Fabricación del cemento

Introducción

El cemento se inventó hace aproximadamente 2000
años por los 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 depositó entre las
piedras. Al llover, dicho polvo unió las piedras entre
sí.

Los egipcios utilizaron 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
calidad.

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, así 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
similitud con la piedra de Portland.

Actualmente, hay tres procesos de fabricación de
cemento que utilizan hornos rotativos desarrollados en Inglaterra
en 1855: vía seca, vía seca con pre-calentamiento /
pre-calcinación y vía húmeda.

OBJETIVOS.

El desarrollo de este trabajo me permite conocer y
estudiarlos los distintos métodos o procesos de la
fabricación del cemento, ya que este es uno de los
principales materiales de construcción que será
utilizado en las distintitas obras que construiremos en el
futuro el el desarrollo de muestro ejercicio
profesional.
También con el desarrollo de este trabajo
tengo como objetivo conocer las diferentes los ingredientes o
materias que forman parte de los componentes para la
elaboración del cemento.

DESARROLLO DEL TEMA.

Proceso de
fabricación del cemento

La materia prima para la elaboración del cemento
(caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae de
canteras o minas y dependiendo de la dureza y ubicación
del material, el sistema de explotación y equipos
utilizados varía.

Una vez extraída la materia prima es reducida a
tamaños que puedan ser procesados por los molinos de
crudo. La etapa de homogeneización puede ser por
vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si
se usan corrientes de aire o agua para mezclar los
materiales.

En el proceso húmedo la mezcla de materia prima
es bombeada a balsas de homogeneización y de allí
hasta los hornos en donde se produce el Clinker a temperaturas
superiores a los 1500 °C.

En el proceso seco, la materia prima es homogeneizada en
patios de materia prima con el uso de maquinarias especiales. En
este proceso el control químico es más eficiente y
el consumo de energía es menor, ya que al no tener que
eliminar el agua añadida con el objeto de mezclar los
materiales, los hornos son más cortos y el Clinker
requiere menos tiempo sometido a las altas
temperaturas.

El Clinker obtenido, independientemente del proceso
utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido
con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener
cemento.

PASOS DE LA FABRICACIÓN
Según "El Rincón del Vago"
(1): el proceso de fabricación del cemento es
el siguiente:
Explotación de materia
prima.

De las canteras de piedra se extrae la caliza, y las
arcillas a través de barrenación detonación
con explosivos.

Transporte de materia prima.

Una vez que las grandes masas de piedra han sido
fragmentadas, se transportan a la planta en camiones o
bandas.

Trituración.

El material de la cantera es fragmentado en las
trituradoras, cuya tolva recibe la materia prima, que por efecto
de impacto o presión son reducidos a un tamaño
máximo de una o media pulgada.

Pre-homogeneización.

Es la mezcla proporcional de los diferentes tipos de
arcilla, caliza o cualquier otro material que lo
requiera.

Almacenamiento de materia prima.

Cada uno de los materias primas es transportado por
separado a silos en donde son dosificados para la
producción de diferentes tipos de cemento.

Molienda de materia prima.

Se realiza por medio de un molino vertical de acero, que
muele el material mediante la presión que ejerce tres
rodillos cónicos al rodar sobre una mesa giratoria de
molienda. Se utilizan también para esta fase molinos
horizontales, en cuyo interior el material es pulverizado por
medio de bolas de acero.

Homogeneización de harina
cruda.

Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla
homogénea del material.

Calcinación.

Es la parte medular del proceso, donde se emplean
grandes hornos rotatorios en cuyo interior a 1,400 °C la
harina cruda se transforma en Clinker, que son
pequeños módulos gris obscuro de 3 a 4
cm.

Molienda de cemento.

El Clinker es molido a través de bolas
de acero de diferentes tamaños a su paso por las dos
cámaras del molino, agregando el yeso para alargar el
tiempo de fraguado del cemento.

Envase y embarque del cemento.

El cemento es enviado a los silos de almacenamiento; de
los que se extrae por sistemas neumáticos o
mecánicos, siendo transportado a donde será
envasado en sacos de papel, o surtido directamente a granel. En
ambos casos se puede despachar en camiones, tolvas de ferrocarril
o barcos.

El departamento de estudios económicos
(2): nos dice que las técnicas de proceso de
producción del cemento son:
Trituración y molienda de la materia
prima

Las principales materias primas son silicatos y
aluminatos de calcio, que se encuentran bajo la forma de calizas
y arcillas explotadas de canteras, por lo general ubicadas cerca
de las plantas de elaboración del Clinker y del cemento.
Otras materias primas son minerales de fierro (hematita) y
sílice, los cuales se añaden en cantidades
pequeñas para obtener la composición
adecuada.

Homogeneización y mezcla de la materia
prima

Luego de triturarse la caliza y arcilla en las canteras
mismas, de las cuales se la transporta a la planta de
procesamiento, se le mezcla gradualmente hasta alcanzar la
composición adecuada, dependiendo del tipo de cemento que
se busque elaborar, obteniéndose el polvo
crudo.

Calcinación del polvo crudo:
obtención del clinker

Una vez homogeneizado el polvo crudo, se procede a
calcinarlo en hornos que funcionan a altas temperaturas (hasta
alcanzar los 1450 grados centígrados), de modo que se
"funden" sus componentes y cambia la composición
química de la mezcla, transformándose en
Clinker.

Transformación del Clinker en
cemento

Posteriormente el Clinker se enfría y almacena a
cubierto, y luego se le conduce a la molienda final,
mezclándosele con yeso (retardador del fraguado), puzolana
(material volcánico que contribuye a la resistencia del
cemento) y caliza, entre otros aditivos, en cantidades que
dependen del tipo de cemento que se quiere obtener. Como
resultado final se obtiene el cemento.

Gran Enciclopedia de la Ciencia y la
Técnica (3): Los componentes básicos
para la fabricación del cemento 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.

Para la fabricación de cemento es el
siguiente:

Explotación de Canteras y
Trituración

El primer paso, entonces, para la fabricación del
cemento 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 Clinker del cemento 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, por
este motivo se utilizan los denominados "correctores" que
proporcionan los elementos minoritarios faltantes.

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.
Según Wikipedia
(4):

Existe una gran variedad de cementos según la
materia prima base y los procesos utilizados para producirlo, que
se clasifican en procesos de vía seca y
procesos de vía húmeda.

El proceso de fabricación del cemento
comprende cuatro etapas principales:

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

La materia prima para la elaboración del cemento
(caliza, arcilla, arena, mineral de
hierro y yeso) se extrae de canteras o minas y,
dependiendo de la dureza y ubicación del material, se
aplican ciertos sistemas de explotación y equipos. Una vez
extraída la materia prima es reducida a tamaños que
puedan ser procesados por los molinos de crudo.

La etapa de homogeneización puede ser por
vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si
se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. En
el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a
balsas de homogeneización y de allí hasta los
hornos en donde se produce el clínker a temperaturas
superiores a los 1500 °C. En el proceso seco, la materia
prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de
maquinarias especiales. En este proceso el control químico
es más eficiente y el consumo de energía es menor,
ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el
objeto de mezclar los materiales, los hornos son más
cortos y el clínker requiere menos tiempo sometido a las
altas temperaturas.

El clínker obtenido, independientemente del
proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego
molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente
obtener cemento.

Reacción de las partículas de
cemento con el agua

1. Periodo inicial: las
partículas con el agua se encuentran en estado de
disolución, existiendo una intensa reacción
exotérmica inicial. Dura aproximadamente diez
minutos.
2. Periodo durmiente: en las
partículas se produce una película gelatinosa,
la cual inhibe la hidratación del material durante una
hora aproximadamente.

3. nicio de rigidez: al continuar
la hidratación de las partículas de cemento, la
película gelatinosa comienza a crecer, generando
puntos de contacto entre las partículas, las cuales en
conjunto inmovilizan la masa de cemento. También se le
llama fraguado. Por lo tanto, el fraguado sería el
aumento de la viscosidad de una mezcla de cemento con
agua.
4. Ganancia de resistencia: al
continuar la hidratación de las partículas de
cemento, y en presencia de cristales de CaOH2, la
película gelatinosa (la cual está saturada en
este punto) desarrolla unos filamentos tubulares llamados
«agujas fusiformes», que al aumentar en
número generan una trama que aumenta la resistencia
mecánica entre los granos de cemento ya
hidratados.
5. Fraguado y endurecimiento: el principio de
fraguado es el tiempo de una pasta de cemento de
difícil moldeado y de alta viscosidad. Luego la pasta
se endurece y se transforma en un sólido resistente
que no puede ser deformado. El tiempo en el que alcanza este
estado se llama «final de fraguado».

Almacenamiento

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.

Conclusiones

Al desarrollar este trabajo reconocí los
diferentes métodos del proceso de fabricación del
cemento según diferentes autores. El proceso de
fabricación de cemento en muy complicado; requiere de
mucha paciencia, trabajo arduo y sobretodo la maquinaria
suficiente para desarrollar las diferentes etapas de su proceso
de fabricación.

El cemento es uno de los componentes principales usados
en las obra de construcción civil e hidráulicas, es
por eso que debe ser necesario saber conocer como es el proceso
de fabricación u origen; es por eso q desarrolle este
trabajo para tal fin.