CEMENTOS LIMA

UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIAEscuela de Ingeniería Industrial

PROCESOS INDUSTRIALES I

Prof. Ing Parra Osorio, Hernan

VISITA A CEMENTOS LIMA

ALUMNO: SILVERA IRUPAILLA, JOEL

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) deciertas rocas clásticas (areniscas o conglomerados). En general el cemento deestas rocas se origina por precipitación química, siendo las sustanciascementantes 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 oxidode magnesio, que se endurece cuando se mezcla con agua.

Los cementos naturales, poco resistentes, se obtienen por trituración y cocción derocas calizas arcillosas. El cemento Pórtland se obtiene del Clinker añadiendo solopiedra de yeso natural.

El proceso portland, que representa, con gran diferencia, la mayor parte de laproducción mundial de cemento, se ilustra en la Figura 93.16. Comprende dosetapas: la fabricación de la escoria y el molido de la misma. Las materias primasutilizadas para la fabricación de la escoria son materiales calcáreos, como lapiedra caliza, y arcillosos, como la arcilla. Las materias primas se mezclan y semuelen en seco (proceso seco), o con agua (proceso húmedo). La mezclapulverizada se calcina en hornos inclinados rotatorios o verticales a unatemperatura que va de 1.400 a 1.450 °C. Al salir del horno, la escoria se enfríarápidamente para evitar la conversión del silicato tricálcico, principal ingredientedel cemento portland, en silicato bicálcico y óxido de cal.

Las masas de escoria enfriada se mezclan frecuentemente con yeso y otros variosaditivos que controlan el tiempo de fraguado y otras propiedades de la mezclautilizada. De este modo es posible obtener una amplia gama de cementosdiferentes, como por ejemplo: cemento portland normal, cemento de fraguadorápido, cemento hidráulico, cemento siderúrgico, cemento de tras, cementohidrófobo, cemento marítimo, cementos para pozos de gas y petróleo, cementospara 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 cementoportland 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 dealta resistencia inicial. Se fabrica a partir de una mezclade piedra caliza y arcilla con un alto contenido de óxidode aluminio (sin extensores), la cual se calcina a unos1.400 °C. La composición química del cementoaluminoso 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 loscementos naturales, en especial los que utilizan tobas (cenizas volcánicas). Si esnecesario, éstas se calcinan a 1.200 °C, en lugar de los 1.400 a 1.450 °C, que senecesitan para la fabricación de portland. La toba debe contener un 7080 % desílice libre amorfa y un 510 % de cuarzo. Con la calcinación, la sílice amorfa setransforma parcialmente en tridimita y cristobalita.

3.- PROCESO DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND

Los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos principalmente desilicatos de calcio. Los cementos hidráulicos fraguan y endurecen al reaccionarquímicamente con el agua. Durante esta reacción, llamada hidratación, el cementose combina con agua para formar una pasta endurecida de aspecto similar a unaroca.

Los componentes básicos para la fabricación del cemento portland son el óxido decalcio, óxido de sílice, alúmina y el óxido de hierro.

La materia prima necesaria para tener las cantidades correctas de loscomponentes básicos es una mezcla de materiales calcáreos (piedra caliza) yarcillosos.

Explotación de Canteras y Trituración

El primer paso, entonces, para la fabricación del cemento portland es buscardepósitos de roca para asegure tengan las características necesarias para obtenerun cemento de calidad.

La cal es el componente que seencuentra en mayor cantidad en elclínker del cemento Pórtland y suorigen se debe a la descomposicióndel carbonato de calcio por mediodel calor.

Como se dijo anteriormente, se usauna variedad de elementos comomateria prima, los cuales se puedenclasificar según su contenido decarbonatos de calcio de la siguientemanera:

Calizas: Portadoras en abundancia de carbonato de calcio (75 - 100%)

Margas: Su contenido de carbonato de calcio es de 40 - 75% y van acompañadasde sílice y productos arcillosos.

Arcillas: Principalmente contienen sílicecombinada con alúmina y otros componentescomo óxidos de hierro, sodio y potasio

Generalmente los materiales crudos enunciadosno cumplen por completo los requerimientosquímicos del cemento portland, por este motivo seutilizan los denominados "correctores" queproporcionan los elementos minoritarios faltantes.

Nuestras canteras suelen requerir un "corrector" de hierro, tal como la hematita ola magnetita.

La obtención de la proporción adecuada de los distintos óxidos se realizamediante 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 sedescargan para su almacenamiento.

La prehomogenización realizada mediante diseños adecuados del apilamientoy la extracción de los materiales en los almacenamientos reduce la variabilidadde los mismos.

Los estudios de composición de los materiales en las distintas zonas de cantera ylos análisis que se realizan en fábrica permiten dosificar la mezcla de materiasprimas para obtener la composición deseada.

Molienda y cocción de materias primas

La finalidad de la molienda es reducir el tamaño de las partículas de materiaspara que las reacciones químicas de cocción en el horno puedan realizarse deforma adecuada.

La molienda de materias primas (molienda de crudo) se realiza en equiposmecánicos rotatorios, en los que la mezcla dosificada de materias primas essometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresiónelevadas.

El material obtenido debe ser homogeneizado para garantizar la calidad delclínker 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 caloren la que se precalienta el material en contacto con los gases provenientes delhorno.

El proceso de descarbonatación de la caliza (calcinación) puede estar casicompletado antes de la entrada del material en el horno si se instala una cámarade 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, laharina almacenada en los silos de homogenización se lleva a una torre deprecalentamiento, que tiene una temperatura entre 900 y 1,000 °C. El calorproviene de gases producidos por la combustión del combustible del horno, el cualpuede ser carbón, gas o aceites combustibles. El objetivo del precalentamiento esel de ahorrar energía, ya que se aprovecha el calor emanado por los hornos. En elmétodo de vía húmeda no se precalienta la pasta, sino que ésta es transportadapor bombas centrífugas a los hornos.

En ambos casos se lleva el material a un horno, el cual es un largo cilindro deacero revestido interiormente con ladrillos refractarios, y que gira alrededor de sueje longitudinal, con una pequeña pendiente descendente.

La velocidad de rotación varía de 0 a 150 revoluciones por hora, y a través deese movimiento el material sigue sus reacciones químicas para formar loscompuestos 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 disocianen óxido de calcio y magnesio respectivamente.

Clínkerización:En la etapa de clínkerización es donde se producen las reacciones químicas máscomplejas del proceso, transformándose la materia prima en un nuevo materialllamado clínker, que tiene la forma de pelotillas verde-grisáceas de unos 12 mm dediámetro.

El clínker se compone de los siguientes óxidos (datos en %)

Porcentaje %Óxido de calcio "cal" ( CaO) 60-69Óxido de Silicio "sílice" 18-24Óxido de Aluminio "alúmina" ( Al2O3) 4-8Óxido de Hierro ( Fe2O3) 1-8

Enfriadores de clinker

El clinker, a la salida del horno, debe ser enfriado de modo rápido y eficiente, tantopara fijar sus características mineralógicas, como para acondicionarlo para sumanejo en las fases y equipos siguientes. Su alta temperatura, extremaabrasividad y diversa granulometría no hacen esta operación fácil.

El rápido enfriamiento del clinker con aire, en enfriadores de parrilla (Gádor), oplanetario (Carboneras), proporciona el aire caliente -aire secundario- para lacombustión, mejorando el rendimiento energético del piroproceso.

Molienda de cemento

El proceso de fabricación de cemento termina con la molienda conjunta declínker, yeso y otros materiales denominados "adiciones".

Los materiales utilizables, que están normalizados como adiciones, son entreotros:

· 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 equiposmecánicos en las que la mezcla de materiales essometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzasde 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 ocargado a granel.

Almacenamiento del cemento

El cemento es una sustancia particularmente sensible a la acción del agua y de lahumedad, por lo tanto para salvaguardar sus propiedades, se deben tener algunasprecauciones muy importantes, entre otras: Inmediatamente después de que elcemento se reciba en el área de las obras si es cemento a granel, deberáalmacenarse en depósitos secos, diseñados a prueba de agua, adecuadamenteventilados y con instalaciones apropiadas para evitar la absorción de humedad. Sies cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso detablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura paraalmacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura paraalmacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezcaindebidamente, después de llegar al área de las obras, el Contratista deberáutilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsaalguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el áreade las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condicionessatisfactorias.

C O N C L U S I O N

La fabricación de cemento es un proceso industrial maduro, bien conocido ygeneralmente bien gestionado.

El cemento es un producto de construcción básico, producido a partir de recursosnaturales: materias primas minerales y energía.

La fabricación de cemento provoca efectos sobre el Medio Ambiente, losprincipales:

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.