; Cao libre, por exceso en la dosificación, o defecto de cocción o enfriamiento lento de cl(nker, que también hace expansivo al cemento.
Otros componentes menores son TiOy P O, que el análisis da como Al O, SrO que se da como Cao y Mn O, que se valora con el El análisis químico comprende la «pérdida al fuego» y el ataque con clorhídrico que disuelve a los cationes y deja un residuo de Sio ; en el líquido se determinan Fe, Al, Ca y Mg. Aparte se determina el porcentaje de SO . Aparte también se valora el «residuo insoluble» que q
