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INTRODUCCION

El cemento es un polvo fino que se obtiene al poner en temperaturas muy altas una mezcla de piedra caliza, arcilla y otras sustancias. Formado a partir de la clinquerización de los carbonatos (piedra caliza), aluminosilicatos (arcillas) y silicatos de calcio y se presenta en forma de polvo.

Es un material que reacciona con el agua y que actúa como aglutinante, presenta propiedades de adherencia y cohesión, produciendo compuestos que son muy resistentes.

En este trabajo nos ocuparemos de una pequeña parte de toda la maquinaria de producción, que está conformada por los equipos de transporte y extracción de materias primas , los procesos, diagramas de flujo con sus respectivas condiciones de operación, presión, temperatura, concentraciones, reacciones químicas y balances de materia y energía.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Analizar la producción industrial del cemento, ilustrando el nuevo aprendizaje acerca de los principios físico químicos usados en cada etapa de la operación y por supuesto en el balance de materia y energía que se presentara posteriormente.

OBJETIVOS ESPE CIFICOS

Reconocer cada etapa del proceso, la producción y obtención del cemento.

Identificar la presencia de las reacciones químicas que se presentan en desarrollo de toda su producción.

Aprender la funcionalidad de los equipos de transporte, almacenamiento, transformación y obtención del producto químico en una planta productora.

GENERALIDADES DE LA INDUSTRIA DEL CEMENTO

La industria cementera se inició en Colombia a principios del siglo XX. En 1905, Industrias en inversiones Samper inauguro la primera planta cementa en nuestro país en inicio en operaciones en 1909, esta estaba ubicada en las cercanías de la capital de la república.

CEMENTO

Se denomina cemento a un aglutinante o aglomerante hidráulico 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

TIPOS DE CEMENTO

Se pueden establecer dos tipos básicos de cementos:

1. De origen arcilloso: obtenidos a partir de arcilla y piedra caliza en proporción 1 a 4 aproximadamente;

2. De origen puzolánico: la puzolana del cemento puede ser de origen orgánico o volcánico.

CEMENTO PORTLAND O GRIS Se conoce como cemento portland, debido a que el color gris era muy parecido al de las piedras halladas en la localidad de Portland, en Inglaterra. El poso de cemento más utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón es el cemento portland.

CEMENTOS BLANCOS

Los cementos blancos tienen un módulo de fundentes muy alto, aproximadamente 10. Estos contienen por lo tanto un porcentaje bajísimo de Fe2O3. EI color blanco es debido a la falta del hierro que le da una tonalidad grisácea al Portland normal.

MATERIA PRIMA

PIEDRA CALIZA (CaCO3 )

La roca caliza es un componente importante del cemento gris usado en las construcciones modernas. Se encuentra dentro de la clasificación de recursos naturales entre los recursos no renovables (minerales) y dentro de esta clasificación, en los no metálicos, como el salitre, el aljez y el azufre.

Es una roca sedimentaria compuesta mayoritariamente por carbonato de calcio (CaCO3), y el 70% de calcita y puede contener sílice, la arcilla y materia orgánica y algunos otros minerales.

ARCILLA (Al2O3 · 2SiO2 · H2O ) La arcilla es un suelo o roca sedimentaria constituido por agregados de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposición de rocas que contienen feldespato, como el granito. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que contiene, desde el rojo anaranjado hasta el blanco cuando es pura. La arcilla necesaria para la elaboración de cemento se llama caolín (Al2 Si2O5(OH)4)

EL YESO : ( CaSO4.2H2O )

La roca natural denominada aljez (sulfato de calcio di hidrato: CaSO4· 2H2O), mediante deshidratación, al que puede añadirse en fábrica determinadas adiciones de otras sustancias químicas para modificar sus características de fraguado, resistencia, adherencia, retención de agua y densidad, que una vez amasado con agua, puede ser utilizado directamente. sulfato de calcio deshidratado De origen sedimentario por deshidratación de cuencas saladas.

HIERRO (Fe)

El hierro o fierro Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso.Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado

elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.

PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL CEMENTO

El cemento puede producirse de dos maneras; el proceso de vía seca y el proceso por vía húmeda. En la actualidad se utiliza el proceso de via seca para la fabricación del cemento. Este proceso implica los pasos mencionados a continuación:

Extracción y molienda de la materia prima Homogeneización de la materia prima Producción del Clinker Molienda de cemento

La materia prima para la elaboración del cemento se extrae de las canteras o minas a través de la barrenacion y detonación con explosivos; una vez obtenidos estos materiales son sometidos a un proceso de fragmentación en las trituradoras por medio de impacto o presión hasta reducirlos a un tamaño máximo de una y media pulgadas.

La etapa de homogeneización puede llevarse a cabo por medio de vía húmeda o vía seca, dependiendo del uso de corrientes de agua o corrientes de aire para mezclar los materiales triturados. Cuando se lleva a cabo el proceso húmedo la mezcla de la materia prima se bombea a balsas de homogeneización y desde la balsa para al horno para la producción del Clinker.

En el proceso seco la materia prima es homogeneizada en los patios de materia prima que se conocen comúnmente como naves de Pre homogenización con el uso de maquinarias especiales, en este proceso el control químico de los materiales es mas eficiente y el consumo de energía es menor que en el proceso anteriormente descrito, pues no se lleva a cabo la eliminación de agua.

La producción del Clinker o proceso de calcinación es la parte medular del proceso, el Clinker es el producto de la reducción en hornos rotatorios horizontales de mineral de hierro, carbonato de calcio o caliza y una arcilla conocida como puzolana.

Este proceso se lleva a cabo a una temperatura que oscila entre 1400 y 1500°C luego de esto se obtiene lo que se conoce como Clinker que son pequeños modulos de color gris oscuro con un tamaño aproximado de 3 a 4 cm.

CLINKER

Una vez obtenido el Clinker, se procede a molerlo en molinos horizontales a través de bolas de acero de diferentes tamaños a su paso por las cámaras de molino, durante este proceso es añadido yeso en pequeñas proporciones

FUNCIÓN DEL YESO

El yeso es generalmente agregado al Clinker para regular el fraguado. Su presencia hace que el fraguado se concluya aproximadamente en 45 minutos. El yeso reacciona con el aluminato tricálcico para formar una sal expansiva llamada etringita. 3CaOAl2O3 + 3(CaSO42H2O) + 26H2O → 3CaOAl2O33CaSO432H2O

REACCIONES

Reacciones de formación del clinker

PROCESO DE FABRICACION DEL CEMENTO

1000–1100°C 3CaO+Al2O3→ 3CaOAl2O3 2CaO+SiO2→ 2CaOSiO2 CaO+Fe2O3→ CaOFe2O3

1100–1200°C CaOFe2O3+3CaOAl2O3→ 4CaOAl2O3Fe2O3

1250 - 1480°C 2CaOSiO2+CaO → 3CaOSiO2

La composición final será de:

50% 3CaOSiO2 25% 2CaOSiO2 12% 3CaOAl2O3 8% 4CaOAl2O3Fe2O3

Reacciones de hidratación

Las reacciones de hidratación, que forman el proceso de fraguado son: 2(3CaOSiO2) + (x+3)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + 3Ca(0H)2 2(2CaOSiO2)+ (x+1)H2O → 3CaO2SiO2xH2O + Ca(0H)2 2(3CaOAl2O3)+ (x+8)H2O → 4CaOAl2O3xH2O + 2CaOAl2O38H2O 3CaOAl2O3 + 12H2O + Ca(0H)2 → 4CaOAl2O313H2O 4CaOAl2O3Fe2O3 + 7H2O → 3CaOAl2O36H2O + CaOFe2O3H2O

Estas reacciones son todas exotérmicas. La más exotérmica es la hidratación de 3CaOAl2O3, seguida de la de 3CaOSiO2, y luego 4CaOAl2O3Fe2O3 y finalmente 2CaOSiO2.

DIAGRAMA DE PROCESO

Fe2O3

BALANCE DE MASA

CLINQUERIZACIÓN

CALIZA=1.4112 tARCILLA=0.1848 tMIN.HIERRO=0.084 tCÁRBON=0.2 tAIRE=1.861378 t

TRITURACIÓN y

MEZCLADO

ENFRIADO 1 t CEMENTO

VAPOR DE AGUA=0.172815 tPOLVO=0.130671 tCO2=1.005756 tN2=1.40525 tO2=0.03856 tSIO2=0.0068 t

YESO 0.06 t

BALANCE DE ENERGIA

kcal/ kg clinker

Cocción del clinker 420

Evaporación de agua 4

Pérdidas con los gases residuales

223

Calor residual con el clinker 22

Aire residual del enfriador 0

Tubo del horno 104

Intercambiador 10

Enfriador 66

Resto (no determinado) 48

EQUIPOS

ENFRIADOR DE PARILLA

HORNO ROTATIVO: TAMAÑO DE PULVERIZACION: 3 30 Mm.

TRITURADORA: Tamaño de trituración 38 y 76 mm

CONCLUSIONES

1. El proceso de producción del cemento es uno de los más contaminantes debido a las altas emisiones de gases de combustión como son el CO y CO2

2. La operación más importante del proceso ocurre en el horno rotativo, dónde la

materia prima se convierte en cemento.

3. La industria cementera va de la mano con el desarrollo de infraestructura en una nación. De ahí que sea la segunda sustancia más usada en el mundo después del agua.

BIBLIOGRAFIA

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