Producción de Cemento Portland

Transcripción

1 Producción de Cemento Portland Industrias I Ing. Rebozov Nicolás

2 1. Definición Conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas con agregado de yeso, que tiene la propiedad de fraguar y endurecer al contacto con el agua. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada hormigón. Hace posible la unión de los componentes A B Cemento = hormigón? Fraguado = Endurecimiento?

3 Respuestas Concreto/Hormigón (cemento + agregados pétreos + agua) B Resistencia vs tiempo A

4 Principales productores

5 Distribución geográfica de las plantas Por qué se localizan así?

6 Producción anual Argentina En el mes de mayo de 2016, las fábricas de Cemento Portland despacharon toneladas, incluyendo exportaciones, lo que representa un incremento con respecto al mes de abril último del 16,4%. Esta cifra, al ser cotejada con los valores del mes de mayo de 2015, registra una baja del 11.2 %.

7 Consumo, exportaciones e importaciones

8 ISAC - Indicador de coyuntura de la actividad de la construcción El Indicador Sintético de la Actividad de la Construcción (ISAC) muestra la evolución del sector construcción a partir del comportamiento de la demanda de un conjunto de insumos representativos. Se cuenta con ocho insumos básicos: cemento, hierro redondo para hormigón, revestimientos cerámicos, pinturas para construcción y uso doméstico, vidrio plano, ladrillos huecos, asfalto y tubos de acero sin costura.

9 Elección de tipo de cemento La Norma IRAM establece los requerimientos de composición, las características físicas, químicas y mecánicas, y las condiciones de control y recepción que deben cumplir los mismos. Las clases de cementos se dividen, además, por su categoría resistente en CP30, CP40 o CP50, siendo ésta la resistencia mecánica mínima exigida a la compresión a 28 días, expresada en MPa (1 MPa = 10,2 kg/cm2), que debe garantizar el fabricante. La misma se determina mediante la confección de probetas de mortero de cemento según la Norma IRAM 1622.

10 Elección de tipo de cemento

11 Tipos de cemento

12 Tipos de cemento

13 Ficha técnica

14 Materias primas Piedra caliza Roca sedimentaria (mineral) Extraída por voladura Componente principal CaCO3 Formula química

15 Materias primas Arcilla Roca sedimentaria (mineral) Extraída mecánicamente SiO2 Al2O3 Fe2O3 Formula química

16 Tipos de proceso Vía húmeda: Para materias primas de alto contenido de humedad. Requiere posterior filtrado y secado de la pasta. Antes, para fabricar cemento de alta calidad, se prefería la vía húmeda, puesto que por homogeneización de la pasta se conseguía la mezcla intima de los componentes del crudo Manejo y homogeneización de materias primas más fácil La materia de molienda se mezcla previamente con agua, de modo que al horno entra una pasta con 30-40% de agua Vía seca: Más económico energéticamente Homogeneización en silos con aireación 6300 kj/kg clinker de la vía húmeda a 3135 kj/kg clinker de un horno actual de la vía seca.

17 Proceso Expedición Almacén de clinker Molienda Precalentamiento Yeso Enfriamiento Almacenamiento / pre-homogeneización Cantera Horno rotativo Molienda y homogeneización Trituración

18 Proceso - Extracción Perforación de barrenos Llenado con agente de voladura Carga con excavadora a volquete

19 Explosivos utilizados Dinamitas (Explogel) Emulsiones (Emulsen) Pentolitas (iniciadores) A granel (ANFOS)

20 Extracción y transporte Excavadora + volquete

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23 Proceso - Trituración Trituradora de martillos Para dureza media Alta tasa de reducción Desgaste de martillos (recambio a 10% peso a 0,5 g/t), rejilla y revestimiento. Simple o doble rotor

24 Trituradora de martillos - imágenes

25 Comparación entre trituradoras Siempre que la abrasividad lo permita (SiO2 libre), que es en la mayoría de las ocasiones, diseñan instalaciones lo más sencillas posible, es decir, instalaciones con trituradoras de impactos, dado que su coeficiente de reducción es notablemente superior al de aquellas cuyo concepto de trituración es el de la compresión (Trituradoras de mandíbulas y giratorias). Cuando se trate de materiales muy duros, que pueden causar grandes desgastes por abrasión, han de escogerse maquinas de movimiento lento, tales como las trituradoras de mandíbulas o giratorias, mientras que si la dureza es media es apropiado el empleo de trituradoras de impacto o de martillos, en las cuales la fragmentación se realiza principalmente por choque.

26 Pre-Homogeneización Generalmente sólo se realiza con la caliza triturada (eventualmente arcilla) Para regularizar composición química Se realiza en parques de almacenamiento con lecho de mezcla en nave o al aire libre Mayor uniformidad del crudo y, por tanto, una mayor regularidad en la calidad del clinker

27 Molienda Tres rodillos moledores a presión por medio de cilindros hidráulicos, sobre un mecanismo giratorio con forma de disco Corriente lateral de gas caliente entra a través de un anillo que la rodea; el material molido es levantado hacia la zona superior de la caja y el producto de medida aceptable pasa a través de un clasificador hacia una puerta de descarga Consumo de energía alrededor del 50% de la energía consumida por un molino de Bolas que realice un trabajo equivalente.

28 Molienda

29 Molienda

30 Agregados a la molienda Materiales que están normalizados como adiciones, son entre otros: Escorias de alto horno - Humo de sílice - Puzolanas naturales - Cenizas volantes - Caliza La composición final del cemento dependerá de la resistencia y características adicionales que se quieran conferir al hormigón.

31 Homogeneización La homogeneización del crudo se hace en silos en los que se insufla aire, que fluidifica el polvo creando condiciones de turbulencia regulada que produce un mezclado homogéneo de las partículas Homogeneización neumática de la harina cruda seca Además los silos realizan un almacenamiento intermedio entre la molienda del crudo y el horno, con el objeto de desacoplar ambas instalaciones.

32 Secado y pre-calentamiento Evaporación de humedad y comienzo de decarbonatación/calcinación hasta 95% Mayor rendimiento térmico del proceso y economización de combustible en horno Se obtienen ingresos al horno a 800ºC Sistemas de retención y recuperación de polvos Proceso realizado en instalaciones trabajando en estado fluidificado - por qué? Y por qué no se hace todo el proceso fluidificado?

33 Secado y pre-calentamiento reforzado Segunda fuente de calor en el lecho fluidificado. Reduce carga térmica en el horno protegiendo revestimientos Menor tendencia a formar incrustaciones en la entrada del horno Se pueden observar los perfiles de temperatura de un horno sin precalentador de materiales, uno con precalentador por suspensión (S.P.) del material y otro, más moderno, precalentador por suspensión reforzada (R.S.P.) el crudo entra prácticamente calcinado en el horno (95 98 %) y, por tanto, su longitud es más pequeña, pues no necesita la zona de calcinación. La reacción de calcinación: CaCO3 CaO + CO2, en el precalcinador, se realiza en pocos segundos

34 Gráficos comparación

35 Calcinación Descomposición térmica de carbonato de calcio Eliminan agua y CO2 y otros volátiles Aprox. a 900ºC.

36 Clinkerización La cal reacciona con los óxidos que componen la arcilla (SiO2, Al2O3 y Fe2O3) Aprox. a 1400ºC

37 Influencia de componentes La Alita (a base de C3S) (silicato tricálcico) es la base principal en la mayoría de los cementos Portland y de ella dependen en gran medida las propiedades mecánicas. El C3S tiene influencia fundamentalmente en el tiempo de fraguado y la resistencia inicial La Belita (a base de C2S) (silicato bicálcico) es la segunda fase en importancia. Su hidratación es mucho mas lenta por lo que sus influencias en la resistencia se empiezan a notar después de la primera semana

38 Horno rotativo Cilindro de acero, recubierto en su interior por ladrillos refractarios Ligeramente inclinado respecto a la horizontal (menos de 10 grados) Gira lentamente, a velocidades inferiores a 5 r.p.m. Es continuo Calentamiento externo producto de combustión en quemadores Uso principal Cemento portland. Secundarios: cal, aluminio, hierro esponja Longitudes de 40 a 60 m y con diámetros de 3 a 6 m

39 Esquema

40 Hornos rotativos - imágenes

41 Esquema horno rotativo

42 Enfriamiento Recibe Clinker a ºC Enfriamiento brusco del clinker Aire a presión llevando el material hasta 40ºC. Ventiladores por debajo de la rejilla

43 Enfriamiento

44 Molienda con 4% yeso + adiciones Se agrega yeso CaSO4 2H2O Regulador de fraguado Bolas grandes y pequeñas

45 Imágenes de molienda

46 Almacenado y despacho El cemento es enviado a los silos de almacenamiento Se extrae por sistemas neumáticos o mecánicos y es envasado en sacos de papel o comerzializado a granel. En ambos casos se puede despachar en camiones, barcos o ferrocarril.