CEMENTOS

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I. INTRODUCCIÓN La industria del Cemento depende para su correcto funcionamiento de un adecuado suministro de recursos naturales. Una planta de cemento de la tecnología más avanzada, abastecida con materia prima que posea una composición química o mineralógica desfavorable, puede llegar a ser una pésima inversión. La principal materia prima ocupada en la fabricación del cemento es la Caliza, compuesta por carbonato de calcio que se encuentra en su estado natural de roca en yacimientos subterráneos o en canteras, cuya formación data probablemente desde hace 50.000.000 de años. Otros importantes componentes del Cemento, son el yeso (compuesto de sulfato dihidratado de calcio) y la puzolana (compuesto silicio aluminoso de origen volcánico). Estas reservas se caracterizan por ser recursos cuya ubicación, cantidad y calidad son conocidas y estimadas por evidencias geológicas específicas, las que permiten pronosticar la ley media y localizar zonas ricas y pobres dentro del yacimiento. Otro aspecto importante es la selección del método de explotación de dichas reservas, dependiendo de la profundidad de emplazamiento, puede optarse por un método de explotación a cielo abierto o subterráneo. El Cemento es una mezcla compleja de silicatos, aluminatos y aluminoferritos de calcio, junto con una cantidad de constituyentes menores. El Cemento es relativamente impuro, y estas impurezas pueden tener una marcada influencia sobre sus propiedades. Un cemento de buena calidad, es aquel que cumple cabalmente la función para la que fue elaborado, para esto se han creado diversos tipos de cementos para usos específicos. Desde el punto de vista anterior, la calidad de cada tipo de cemento está normalizada por especificaciones oficiales en las cuales se establece los límites mínimos y máximos para los diferentes parámetros tanto químicos como físicos con cuyo cumplimiento se garantiza la calidad.

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II. DEFINICION El cemento es un material inorgánico finamente pulverizado, que al agregarle agua, ya sea sólo o mezclado con arena, grava u otros materiales similares, tiene la propiedad de fraguar y endurecer, incluso bajo el agua, en virtud de reacciones químicas durante la hidratación y que, una vez endurecido, conserva su resistencia mecánica y estabilidad de volumen. III.FABRICACION DEL CEMENTO 3.1.- MATERIAS PRIMAS: 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. a).-Caliza: Es el material calcáreo que se extrae de canteras o yacimientos mineros. Se considera buena la piedra caliza que contiene carbonato de calcio en un 95% o más. Abajo de 90% ocasiona problemas. Debido a su dureza se extrae de las canteras con el empleo de explosivos. Una voladura puede producir de 30 a 100 mil toneladas de materia prima. El carbonato de calcio que contiene aporta 54% de CaO Y 46% de CO2. b).- Arcilla: Es también la principal fuente de álcalis (bases fuertes). La arcilla representa aproximadamente un 15% de la materia prima que formará el clinker. La arcilla está constituida de la siguiente manera.

CONSITUYENTES

COMPOSICION (%)

Silicatos de Aluminio

45-65

Óxidos de Aluminio

10-15

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT Óxido de Fierro

6-12

Óxido de Calcio

4-10

3.2.- AGREGADOS: Son las sustancias que se añaden en medio del proceso las cuales son: a.- Arena: Constituida de 75% a 90% de sílice. b.- Hierro: Generalmente se le encuentra formando óxidos magnetita, hematita, limonita, como sulfuros, pirita, pirrotita, etc. Se utiliza fierro para corregir la deficiencia de Fe2O3en el diseño del crudo.

Tabla 1. Composición del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT PROPIEDADES QUIMICAS DE M.PRIMA C.N.P.S.A %

CALIZA

ARCILLA

ARENA

HIERRO

P.F

40.22

6.89

2.40

8.95

SiO2

5.30

63.54

76.66

20.44

Al2O3

1.88

15.87

10.33

4.66

Fe2O3

0.70

8.14

3.05

51.52

CaO

49.00

1.07

2.77

9.94

MgO

1.57

0.60

0.74

0.65

Na2O

0.00

0.00

1.82

0.00

K2 O

0.28

3.27

1.62

0.10

SO3

0.28

0.14

0.00

0.00

Tabla 1.1- Composición Química Promedio de Materia Prima para Crudo

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3.3.- PROCESOS FISICO QUIMICOS REACCIONES PRINCIPALES: La transformación del polvo crudo en clínker es un proceso donde ocurren cambios físico-químicos. En general, el proceso de fabricación de cemento implica las siguientes reacciones, que se efectúan dentro de la unidad de calcinación. El secado implica la evaporación de la humedad de la materia prima a una temperatura de 110° C. La deshidratación se da a temperaturas mayores de 450° C, y significa la pérdida del agua químicamente unida a compuestos tales como algunas arcillas y agregados. A los 900° C la caliza se descompone en cal viva (CaO) y dióxido de carbono (CO2). Esta cal está lista para reaccionar y debe ser tratada rápidamente a la zona de Clinkerización. CaCO3(s)

CaO(s) + CO

↔

2 (g)

Los óxidos de fierro comienzan a reaccionar con la cal y la alúmina, para formar ferroaluminatotetracálcico líquido a la temperatura de 1300°C, a la que se disuelven los minerales, incrementando la reacción entre ellos. CaOFe2O3 + 3CaOAl2O3 → 4CaOAl2O3Fe2O3 (Aluminoferritotetracálcico C4AF). A los 1338° C los materiales disueltos en el ferroaluminatotetracálcico (C4AF) reaccionan, formando el silicato dicálcico (C2S). 2CaO(s) + SiO2(s)

↔

Ca2SiO4(s)

El aluminato tricálcico (C3A) se termina de formar a los 1400° C. La cal que se encuentra en exceso reacciona con parte del silicato dicálcico (C2S) para formar silicato tricálcico (C3A). CaO(s) + Ca2SiO4(s) ↔ Ca3SiO5(s) Tanto el Ca2SiO4 como el Ca3SiO5 son componentes importantes del cemento como lo son los análogos del aluminio que se forman a partir del contenido de aluminio de las arcillas. CaO(s) + Al2O3(s) ↔ CaAl2O4(s) ↔ 2CaO(s) + CaAl2O4(s) ↔- Ca3Al2O6(s) El precalentador aumenta la capacidad de la Unidad, ahorra energía y ahora que cuidamos el medio ambiente, reduce mucho el dióxido de carbono que sale a la atmósfera. La temperatura de calcinación es de Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT 1450° C. Ese calor se debe mantener parejo en la zona de calcinación del horno para que se realicen las reacciones químicas. El polvo calcinado y convertido en clínker pasa al enfriador, donde llega con una temperatura aproximada de 1000° C. En el enfriador al clínker se le inyecta mucho aire a presión que lo enfría hasta los 40° C. Pierde calor con rapidez porque está formado de nódulos o bolitas de poco volumen y de polvo. Si hubiera piedras, al romperse estarían rojas por dentro todavía. Parte del aire que se calienta al contacto con el polvo se aprovecha para facilitar la quema del combustóleo, el que ya tiene poca temperatura se va a la atmósfera a través de un colector de residuos.

3.4.-MÉTODOS DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO: El Cemento Portland se puede obtener por los métodos que se indican a continuación: 3.4.1.-Por vía húmeda Este proceso implica que el material crudo homogenizado ingrese al horno humedecido en forma de lodo, para mejorar el proceso de mezcla y sinterización. 3.4.2.-Por vía seca Solo implica que el material crudo ingrese en forma de polvo, se precalienta en intercambiador de calor y luego ingresa al horno para la clinkerización y la descarbonatación. 3.5.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Este proceso empieza con la extracción de las materia primas que luego serán tratadas de manera homogénea y mezcladas con algunas adiciones que favorezcan en el rendimiento del producto esto implica la obtención del clinker que viene hacer la mezcla de todos componentes después de ser calcinados en el horno para Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT posteriormente con la adición del yeso lleguemos al proceso final de lo que viene a ser la fabricación del cemento.

DIAGRAMA DE BLOQUES:

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PANORAMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE CEMENTOS NORTE PACASMAYO S.A.

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CANTERA

MATERIA

MATERIAS P.

QUEMADO HORNO

MOLIEN DA

TRITURACION DE LAS MATERIAS P.

CRUDO

HOMOGENI ZA-DOR

PRIMA

CLINKER

ENFRIADOR

MOLIEND A

CLINKER

+ YESO

CEMENTO

El proceso que veremos a continuación será por vía seca de la empresa C.N.P.S.A 3.5.1.-Obtención y preparación de las materias primas: El proceso de fabricación del cemento comienza con la extracción de las materias primas que se encuentran en yacimientos, normalmente canteras a cielo abierto. Las canteras se explotan mediante voladuras controladas, en el caso de materiales duros como calizas y pizarras, mientras que en el caso de materiales blandos (arcillas y otros) se utilizan excavadoras para su extracción Una vez extraído y clasificado el material, se procede a su trituración hasta obtener una granulometría adecuada para el producto de molienda y se traslada a la fabrica mediante cintas transportadoras o camiones para su almacenamiento en el parque de pre homogenización.

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ENVASAD O

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT 3.5.2.-Homogenización y molienda del crudo

En el parque de pre homogenización, el material triturado se almacena en capas uniformes para ser posteriormente seleccionadas de forma controlada. La prehomogenizacion permite preparar la dosificación adecuada de los distintos componentes reduciendo su variabilidad. Posteriormente, estos materiales se muelen en molinos verticales o de bolas para reducir su tamaño y favorecer así su cocción en el horno. En el molino vertical se tritura el material a través de la presión que ejercen sus rodillos sobre una mesa giratoria. A partir de ahí, la materia prima (harina o crudo) se almacena en un silo para incrementar la uniformidad de la mezcla. Un crudo característico es aquel que posee el análisis siguiente: Fuente: Tesis: La fabricación del cemento portland :Autor Rigoberto Huamán Merino SiO2 1314%

Al2O3 2.903.30%

Fe2O3 2.02.5%

CaO 42.042.8%

3.5.3.- Precalentador de ciclones

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MgO 1.11.5%

Na2O 0.10.2%

K2 O 0.30.6%

SO3 0.10.2%

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La alimentación al horno se realiza a través del precalentador de ciclones, que calienta la materia prima para facilitar su cocción la harina o crudo (materia prima molida) se introduce por la parte superior de la torre y va descendiendo por ella. Mientras tanto, los gases provenientes del horno, que están a altas temperaturas, ascienden a contracorriente, precalentando así el crudo que alcanza los 1000 ºC antes de entrar al horno. 3.5.4.-Fabricación de clinker-horno

A medida que la harina va avanzando en el interior del horno, mientras este rota, la temperatura va aumentando hasta alcanzar los 1500ºC. A esta temperatura se producen complejas reacciones químicas que dan lugar al clinker. Para alcanzar las temperaturas Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT necesarias para la cocción de las materias primas y la producción del clinker, el horno cuenta con una llama principal que arde a 2000ºC, en algunos casos, también hay una llama secundaria situada en la cámara de combustión, que se encuentra en la torre del precalentador. Estas llamas se alimentan con combustibles tradicionales, como el carbón o el coque de petróleo, alternativamente como los neumáticos lo los lodos de depuradora, entre otros.

3.5.5.-Fabricación de clinker-enfriador

A la salida del horno, el clinker se introduce en el enfriador, que inyecta aire frio del exterior para reducir su temperatura de los 1400 ºC hasta los 100º C. el aire caliente generado en este dispositivo se introduce nuevamente en el horno para favorecer la combustión, mejorando así la eficiencia del proceso.

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT 3.5.6.-Molienda de clinker

Una vez obtenido el clinker se mezcla con yeso y adicionales, en proporciones adecuadas, dentro de un molino de cemento. En su interior los materiales se muelen, se mezclan y homogenizan. Los molinos pueden ser de rodillos (horizontales y verticales) y de bolas. Este último consiste en un gran tubo que rota sobre si mismo y que contiene bolas de acero en su interior. Gracias a la rotación del molino, las bolas colisionan entre si, triturando el clinker y las adiciones hasta lograr un polvo fino y homogéneo: el cemento Las distintas calidades del cemento se obtienen por la adición de materiales como escorias de alto horno, humo de sílice, puzolanas naturales, cenizas volantes y caliza, que le permiten alcanzar determinadas características para su uso que se establecen en la reglamentación vigente. 3.5.7.-Expedición

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT Por ultimo, el cemento se almacena en silos, separado según sus clases, antes de ser ensacado o descargado en un camión cisterna para su transporte por carretera o ferrocarril. 3-6.- DIAGRAMA DE FLUJO

CALIZA

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T (9001450°C) P = 1 atm.

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T=100°C

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IV. TIPOS DE CEMENTO

Los cementos Portland, abarcan una gama diferencia de productos, a base de Clinker Portland, su clasificación y nomenclatura se establece de acuerdo a sus cualidades y usos: 4.1.-CEMENTO PORTLANTD Cemento producido mediante la pulverización del clinker, compuesto esencialmente de silicatos de calcio hidráulicos y que contiene generalmente una o más de las formas de sulfato de calcio, como una adición durante la molienda. El cemento de Portland es el tipo de cemento más utilizado para la preparación del concreto. 4.1.1.-TIPOS DE CEMENTOS PORTLAND A. CEMENTO PÓRTLAND TIPO I:

Es un cemento normal, se produce por la adición de clinker más yeso. De uso general en todas las obras de ingeniería donde no se requiera miembros especiales. De 1 a 28 días realiza 1 al 100% de su resistencia relativa. B. CEMENTO PÓRTLAND TIPO II:

Cemento modificado para usos generales. Resiste moderadamente la acción de los sulfatos, se emplea también cuando se requiere un calor moderado de hidratación. El cemento Tipo II adquiere resistencia mas lentamente que el Tipo I, pero al final alcanza la misma resistencia. Las características de este Tipo de cemento se logran al imponer modificaciones en el contenido de Aluminato dicálcico (C2A) y el Silicato Tricálcico (C3S) del cemento. Se utiliza en alcantarillados, tubos, zonas industriales. C. CEMENTO PORTLAND TIPO III: Cemento de alta resistencia inicial, recomendable cuando se necesita una resistencia temprana en una situación particular de construcción. El concreto hecho con el cemento Tipo III desarrolla una resistencia en tres días, igual a la desarrollada en 28 días para concretos hechos con cementos Tipo I y Tipo II ; se debe saber que el cemento Tipo III aumenta la resistencia inicial por encima de lo normal, luego se va normalizando hasta alcanzar la resistencia normal. Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT Esta alta resistencia inicial se logra al aumentar el contenido de C3S y C3A en el cemento, al molerlo mas fino; las especificaciones no exigen un mínimo de finura pero se advierte un limite practico cuando las partículas son tan pequeñas que una cantidad muy pequeña de humedad pre hidratada el cemento durante el almacenamiento manejo. Dado a que tiene un gran desprendimiento de calor el cemento Tipo III no se debe usar en grandes volúmenes. Con 15% de C3A presenta una mala resistencia al sulfato. El contenido de C3A puede limitarse al 8% para obtener una resistencia moderada al sulfato o al 15% cuando se requiera alta resistencia al mismo. D. CEMENTO PÓRTLAND TIPO IV:

Cemento de bajo calor de hidratación se ha perfeccionado para usarse en concretos masivos. El bajo calor de hidratación de Tipo IV se logra limitándolos compuestos que mas influye en la formación de calor por hidratación, o sea, C3A y C3S. Dado que estos compuestos también producen la resistencia inicial de la mezcla de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. El calor de hidratación del cemento Tipo IV suele ser de mas o menos el 80% del Tipo II, el 65% del Tipo I y 55% del Tipo III durante la primera semana de hidratación. Los porcentajes son un poco mayores después de mas o menos un año. Es utilizado en grandes obras, moles de concreto, en presas o túneles. E. CEMENTO PÓRTLAND TIPO V:

Cemento con alta resistencia a la acción de los sulfatos, se especifica cuando hay exposición intensa a los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las estructuras hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y estructuras expuestas al agua de mar. La resistencia al sulfato del cemento Tipo V se logra minimizando el contenido de C3A, pues este compuesto es el más susceptible al ataque por el sulfato.

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT Tabla 3. Fases del cemento y sus propiedades

Fórmula

Abreviatu ra

Calor de hidrataci ón (cal/g)

Silicato tricálcico

3CaO.SiO2

C3 S

123

Silicato dicálcico

2Cao.SiO2

C2 S

62

Aluminato tricálcico

3CaO.Al2O3

C3 A

273

Ferrito aluminato cálcico

2CaO(Fe2O3.Al2O 3)

C2(AF)

100

Cal libre

CaO

C

277

Magnesia libre

MgO

M

203

Constituye ntes

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Propiedades técnicas del cemento Endurecimiento rápido; alto calor de hidratación. Endurecimiento lento, de crecimiento sostenido. Bajo calor de hidratación. En cantidades elevadas, endurecimiento y fraguado rápidos. Por su elevado calor de hidratación, hay tendencia a fisuración. Sensibilidad a los sulfatos. Endurecimiento lento; resistente a las aguas selenitosas. En pequeñas cantidades no es perjudicial; en grandes cantidades, provoca expansión y fraguado rápido. En cantidades grandes, expansión por hidratación y posterior fisuración

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Tabla 4. Composición Típica de los Cementos Portland.

4.2.-CEMENTOS ESECIALES: 4.2.1-CEMENTO PUZOLANICO Se obtiene con la molienda del clinker con la puzolana. Tiene resistencia parecida al cemento normal y resistente ataques al agua de mar, lo que lo hace aconsejable para construcciones costeras. Para que el cemento sea puzolánico debe contener entre el 15% y el 50% de la masa total. El cemento puzolánico se utiliza en construcciones que están en contactos directos con el agua, dada su resistencia tan alta en medios húmedos. 4.2.2.-CEMENTO SIDERURGICO Obtenido mediante la pulverización de escoria granulada de alto horno, con pequeñas cantidades apreciables de sulfato de calcio. Es ligera quebradiza y porosa. Fabricación del Cemento

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4.2.3.-CEMENTO ALUMINOSO El cemento aluminoso se produce a partir principalmente de la bauxita con impurezas de óxido de hierro (Fe2O3), óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2). Adicionalmente se agrega calcáreo o bien carbonato de calcio. El cemento aluminoso, también llamado «cemento fundido», por lo que la temperatura del horno alcanza hasta los 1.600 °C y se alcanza la fusión de los componentes. El cemento fundido es colado en moldes para formar lingotes que serán enfriados y finalmente molidos para obtener el producto final. El cemento aluminoso tiene la siguiente composición de óxidos: CONSTITUYEN TES

% (peso)

CaO

3540%

Al2O3

4050%

SiO2

5%

Fe2O3

5-10%

TiO2

1%

Por lo que se refiere a sus reales componentes se tiene: •

60-70% CaOAl2O3

•

10-15% 2CaOSiO2

•

4CaOAl2O3Fe2O3

•

2CaOAl2O3SiO2

Por lo que se refiere al óxido de silicio, su presencia como impureza tiene que ser menor al 6 %, porque el componente al que da origen, es decir el (2CaOAl2O3SiO2) tiene pocas propiedades hidrófilas (poca absorción de agua). 4.2.4.-CEMENTO BLANCO Contrariamente a los cementos férricos, 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 y un gris más oscuro al cemento férrico. La reducción del Fe2O3 es compensada con el agregado de fluorita (CaF2) Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT y de criolita (Na3AlF6), necesarios en la fase de fabricación en el horno. IV.PROPIEDADES DE LOS CEMENTOS 5.1.-.FINURA El tamaño de los granos del cemento está comprendido entre 2 y 150 micrones. Los granos más activos son aquellos comprendidos en 3 y 30 micrones. Los granos menores de 3 micrones se hidratan casi instantáneamente al entrar en contacto con el agua, mientras que los granos superiores a 60 micrones son prácticamente inertes, ya que su hidratación es extremadamente lenta.  La finura se puede determinar por diversos métodos: ✔ Tamizado: sólo hasta cierto tamaño. ✔ Superficies específicas: permeabilímetro Blaine. ✔ Separación por corrientes de aire: Alpine. ✔ Otros: rayo láser, sedimentación. 5.2.-. PESO ESPECÍFICO ABSOLUTO Se llama peso específico absoluto a la relación entre el peso del cemento y el volumen real que ocupan los granos. 5.3.-. TIEMPO DE FRAGUADO Es el tiempo que transcurre entre el momento en que el cemento se mezcla con agua para formar una pasta y el momento en que la pasta pierde plasticidad. Se determina con el aparato de Vicat y la determinación consiste en hacer penetrar una aguja de 1 milímetro cuadrado de superficies con un peso de 300 gr, en la pasta de consistencia normal colada en un molde determinado.

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FIGURA 1.3 Aparato de Vicat En el momento en que la aguja se detiene a 4 mm del fondo, se le considera como tiempo de principio de fraguado y cuando la aguja penetra solamente 0.5 mm, se considera como fin de fraguado. El principio de fraguado de los cementos de alta resistencia no puede ser inferior a 45 minutos y en los cementos corrientes debe ser a lo menos de 1 hora. 5.4.- CONSISTENCIA NORMAL Es la cantidad de agua expresada como porcentaje del peso del cemento, que confiera a la pasta una plasticidad determinada. La consistencia normal se determina con la sonda de Tetmajer. Ella es un vástago pulido de 1 cm de diámetro que se hace penetrar en la pasta con un peso de 300 grs. Se considera que la pasta tiene consistencia normal cuando se detiene a 6 mm del fondo. 5.5.- RESISTENCIA MECÁNICA Los cementos deben ser capaces de conferir resistencias iguales o superiores a las determinadas por las normas, a las probetas preparadas con un mortero cuyos componentes, fabricación, conservación y ensayo están normalizados (NCh 158 Of 68). 5.6.- CALOR DE HIDRATACIÓN El endurecimiento de los cementos se produce por reacciones químicas entre los compuestos mineralógicos de los cementos y agua de amasado. Estas reacciones transforman a los componentes anhidros inestables en compuestos hidratados estables. Las reacciones se producen con desprendimiento de calor y según la proporción en que esté presente cada uno de los compuestos Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT principales, será el calor resultante desprendido por el cemento, de tal forma que habrá cementos con bajos, medianos y alto calor de hidratación. 5.7.-RESISTENCIA AL ATAQUE QUÍMICO Algunos productos químicos atacan a los cementos. Los de mayor incidencia son: ataques de sulfatos, reacción álcalis-áridos, ataque de aguas puras, permutación de cationes y carbonatación. 5.8.-HIDRATACIÓN DEL CEMENTO Los cementos son sistemas químicos de compuestos anhídridos inestables que al combinarse con agua forman compuestos hidratados estables. Los compuestos mineralógicos hidratados son los responsables de la resistencia del cemento. Queda como producto de la hidratación el hidróxido de calcio o portlandita Ca (OH)2 que le otorga un pH alto a la solución, creando un medio apropiado para la estabilidad de los fierros del hormigón armado. Sin embargo, el hidróxido de calcio es inestable con ciertas condiciones y se puede carbonatar con CO2 del aire o puede ser disuelto por aguas puras o aciduladas, o bien puede intercambiar su catión calcio por otro tal como el magnesio, dando origen a productos solubles o no aglomerantes. El C3S y C4AF también forman productos hidratados, pero su contribución a las resistencias es limitada. El aluminato tricálcico en presencia de aguas sulfatadas se combina con los sulfatos dando origen a una sal altamente expansiva llamada intriguita, que provoca la destrucción del hormigón. En los cementos Puzolánicos se combina la puzolana con el hidróxido de calcio y con el agua, dando origen a compuestos hidratados estables y resistentes. Al mezclar cemento con agua se forma primero una pasta plástica, cohesiva, moldeada y permanece con estas características durante un tiempo, hasta que llegado un instante pierde la plasticidad y se comienza a poner rígida; al mismo tiempo que desarrolla calor. Este es el momento en que se consideracomo fraguado y a partir del cual no se debe trabajar la pasta o el mortero o el hormigón formado con ella. El principio es de fraguado rápido y entre 3 y 5 horas en lo de fraguados lentos. Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT La hidratación de los compuestos mineralógicos es lenta; dependiendo en el ambiente en que quede ubicado el cemento pueden durar dos años. Sin embargo, se considera que en los cementos portland corrientes, el 80% se hidrata antes de 28 días y, por lo tanto, se ha fijado esa edad para verificar o medir las resistencias. Las reacciones de hidratación se desarrollan con desprendimientos de calor y retracción. Estas propiedades deben ser consideradas en los proyectos para controlar algún efecto negativo derivado de alguna contracción térmica posterior. Mantener la pasta, los morteros u hormigones, en ambiente saturado de humedad mientras se desarrollan las reacciones de hidratación, conducirá a disminuir las retracciones y aumentar las resistencias.

IV.LA INDUSTRIA CEMENTERA EN EL PERÚ 8.1.-La producción de cemento por empresa Las empresas cementeras en Perú, producen los siguientes tipos de cemento: A)Cemento Andino S.A. Fábrica: Condorcocha - Tarma Proceso: Seco Combustible: Carbón Capacidad instalada de clinker (TM): 460 000, 600 000 tipos: ✔ Cemento Portland Tipo I ✔ Cemento Portland Tipo II ✔ Cemento Portland Tipo V ✔ Cemento Portland Puzolánico Tipo I (PM) B) Cementos Lima S.A. Fábrica: Atocongo – Lima Combustible: Carbón Proceso: Seco Capacidad instalada de clinker (TM): 1 100 000, 2 580 000 Tipos: Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT ✔ Cemento Portland Tipo I - Marca "Sol" ✔ Cemento Portland Tipo IP - Marca "Súper Cemento Atlas". C) Cementos Pacasmayo S.A.A. Fábrica: Planta Pacasmayo - La Libertad Proceso: Seco Combustible: Carbón Capacidad instalada de clinker (TM): 1 500 000, 690 000 Tipos: ✔ Cemento Portland Tipo I ✔ Cemento Portland Tipo II ✔ Cemento Portland Tipo V ✔ Cemento Portland Puzolánico Tipo IP ✔ Cemento Portland MS-ASTM C-1157 ✔ Cemento Portland Compuesto Tipo 1Co

D) Cementos Selva S.A. ✔ Cemento Portland Tipo I ✔ Cemento Portland Tipo II ✔ Cemento Portland Tipo V ✔ Cemento Portland Puzolánico Tipo IP ✔ Cemento Portland Compuesto Tipo 1Co| E) Cemento Sur S.A. Fábrica: Coracoto - Juliaca Proceso: Húmedo Combustible: Carbón Capacidad instalada de clinker (TM): 92 000, 63 000 Tipos: ✔ Cemento Portland Tipo I - Marca "Rumi" ✔ Cemento Portland Puzolánico Tipo IPM - Marca "Inti" ✔ Cemento Portland Tipo II* ✔ Cemento Portland Tipo V* F) Yura S.A. Fábrica: Yura - Arequipa Proceso: Seco Combustible: Petróleo Capacidad instalada de clinker (TM): 260 000, 410 000 Tipos: ✔ Cemento Portland Tipo I Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT ✔ Cemento Portland Tipo IP ✔ Cemento Portland Tipo IPM ✔ Cemento de albañilería, marca estuco Flex

Empresas

Cemento Portland

C. Portland Adicionados

I

IP

II

V

(1)

(1)

I(PM) MS

Cemento Andino (1 ) Cementos Lima (1) Cementos Pacasmayo Cementos Selva (1)

(1)(2)

(1) (2)

(2)

(2)

Cementos Sur

Yura (2)

(2)

(1) De bajo contenido de álcalis (2) ha pedido Fuente: C.N.P.S.A. 8.2.- Distribución geográfica de las plantas de cemento

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I Co

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT Las plantas se encuentran ubicadas en lugares que permiten una racional distribución del producto, de manera que los costos de transporte no gravan exageradamente al usuario. ➢ Cementos Norte Pacasmayo S.A. se asienta equidistante de 3 valles de gran producción agropecuaria, que han originado la prosperidad de las ciudades de Chiclayo, Trujillo y Piura Su radio de acción incluye también Tumbes, Cajamarca y la ceja de Selva, llegando a Chimbote por el Sur. ➢ Cementos Lima S.A. atiende el mercado de la gran Lima alcanzando por el Sur hasta Ica y por el Norte parte del departamento de Ancash. ➢ Cemento Yura, contribuye a satisfacer los requerimientos del Departamento de Arequipa así como los vecinos de Cuzco, Tacna y Moquegua. ➢ Cemento Sur, ubicado en Puno, cubre el altiplano incluyendo parte de los departamentos de Cuzco y Arequipa. ➢ Cemento Andino S.A., sirve de importante desarrollo de la

Sierra Central, la región de la Selva y parte de Departamento de Lima.

Las fábricas de cemento comprenden dentro de un radio de 300 km. a las más importantes colectividades urbanas y rurales del país permitiendo el transporte eficiente. 8.3.- Control de calidad del cemento En la fabricación del cemento se lleva a cabo un riguroso control de calidad aplicable a las distintas fases del proceso, desde la materia prima en los yacimientos, los productos, intermedios y terminado. Control Químico Para cumplir con las necesidades del control y particularmente para conocer la composición con la exactitud y rapidez que se requiere, se toman muestras cada hora en las unidades de molienda de crudo, En función de estas se modifican las proporciones de la materia primas y clinker.

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT Para evaluar la calidad del clinker también se emplea el análisis por difracción de rayos X. a partir de sus composiciones químicas se calculan los compuestos potenciales, como los silicatos y los aluminatos de calcio. Y esta prueba se realiza cada 8 horas es decir una prueba por turno. Control Físico La prueba de resistencia a la comprensión, sanidad y tiempo de fraguado inicial y final, se realiza cada 24 horas. Sin embargo, algunos otros efectos del aumento de la finura, tales como demandas más altas de agua y generación más rápida de calor en el concreto no pueden ser pasados por alto. A pesar de la disponibilidad de diversos métodos instrumentales para medir distribuciones de tamaño de partícula, el método clásico de penetración de aire (Blaine) todavía es muy usado. La densidad del cemento debe ser conocida en conexión con el diseño y control de mezclas de concreto. Debe presentar las siguientes unidades de medida 3,15 g/cm3. También puede ser por utilización de tamices para medir el grado de finura; prensa, para medir la resistencia a la comprensión; balanzas, parrillas para secar muestras que se tamizan en vía húmeda; reactivos para determinar el carbonato de calcio, que es lo más usual.

IV.IMPACTO AMBIENTAL Las plantas de cemento pueden tener impactos ambientales positivos en lo que se relaciona con el manejo de los desechos, la tecnología y el proceso son muy apropiados para la reutilización o destrucción de una variedad de materiales residuales, incluyendo algunos desperdicios peligrosos. Asimismo, el polvo del horno que no se puede reciclar en la planta sirve para tratar los suelos, neutralizar los efluentes ácidos de las minas, estabilizar los desechos peligrosos o como relleno para el asfalto.

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT Los impactos ambientales negativos de las operaciones de cemento ocurren en las siguientes áreas del proceso: manejo y almacenamiento de los materiales (partículas), molienda (partículas), y emisiones durante el enfriamiento del horno y la escoria (partículas o "polvo del horno", gases de combustión que contienen monóxido (CO) y dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos, aldehídos, cetonas, y óxidos de azufre y nitrógeno). Los contaminantes hídricos se encuentran en los derrames del material de alimentación del horno (alto pH, sólidos suspendidos, sólidos disueltos, principalmente potasio y sulfato), y el agua de enfriamiento del proceso (calor residual). El escurrimiento y el líquido lixiviado de las áreas de almacenamiento de los materiales y de eliminación de los desechos puede ser una fuente de contaminantes para las aguas superficiales y freáticas. El polvo, especialmente la sílice libre, constituye un riesgo importante para la salud de los empleados de la planta cuya exposición provoca la silicosis. Algunos de los impactos mencionados pueden ser evitados completamente, o atenuados más exitosamente, si se escoge el sitio de la planta con cuidado.

V. Uso de los hornos de cemento para reciclar o eliminar los desechos Los desechos de aceite, solventes, residuos de pintura y otros desperdicios inflamables, han sido utilizados como combustibles suplementarios para los hornos de cemento. Esta práctica comenzó en los Estados Unidos en 1979, para conservar energía y reducir los costos de combustible, y ha sido satisfactorio en términos, tanto de la calidad del producto, como el impacto ambiental. Además, algunos desechos sólidos pueden ser utilizados como combustibles, tal como las llantas gastadas. Los requerimientos de materia prima pueden ser satisfechos, parcialmente, con los desperdicios (rutinariamente usados) de otras industrias: yeso de las plantas de ácido fosfórico, piritas tostadas de la producción de ácido sulfúrico, escoria de los altos hornos , y ceniza de las plantas termoeléctricas a carbón. La alta temperatura de la llama y la naturaleza del producto hacen que los hornos de cemento sean atractivos para destruir una variedad de materiales orgánicos peligrosos. Manejados correctamente, los hornos constituyen una alternativa mucho menos costosa que los incineradores de desechos. Las pruebas realizados por la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. y otros, han demostrado que la Fabricación del Cemento

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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA-UNT destrucción de los compuestos orgánicos, incluyendo PCB y los pesticidas organocloruros y órgano fósforos, iguala o supera los resultados logrados por los incineradores de desperdicios peligrosos que operan a temperaturas más bajas. CONCLUSIÓN En la industria del cemento, es importante destacar la caliza, que es la materia prima que se encuentra en grandes cantidades en yacimientos subterráneos o en canteras y gracias a ella se puede fabricar éste insustituible material. Por otro lado, la composición química, no es lo único de que depende el cemento para su buena calidad, también hay una gran influencia de su naturaleza física y de la estructura del clinker que es el principal componente del cemento. Lo destacable de éste material, es la resistencia que posee bajo el agua y el aire, teniendo una buena uniformidad. Para la buena calidad de cada tipo de cemento es importantísimo señalar que existen especificaciones oficiales, las cuales ejercen parámetros químicos y físicos, dando los límites máximos y mínimos que garanticen la calidad.

REFERENCIA BIBLIOGRAFÍA

J. C. Witt, tecnología del cemento Portland. Revervete S.A. España Direcciones electrónicas: www.pacasmayo.com.pe

www.oficemen.com http://www.cruzazul.com.mx/productos/elab_01.html http://www.google.com/imgres? imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_FJZh1gy3MuM/TTnqYn9TsCI/AAAAAAAABGs/1eOJzNE wRfg/s1600/3.gif&imgrefurl=http://www.elconstructorcivil.com/2011/01/composicionquimica-delcemento.html&usg=__Tyldsae8vtrHcz2FaBkfv6dG7NM=&h=302&w=334&sz=4&hl=es&start =4&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=3oxx4jvAxc9QYM:&tbnh=108&tbnw=119&prev=/image s%3Fq%3Dcomp%25C3%25B2siciones%2Bde%2Bcemento%26um%3D1%26hl%3Des %26prmdo%3D1%26biw%3D1152%26bih%3D698%26tbm %3Disch&ei=S1oOTsj1GOXo0QGwzOWfDg

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