INICIATIVA DE SOSTENIBILIDAD DEL CEMENTO (ISC) PARA LA SELECCIÓN Y USO DE MATERIAS PRIMAS Y COMBUSTIBLES EN EL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL CEMENTO

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1 INICIATIVA DE SOSTENIBILIDAD DEL CEMENTO (ISC) PARA LA SELECCIÓN Y USO DE MATERIAS PRIMAS Y COMBUSTIBLES EN EL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL CEMENTO Diciembre de

2 Contenidos Resumen ejecutivo..3 Introducción...5 Objetivos de las pautas Iniciativa de la Sostenibilidad Del Cemento Principios Acercamiento hacia el uso sostenible de combustibles y materias primas en la industria del cemento Uso sostenible de recursos y eficiencia ecológica en la industria del cemento Uso de combustibles y materia prima en la producción de cemento 13 Como está hecho el cemento Materias primas y combustibles convencionales Materias primas y combustibles alternativos Motivaciones para utilizar combustibles y materias primas alternativos Tendencias mundiales Dirección práctica para los fabricantes de cemento.28 Consideraciones a tener para seleccionar y utilizar materias primas y combustibles Direccionamiento para obtener buenas prácticas en las operaciones de sitio Indicadores clave de desempeño (KPIs)...40 Notas finales Glosario...44 Acerca de WBCSD

3 Resumen ejecutivo Para satisfacer las exigencias de una población mundial en crecimiento, todas las industrias deben ser más inteligentes acerca de cómo utilizan, re-utilizan y reciclan materias primas, energía y desechos; la industria cementera no es ninguna excepción. La producción de cemento requiere de grandes cantidades tanto de materias primas como de combustibles y este proceso emite cantidades considerables de dióxido de carbono. La industria cementera está activamente comprometida con la ecología industrial en la cual los subproductos de una industria, se convierten en aportes para otra. Nosotros podemos recuperar y utilizar muchos subproductos y otros materiales en la fabricación del cemento. Algunos de estos materiales son incorporados al producto final y otros proveen el combustible necesario para convertir piedra caliza en cemento. Al utilizar subproductos como combustible se reduce la cantidad de combustibles fósiles vírgenes necesitados y este procedimiento reduce el impacto ambiental relacionado con el descubrimiento, producción, transporte y quema de estos combustibles. Utilizar subproductos y/o desechos como combustibles reduce los requerimientos hechos a vertederos de basuras e incineradores reduciendo su impacto ambiental también; incluyendo la potencial contaminación de aguas subterráneas, formación de gas metano y peligrosos residuos de cenizas. Los hornos de cemento pueden ser utilizados para obtener energía proveniente de muchos residuos no riesgosos tales como neumáticos y biomasas y de algunos residuos riesgosos también. En algunos países como (Noruega, Suiza y Japón existen algunos ejemplos), los hornos de cemento también juegan un papel importante en el manejo de desperdicios y eliminación de desperdicios peligrosos. Mientras la industria ha venido utilizando de manera segura estos materiales por un largo periodo de tiempo, los procesos, prácticas y técnicas para hacerlo hacen parte generalmente de los procedimientos individuales de cada compañía y estos procesos no son abiertamente expuestos al público. Los grupos públicos comunitarios nos han dicho que están preocupados acerca de las clases de combustibles y materiales que utilizamos y las emisiones que producimos. Ellos quieren saber que los procedimientos están siendo manejados apropiadamente y que un alto nivel de esfuerzo y de razonamiento va de nuestra parte para el entendimiento, control y reducción de impactos hacia nuestros empleados y las comunidades dentro de las cuales operamos. Consecuentemente, la iniciativa de sostenibilidad del cemento (ISC) ha producido estas pautas que ofrecen tanto explicaciones básicas acerca de nuestras operaciones incluyendo el papel de los combustibles y materiales en nuestros productos, como algunas prácticas para que las compañías cementeras utilicen durante el manejo de sus combustibles y materiales. Durante la preparación de este material, nosotros solicitamos y recibimos mucha retroalimentación por parte de nuestros grupos públicos comunitarios, incluyendo comentarios muy específicos acerca de este documento por más de 100 personas en más de 20 países. Las pautas en este documento, fueron construidas con base en los principios del desarrollo sostenible, la eco eficiencia y la ecología industrial. Estas pautas incluyen información acerca de la salud ocupacional y el interés relacionado con el manejo de diferentes materiales. Nosotros esperamos que estos modelos sean de igual ayuda para todas las compañías de producción del cemento y los cuerpos públicos; que sean distribuidos 3

4 ampliamente y utilizados particularmente en países y regiones donde los requerimientos específicos todavía no hayan sido identificados. No obstante, estas pautas no fueron creadas, ni pueden reemplazar requerimientos locales, nacionales o internacionales, los cuales deben ser cumplidos a cabalidad. Este documento está divido en 3 secciones que cubren respectivamente: 1. Los principios para la selección de combustibles y materiales 2. El papel que cumplen los numerosos combustibles y materiales en la fabricación del cemento Y 3. Consideraciones prácticas para los propietarios y operadores de las plantas de cemento. 4

5 INTRODUCCIÓN La producción de cemento es un proceso intensivo de utilización de energía y recursos. Cada año, la industria cementera produce cerca de 1.8 billones de toneladas de cemento en plantas localizadas en casi todos los países del mundo. La manera en la cual la industria selecciona y utiliza combustibles y materias primas es un factor importante a la hora de determinar su impacto social, ambiental y económico. Estas pautas proveen una referencia práctica para las compañías productoras de cemento y sus respectivos cuerpos públicos; de esta manera, los ayudamos a comprender e identificar acercamientos responsables y sostenibles para la selección y uso de combustibles y materias primas. Estos modelos fueron desarrollados por 17 cementeras de gran envergadura y sus accionistas, quienes representan desde organizaciones no gubernamentales, académicos gubernamentales hasta grupos y comunidades alrededor del mundo. Localizados en 15 países diferentes, desde Suiza hasta India, nuestras operaciones se extienden sobre casi todos los continentes. Juntos representamos más de la mitad del cemento del mundo aparte de China. También somos líderes en la conversión de nuestra fuerza industrial para la implementación de un desarrollo sostenible. Objetivos de las pautas En este documento intentaremos definir un acercamiento consistente hacia la selección y uso de combustibles y materias primas en la industria del cemento. Fomentaremos este acercamiento y sus prácticas positivas relacionadas. El documento consta de 3 partes 1) La primera sección descubre los pensamientos y principios que generaron el acercamiento a la iniciativa de sostenibilidad del cemento para un desarrollo sostenible en la selección y uso de combustibles y materias primas. 2) La segunda sección explica como los combustibles y las materias primas están siendo utilizados actualmente en la producción del cemento. Describe diferentes clases de combustibles y materiales utilizados hoy y los responsables detrás de los cambios en las prácticas industriales. 3) La tercera sección provee concejos prácticos a las compañías y sus administradores, cubriendo gran variedad de temas que van desde la selección, las prácticas operacionales, los controles de procesos, hasta el trabajo realizado con sus comunidades locales. 5

6 LA INICIATIVA DE SOSTENIBILIDAD DEL CEMENTO El ISC es un programa del consejo empresarial mundial para el desarrollo de la sostenibilidad ( WBCSD). Sus miembros, todas las compañías de cemento lo crearon en el 2000 para desarrollar y promover maneras prácticas de mejorar el desempeño social y ambiental de la industria. Esta iniciativa provee un foro compuesto de compañías y cuerpo públicos para reunirse y encontrar soluciones a algunos de los retos que enfrenta la industria. Las compañías miembro acordaron considerar un período de tiempo de 20 años y examinar situaciones desde la extracción de piedra caliza, hasta la entrega de productos de cemento a los usuarios. Las 17 compañías miembro y sus países sede son: Cementos ASH GROVE (USA) Cementos MOLINS (España) CEMEX (México) CIMPOR (Portugal) CRH (Irlanda) GUJARAT AMBUJA (India) HEIDELBERG CEMENT (Alemania) HOLSIM (Suiza) INTALCEMENTI (Italia) LAFARGE (Francia) SECIL (Portugal) SHREE CEMENT (India) SLAM CEMENT (Tailandia) TAIHEIYO (Japón) 6

7 TITAN (Grecia) UNILAND (España) VOTORANTIM (Brazil) La industria cementera puede jugar un papel importante al ayudar al movimiento de la sociedad hacia formas sostenibles de progreso. Nuestros accionistas alrededor del mundo nos buscan constantemente para tomar liderazgo en problemas sociales y ambientales. Como compañías individuales esperamos beneficiarnos de las nuevas oportunidades de negocios creadas por acercamientos sostenibles hacia el manejo de desperdicios y emisiones de dióxido de carbono y por nuevos conceptos sostenibles de negocios tales como la ecología industrial y la eco eficiencia. En junio 2002 publicamos una AGENDA PARA LA ACCIÓN para las compañías miembro del ISC quienes reconocen que los principios de desarrollo sostenible son vitales para asegurar el éxito futuro de nuestra industria. La agenda identifica las áreas claves de impacto y organiza un programa de trabajo de cinco años en ellas. Este programa contiene dos clases de acciones: Proyectos conjuntos en los cuales un grupo de compañías trabajan juntas para abordar un problema en específico; y acciones individuales para ser interpretadas por cada compañía en sus propias operaciones. Desde el 2002 hemos trabajado en cinco grupos laborales enfocados en proyectos conjuntos relacionados con: 1. Cambio climático y manejo de CO2 ( 2. Uso responsable de combustibles y materiales ( 3. Seguridad y salud del empleado ( 4. Monitoreo y reporte de emisiones ( 5. Impactos locales en terrenos y comunidades ( Las pautas de este documento son las principales producciones de la fuerza de trabajo que trata con el uso de combustible y materiales. En junio de este año reportamos sobre nuestro progreso en la implementación de acciones individuales y conjuntas prometidas en la AGENDA PARA LA ACCIÓN. Publicaremos un reporte de progreso de cinco años en el También se puede saber más acerca de nuestras actividades relacionadas con el ISC en la página Los miembros individuales generan reportes sobre su desempeño ambiental y social, 7

8 información que podría ser encontrada en sus páginas de internet individuales (mirar ( para los links de las páginas de los sitios webs de las compañías. PRINCIPIOS Movimiento hacia el uso sostenible de combustibles y materias primas en la industria del cemento: El desarrollo sostenible puede ser definido como formas de progreso que satisfacen las necesidades de la gente de hoy sin afectar las habilidades de generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades. El cemento ayuda a la gente de hoy a saciar sus necesidades de vivienda y de infraestructura para la civilización; esto será de esta manera hasta que un mejor material para estos propósitos sea desarrollado. Sin embargo su producción requiere de un uso intensivo de recursos no renovables tales como energía y materiales que no estarán disponibles para generaciones futuras. Las emisiones provenientes de los procesos de producción podrían afectar la calidad del aire, del agua y del suelo de hoy y del futuro. La industria cementera puede contribuir al desarrollo sostenible al utilizar energía y recursos tan eficiente y limpiamente como sea posible. Puede también ayudar al manejo de desperdicios y subproductos de otros sectores. Un enfoque sobre el desarrollo sostenible nos ha llevado a desarrollar estas pautas y a alcanzar las condiciones que leeremos a continuación, las cuales definen la contribución de la industria cementera para una sociedad más sostenible. Los cuatro elementos básicos para la contribución de la industria del cemento para un desarrollo sostenible son: Manejo de recursos: Incrementar la eficiencia con la cual utilizamos energía y materiales (eco eficiencia), recuperar y encontrar nuevas manejar para utilizar los desperdicios y los subproductos provenientes de otras industrias (ecología industrial) Proteger los ecosistemas: Intervenir activamente para reducir la huella de carbono en nuestras operaciones para prevenir la extracción y actividades relacionadas con la degradación de los sistemas naturales más allá del punto de su autónoma recuperación. Reducir la contaminación: Minimizar las concentraciones de sustancias contaminantes en el aire, el suelo o el agua que podrían resultar de nuestras actividades de producción. Promover la calidad de vida: Al fabricar productos de cemento de alta calidad para todos los tipos de proyectos de producción mientras protegemos la salud y seguridad de nuestros trabajadores, asegurando oportunidades de empleos de alta calidad y trabajando con nuestra comunidad de 8

9 personas locales para contribuir a sus necesidades económicas y sociales cambiantes. Claro está que las estrategias individuales y acciones de las compañías, necesitan ser diseñadas para buscar un balance entre las complejas exigencias de la sociedad, del desarrollo económico y del cuidado ambiental; mientras la compañía mantiene una viabilidad financiera y una habilidad para responder a un mundo cambiante. NUESTRA VISIÓN: Para asistir a las compañías productoras de cemento en el diseño de sus propias estrategias, hemos desarrollado la siguiente visión para las compañías miembro del ISC, incluyendo su selección y uso de combustibles y materias primas en el futuro. Mantendremos una industria económicamente vibrante, entregando ganancias a los accionistas, recompensando empleados y contribuyendo a comunidades locales a través de generación de empleo, impuestos y actividades comunitarias. Continuaremos entregando bienes y servicios de alta calidad con precios competitivos que satisfagan las necesidades de nuestros clientes y sus estándares estrictos de productos. Desarrollaremos nuevos productos de cemento respondiendo a las cambiantes necesidades ambientales y económicas de la sociedad. La salud y la seguridad de las partes envueltas y afectadas por la producción del cemento, serán de extrema importancia a la hora de tomar decisiones. La instalación y el transporte, el manejo y los procesos de operaciones serán diseñadas para proteger la salud y seguridad de los empleados, contratistas y comunidades locales. Seremos reconocidos como atractivos empleadores y trabajaremos para construir relaciones de confianza con las comunidades dentro de las cuales operemos. Evaluaremos nuestras opciones dentro del amplio contexto de la administración de recursos sostenibles. Buscaremos utilizar los desperdicios y subproductos de otros entes industriales, agriculturales o municipales para reemplazar los combustibles naturales y materias primas en nuestras operaciones donde sea apropiado o posible. Estaremos involucrados en la infraestructura de administración de desechos en los países en los cuales operemos. Estaremos preparados para responder rápidamente a los cambios en el suministro de corrientes de recursos de desperdicios y subproductos, en particular donde las opciones de sostenibilidad para su uso emerjan. Buscaremos utilizar combustibles y materias primas tan eficientemente como nos sea posible al diseñar nuestras instalaciones, haciendo uso de las mejores técnicas disponibles y al continuar el mejoramiento de nuestro proceso de manejo de sistemas. 9

10 Utilizaremos principios comunes para monitorear, administrar y reportar impactos en áreas claves, en particular salud y seguridad, dióxido de carbono y otras emisiones aerotransportadas y sustitución de índices de materiales. Monitorearemos y mejoraremos continuamente nuestra seguridad, salud, prácticas ambientales y de manejos de calidad; entrenaremos a los empleados en las políticas y procedimientos relevantes para su papel dentro de la empresa, le prestaremos especial atención al mantenimiento de sólidas prácticas administrativas en países donde actualmente existen pocas regulaciones en salud, seguridad y cuidado ambiental. Cumpliremos con las leyes, regulaciones y estándares relacionados con la seguridad, salud, cuidado ambiental y calidad donde existan actualmente. Entablaremos diálogos constructivos con accionistas y tomaremos decisiones respecto al uso de combustibles y materias primas de una manera responsable. Recogeremos información para mejorar continuamente nuestro entendimiento de los impactos de nuestras operaciones, reportando regularmente nuestro desempeño. Nuestras compañías ya han empezado a desarrollarse en muchas de estas áreas. Un objetivo principal del ISC es la creación de una mayor conciencia en prácticas positivas para que estas puedan ser más ampliamente utilizadas en nuestra industria. También queremos permitirles entender a nuestros accionistas nuestro papel en la sociedad, para facilitar su colaboración con nosotros. USO DE RECURSOS SOSTENIBLES Y ECO EFICIENCIA EN LA INDUSTRIA DEL CEMENTO: Utilizar nuestros recursos de manera más eficiente es un paso esencial hacia la creación de una sociedad más sostenible. La eco eficiencia significa la producción de más con menos: menos desperdicios y contaminación y menos recursos utilizados. Esto no sólo ayuda a quebrantar la unión entre el crecimiento económico y la degradación ambiental, sino que también ayuda a las compañías a mejorar su desempeño financiero, puesto que pagan menos por aportes y pagan menos por la administración de desperdicios y contaminación. Las compañías cementeras pueden alcanzar las ganancias de la eco eficiencia de diferentes maneras: Procesos optimizados: Reducir el uso de combustible y material y minimizar la polución al incrementar continuamente la eficiencia de equipos y procesos de manufactura. 10

11 Co-procesamiento de desechos y energía / Recuperación de material: Al utilizar los desperdicios y subproductos de otras industrias como combustibles y materias primas para la fabricación del cemento, creamos circuitos cerrados de uso de recursos. Eco innovación: Utilizando conocimiento y tecnología nueva para fabricar productos de cemento con un incremento de recursos eficientes para producir y usar. La industria continúa generando progreso en el mejoramiento de la eficiencia en la fabricación de equipos y procesos de cemento. Estimados actuales sugieren que la industria puede incrementar su eficiencia de energía de un 0.5% a un 2% por año, aunque regiones que ya son altamente eficientes (por ejemplo Japón), pueden mejorar más lentamente que países como USA que son menos eficientes. El reemplazo de equipo anticuado o viejo, es la manera más efectiva de incrementar la eficiencia, al tiempo que plantas nuevas de procesos secos reemplazan viejas unidades de procesos húmedos, significantes ganancias de eficiencia de energía son posibles. Tal mejoramiento debe ser financieramente viable para que las nuevas inversiones sean pagadas con ahorro de energía y/o otras mejoras en calidad de productos y costos de producción. Por algún tiempo la industria se ha enfocado en la recuperación de minerales y energía, provenientes de desperdicios y subproductos de otros procesos, un proceso llamado (co-procesamiento). Los hornos de cemento pueden ser utilizados para la recuperación de energía de desperdicios no dañinos tales como neumáticos de caucho y biomasa al igual que algunos desechos peligrosos. Esto nos permite reducir el volumen de uso de combustibles vírgenes y materias primas para producir una tonelada de cemento, al incrementar la eficiencia en recursos y se reducen costos frecuentemente. Esta práctica también le provee a la sociedad una opción de útil manejo de desperdicios que puede ser viable económicamente y ambientalmente respetuosa, alternativa al traspaso de desechos sobre un terreno o la incineración. En Noruega una política nacional hace de los hornos de cemento el método preferido para el manejo de material peligroso, incluyendo la destrucción de bifenilos poli-clorados (PCBs), un acercamiento que ha sido utilizado sin peligro y con éxito por más de 10 años. En años recientes la harina de hueso animal ha sido exitosamente destruida en numerosos hornos, después de la implicación de la enfermedad de vacas locas. Al incrementar la eficiencia de recursos, el co-procesamiento reduce el volumen de desperdicios enviados a los vertederos de basura y puede ayudar a la reducción de emisión general de dióxido de carbono de la sociedad. También puede reducir la necesidad de extracción de combustibles vírgenes y materias primas; este acercamiento cae bajo la denominación de ecología industrial o sin energía de sus productos, en la cual los subproductos inusables por la industria de producción, pueden convertirse en alimento de reserva para los procesos de otra industria. Los estrictos controles de calidad para los productos de cemento y la naturaleza de los procesos de manufactura significan que sólo los desperdicios y subproductos cuidadosamente seleccionados son apropiados para el uso. Algunos ejemplos de estos están dados más adelante. Los cambios en tecnología y 11

12 comportamiento del consumidor significan que no siempre el co-procesamiento puede ser la manera más económica o ambientalmente sostenible de utilizar un desperdicio y subproducto. Tales decisiones necesitan ser reevaluadas a lo largo del tiempo, por ejemplo en algunos países los neumáticos de caucho son a veces utilizados como combustibles alternativos. Ahora algunos están siendo utilizados como aditivos en recubrimientos de carreteras. En todo caso cerca a 50 millones de neumáticos alrededor del mundo están siendo descartados cada año y muchos al ser abandonados y no ser tratados correctamente, no son aceptables para este tipo de uso. Figura 1- La jerarquía de los desechos La sociedad puede manejar los desechos de numerosas maneras, dependiendo de su naturaleza química o física y de los contextos ambientales y sociales en los cuales fueron producidos. Algunos de estos son mencionados en la figura vista en la parte de abajo. Las decisiones específicas de tratamiento siempre serán influenciadas por circunstancias locales, tales como las disponibilidad de lugares para el tratamiento de desechos, mercados de materiales alternativos y la infraestructura donde se puedan almacenar, administrar y transportar estos de desechos de manera no riesgosa. Prevenir Evitar la generación de desechos Reducir Menos aportes de materias primas. Recuperación Reutilizar Maximizar el tiempo de vida. Reciclar Reprocesamiento de materiales de desecho Co-procesamiento de recursos Recuperación de energía y minerales Uso de combustibles y materiales alternativos en la producción de cemento Cooperación inter industrial Destrucción de recursos Neutralización química o incineración Eliminación Eliminación responsable Vertederos de basura permanentemente seguros Encapsulación asegurada para una re-utilización, reciclaje o recuperación de recursos en el futuro. Uso de combustibles y materias primas en la producción de cemento 12

13 Figura 2: Proceso de producción de cemento De izquierda a derecha: 1) Piedra caliza. 2) Volcador. 3)Trituración. 4) Pre-homogenización. 5) Molienda. 6) Pre-calentamiento. 7) Horno rotatorio. 8) Enfriador. 9) Almacenaje de clinker. 10) Aditivos. 11) Molienda de cemento. 12) Silo de cemento (almacenamiento). 13

14 QUE ES EL CEMENTO? El cemento está hecho de un producto intermedio llamado clinker. El clinker es una mezcla compleja formada de la reacción de piedra caliza, arcilla, arena y hierro a altas temperaturas. Este contiene óxido de calcio (CaO), óxido de aluminio (Al2O3), dióxido de sílice (SiO2) y pequeñas cantidades de óxido de hierro (Fe2O3). Cuando los ingredientes primarios (SiO2, CaO y Al2O3) son trazados en un diagrama de fases (ver figura de abajo), es fácil ver como el cemento (COP), el clinker y otros materiales están relacionados a estos elementos minerales básicos. Cambiar la composición final puede impactar las propiedades del cemento producido su reactividad, fuerza y tiempo de ajuste. Figura 3 Composición química del cemento y componentes minerales De arriba hacia abajo 1) Humo de sílice. 2) Puzolanas naturales. 3) Cenizas volátiles clase F. 4) Arcillas. 5) Escoria 6) Metacaolina 7) Cenizas volátiles clase C. 8) COP. 9) Clinker 10) (Creciente Reactividad hidráulica ) 14

15 CÓMO ESTÁ HECHO EL CEMENTO? El cemento es hecho al calentar piedra caliza con pequeñas cantidades de otros materiales (tales como la arcilla) a una temperatura de unos 1450ºC en un horno, proceso que requiere de grandes cantidades de combustible. El duro producto resultante llamado clinker es molido con una pequeña cantidad de yeso hasta formar un polvo de nombre Cemento Ordinario de Portland (COP). Al mezclar constituyentes adicionales tales como pavesa, piedra caliza, puzolana (una clase de ceniza proveniente de movimientos volcánicos naturales), la escoria granulada y el clinker crean cementos compuestos con diferentes propiedades dependiendo de los materiales añadidos. El COP y los segmentos compuestos son los tipos de cemento más comúnmente utilizados. El cemento debe cumplir con los altos estándares propuestos para él. Consecuentemente el proceso de manufactura debe ser monitoreado y controlado de cerca para obtener clinker y cemento que cumplan con estos estándares. El capítulo Guía práctica para los fabricantes de cemento discute acerca de la correcta operación y manejo de estas prácticas con más detalle. Materiales y combustibles convencionales: - Combustibles: Una planta productora de cemento consume de 3000 a 6500 MJ de combustible por tonelada de clinker producido, dependiendo de las materias primas y el proceso utilizado. La mayoría de los hornos de cemento de hoy utilizan carbón y coque de petróleo como combustibles primarios y en un menor grado gas natural y aceite combustible. Al igual que proveen energía algunos de estos combustibles al ser quemados dejan atrás ceniza que contiene compuestos de sílice y alúmina (y otros elementos residuales) Estos se combinan con las materias primas en el horno contribuyendo a la estructura del clinker que forma parte del producto final. El uso de energía para estos procesos toma cerca del 30-40% de los costos de producción. Materias primas Como descrito anteriormente, los principales componentes del cemento son los óxidos de calcio, el sílice, el aluminio y el hierro. Estos se forman por las transformaciones realizadas en los minerales dentro del horno. El calcio lo proveen principalmente las materias primas tales como la piedra caliza o la tiza. El sílice, aluminio y los componentes de hierro al igual que otros elementos, los proveen la arcilla, el esquisto y otros materiales. Las diferentes clases de materias primas necesitadas para alcanzar la composición del cemento requerida, son molidas y combinadas para producir una mezcla homogénea que es procesada dentro del horno. La composición de las materias primas es examinada regularmente. La piedra caliza natural contiene carbonato de calcio y una mezcla compleja de minerales que varían de un lugar a otro. Los contenidos de algunos metales pesados (pesadas en partes por millón) en materiales naturales y subproductos industriales que son regularmente utilizados en la producción de cemento, tal como se muestran en la tabla 1. 15

16 Tabla 1: Contenido de metales pesados en varios materiales Element os ppm (por peso) Rangos típicos mostra dos Pied ra Caliz a Plomo Cadmio Cromo Nickel Mercuri o Talio Zinc Mar ga Caliz a Arcilla y roca arcillo sa Escoria granula da Ceniza volátil de carbón bitumin oso Yeso Esquisto bitumino so Puzola nas Corteza continen tal Suelo (valores mundial es promed io) < Desconoc ido < < Desconoc ido < < < < Otros constituyentes del cemento Una variedad de otros constituyentes pueden ser utilizados con clinker para crear diferentes clases de cementos y usos. Estas otras materias primas pueden tener propiedades ceménticas por derecho propio. En el caso del COP, la proporción de yeso (requerida para controlar el tiempo de ajuste del cemento) con clinker es acerca del 5%. Para cementos mezclados, una gran variedad de materiales pueden ser añadidos en diferentes proporciones en adición al clinker y el yeso. Entre estos se encuentra la puzolana y la piedra caliza. Las propiedades y proporciones del clinker, yeso y otros consituyentes deben ser manejados cuidadosamente para proveer un producto que cumpla con el criterio de desempeño deseado o conjunto de estándares establecidos. Ninguno de los materiales naturales (combustibles, margas y piedras caliza) utilizados en la producción del cemento son sustancias tan puras como las extraídas de la tierra: todas son mezclas complejas y todas contienen elementos minerales, incluyendo metales pesados. 16

17 En la figura 3 se puede apreciar como la composición química de materiales típicos se compara con el clinker y el COP. Combustibles y materias primas alternativas: La industria cementera tiene muchas oportunidades para reemplazar una porción de los recursos vírgenes naturales que utiliza por desechos y subproductos de otros procesos. Estos pueden ser utilizados como combustibles, materias primas o como constituyentes del cemento, todo depende de sus propiedades. Los combustibles y materias primas alternativas deben alcanzar especificaciones de calidad de la misma manera que los combustibles y materias primas convencionales lo hacen. Su uso debe seguir las correctas prácticas discutidas en el capítulo Pautas prácticas para los productores de cemento de éste documento. Combustibles alternativos: Desechos y subproductos seleccionados con un valor calórico recuperable pueden ser utilizados como combustibles en un horno de cemento, reemplazando una porción de combustibles fósiles convencionales, como el carbón, pero sólo si cumplen con las estrictas especificaciones. Algunas veces pueden ser sólo utilizados después del pre-procesamiento para proveer combustibles hechos a la medida para el proceso del cemento. Desperdicio o combustible? Cuando el Prestige, un gran buque petrolero que cargaba aceite pesado se fisuró en las costas de España en el 2004, gran parte de su carga de aceite llegó a las costas contaminando playas locales. Puesto que no hay un método de limpieza efectivo para recuperar la arena tuvo que ser removida. A petición de los gobiernos locales fue quemada en un horno de cemento, donde el residuo del aceite contribuyó con energía calórica y la arena proporcionó el dióxido de sílice necesario para crear cemento. Cuando la enfermedad de las vacas locas, se le atribuyó a la comida de los animales en el 2000; varios gobiernos peticionaron y recibieron asistencia para quemar el alimento restante en hornos de cemento donde fué completamente destruido. En algunas ocasiones estos combustibles pueden ser utilizados en su momento de llegada sin requerir de un procesamiento. En casi todos los casos, los componentes del combustible son mezclados antes de su uso para asegurar una mezcla homogénea cercana a tener propiedades térmicas constantes. 17

18 Materias primas alternativas: Desechos y subproductos que contengan minerales útiles tales como el calcio, el sílice, el aluminio y el hierro, pueden ser utilizados como materias primas en el horno reemplazando la arcilla, la piedra caliza y el esquisto. Debido a que muchos materiales tienen contenido mineral útil y valor calórico recuperable, la distinción entre los combustibles alternativos y las materias primas no es siempre clara, por ejemplo el lodo residual tiene un valor calórico bajo pero significante y es quemado para proveer cenizas que contengan minerales útiles para la matriz del clinker. RECUPERACIÓN DE MINERALES Y ENERGÍA PROVENIENTES DE LOS MATERIALES RESIDUALES DENTRO DEL HORNO Los hornos de cemento tienen varias características que los hacen particularmente apropiados y eficientes para la recuperación de minerales y energía de combustibles de desecho y materias primas. Los hornos tienen altas temperaturas, para el proceso se requieren 2000ºC en la llama del quemador principal, 1450ºC en el material para convertirlo en clinker y de 1000 a 1200ºC en el precalcinador. El tiempo típico de permanencia de combustión de gases dentro del horno es más de cinco segundos a una temperatura mayor de 1000ºC. Por contraste, el tiempo de permanencia del gas en un incinerador típico es sólo de 2 segundos. El tiempo de residencia para materiales sólidos varía de minutos hasta una hora dependiendo del proceso del cemento. El proceso se lleva a cabo bajo condiciones de oxidación. La naturaleza estable de estas condiciones en un horno bien manejado, garantiza la destrucción completa de los componentes orgánicos del desecho, asumiendo que el desecho es introducido en el momento caliente del proceso. Los materiales de desecho en el horno están en contacto con un amplio flujo de materiales alcalinos, que remueven potenciales ácidos de los gases de salida de la combustión. Cualquier material inorgánico residual de la combustión (incluyendo la mayoría de los metales pesados) quedan atrapados en la matriz compleja del clinker y el cemento. 18

19 La combustión completa y el atrapamiento de residuos minerales quiere decir que en la mayoría de los casos no hay residuos de ceniza provenientes del proceso. Debido a las diferencias en temperatura entre las partes del proceso, es importante que los materiales de desecho sean introducidos en el punto correcto del proceso, para asegurar la combustión completa o incorporación y para evitar emisiones no deseadas. Por ejemplo las materias primas con componentes orgánicos volátiles pueden ser introducidas en el horno de cemento dentro del quemador principal, en la mitad del horno, en el ducto ascendente o en el precalcinador. No deberían ser introducidos con otras materias primas a menos que las pruebas demuestren que esto no tendrá ningún efecto sobre los gases emitidos. ( ver la sección Operaciones de producción ). *Algunos metales pesados volátiles no se inmovilizan completamente de esta manera, así que su contenido de materias primas y/o desechos materiales debe ser evaluado y controlado. *El exceso de cloro o de alcalino que puede existir en algunos materiales vírgenes, puede producir polvo proveniente del horno de cemento el cual debe ser removido, reciclado o desechado responsablemente. CONSTITUYENTES ALTERNATIVOS DEL CEMENTO: Estos materiales pueden ser utilizados con clinker para producir diferentes tipos de cemento. Estos pueden ayudar a controlar el tiempo de fraguado del cemento (yeso sintético). Podrían tener propiedades ceménticas en sí mismos (escoria), o podrían ser completamente inertes. El uso de estos constituyentes alternativos es extremadamente importante para reducir el impacto ambiental de la producción de cemento. Pueden reducir la cantidad de clinker de energía intensiva requerido para cada tonelada de cemento y también reducir las emisiones de dióxido de carbono por tonelada. Controlar impactos en el aire, suelo y agua: Mucha gente se preocupa acerca de las emisiones provenientes de los hornos de cemento, particularmente en casos donde los hornos utilizan combustibles de desecho y materias primas alternativas. La industria 19

20 cementera reconoce estas preocupaciones y está estableciendo procesos para monitorear, medir, y reportar emisiones de estas operaciones. Un reporte reciente hecho por SINTEF, revisó la investigación disponible acerca de los efectos de los combustibles y materias primas sobre las emisiones de furanos y dioxinas realizadas por hornos de cemento. El reporte concluyó que no hay ninguna relación entre los combustibles y materias primas utilizados en la producción de cemento y la emisión de contaminantes orgánicos (POPs), esto, en un horno bien diseñado, bien operado y bien mantenido. Los reguladores de gobierno en USA y en Inglaterra han llegado a conclusiones similares Controlar emisiones a la atmósfera provenientes de la producción del cemento, requiere de un control preciso del proceso, así se utilicen combustibles y materias primas convencionales o alternativas. Alas especificaciones del combustible, se les presta particular atención (específicamente a su homogeneidad, el tamaño de sus partículas y su inflamabilidad) y el uso de la mejores prácticas de combustión, incluyendo una alimentación del horno y una medición adecuadas, junto con tecnologías de quemado, son necesarias para mantener las más óptimas condiciones de operación del horno. La tercera sección de este documento Pautas Prácticas Para Los Productores de Cemento enuncia recomendaciones para el diseño de las instalaciones, su administración y operación; particularmente, acerca del control y la minimización de los impactos en el aire, suelo y agua provenientes del uso de combustibles y materias primas. El uso de hornos de cemento para la eliminación de desechos En algunos países la industria cementera provee servicios públicos o industriales al eliminar desechos, incluso aquellos sin contenidos de energía o minerales útiles. Esto puede ser realizado a petición del gobierno o en respuesta a solicitudes locales. Este proceso es realizable debido a que los hornos de cemento manejan altas temperaturas en su proceso, largos tiempos de permanencia y capacidad controlada; características idóneas para la alta eficiencia destructiva. Sin embargo, esta actividad no forma 20

21 Ejemplos y fuentes de combustibles y materias primas alternativos utilizados en la industria del cemento. Existe muchas fuentes de materiales de desperdicio y subproductos que pueden ser utilizados como combustibles y materias primas alternativos y como constituyentes del cemento, el diagrama mostrado a continuación enumera algunos de los utilizados en la industria y sus fuentes. El reciclaje de desechos de un proceso para ser utilizado como materia prima y combustible de otro; crea una red de relaciones entre las industrias que finalmente crea una sociedad cercana a la economía del nodesperdicio. Figura 4. Ejemplos de combustibles y materias primas alternativos. (Componentes del horno previamente explicados en la figura 2) 21

22 Combustibles y materias primas alternativos Refinado de petróleo : Arcilla, aceites, catalizadores usados 2) Químicos: Solventes, plásticos, catalizadores 3) Catalizadores usados 4) Municipalidad local: Lodos residuales, lodos de purificación de aguas 5) Arenas trituradas y arenas de fundición: Fundición de (Si, Al, Ca, Fe) 6) Celulosa y papel: Residuo de molino, ceniza de incineración. 7) Energía 8) Combustibles tradicionales: Carbón, gas, petróleo, coque y aceite combustible 9) Combustible al horno 10) Automoción: Moldura, arena, residuos de pinturas, neumáticos de caucho usados 11) Materiales de construcción: Cartón residual y yeso.12) Manufactura de aluminio: Flúor 13) Contenedor de cofia 14) Energía eléctrica: Ceniza volátil, polvo, yeso y sulfuros 15) Residuos rehabilitados del suelo: Silicato SiO2 El punto de alimentación del horno varía dependiendo de su composición Este diagrama (figura 4) y muchos de los comentarios acerca del uso del material en hornos, aplica a hornos modernos, bien operados, bien matenidos y rotativos. 22

23 [Escriba una cita del documento o del resumen de un punto interesante. Puede situar el cuadro de texto en cualquier lugar del documento. Utilice la ficha Herramientas de cuadro de texto para cambiar el formato del cuadro de texto de la cita.] Razones para utilizar combustibles y materias primas alternativas en vez de convencionales La selección de combustibles y materiales alternativos es impulsada por un número de consideraciones interrelacionadas, estas incluyen: Impacto en las emisiones de CO2 y en el consumo de combustible Impacto en los costos del combustible Impacto sobre la minería y la extracción Estos los discutimos brevemente más adelante Administrando las emisiones de CO2 y reduciendo el consumo de combustible La industria productora de cemento está comprometida a administrar y reducir sus emisiones de dióxido de carbono. Esta industria produce el 5% de las emisiones de este gas que se generan en el mundo. La mitad de esto es un resultado del proceso químico que se lleva a cabo en la transformación de piedra caliza a clinker, 40% es el resultado de la quema de combustibles y el 10% restante se divide entre el uso de electricidad y el transporte. Existen 3 técnicas principales disponibles para la industria que busca reducir sus emisiones netas por tonelada de este gas: Maximización de la eficiencia en el proceso de producción, uso de combustibles y uso de materiales. 23

24 Reducción de la cantidad de uso de combustibles fósiles al reemplazarlo con biomasa y residuos que no habrían sido quemados sin recuperación energética, al igual que otros materiales de bajo contenido carbónico. Reemplazo de una porción de clinker en el cemento por materiales alternativos (que no requieren un proceso térmico) reduciendo de esta manera las emisiones de gas carbónico por tonelada de cemento producido. El uso de combustibles y materiales alternativos puede reducir significativamente en una planta individual y en la sociedad como un todo, la cantidad de emisiones de CO2 Reducción de los costos en combustibles y materias primas Los costos del combustible son una parte significativa de los costos de producción del cemento. Los combustibles de desperdicios pueden ser menos costosos que los combustibles fósiles primarios; aunque los costos pueden variar, dependiendo del tipo de desperdicios y las condiciones locales. Frente a estos costos reducidos de los combustibles alternativos, los mismos junto con las materias primas alternativas deben ser pre-tratados frecuentemente y convertidos una mezcla tan homogénea como posible para utilizar dentro del horno de cemento. Algunos equipos de cuidado del medio ambiente, también pueden ser necesitados para controlar las emisiones. Algunos controles y mediciones especiales pueden ser necesarios para mantener la seguridad, calidad y estándares ambientales. Suministro de servicios administrativos de recursos para la sociedad Muchas de las alternativas al uso de combustibles convencionales, materias primas y aditivos, son desechos y subproductos provenientes de procesos industriales, agriculturales y otros, que son generalmente manejados a través de la eliminación de residuos, tratamiento o incineración. Los desechos orgánicos dispuestos en vertederos de basuras locales liberan metano (un gas de efecto invernadero más potente que el dióxido de carbono), o pueden contaminar el agua subterránea. Un incinerador produce CO2 y cenizas residuales (altas en metales pesados, lo cual requiere su desecho de manera cuidadosa). La mayoría de los incineradores no recuperan energía. Un horno de cemento incorpora ceniza inorgánica al complejo de clinker para que de esta manera no haya desperdicios residuales para desechar en los vertederos de basuras. También, la energía producida dentro del horno es utilizada para crear las altas temperaturas necesarias para producir cemento. Al utilizar desechos y subproductos en la producción del cemento, no sólo se reduce la exigencia de la industria de combustibles fósiles y materias primas naturales, también alienta a la sociedad a hacer un uso más eficiente de los recursos para un avanzar hacia una producción y unos patrones de consumo, más sostenibles. 24

25 Reducción en la necesidad de minería y extracción de los combustibles y materias primas La mayoría de los combustibles, materias primas y aditivos utilizados tradicionalmente para producer cemento, son provenientes de la minería y(o la extracción. Estos combustibles son combustibles fósiles norenovables. Su extracción, procesamiento y transporte puede tener un duradero y alto impacto en el ambiente. El uso de desechos como combustible o como materia prima reduce la explotación de los recursos naturales y la huella ambiental de carbono de estos. TENDENCIAS RECIENTES EN EL USO DE MATERIALES Y COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS Los goviernoslocales y nacionales están comenzando a reconocer que la industria del cemento puede jugar un papel importante en el manejo de eficiente de los desechos. En la industria, nos estamos despertando ante el hecho de que nosotros tenemos la oportunidad de reducir nuestras emisiones totales de dióxido de carbono y podemos operar con mejor sostenibilidad en un mundo restringido de carbono. La sustitución de combustibles fósiles y materias primas naturales por prácticas alternativas es un hábito bien desarrollado en una pequeña cantidad de países. Algunos países han estado utilizando estas prácticas, por casi 30 años; y algunos gobiernos nacionales promueven activamente este acercamiento. En varios países estos hábitos son comprendidos a cabalidad y altamente desarrollados. (ver tabla a continuación) Tabla 2: Patrones mundiales recientes en el uso de combustibles alternativos. País o región % de sustitución Países bajos 83 Suiza 47.8 Austria 46 Noruega 35 Francia 34.1 Bélgica 30 Alemania 42 Suecia 29 Luxemburgo 25 República Checa 24 USA (anterior a la expansión del 2004) 12 Japón 10 USA 8 Australia 6 Inglaterra 6 Dinamarca 4 Hungría 3 Finlandia 3 25

26 Italia 2.1 España 1.3 Polonia 1 Irlanda 0 Portugal 0 Grecia <1% Tabla 3: Tipos de combustibles alternativos (2001) TIPOS DE COMBUSTIBLES Cantidad expresada en kt Combustibles sólidos (80%) Harinas de origen animal y grasa animal 890 Otros desechos 788 Neumáticos 554 Plásticos 210 Papel/cartón/madera 180 Aserrín impregnado 167 Carbón liquido/residuos de destilación 112 Lodos residuales (fibra de papel, residuos de cloacas) 107 Coques químicos 89 Residuos urbanos sólidos 41 Esquisto bituminoso 14 Residuos de empaques 12 Desperdicios agriculturales y orgánicos 11 Combustibles líquidos (20%) 841 Aceite de desecho + agua aceitosa 402 Solventes 266 Otros combustibles líquidos peligrosos

27 Tabla 4: Tipos de materiales alternativos MATERIAL Escoria de alto horno Ceniza volátil (ceniza de carbón) Subproducto de yeso Otros * Tonelaje total utilizado en Europa y Japón en el 2002 fue de Nota: Otros incluyen escorias de fabricación de hierro, escorias no ferrosas, residuos de carbón, suciedad, lodos residuales, etc. PAUTAS PRÁCTICAS PARA PRODUCTORES DE CEMENTO 27

28 Las pautas a continuación no pretenden de ninguna manera reemplazar las leyes, regulaciones o convenciones locales, nacionales o internacionales. Nosotros consideramos que estas pautas representan un grupo mínimo de buenas prácticas para utilizar al administrar combustibles y materiales. Estas pueden ser argumentadas por medio de una experiencia exitosa en las operaciones de la compañía, donde el desempeño aceptable puede ser documentado. La sustitución exitosa de combustibles y materiales en la producción del cemento es un trabajo arduo. Sólo las pautas no aseguran completamente un desempeño adecuado. La ejecución de estas pautas requiere de un grupo de trabajo bien entrenado, amplio conocimiento acerca de las recientes regulaciones ambientales e instalaciones correctamente operadas y mantenidas. El monitoreo apropiado y el sistema de reporte deben existir para suministrar un buen control a la planta, medir el desempeño, minimizar los impactos y realizar ajustes cuando sea necesario. Consideraciones a tener en cuenta para la selección y uso de combustibles y materias primas. Numerosas plantas cementeras operan cerca de excavaciones que les proveen las materias primas naturales tales como la piedra caliza, la marga y la arcilla. Los altos costos de transporte significan que la producción de cemento es usualmente una actividad localizada donde las opciones de combustibles y materias primas sean mayores puesto que la elección de estos puede ser un asunto complejo. La selección es el resultado de la subjetividad al igual que de una serie de evaluaciones objetivas de alternativa; frecuentemente debemos realizar compromisos acerca de una variedad de factores: Disponibilidad, transporte, costos, valor calórico, contenido mineral, emisiones de CO2, requerimientos de equipos, etc. Las circunstancias de cada instalación son únicas y la elección de combustibles y materias primas rara vez puede ser hecha de una lista simple. Estas pautas no limitan las especificaciones de contenidos químicos u otras características porque estos serán determinados por la compañía en el momento de la creación de requisitos para el producto final durante la realización de los parámetros del proceso y los límites establecidos de emisiones. Las decisiones deben ser tomadas por cada planta basándose en cada caso y permaneciendo dentro del amplio esquema de consideraciones del desarrollo sostenible, tal cual lo discutimos en secciones anteriores. Pautas para la selección de combustibles y materias primas El operario debe desarrollar una evaluación y un protocolo de aceptación de los combustibles y materias primas que incluya las siguientes características: Cada proveedor de material se le debe peticionar una muestra del material o combustible, muestra que será utilizada para evaluar el producto previo a su llegada a la planta. Esto debe incluir una ficha 28