Producción Del Cemento

 

BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA IN NG G E N IIE ER IA DE SE PAEAC IO ON N E S M E C Á N IC IC A S

PROFESOR Magin Idelfonso Torreblanca Ramírez

INTEGRANTES Dávila Cisneros Eduardo Grande Montiel Yared Matamoros Álvarez José Manuel Rodríguez Meléndez Aranza Irán

PRODUCCIÓN DEL CEMENTO HORARIO 07:00  – 08:00 PRIMAVERA 2021

 

 

INDICE

Contenido INDICE  ................................................................................................................................................. 2 INDICE  Objetivo   .............................................................................................................................................. 3 Objetivo Introducción   ........................................................................................................................................ 3 Introducción  Aspectos generales  generales  ......................................................................................................................... 3 Fabricación  .......................................................................................................................................... 3 Fabricación   

Calizas  ..................................................................................................................................... 3 Calizas 

 

Pizarra   ..................................................................................................................................... 3 Pizarra

 

 Arcilla  ...................................................................................................................................... 4  Arcilla 

 

Yeso  ......................................................................................................................................... 4 Yeso 

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Proceso de Fabricación del Cemento  Cemento  ................................................................................................. 4  

Obtención y Preparación de Materias Primas ....................................................................... Primas ....................................................................... 4

 

Trituración   ............................................................................................................................... 4 Trituración

 

Molienda y Cocción de Materias Primas  Primas  ............................................................................... 5

 

............................................................................................................ 6 Fabricación del Clinker ............................................................................................................

 

Molienda de cemento  cemento  ............................................................................................................. 7

 

Hidratación del cemento  cemento  ........................................................................................................ 8

 

Formación de la pasta de cemento  cemento  ........................................................................................ 9

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Propiedades Físicas y Mecánicas del Cemento  Cemento  ................................................................................. 9  

Finura   ...................................................................................................................................... 9 Finura

 

Firmeza  .................................................................................................................................... 9 Firmeza 

 

Granulometria  ...................................................................................................................... 10 Granulometria 

 

Importancia de los limites granulometricos para el cemento ............................................ cemento  ............................................ 11

 

Modulo de Finura  Finura  ................................................................................................................. 11

 

Grueso de particula  particula  .............................................................................................................. 11

 

Tamaño máximo del agregado  agregado  ............................................................................................ 11

 

Tamaño máximo nominal   .................................................................................................... 11

 

Granulometrías óptimas  óptimas  ...................................................................................................... 11

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  Objetivo Describir el proceso de fabricación del cemento. c emento. Describir las separaciones mecánicas empleadas en la fabricaión del cemento. Introducción El cemento es un producto de origen mineral que tiene propiedades de adherencia y cohesion. El cemento, mezclado con agua da lugar a una masa que Fragua y se endurece incluso bajo el agua, totalmente impermeable, y que mantiene sus propiedades en contacto con el agua. Su Dureza, Resistencia y capacidad capacidad para adoptar distintas formas lo hacen idóneo para trabajos d de e contrucción. El cemento es una de las materias primas de la construcción más populares y hoy en día más indispensables, pues ha jugado un papel clave en la historia de la civilización. El uso del cemento ha contribuido al bienestar de la Sociedad y al crecimiento c recimiento económico por generaciones. En la actulidad no existen obras que se puedan emprender sin cemento, es el pegante más barato y más versátil por excelencia, ya que, sus propiedades físicas y mecánicas son aprovechadas en una multitud de usos, además, es el elemento active en una mezcla de concreto o de mortero.  Aspectos generales El cemento es un material inorgánico, no metálico, compuesto de cal, alumina, hierro y sílice, finamente molido. Las sustancias componente del cemento reaccionan con e agua de la mezcla, formando silicatos de calcio hidratados. Fabricación El cemento se fabrica a partir de materiales minerales calcáreos , tales como la caliza, y por alúmina y sílice, que se encuentran como arcilla en la naturaleza. En ocasiones es necesario agregar otros productos para mejorar la composición química de las materias primas principals; el más común es el óxido de hierro. Calizas Están compuestas en un alto porcentaje de carbonato de calcio o calcita ( % aproximadamente). Hay diferentes tipos de caliza y prácticamente todas sirven para la producción del cemento , solo bajo la condición de que no tengan altas cantidades de magnesio ya que si el contenido es muy grande de magnesio puede generar fisuras y pérdida en la Resistencia.

Pizarra  Pizarra  Se les llama así a las arcillas constituidas principalmente por óxidos de silicio (de un 45% a un 65%), por óxidos de aluminio (de un 10% a un 15%), por óxidos de hierro (de un 6% a un 12%) y por cantidades variables de óxido de calcio. Es también es la principal Fuente de álcalis.

 

   Arcilla La arcilla está constituida por un silicate hidratado complejo de aluminio, , con por porcentajes centajes menores de hierro y otros elementos. La arcilla aporta al proceso los óxidos de sílice, hierro y aluminio.

Yeso Es un producto regulador del fraguado, que es el proceso de endurecimiento del cemento, y los que el yeso hace es retardar el proceso para que el obrero le de tiempo de preparar el material, este se agrega al final del proceso de producción. Proceso de Fabricación del Cemento El proceso comprende las siguientes etapas: Obtención y Preparación de Materias Primas El proceso de fabricación se inicia con los estudios de evaluación minera de materias primas (calizas y arcillas) necesarias para conseguir la composición deseada de óxidos metálicos para la producción de cemento. Una vez evaluada, se tramita la concesión o derechos sobre la cantera. Como segundo paso se complementan los estudios geológicos, se planifica la explotación y se inicia el proceso: de perforación, quema, remoción, clasificación cargue y transporte de materia prima. Las materias primas escenciales (caliza, margas y arcilla), son extraidas de canteras, en general próximas a la planta, deben proporcionar los elementos escenciales en el proceso de fabricación: calcio, silicio, aluminio e hierro. Muy habitualmente debe apelarse a otras materias primas secundarias, subproductos o residuos de otros procesos como aportadoras de dichos elementos. Las calizas pueden ser de dureza elevada, de tal modo que exijan el uso de explosivos y luego trituración, o suficientemente blandas como para poderse explotar sin el uso de explosivos. El material resultante de la explosión es transportado en camiones para su trituración, los mismos son cargados mediante palas mecánicas. Una vez extraido y clasificado el material, se procede a su trituración hasta obteneer una granulometría adecuada para el producto de molienda y se traslada a la fábrica mediante granulometría adecuada cintas transportadoras o camiones para su almacenamiento. Las materias m aterias primas naturales son sometidas a una primera trituración ya sea en la misma cantera o al llegar a la fábrica donde se descarga para su almacenamiento.

Trituración La trituración de la roca se realiza en dos etapas, inialmente se procesa en un triturador primario, para lograr reducir el tamaño inicial de la roca obtenida de la cantera. El tipo de cono que se utiliza puede reducirla de un tamaño máximo de 1.5 m hasta los 25 cm. Seguidamente, luego de verificar su composición química, pasa a una segunda trituración o trituración secundaria, reduciendo su tamaño a 2 mm aproximadamente.

 

El material triturado se lleva a la planta previemente mencionada a través de cintas transportadoras, depositándose en un parque de materias primas. En algunos casos se efectúa un proceso de pre-homogeneización. pre -homogeneización. Este material es transportado a un silo del cual se alimenta el molino de crudo. Los estudios de composición de los materiales en las distintas zonas de cantera y los análisis que se realizan en fábrica permiten dosificar la mezcla de materias primas para obtener la composición deseada.

Molienda y Cocción de Materias Primas Esta etapa comprende la molienda de las materias primas (molienda de crudo), medinte el uso de molinos de bolas, por prensas de rodillos o a fuerza de compresión elevadas, que producen un material de gran finura. En este proceso se efectúa la selección de los materiales, de acuerdo al diseño de la mezcla previsto, ara optimizar el material crudo que ingresará al horno, considerando el cemento de mejores características. Dentro de los molnos de bolas de este proceso se logra reducir de nuevo el tamaño de las partículas de materias para que las reacciones quimicas de cocción en el horno puedan realizarse de forma adecuada. El molno muele y pulveriza los materiales hasta un tamaño promedio de 0.05 mm.

El material molido debe ser homogeneizado para garantizar la efectividad del proceso de clinkerización mediante una calidad constante. Este procedimiento se efectúa en silos de homogeneización. El material resultante constituido por un polvo de una gran finura debe presentar una composición química constante. Además de la homogeneidad química, es fundamental la finura y la curva granulométric del crudo, lo que se consigue mediante el ajuste del separador que clasifica el producto que sale del molino, reintroduciendose la fase no suficientemente molida.

 

  Fabricación del Clinker

Clinker

Producto obtenido por fusión incipiente de materiales arcill arcillosos osos y cali calizos zos que contengan óxido de calcio, silicio, aluminio y fierro en cantidades convenientemente calculadas

Una fuente de cal (calizas), una fuente de sílice y alúmina (arcillas) y una fuente de óxido de hierro se mezclan apropiadamente, se muele finamente y se calcinan en un horno aproximadamente a 1,500°C, obteniéndose el denominado denominado clinker clinker de  de cemento Pórtland Pórtland.. Se introduce la harina cruda mediante sistema de transporte neumático y debidamente dosificada a un intercambiador de calor por suspensión de gases de varias etapas, en su base se instala un sistema de precalcinación de la mezcla antes de la entrada al horno rotatorio donde se desarrollan las restantes reacciones físicas y químicas que dan lugar a la formación del clinker. El horno está constituido por un tubo cilíndrico de acero con longitudes de 40 a 60 m y con diámetros de 3 a 6 m, que es revestido interiormente con materiales refractarios, se producen temperaturas de 1,500 a 1,600°C pues las reacciones de clinkerización se encuentra alrededor de 1,450°C. El clinker que egresa a una temperatura de 1,200 °C pasa luego a un proceso de enfriamiento rápido por enfriadores de parrilla. Seguidamente por transportadores metálicos es llevado a una cancha de almacenamiento. En función de cómo se procesa el material antes de su entrada en el horno de clínker, se distinguen cuatro tipos de proceso proceso de fabricación:

Proceso

a)Vía seca

Descripción Es el más económico, en términos de consumo energético, y es el más común (en Europa, más del 75%; en España, casi el 100%). La materia prima es introducida en el horno en forma seca y pulverulenta. El sistema del horno comprende una torre de ciclones para intercambio de calor en la que se precalienta el material en contacto con los gases provenientes del horno. El proceso de descarbonatación de la caliza (calcinación) puede estar casi completado antes de la entrada del material en el horno si se instala una cámara de combustión a la que se añade parte del combustible (precalcinador).

 

Normalmente utilizado para materias primas de alto contenido en humedad. El material de alimentación se prepara mediante molienda conjunta del mismo con agua, generando pasta con 30-40% b)vía húmeda

c) y d)Vía semi seca, vía semi húmeda

de agua que es alimentada en el extremo más elevado del horno de clínker. Si la arcilla es bastante húmeda y tiene la propiedad de desleírse en el agua, debe ser sometida a la acción de mezcladores para formar la lechada; esto se efectua en un molino de lavado, el cual es un pozo circular con brazos revolvedores radiales con rastrillos, los cuales rompen los aglomerados de materias sólidas. El material de alimentación se consigue añadiendo o eliminando agua respectivamente, al material obtenido en la molienda de crudo. Se obtienen "pellets" o gránulos con un 15-20 % de humedad que son depositados en parrillas móviles a través de las cuales se hacen circular gases calientes provenientes del horno. Cuando el material alcanza la entrada del horno, el agua se ha evaporado y la cocción ha comenzado.

Molienda de cemento En función de la composición, la resistencia y otras características adicionales, el cemento es clasificado en distintos tipos y clases. La molienda de cemento se realiza en equipos mecánicos en las que la mezcla de materiales es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas. Para su molienda se mesclan destintos materiales adicionales como escorias de horno alto; humo de sílice; puzolanas naturales, cenizas ce nizas volantes, caliza. Para ello se utilizan los siguientes equipos:

  Prensa de rodillos

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  Molinos verticales de rodillos

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  Molinos de bolas

 

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  Molinos horizontales de rodillos

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Una vez obtenido el cemento se almacena en silos para ser ensacado o cargado a granel. Hidratación del cemento Es la reacción mediante la cual el cemento se transforma en un agente de enlace, generado por los procesos químicos responsables de la formación de compuestos durante la hidratación, los cuales originan propiedades mecánicas útiles en las aplicaciones estructurales.

 

  Formación de la pasta de cemento Esta se forma como consecuencia de las reacciones químicas del cemento con el agua. Dependiendo de la composición del cemento y de las condiciones de hidratación (temperatura, humedad, etc.), lo cual hace que la pasta sea un sistema dinámico que cambio con el tiempo. Un gramo de cemento que tiene un diametro medio cercano a 50 micras, despúes de cierto tiempo de estar en contacto con el agua, empieza a dar señales de actividad química en su superficie, ya que aparecen cristales que van creciendo lentamente y se forma una sustancia gelatinosa que los envuelve. Los compuestos cristalinos necesitan agua para desarrollarse y por lo tanto la retiran del gel, el cual a medida que va perdiendo agua se transforma en gel estable que en gran medida es responsable de las propiedades mecánicas de las pastas endurecidas. e ndurecidas.

Propiedades Físicas y Mecánicas del Cemento Estas permiten complementar las propiedades químicas y conocer algunos aspectos de su bondad. Estas dependen del estado en que se encuentre y son medida a través de ensayos sobre el cemento, la pasta del cemento y sobre el mortero los cuales determinan las características físicas y mecánicas del cemento antes de ser utilizado. Finura La finura es una de las propiedades más importante ya que está ligada a su valor hidráulico. Ya que la hidratación de los granos de cemento ocurre desde la superficie al interior. Al aumentar finura aumenta la rapidez a la que se hidrata el cemento dando una mayor retracción y por tanto es más susceptible a la fisuración, es decir, una molienda muy fina dará lugar a cementos que endurecen rápidamente y por tanto también tienen un desarrollo más rápido de su resistencia, cuanto más fina sea un cemento este se deteriorará más rápido por la exposición a la atmósfera. Por otro lado, los cementos con granos gruesos se hidratan y endurecen lentamente y pueden producir exudación de agua por su escasa rapidez para retenerla. Se estima que la velocidad de hidratación es de 3.5 micras en 28 días, lo cual indica que las partículas pueden tardar varios años en hidratarse, inclusive no hacerlo, lo cual daría un rendimiento muy pequeño del mismo. Firmeza Cualidad en que una pasta de cemento endurecida conserva su volumen después de fraguar. La ausencia de esta propiedad es producida por cantidades excesivas de cal libre muy quemada.

 

  Granulometria Granulometria

Es la distribucion por tamaño de muestra solidas, para conocer la distribucion de tamaño de particula que las componen.

En general este metodo de separacion, se basa en clasificar las particulas, respecto a su tamaño, realizado comunmente mediante tamizado. Tamices: Son unos elementos con un marco metálico y con una malla en el que parte del árido quedará retenido. Luz de malla: Es la separación libre entre los alambres de la malla. Tamiz

Tamices: Utencilios de marco metálico y con una malla en el que parte del árido quedará retenido.

Luz de malla: Es la separación libre entre los alambres de la malla.

Ajuste Granulometrico: Consiste Granulometrico: Consiste en ajustar parametros de tamaño de particula, tanto inferior como superior, dependiendo del proceso. Esto es conocido como huso granulometrico.

Control Granulométrico: Los siete tamices normalizados ara el agregado fino tienen luz de malla con aberturas que varian de 150 nm a 9.5mm. Mientras que el agregado grueso se ensaya con 13 tamices estándar est ándar que varian desde 1.8mm hasta 100 mm.

Los limites granulométricos se expresan, en porcentaje de material, que pasa a través del tamiz.

 

  Importancia de los limites granulometricos para el cemento Las razones para que se especifiquen limites granulometricos, y el tamaño nominal

de los

agregados, es especificamente, porque estos alteran las proporciones relativas, para la preparacion, pues pueden verse afectados parametros como la demanda de agua, la trabajabilidad bombeabilidad, porosidad, contracción y durabilidad del concreto. La variabilidad dentro de estos parametros puede afectar, la uniformidad del concreto de una mezcla a otra. En general los agregados que son coherentes con sus limites granulometricos, tienen una mayor eficiencia. Modulo de Finura Este hace referencia a un indice de finura del agregado, cuanto mayor es el MF, mas grueso es el agregado. El MF de los agregados finos es util para estimar las proporciones de agregado fino y grueso. Para que la granulometria del agregado fino sea aceptable, es MF debe ser m mayor ayor de 2.3. Grueso de particula El tamaño maximo del agregado, influye en la economia del concreto. Se requiere más agua y cemento en concretos con agregados gruesos de tamaño menor si es comparado con agregados de tamaño maximo mayor, debido al aumento de área superficial total del agregado. El tamaño máximo óptimo del agregado grueso para mayores resistencias, depende de factores, tales como resistencia relativa de la pasta, adherencia entre el cemento y agregado, así como resistencia de las partículas del agregado.

El tamaño de la partícula del agregado grueso es determinado por la abertura en el tamiz, y se aplica al agregado que pasa a través de este, y que se queda retenido en el tamiz inmediatamente menor. Tamaño máximo del agregado Es el tamiz de menor tamaño por el cual, toda la muestra de agregado grueso, puede pasar. Tamaño máximo nominal Es el menor tamiz, por el cual la mayor parte de la muestra del agregado grueso puede pasar. El tamiz del tamaño máximo nominal, puede retener del 5% al 15% de la masa. Granulometrías óptimas En muchas ocasiones se opta por adaptar la granulometría de la mezcla de áridos a una curva teórica que se toma por referencia, por ser la óptima desde el punto de vista de compacidad, trabajabilidad o por otras razones. Las curvas clásicas de referencia son las curvas de Fuller y las curvas de Bolomey. Para la realización de las prácticas consideraremos: Tamices UNE (63 – 31,5  – 16  – 8 – 4  – 2  – 1  – 0,500  – 0,250  – 0,125 – 0,063)

 

Las fracciones (arena, grava) que se emplearán en el cálculo irá en función del tamaño máximo del árido: Tamaño máximo < o igual a 20 mm (mínimo 2 fracciones). frac ciones). Tamaño máximo > 20 mm (Mínimo 3 fracciones). Para ajustar la granulometría de nuestro árido ár ido a estas curvas óptimas (Fuller o Bolomey) se utilizarán dos métodos distintos: Ajuste gráfico. Ajuste por módulos granulométricos.

Con las expresiones de Fuller y de Bolomey podremos hacer una representación gráfica: Fuller: Habrá una curva diferente por cada tamaño máximo de nuestro árido. Fuller: Bolomey: Habrá una curva diferente por cada tamaño máximo de nuestro árido y consistencia del Bolomey: Habrá hormigón.