Cementos y Calizas
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MINERATES INDUJTR'AIEJ DEt PTRU
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CAPITIILO tr
CEunNTo Y CnuT'Ls
ü lndustria delcemento en el Perú
n Materias primas para la fabricación de cementos Norte Pacasmayo
Ú La caliza Para Cementos Lima S'A'
ü yacimientos no metálic's en er área cuculí (Moro-chimbote)
l
tlPlanta de Cal China Linda
r0l
.-,NSTITUTO MARIO SAMAME BOGGIO
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lndustria del cemento en el Perú
lng. lsno Abram Caballerino '
I desarrollo de la industria de minerales no metálicos en el
Peru, es muy modeslo. El Perú posee importantes reservas
naturales de caliza, yeso, fosfatos y sales de sodio y potasio'
habiéndose desarrollado de modo significativo solamente la
industriadelcementocuyasprincipalesmateriasprimassonlascalizas,las arcillas Y el Yeso'
LaindustriadelcemenloenelPerúestaconstituidaporcincocompa.ñíasquedisponendecentrosdeproduccióndistribuidosentodoelterrito.rio nacional. La más importante es Cementos Lima cuya capacidad de
producción actuales equivalente a aproximadamente 4 millones de tone-
ladas de cemento. Cementos'Pacasmayo S'A' A' que opera en el norte
delpaísycuentaconunacapacidaddel.3millonesdetoneladasdecemento.CementoAndinoS.A.queopetaenlasierracentralconunacapacidad de aproximadamente 800,000 toneladas de cemento' Cemen-
tos Yura S.A. cuya capacidad es de aproximadamente unas 550'000 to-
neladas de cemento y Cemento Sur S'A' cuya capacidad es de 150'000
toneladas de cemento.
I
La industria cle cemento en el Perú utiliza procesos tecnológicos varia-
dosquevandesdelautilizaciÓndelprocesodevíahúmedaenCementoSur,lautilizacióndehornoverticaldelecnologíachinaenRioja,hastaloshomosrotatoriosdetecnologíadepuntaanivelmundial'comoelreciente-mente construido por Cemenlos Lima'
Lacapacidaddisponibleporlafabricadecementotieneampliasholgu-ras para atender el crecimiento de la demanda' tal como se mueslra en el
cuadro siguiente:
' De Cementos PacasmaYoS.A.A. lngeniero químico
(U.N.M.S.M. 1968). Magister en
Administración de Negocios,ESAN 1970. E.iecutivo en Minero
Perú, Cofide, TintaYa, MineraPativilca, Arcala. Gerente general
de Cemenlos PacasmaYo Y
Director de M. Hochschild Y Cía.
* 102
M'NER/{ITS INDUsTRIAITS DEL PERU
TM. CEMENTO /ANO
3'600,000
550,000
150,000
800,000
1'300,000
6'400,000
CEfulENTOS LIMA
CEMENTOSYURA
CEMENTO SUR
CEMENTO ANDINO
CEMENTO PACASMAYO
TOTAL
DEMANDA ACTUAL 4'200,000 TM. / ANO
Elcosto de inversión para una fabrica de cemento es
aproximadamente de $ 100/TM ' de capacidad anual'
de los cuales se requieren aproximadamente $ BS/TM'
de capacidad anual para la fabricación de clínker y $
1s/TM. de capacidad anual para la molienda del ce-
mento. Es decir, el costo de inversión de la industria
de cemento en el Perú (a valores de reposición)' es de
aproximadamente $ 640 millones.
Aparte de los materiales requeridos en el proceso'
los insumos mas importantes son la energía eléctrica
y los combustibles-
De lo indicado se desprende que los costos significa-
tivos en la fabricación de cemento son la depreciación
y los costos de energía. Los costos de la depreciación
dependen principalmente del tamaño de la fabrica y
los costos de la energía dependen delcombustible uti-
lizado y de la tecnología. Cementos Lima' con su nue-
va fabrica combina adecuadamente estos recursos
constituyéndose en una de las mas eficientes del mun-
do.
Flespecto al tipo de combustible utilizado cabe men-
cionarse que Cementos Lima, Cementos Pacasmayo
y Cemento Andino utilizan carbÓn bituminoso importa-
do de Colombia, cuyo coslo en el punto de combus-
tión es equivalente a $10 por cada millón de Kcal'
Cemento Yura y Cemento Sur utilizan petróleo resi'
dual, cuyo costo en el punto de combuslión es aproxi-
madamente S14 por cada millón de Kcal'
Respecto a los productos ofrecidos por las compa-
ñías cementeras al mercado, se destaca que cemen-
tos Lima destina la mayor parte de su producción (90
%) al cemento Tipo 1 y secundariamente alcemento
puzolánico.
Cemento Andino fabrica los Tipos l, ll, y V, Cemento
Yura fabrica cementos puzolánicos, Cementos Sur fa-
brica cemento Tipo I y Cementos Pacasmayo fabrica
cementos TiPo l, V, MS, 1CO Y 1P'
La razón que explica la diversidad de tipos de cemen-
tos producidos en el Peru proviene de las característi-
cas de materias primas utilizadas y de la disponibili-
dad de recursos naturales o subproductos industriales
que poseen propiedades hidráulicas y que aportan pro-
piedades especiales a los cementos' Específicamen-
te en la zona sur de país existen abundantes cenizab'
volcánicas de muy buena calidad., lo que ha permitido
a Cementos Yura destinar su producción a los cemen-
tos puzolánicos.
En la zona norte no existen cenizas volcánicas, pero
Cemenlos Pacasmayo ha recurrido a la utilizacién del
subproducto obtenido en la escorificación en el alio
horno de SiderPeru , para la producción del cemento
Tipo MS, que especialmente resistente a la agresión
química por sulfato. También Cementos Pacasmayo'
ha identificado un yacimiento de zeolitas en las proxi-
midades de Bagua, las cuales son utilizadas como
adición al cemento producido en su fábrica de Flioja'
este cemento previene la expansión y fisuración del
concreto que puede ser ocasionada cuando los agre-
gados contienen sílice reactiva.
Dado que las adiciones de puzolanas naturales o ar'
tificiales reducen la aplicación delclínker en la fabrica-
ción del cemento generan consecuentemenle reduc-
ciones en los consumos de energía eléctrica y com-
bustibles así como permiten disponer de capacidades
de producción que exceden la capacidad de los hor-
nos de clinkerización. Naturalmente, este hecho impli-
ca reducir los impactos ambientales provenientes de
la descomposición de las calizas y del uso de com-
bustibles.
Un aspecto de particular importancia del cemento
peruano, es la motivación que existe para utilizar car-
bón de producción nacional en reemplazo delcarbón
importado. Cementos Lima, Cemento Andino y Cemen-
tos Pacasmayo están realizando esfuerzos conjuntos
t03
7-
\rusr¡ruto i,t.\Rlo SAMAMI Bocclo
rtI-
I
rr'r
rrl-
F
r
para desarrollar la cuenca carbonífera de Oyón donde
*¡isten carbones bituminosos con bajo conlenido vo-
_ iil.
.-Cemenlos Pacasmayo lleva adelante investigaciones
para el uso de antracitas y bituminosos de bajo volátil
ubicados en la cuenca del Chicama y en Cajamarca
respectivamente; también realizan investigaciones para
eldesarrollo de carbones con alto contenido volátil ubi-
cados en eldepartamento de San Martín.
Empresas Combustible Consumo de Calor/Kilo Cemento
Cementr:s l-ima S.A.
Tipo I
Puzolánico
lemenlo Andino S.A.
i-ipo I
Cementos Pacasmayo S.A.A.
Iipo I
Tipo V
Tipo MS
Tipo 1 CO
iipo 1P
Cementos Yura S.A.
fipo 1P
Cemento Sur S.A.
Tipo I
Carbón
Bituminoso
lmpoñado
Carbón
Bituminoso lmportado
Carbón
Bituminoso
lmportado
900 Kcal. (Fábrica Rioja)
Petróleo
Residual
Petróleo
Residual
71 5 Kcal
525 Kcal
850 Kcal
810 Kcal
51 0 Kcal
680 Kcal
710 Kcal
1,700 Kcal
r04
M¡NERAI¿J INDU'TR j"4.LES DEL PERU
Materias primas para la fabricación
de Cementos Norte Pacasmayo
/.
lng. Rómuto Mucho Mamani *
lng. PedroT Gandarillas Barriga **
BREVE DESCRIPCION DE L.A
INDUSTRIA DEL CEMENTO
1.1 Generalidades
La fabricación de cemento se basa en un proceso industrial de una
serie de materias primas y, por tanto, básicamente es un proceso de
actividad minera No METALICA. En consecuencia, elconocimiento de
la calidad, reseryas, planificación de la explotación y el control de las
mismas,sonobjetodeunconocimientogeológicoyminerosimilaracualquier actividad minera-
Entre las materias primas, la caliza es el constituyente de mayor aporle
(80-g5%), debido a su elevado contenido de carbonato de calcio que sé
produce por el quemado de un alto porcentaje de CaO que se combina
con minerales de otras materias primas y lormar las bases del cemento.
La caliza, a diferencia de otras materias primas, es abundante en la na-
turaleza y su utilización en el cemento a nivel mundial va en aumento.
Ahora en nuestro país el consumo de cemento está directamente liga-
do al PBI: si el Perú crece, que esperamos asf será, también la produc.
ción de cemento crecerá. Por ahora somos casi los últimos en consumo
per cápita (140 Kg./rrabitante) respecto a otros países lalinoamericanos.
El cemento es un produclo artificial que se obliene de la transformación
demateriasprimasquepuedenestarcompueslasdecalizas,arcillasyotros minerales, donde los elementos minerales principales que debe
contener son el calcio, la sÍlice, el aluminio y elfierro' Esta materia prima
fundamentalmente molida y homogeneizada, es llevada a altas tempera-
turas (1450.c) a través de un horno rotalivo o verlical, para obtener unr De Pevoex del Perú S.A.C.Gerente General.
r05
.ISTITUTO MAR,IO SAMAME BOCCIO
.oducto llamado clínker el cual, finamente molido conl,rededor de 5% en peso de yeso, se obliene el ce-
'nento y, al agregarle agua ya sea sólo o mezclado
con otras materias como arena, grava, asbeslos, tie-
,"e la propiedad de f raguar tanto en el aire como en el
JUa y formar una masa endurecida.
r-a industria cementera presenta su propia compleji-
dad tecnológica que no es el lin de este traba.io. Esta
uomplejidad está relacionada a su diseño, capacidad de
".,oducción, tamaño y tipo de equipos, tipo de combusti-
es disponibles, aprovechamiento energético, auloma-''ación de la planta y especificaciones de mercado que
j"fluyen directamente en la rigurosa selección y control
rle materias primas que se deben utilizar.
1.2 Materias primas
a) Componenles calcáreos
Calizas con 80 a 90% de CaCO.
b) Componentes arcillosos
Minerales que contienen sílice (SiO?),
alúmina (Al2O3) e hierro (Fe2O.).
c) Componentes correclores
Calizas de alto grado (para CaO), cuaao
- (para SiOr), bauxita (para Al2Os), mineral
- de hierro o ceniza de pirita (para Fe2O.).
d)Aditivos- Yeso o anhidrita se agrega al clínker en la
etapa de la molienda para regular el
f raguado. Si al clínker se le agrega ¡:uzolana
- natural, escoria de alto horno o cenizas
volantes, se obtienen varios tipos de
.Cemenlos mezclados".
1.3 Diseño dé Ia mezcla cruda
:xisten varios mélodos de cálculo de la proporción
i las materias primasll).
- - Cálculos manuales- Métodos gráficos
- - Utilizando calculado programable
Programa de optimizaciÓn por computadora
- En CNP las proporciones están en los rangos:
tó
1.4 Control de calidad de materias primas
y delclínker
Existen mÓdulos empíricos que ayudan a dosificar
el crudo. El lactor de Crudo/Clínker en CNP es - 1'55'
% sio= 1.9 - 3.6Módulo de sílice =
Caliza
Arcilla
ArenaMineralhierro
82 - 85"/"
7 -9"k5 -7%6 - 2"/"
Y" Al2O3+ "/" Fe2O3
% Al20^MódulodeAlúmina =
* =1.0-11.0q/"Fe2O3
100 x CaOSaturación de Cal = 90' 100%
2. BSi0, + I. 18A1,0, + 0.65% Fe203
1.5 Composición química de los principales
elementos de clínker
Este sistema no toma en cuenta olros elementos que
se encuentran presenles en pequeñas concentracio-
nes, pero que tienen importancia como el MgO (0.1 -
5.5%), Na2O - K2O (0"5 - 1.3"/"), SO3 (1 - 3%) y otros.
1.6 Variabtes impoftantes que afectan en el
proceso de quemado delclínker
Compuesto
Alcalino
HORNO
'geomelría
velocidad
pendienle
' conliguración del
precalcinador
' caracteríslicas del
enkiador
Compuestos
Acidos
MATERIA PRIMA
' composición mineralogica
' dislribución del tamaño de parlícula
' grado de calcinación
COMBUSTlBIE
' composición
contenido de ceniza
' mezcla aire-combuslible
' caracleríslicas del
quemado
' lorma de la llama
'lambda
MINERAITS ¡NDU'TRNII.s DEt PERU
i La estrategia trazada por CNP es incrementar y me-
lorar la gama de sus productos y servicios' siguiendo
It l"t" ,,La innovación, un factor clave del éxito" y
lue satistaga las necesidades del consumidor y los
profesionales de la construcción'
2. POLITICA DEINNOVACION, INVESTIGACION
Y DESARBOLLO
minables por 90 M de t con ley promedio de 90'5% de
CaCO. (3). Ahora, si descontamos 6 M al tonelaje ini-
cial, deberían quedar 84 M de t de caliza. Sin embar-
go, ante el reto que nos depara el futuro, creemos
que la información es insuficiente, por lo tanto, debe-
mos conocer mejor su forma y posición, su valor eco-
nómico, su calidad de terreno, su relación mineral/
desmonte, de tal manera que nos permita hacer una
planificación modema en términos de calidad, ya no
sólo en base a CaCo. como lo hacíamos anteriormen-
te, sino en base a todos sus elementos constituyen-
tes y eso también nos permitirá aprovechar mejor
nuestra cantera(a).
4. CANTERA
La cantera, que consisle en un open pit propiamente
dicho, ubicado a 65 km- de la planta, opera B horas
por día, 6 días por semanas. Los frentes de explota-
ción se encuentran a 700 - 900 m. de la chancadora
primaria. Se perfora, dispara, carga y transporta en
volquetes de 60 t y se tritura en una chancadora gira-
toria un promedio de 4,500 tpd. Elmétodo de explota-
ción Corte por Derribo o cortes en tajadas de arriba
hacia abajo por medio de banqueo y limpieza con trac-
tos, nos han dado un buen resultado en términos de
productividad, seguridad y costos. Pero aún se pre-
sentan nuevas ideas, tecnologías que iremos adap-
tando a nuestra realidad. Tenemos 12 hombres en el
mismo tajo, 6 en mantenimiento y 7 trabajadores co-
laterales{3}.
La relación de nueslro equipo principal es la siguien-
te:
1 Trackdrill hidráulico Tamrock CHA 1100' para
4" diámetro
1 Pala hidráulica O&K RH40D, 6 m. cuchara
1 Cargador f rontalCAT 9BSF HL, 5.8 m, cuchara
2 Volquetes EUCLID R60, 60 t capacidad
1 Volquete CAT 769C, 35 t caPacidad
1 Trituradora de cono ALLIS Chalmers' 36-55
1 Martillo hidráulico Teledyne, TM 25XHff8975X
1 GrizzlY Comessa, 2200/5000
1 Bulldozers Komatsu D155AX-Super y
1554-2
1 Cisterna Terez, de 13 m. de capacidad.
ñir tigación y desarrollo nos ayuda a responder me-
ili jor las expectativas de la industria de la cons-
ll trucción.
i . Ofrecer nuevos productos y servicios'- La inves-
. Favorecer elaprovechamiento de los no metáli-
cos exislentes o búsqueda constante de los mis-
mos.
. Atender el reto de la calidad'- Mejorando perma-
nentemente la calidad, será beneficioso para la
construcción.
' Mejorar la tecnología de su planta, en materia
de competitividad, medio ambiente, calidad del
producto, etc.
3. GEOLOGIA Y BESERVAS DE LA CANTERA
DE TEMBLADERA
El yacimiento de caliza se encuentra en sedimentos
cretáceos en forma de estratos paralelos y plegados'
que pertenecen a la formación Cajamarca' La cante-
ra misma se halla en un gran sinclinal formado por el
espesor completo de calizas. Su paralelismo repre-
senta una fuerte herramienta para su definición es-
tructural. Los pliegues pequeños en elcorazón del sin-
clinal aumentan su complejidad estructural(2)'
laní¡ién presenta fallas transversales y diques de
andesita que comptican su explotación' Estas calizas
sobreyacen a las lutitas de la formación Ouilquiñán;
estas lutitas son también materia prima para el ce-
mento como materiales arcillosos'
Para determinar las reservas y calidad delyacimien-
to, se tienen cinco (5) perforaciones diamantinas con
1.139 m. De acuerdo a la geometría y su topografía'
Minconsult S.R.L. cubicó en agosto de 1993 reservas
r07
.STITUTO MARIO SAMAMT BOGGIO
4.1 Meioramienta en tritunción
lvidentemenle, se podía aumentar la capacidad de
_ chancadora'
.-.o Separando menores de 3.1/2" de diámetro' por
- inlermedio de un Grizzly o precribador'
, lnslalando un marlillo hidráulico estacionario'
4.2 Meioramienlo en perloración y voladura
'- o Se han probado y evaluado a través de los años
diferentes mallas de perforación, desde 3 m' x 4
m. a 4 m. x 5 m., resultando el mejor de 3'5 m' x
4.5 m. con una mejor fragmentación y un factor
de carga aceptable. Se estima que la pedronería
que requiere perforación y voladura secundaria
se ha reducido a un 3 a 4"/"'
Se han probado y evaluado diferentes tipos de
explosivos y accesorios, desde anfos, anfos alu-- minizados, anfos pesados, iniciadores HDP' ini-
. ciadores NCN, retardos convencionales, no eléc-
tricos de profundidad' tapones de aire para pre-
corte, etc., hasta obtener el punto éptimo entre
rendimiento versus economía'
- 4.3 Meioramiento en carguío y acarreo
. La pala hidráulica de 6 m. ha reducido los ciclos
de carga, dando una alta productividad, tiene
como apoyo un cargador f rontal'
. Los camiones de 60 t, modernos y veloces, ha-
- cen un buen acople con el equipo de carguío eli-
minando vacíos.
4.4 freducción del impacto ambiental
El objetivo fue reducir los impactos ambientales al
-mínimo posible.
. Mitigar la emisión de polvo en la estación de chan-
cado.
- Primero proyectamos el uso del RAM, reduc-
ción por acción molecular, según antecedenles
r0B
de uso en fábrica, con resultados no muy salis'
laclorios, lo descartamos'
- Luego proyectamos un sislema completo de
despolvorización, separando finos de gruesos'
Debido a su alto costo de inversión y operación'
también quedó descartado'
- Finalmente, recurrimos a la solución más sim-
ple posible. Rociado con agua a presiÓn la caliza
después de cada voladura' Esto ha mitigado a
un 10% la emisión de polvo sin afectar con la
humedad a la caliza (Anexo 1)'
. Minimizar el impacto de las voladuras: con nive-
les de vibración < 50 mm/s controlados con un
sismÓgrafo lnstantel Blasmate lll' evitar voladü-
ras en horarios molestos, fijando una hora (15'00
horas), hacer menos disparos en lo posible' ya
que se pueden hacer clisparos más grandes sin
aumentar niveles de vibración'
. Relaciones públicas: apoyo permanente alpue-
blo para una buena convivencia con la comuni-
dad-
5. PROYECTO DE EXPANSION
5.1 Requerim¡ento de materias primas
Hemos hecho unas proyecciones optimistas hasta
el2O2O.A partir de 2001, la cantera Tembladera de-
berá producir 1'5 M de tpa y en el 2020 deberá eslar
en capacidad de producir 4'5 M de tpa' El consumo
de 1997 y el proyectado se observa en los cuadros
siguientes 1 Y 2.
Cuadro N" 1
MATEBIAS PRIMAS UTILIZADAS EN 1998
Materia Prima
Caliza
Arcilla
ArenaHierro
Yeso
Carbón
TM Utilizadas
950,000
73,000
105,00013,00049,000
93,000
Cuadro N'2REQUERIMIENTOS DE MATERIAS PRIMAS
PARA CNP EN LOS PROXIMOS 21 AÑOS
Materia Prima
Caliza
Arcilla
Arena
Hierro
Yeso
Carbón
Puzolana (')
TM Flequeridas
60'000,0009'000,000
3'500,000
900,000
2'600,000
5'600,000
4'000,000
(') En caso de encontrarse en un área cercano a fábrica"
5.2 Planeamiento computarizado de la cantera
Hemos tomado la decisión de reforzar y/o definir el
punto 3. Para ello se requiere lo siguiente: (2)y (5):
- Conocer mejor nuestro yacimiento, con un ma-
peo geológico detallado, delinicién de eslructu-
ras y una campaña de sondaje diamantino de B
taladros con 2.000 m.
- Preparar banco de datos digitales para la topo-
graf ía, estructura geológica (en eiecución) y los
análisis químicos de los sondajes'
- Calcular un modelo de bloques e inventario de
reservas de caliza en función a su calidad'
MINTRAITS INDUÍNIAII DEI. PERU
- Aplicarunsoftwareparadeterminarelplaneamien-to a corto plazo, mediano y largo plazo, ya sea el
QSO (Quarry Scheduling Optimisation) de Hol-
derbank u otro que estamos evaluando' Todos
estos trabaios tienen un presupuesto no mayor
de US$ 230.000.
5.3 tnstalación de una chancadora semimóvil
en e! Cerro Este (in Pit crushing)
Como la cantera estará tozada a incremenlar su
producción, debido a las razones expuestas anterior-
mente y, de acuerdo a las condiciones de trabaio acl
tuales, será necesario el traslado de la chancadora
cerca al frente de la cantera y lransporte de la caliza
chancada por: faja transportadora, reduciendo al míni-
mo la utilización de camiones, debido a las siguientes -
razones:
. Naturales.- La chancadora estaba ubicada para
la explotación de la cantera Cerro Oeste ya ago-
tada. Ahora se requiere acercar a la nueva can-
tera Cerro Este-
. Tecnológicas.- La ubicación de una chancadora
cerca de los f rentes de explotación. Es una ten-
dencia cada vez más creciente en la rhinería (6)'
. Seguridad.- Mejora parcialmente de alguna ma-
nera la seguridad, ya que siempre existe un ries-
go latente con los camiones.
cAPAcIDADDEPRoDUccloNDEcEMENTERASPERUANAS
COMPAÑIA UBICACION lNlcloCAPACIDAD
ACTUAL
(.)AMPLIACION
PARTICIPACION
EN VENTAS (%)
Cementos Lima ,Lima 1916 2.-9 4.5 43
Cementos Norte PacasmaYo La Libertad 1 957 1.3 2.3 22
Cemento Andino Junín 1 958 0.8 2.4 1B
Cemento Yura Arequipa r 958 0.6 ND 14
Cemento Sur Puno 1 963 o.2 ND 4
En millones de TM de cemenlo ,
Fuente: Banex Prisma. Diario Gestión' :
t09
(')
.''\TIÍUTO MARIO SAMAME BOcCIO
Costo. Ouizás el aspecto más interesanie' Hoy'
el coslo de acarreo y chancado es de US$ 0'61/
- t, avanzando la explotación' En el futuro éste lle-
- garía a US$ 1.204 con chancadora semimóvil y
ia.ia transportadora. Se reducirá de US$ 0'30/t a
US$ 0.404, consiguiéndose un ahorro conserya-
dor de US$ 10 M, para 21 años de vida de la can-
tera.
-i.4 Elección de un sistema de lransporle entre
Tembladera Y Planta
Nuestra ubicaciÓn es un caso atípico en la industria
cementera a nivel mundial' Creo que no existe una
cantera ubicada tan lejos de su fábrica'
,En situaciones actuales ocupamos casi un 60% del
tráfico de la carretera entre Tembladera y Pacasma-
yo. Con el incremento de caliza a transporlar' nos obli-'gará
alomar otras alternativas que ya se han encar-
gado a esPecialistas, entre ellos:
- Ferrocarril - Faja transporladora
- Carretera independiente - Transporte combinado
PRODUCCION DE CEMENTO EN AMERICA 1996/1995
(en toneladas métricas)
IrIrrrT
rT
Ir
r
T
I
I
I
II1
II
I
-l
'l
't
I
Canadá
EE.UU.
MéxicoGuatemalaHonduras
ElSalvadorNicaragua
Costa Rica
PanamáCuba
Rep. Dominicana
Haití
Jamaica
Trinidad & Tobago
Barbados
Martinica Y
GuadaluPeSurinam
VenezuelaColombiaEcuador
PerúBolivia
Chile
Argentina
ParaguayUruguayBrasil
Total
Consumo 1996
kg/hab.
242
360
231
132180
181
90
25024s
91
25089
223225340
630200
170
179
205158
134
264146
132194
183
+4,7+3,2
+13,5-5,4
+32,O
+6,5+8,0-4,1
+5,2-4,9
+27,5_
+6,0
+10,4
+42,0
*t,O_
+0,4-11,3
+0,4+1,5
+4,8
+'l 1,0
-1,0
-2,4
+'14,2
+22,6
+502.000
+2.498.000
+3.300.000-62.000
+231.000
+58.200
+26.000-35.000
+32.000-71.300
+475.000
+31.500
+58.000
+31.500
+5.000
+25.000-1.060.700
+11.000+56.400
+42,5OO
+359.600-329.800
-15.000
+85.000
+6.372.300
10.603.000
78.320.000
24.200.000
1.152.000
72'1.000
890.000
324.000
865.000
615.000
1.524.400
1.600.000
523.500
559.000
75.000
490.000
60.000
7.67?.AA0
9.406.600
2.666.000
3.792.000
891.800
3.2.74.400
5.447.100
635.000600.000
28.224.7A0
11 .105.000
80.818.000
27.500.000
1.090.000
952.000
s48.200
350.000
830.000
647.000
1 .453.100
1.075.000
555.000
617.000
106.500
495.00060.000
7.700.000
8.345.900
2.677.O00
3.848.400
934.300
3.634.000
5.117.300
620.000
685.000
34.597.000
184-771-500
:10
MINERAI.fJ'NDUSN j#.T[S DEL P ERU
'+UU{PFOPOtrtlot.¡l}¡G
SILOS
CLINKER & GYPSUMSILOSv
RAW MATERIALSSTORAGE
PREHEATHER/PHECALCINER
CLINKERCOOLEFv
KLN DRIVEBOTARY K¡LN
FINISH GRINDING MILL CEMENT STOBAGE
ilt
1.?
1
o.2
{ o.s
u,
É.
0.6a
C)j
0.4
:TITI.ITO MARIO SAMAMT EOCCIO
PRODUCCION DE CALIZA(coN DATOS HASTA 1s97)
'1965 1970 1975 1980 1985 19m 1995 2000
EVOLUCION DE LAS VENTAS DE CEMENTOVENTAS DEL PAIS VS. VENTAS C.N.P.S.A.
4500000
4000000
3500000
3000000
g 25oooooo5u¡
6 zooooooI
1s00000
1 000000
500000
I
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69 70 71 72 73 74 7s -16 Tl 78 79 80 8t 82 83 84 85 86 87 88 89 90 9l 92 E3 94 95 96 97
--.- VENTAS EN EL PAIS --¿- vENfAS C.N.P.S.A
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M'NEM¿Ts INDUSÍR IAIES DEL PERU
La calizapara Cementos Lima S.A'lng. Darío Zegarra Macchiavelo '
ESUMEN
La industria delcemento es una industria que depende de las
materias primas. Todas las materias primas se forman de
manera natural y varían considerablemente desde el punto de vista quí-
mico, mineralógico y f ísico. Dependiendo de las propiedades de las dis-
tintas materias primas empleadas y de la composición de la mezcla bru-
ta, el grado de éxito y rentabilidad varía de una planta a otra"
El presente documento trata de las características generales de las
materias primas para la fabricación del cemento así como la importancia
queseledaalahomogeneizacióndelcrudodealimentaciónalhomoenCementos Lima S.A- para garantizar un cemento Portland tipo 1'
INTRODUCCION
La industria del cemento depende en principio de diversas materias
primas.Laseleccióndelaubicacióndelaplantasebasa'entreotrascosas, en la ubicación de cantidades abundanles de materia prima cu-
yaspropiedadesquímicas,mineralógicasyfísicaspermitandeunama-nera económica satisfacer los requerimientos para la fabricación del ce-
mento dado que la selección de los procesos desde las canleras hasta la
molienda del clínker se basa en éstas propiedades'
Virtualmente, el cien por cienlo de las materias primas empleadas por
las plantas de cemenro en todo elmundo se forman naturalmente. Por lo
general,nohaydosdepósitosqueseanidénticosqufmica,mineralÓgicayrisicamente.Aunenelcasoqueseañadieraunmaterialcorreclivoocompensador, la variación se sucede momento a momento; es de espe-
rarinclusoUnagranvariaciÓndentrodeunmismodepósitodemateriaprima.
gt
ti3
r De Cementos Lima S.A.
INSTITUTO MARIO SAMAME EOGCIO
El diseño de la mezcla y la alimentación del homo
.,ara cada planta de cemento son consideradas las
elaves para el éxito y la rentabilidad de la operación'
.,ada planta de cemento debe conocer lo mejor eco-
.ómicamenle posible las propiedades físicas y quími-
rs de sus depósitos. Por tanto, es preferible y reco-
rendable explorar, investigar y estudiar los depÓsitos
.le maleria prima cuidadosamenle y seleccionar aque-
flos que van a brindar una operación económica de la
planta de cemenlo.
En el caso de Cementos Lima, se cuenta con un
{epósito que en su estado natural cuenta con la com-
i'rosición quÍmica necesaria para obtener clínker de
cemento -salvo pequeñas adiciones de sílice que no
dxceden el2 "/"- lo que permite lener costos bastan-
.;s competitivos en el rubro de materia prima; sin
nbargo la heterogeneidad del depósito en lo que se
-:fiere a la distribución espacial de los contenidos
.ruímicos exige un conlrol de calidad (ore control) bas-
rante cuidadoso en todas las etapas de la explolación
-"¡e la canlera.
Apoyados de herramientas estadísticas y computa-
-ionales se logra conocer la distribución espacial
lgeométrica y estadística) de la caliza en los distintos
sectores de la cantera, en busca de maximizar el uso
-e la variedad de calizas (composición química) que
eslán presentes, aslcomo garantizar la viabilidad de la
mezcla en multiPeríodos'
1" Materias Primas
1.1 Utilización en la fabricación de cemento
Los componentes principales disponibles para la fa-
bricación de cemento son, las margas calizas (apor-
tadoras de CaO, SiOz, Al2O3 y Fe2O3)' No solamente
es decisiva la composición global de la mezcla, sino
también la homogeneidad de las materias primas y
de las mezclas de las mismas -elcrudo-, dado que las
reacciones durante el proceso de cocción transcurren
entre las fases individuales presentes en dicho mate-
rial crudo. A mayor homogeneidad de distribución de
las fases minerales en el mismo, corresponden ma-
yores velocidades de las reacciones entre sólidos por
difusión, que en el caso del crudo más deficiente (con
menor homogeneidad)'
La materia prima para cemento posee un conlenido
cle CaCO. comprendido entre 74 y 79 7" en masa'
aproximadamenle. Las calizas contienen además do-
lomita [CaMg(CO.)rl, con lo cual aportan éxido mag-
nésico (MSO) alcrudo. La misma marga caliza aporta
SiOz, AlzO3 y FerO.. estos componenles introducen
en el crudo, en algunos casos, concentraciones per-
CAO
AL203
FE203
sr02
s03
MGO
K20
NA2O
N
Statistic
2678
2678
2678
2678
2677
2678
2678
2658
Range
Statislic
46.16
18.84
19.89
54.32
6.75
Minimum
Statislic
7.58
0.47
0.42
0.36
-0.05
19.31
20.31
54.68
5.9s
7.05
3.07
2.21
5.21
2.69
15.06
0.90
2.18
0.79
o.2'l
3"40
2.59
8.78
0.51
0.56
0.37
0.16
6.70
77.07
0.26
0,13
0.03
Maximum Mean Std' Deviation
Statistic Statislic Stalislic
53.74 41.08 7.46
Variance Skewness Kurtosis
Statistic Statistic Statistic
55.65 -1.50 2.32
-0.8
0.8
1.74 2.97
3.49 14.65
1.70 2.91
8.46
1.67 7.81
1.00 2.81
4.24 33.13
6.25
3.12
2.42I
I
DESCBIPTIVE STATISTICS
Tabla 1: variación de los distintos elemenlos componentes de las calizas atocongo'
114
Mf NERAIJS INDUSTR'AI.Es DEL PERU
iudiciales de compuestos, pafticularmente de álcalis
(KrO, NarO), expresados en generalcomo NarO equi-
vaiente (NarO + 0,658 KrO); o de sulfatos (como' por
ejemplo, yeso CaSOo' 2H 2C),expresados usualmen-
te como SO.; Estos compuestos ocasionan dificulta-
des durante la cocción, a causa de la intensificación
de ciertos procesos cíclicos y de la formación de ani-
llos en el horno-
Cuando no es posible alcanzar la composición quí-
mica deseada para elcrudo, es necesario añadir pe-
queñas cantidades de otras materias primas de co-
rrección. Estas deben contener concentraciones rela-
tivamente altas de los óxidos partícularmente preci-
sos para lograr aquella composicién, y que son los
que faltan en el crudo; pero no deben introducir pro-
porciones porcentuales apreciables de óxidos perju-
diciales (como, por ejemplo, MgO y KrO)' Sirven así
para aiustar la composición química del crudo y para
mejorar su aptitud para la sinterización'
A este respecto se suelen añadir, especialmente los
siguientes materiales: sílice granular con un prome-
dio de 95% de SiO, arena cuarzosa con un contenido
mínimo de SiO, de 80 % aproximadamente, para ele-
var la proporción de SiO, en el crudo; cenizas proce-
dentes de la tostación de piritas o mineral de hierro
con un contenido aproximado de FerO. de 25 "/', para
aumentar la proporción de FerO, del crudo' También
se añaden otros materiales correctores, según las
necesidades y disponibilidades locales'
Si se utilizan combustibles sólidos en el proceso de
cocción es preciso tener en cuenta las cenizas que se
incorporan al crudo, al calcular la composición y dosi-
ficación de éste.
1.2 Parámetros químicos
Módulo de sílice
sio,M.S.
AlrO, + FerO,
El módulo de sílice (M.S.) es de gran importancia ya
que afecta el comportamiento de la mezcla bruta en el
homo y la calidad delclínker. Un incremento de SiO, a
costa del Al2O3 y FerO. produce una mezcla de difícil
quemado, eleva elconsumo de combustible y requiere
temperatura más elevada para el quemado a medida
que la sinterización se hace más difícil. Asimismo, la
mezcla bruta con un módulo de sílice alto desgasta y
deteriora los revestimientos en el homo, tiende a produ-
cir poco fraguado y endurecimiento con un incremento
más lento de la resistencia (mejor progreso con la edad)
y -a menos que el.contenido de sílice sea molido fina'
menle (que incrementa elcosto de producción)- podría
haber una tendencia a volumen variable (alto contenido
de callibre). Estos factores afectan la comercialización
delcemento Producido.
.- Las mezclas brutas con M-S. baio sinterizan más fácil,
tienden a formar anillos de clínker y producir un Ge-
mento de endurecimiento rápido, lo cual desarrolla su
resistencia en una edad temprana con poco progleso
con el incremento de la edad- Las mezclas brutas con
un M.S. muy bajo pueden formar un anillo de clínker,
el cual puede obstaculizar el homo y conducir a una
seria reducción de la producción de clfnker'
Prácticamenle, no hay una cifra ideal para el M'S',
sin embargo, por lo general, puede variar entre el 2'3
y 2.7. Hay muchas plantas de cemento que queman
sus materias primas en forma econémica con un M'S'
menor o mayor a estos límites; esto depende princi-
palmente de la composición mineralógica de la mez-
cla bruta y los otros parámetros químicos'
Módulo de aluminioo
Al2Q3
M.F.
Fero,
Un módulo de aluminio (M.F.) bajo facilita la forma-
ción de los compuestos delcemento a una menor tem-
peralura. Un M.F. más elevado produce un quemado
más difícil y un mayor consumo de combustible' El
hierro, por lo general, presenta una influencia favora-
ble sobre la formación de los compuestos delcemen'
lo, es decir, un mayor contenido de hierro conduce a
un quemado más fácil y a una reducción del costo'
Una mezcla cruda con allo contenido de aluminio tien-
de a producir cemento de fraguado rápido y fuerte a
il5
/^
'STITUTO MARIO SAMAME BOCGIO
dades tempranas. La susiitución de FerO. porAlrOrol,n incremenlo en el contenido de FerO., reduce la pro-
oorción de C.A 1 e incrementa la de C4AF2.
La mezcla cruda con un bajo mÓdulo de aluminio
:duce la lemperatura de formación de clínker y el
-onsumo de combustible incrementa la fase líquida y
ra producción del horno, y ayuda a producir un alto
contenido de CrS sin demasiada cal libre'
Factor de saturación de cal
CaO
F.S.C.= :
2.8 SiOa + 1.18 412O3+ 0'65 FerO.
El CaO deberá estar proporcionado ctlidadosamen-
? con referencia a los otros constituyentes de la mez-
^la bruta. La alimentación del horno corl alto conteni-
clo de cal es difícil de quemar, tiende a producir ce-
mento de volumen variable e inaceptable, y presenta
ln fraguado lento con alta resistencia en las edades
:mpranas. Las mezclas crudas con bajo contenido
le cal producirán cemento de menor resistencia con
bajo contenido de C.S 3 (silicato tricálcico) y ya sea de
.16
{, .. t !cT.+.tr.ü,*,*, s. },1,(
sr02
AlrO" FerO)
fraguado lento (sila mezcla es sobrecalcinada) o fra-
guado rápido (si la mezcla es subcalcinada)'
Las mezclas brutas con F.S.C bajos corresponden a
un alto C.S, mientras que todo el SiO, presente en un
F.S.C. alto corresponde a C.S. Las mezclas brutas
con un L.S.F. bajo también producen cemento de mala
calidad que contiene sílice y aluminio en exceso' Una
mezcla bruta con un F.S.C' alto requiere una tempe-
ratura elevada para el quemado y el clínker resultante
tendrá un alto contenido de cal libre' Una reducción
en el CaO y un incremento en el SiO, reducen la re-
sistencia delcemenio.
2. HOMOGENEIDAD
El grado de homogeneidad de la materia prima en la
alimentación del horno es uno de los factores básicos
para una exitosa sinterización de la mezcla bruta del
cemento. Es difícil controlar el funcionamiento del
horno cuando se procesa mezcla bruta preparada de
materiales complejos no homogéneos'
Un sistema de premezclaclo cuenta con equipos cos-
tosos que incrementan el costo de la planta y el costo
0oroio{ordq{úqe,\q
1.' r. t. tt ao rr¡ lro rta rlt rt0
MINERAI"É' INDU'IR¿AI.Es DEL PERI,I
de producción por tonelada. Elcircuito de retroalimen-
tación desde el analizador hasta la alimentación de
los hornos debe ser sensible y debe responder rápi-
damente. de manera que se puedan corregir al ins-
lante las grandes fluctuaciones en las materias pri-
mas para producir un producto relativamente homo-
géneo.
Para reducir el consumo de energía y producir un
cemento de calidad homogénea, se recomienda me-
jorar la desviación química de las materias primas
antes de la molienda, ajustar la composición de la
mezcla cruda durante la molienda y mezclar y combi-
nar íntimamente la alimentación del horno antes del
quemado. La operaciÓn de mezclado refina lai des-
viaciones y proporciona una alimentación del homo
con composición y propiedades uniformes"
Una fluctuación en la alimentación del horno medida
como porcentaje de CaCO. no debe ser mayor que
0.2% desde el punto de retención' Un incremento de
4"/, deCaCO. incrementará el C.S en un 13% y redu-
cirá el CrSo án un 11.5% aproximadamente' La no
homogeneidad de la alimentación delhorno causaría
disturbios en el proceso de quemado así como en la
calidad delclínker. Elfactor de mezclado varía de una
planta a otra y esto depende de las fluctuaciones en
el producto del molino.
La homogeneización de la alimentación del horno es
una operación importante en lafabricación delcemento
ya que a{ecta la calidad del clínker y del cemento así
como las características econémicas de las principa-
les unidades de Producción.
El esfuerzo de homogeneización de la mezcla de
cruclo parte desde la cantera y aun antes de la misma
exploración donde mediante bases de datos histÓricas
logramos conocer hasta donde la información lo
permite los rangos de desviación de la caliza en sus
distintos comPonentes (tabla 1)
En las figuras 2 y 3 podemos observar la distribución
estadfstica de algunos de los elemenlos ( CaO, SiOr'
Al2O3, y FerO.) en su forma natural, como se presentan
en eldepósito minero; luego de un cuidadoso muestreo
e identificación de frentes de trabajo; así como de la
dosificación necesaria de toneladas por hora de cada
f rente de operaciones se logra distribuciones bastante
mas homogéneas como las que se muestran en las
n7
I' TITUTO MARIO SAMAMT BOCGIO
f,- rras 5 donde se logra incremenlos de homogeneidad
r rsiderables de 8.7 de desviaciÓn estándar a
s- 'isfaclorios 1 .14 en el caso del óxido de calcio.
Luego de esta primera etapa de homogeneización,
lq ¡"n€Zclá es sujeta a dos fases mas con las que se
L ;ca no solo garantizar una correcta mezcla desde
e runto de vista químico, sino además en la distribu-
c'<n deltamaño de partícula con lo que finalmente se
loqra una disminución en el uso de materiales correc-
livos, incremento en la certeza de las mezclas, mejor
aorovechamiento del poder calÓrico de los combusti-
I s, un mayor rendimiento en las distintas etapas de
r rminución, mayorvida del revestimiento refractario
C^l homo y en general menores costos unitarios por
uñ mejor aprovechamienlo de los recursos.
.EFERENCIAS
' CrA abreviaciÓn de la fase alumínica o aluminato
t'icálcico aportador de propiedades técnicas en el ce-
mento tales como hidratación rápida. Calor de hidra-
t.ción elevado, lo cual proporciona resislencias tem-
L-Jnas. Fleacción con los sulfatos con aumento de
' 'ui-nen.
2 C.AF abreviación con la que se representa la fase
ferrítica o ferrito-aluminato tetracálcico. Apenas contri-
buye al desarrollo de las resistencias.
3 C.S es la abreviaciÓn del silicato tricálcico o alita'
respónsable en elcemenlo de una hidrataciÓn rápida'
Resislencias iniciales altas y finales buenas' Principal
aportador de resistencias mecánicas al cemento Por-
tland.
'CrS es la abreviaciÓn delsilicato bicálcico o belita
alguñas de las propiedades técnicas que aporta al
cemento son el de una hidratación lenta y resisten-
cias finales buenas.
1. Planeamiento del Corto Plazo - Herramientas
CAD, .Sottware Minero y Técnicas Matemáticas'
Zegarra D. INFOMINA 1998.
2. Modelación y Controlen la lndustria Minera'
Zegarra D., Frías O. Congreso nacionalde Mi-
nería, 1998.
3: Prontuario delCemento' Labahn O., Kohlhaas =
8.. 1985.
4. Clínker y Cemento Portland' Seminario de Ce-
mento Holdebank, Lima 1979.
M'NERAIIJ INDI,ISTR'{I,¡J DEL P ERU
\_-
l
Planta de cal China Lindalng. Enrique Winkelfíeld V,argas *
I Proyecto Calera China Linda se sustenla en una creciente
demanda de cal, debido principalmente alauge de la minería
en el Departamento de Cajamarca, teniéndose como condi'
ciones generales:
+ La presencia de caliza de buena calidad en el área escogida' per-
I mite la instalacién de una planta de cal, principalmenle para uso
minero.
+ La necesidad de los productos mineros de la zona del proyecto de
contar con un abastecimiento de cal de buena calidad y seguro
antecondicionesclimáticasextremasenlafranjacostera.
_Elcompromisodeunadecuadomanejoambientalllevaalproyec-toabuscartecnologiasdealtaeficienciaymínimoniveldeconta-minación.
I
A la escala de producción proyectada de 45'000 TM por año' tenemos
operativamente:
. El costo de inversión en la tecnología del horno se verá compen-
sado con el ahorro en combustible y un menor costo operativo'
. Los subproductos de la operación de preparación mecánica po-
drán ser comercializados' meiorando de esta manera los ingresos
proYeclados
El proyecto of recerá en la zona aledaña a Caiamarca la disponibi-
lidad de cal para nuevas operaciones mineras o para proyectos de
mitigación de impactos al medio ambiente'
Desde elpunto de vista económico tenemos:
t,
\'r
j
1
' De Buenaventura lngenierosS.A. lngeniero de Minas (PUC). Ha
sido Gerente de Minería en
Baribent S.A., SuPervisor Generalen Minera Yanacocha Y desde
1995 se desemPeña comoEncargado de Construcción de la
Planla de Cal China Linda,además de ser Gerenle de
Operaciones de Mina Caudalosa.
129
STITUTO MAR,IO SAMAME BOCCIO
J
!
Resultados económicos positivos, generándo-
se utilidades duranle todos los años de produc-
ción evaluados, incluyendo gastos de financia-
miento.
Una tasa de rentabilidad superior a los niveles
de oportunidad que ofrece el sistema financie-
ro nacional.
ElperÍodo de retorno de la inversión se estima
en 5 años.
Los costos de operación en eltiempo variarán
entre el 90% y el 60% del precio de venta, dis' "
minuyendo por efeclos de amortización de la
depreciaciÓn e intangibles.
DEMANDA ACTUAL
+ El actualimpulso económico que experimenta el
pafs, en el sector minero y especialmente en el
Departamento de Cajamarca, se ve en la ejecu-
ción de proyectos de explotación minera de de-
pósitos de oro, lo cual plantea la necesidad del
abastecimienlo de calviva de buena calidad y a
bajos precios, la que se utiliza para regular la al-
calinidad de las soluciones cianurantes o como
depresor en los procesos de flotación'
- La cal requerida para estos fines debe satisfa-
cer cuando. menos un conten¡do de óxido de
calcio disponible de 75"/"y estar exenta de ele-
mentos nocivos tales como cobre, mercurio'
J
E stabilizacionSuolos
4y"
Tralanrienlo deD esechos
1 B"/"
Befinacion de Azucar
LA CAL Y SUS USOS
Olros Usos't 8%
Vidrio.AlcalisYC onstruccion
5%
Siderurgia Y
Hofractarios31%
Procesamienlo deMinerales
6"4
de
PapelYCelulosaTralamiento deAguas Acidas
$ El análisis de sensibilidad efectuado sobre los
principales parámetros, volumen, precios y cos-
tos, señalan que el proyecto es económicamen-
te estable y capaz de soportar ccndiciones de
trabajo más exigentes, lo cual es poco proba-
ble por el incremento en la demanda de cal en
la zona de Cajamarca.
La caly elhidrato de calconstituyen dos de los com-
bonentes esenciales en el desarrollo industrial y tiene
iln uso generalizado en las más diversas aplicacio-
-,res, entre las cuales destacan:
arsénico, antimonio y carbón libre'
+ Actualmente en el Departamenlo de Cajamarca
se vienen explotando los depósitos auríferos de
Yanacocha y Sipán, los que demandan una can-
tidad importante de cal, que podría llegar a ser
de unas 42,000 TM anuales de calviva'
MEHCADO FUTURO DE LA CAL
Se ubica alrededor:
5 78"27 ' Longitud oeste
S 6"55' Latitud sur
.30
M'NERAIJS ¡NDUSTR TAIES DEL P ERU
Elacceso a la zona del proyecto, desde la ciudad de
Cajamarca se puede realizar siguiendo las siguientes
rutas:
. Cajamarca - La Pajuela - Yanacocha - Cushuro-
bamba. Cajamarca - La Pajuela - La Shoclla - Cushuro-
bamba. Cajamarca - Otuzco - Combayo - Cushurobamba
La distancia a recorrer por cualesquiera de las rutas
es similar, aproximadamente 60 Km., pero por las con-
diciones del mantenimiento de los caminos, la mejor
ruta es la que pasa por las instalaciones de Minera
Yanacocha S.A.
La ubicación, los accesos y las referencias geográfi-
cas de esta zona se muestran en la lámina siguiente'
El proyecto está emplazado entre los 3,900 y los
4,200 m.s.n.m., en la Región Sunio Jalca, ocupando
los espacios más elevados de la Cordillera de los An-
des en el norte del País.
GEOLOGIA
El yacimiento de calizas de China Linda, geológica-
mente, se encuentra emplazado en las calizas del
Grupo Puillucana delcretáceo medio, en lq parte cen-
tralde la Cuenca Cajamarca, al NE del Dist¡ilo hái¡re¡ro
de Yanacoctla en las coordenadas UTM aproxittradas
N 9'234,000 Y E7B2,4OO
El yacimiento se encuentra estratígráficamenle en
las calizas que conforman los 2 pisos, superior e infe-
rior, delGrupo Puillucana antes mencionado" El piso
inferior (Fs-Mi-Pi) o catizas picota (KS3) y el piso su--
perior (Fs-Mi-Ps) o caliza chína linda (Kso), tienen un
afloramiento de 2,500 m. con el mismo rumbo fl-OP y
un buzamiento de 50" sur. Estos pisos tienen 50 m' y
190 m. respectivamente como potencia promedio'
Se lra reconocido en la zona la existencia de diques
volcánicos del tipo andesítico porfirítico de color gris,
con rumbo N-S y buzamiento vertical, con potencias
entre 5 y 10 m., los cuales geométricamente han con-
\ .-L" v.*.Contumlt¡ila¿a P '.,-\
-I J \-r
Éa]-F;¡¡:.-
t3l
'..rsilTUTO MARIO SAMAMT BOGCIO
ibuido a dividir los bloques de calizas, permitiendo
-ierta facilidad en el controlde calidad.
Por ser las calizas del Grupo Puillucana de alto con-
.enido de carbonatos y estables bajo condiciones
.retamórlicas, éstas han sufrido pocos cambios, ra-
ón por la cual los drques volcánicos que las intruyen'
.casionalmente han recocido y endurecido a las cali-
zas que colindan con las paredes de los dikes, pu-
oiéndose notar cierta silicificación y dolomitización'
ESTIMACION DE HESERVAS
Las calizas que tienen mayor interés económico, tan-
to por su calidad como por la accesibilidad, son aque-
llas que se ubican entre las coordenadas UTM E
780,800 y E 781,500, y sobre los 3,990 m's'n'm'
Como la homogeneidad de los materiales tiene suma
importancia en un proyecto para la obtención de cal,
es por razones de control de calidad que se busca el
ordenamiento de las reservas en forma que concuer-
den con el orden de minado'
Esta calificaciÓn nos otorga una reserva de 2'697,600
TM de calizas útiles y 497,000 TM de materiales de
desecho, según:
NrvEL(MSNM) CALIZAS UTILESTII MATEhNL DE DESECHOTM TOTAL MATERIALESTM
4035
4029
4023
4017
4011
4005
3999
TOTAL
DISTRIBUCION
65,000
162,200
238.000
331,000
464,000
583,000
854,400
2'697,60084.AA%
17,000
40,000
55,000
70,000
93,000
104,000
118,000
497,00016.00%
82,000
202,200
293,000
401,000
557,000
687,000
972,400
3,194,600100.00%
LA CALIDAD DE LAS CALIZAS
El número de muestras y los análisis realizados so-
¿re las calizas consideradas como reservas, nos han
.¡ermitido determinar que ellas tienen la siguiente ca-''dad promedio:
EL MINADO
+ La explotación de la cantera se hará por me-
dio de un tajo abierto.
+ Se utilizará perforación neumática y la vola-
dura se hará con anfo.
+ El carguío y acarreo se hará con cargadores
f rontales y volquetes.
=+ El talud final del tajo será de 45", similar al
talud natural de las calizas.
:+ En la operación de acarreo los caminos se
regarán para mitigar el Polvo-
=r Los desmontes serán convenientemente dis-
puestos en canchas cuyos taludes no serán mayores
a22".+ , La capa de tierra orgánica se almacenará para
ser utilizada al cierre.
:+ La ausencia de sulfuros y la naturaleza cal'
cárea de los desmontes no generará aguas ácidas'
Carbonato de calcio
Carbonalo de magnesio
Sílice como
A,luminio como
Fierro como
Sodio como
Potasio como
Azufre
Manganeso como
Titanio como
Fósforo como
Cromo como
Pérdidas por calcinaciÓn
Dióxido de carbono residual
'32
CaCO.
MgCO.
S¡O,
Al2o3
Fero,Na.O
KrO
J
MnO
IO,Prou
cLo.PxCCor@
94.30%
1.58%
2.93%o.5a%
'0.36%
<0.05%
<O.07"/"
<O.O2"/"
<0.05%
<O.A4"/"
<O.02"/"
<0.01"/"
41.20%1 00%
M¡NERAIf5 INDUSTRIAI,fS DEI PERU
LA PLANTA
:) PreParación mecánica
) Chancado Primario
4 Chancado secundario
- Planta de calcinación
4 Sistema cje alimentación al horno
á Sistema de izaje de la caliza
* Horno
+ Sistema de extracción
- Sistema de combustión
=) Sistema de aire de combustión
) Sistema de aire de enfriamiento
=) Planta de molienda Y desPacho
=) Almacenamiento de cal gruesa y molienda
- Moliendaj Envasado
+ DesPacho
+ Planta de fuerza
LOS PRODUCTOS
- CALIZA CHANCADA de 50 a 100 mm - Alimento al Hor-
no os de cons-+ CALIZA CHANCADA de 20 a 50 mm - Aridr
trucción I
$ CALIZA CHANCADA de 10 a 20 mm - Aridos de Cons-
trucción
:+ CALIZA CHANCADA de 0 a 10 mm - Material para me-
ioramiento de Caminos
+ CAL GHUESA de 50 a 100 mm' Envasada y a Granel
= CAL MOLIDA FINA de 0 a 10 mm - Envasada y a Gra-
nel
EL HORNO
Horno verticalde doble cuba regenerativo
:+ Producción Diaria 120 tPd
+ Tamaño de Alimentación 50 - 100 mm
:+ CO, Residual menos que 27"
+ Cal DisPonible Predecible l
89% AProxímadamente
= TemPeratura de trabajo
entre 900"C Y 1,050"C
= Reactividad de la Cal
lncremento de 25"C en 30"
r Consumo de combustiblemenos que 880 Kcal/Kg de Cal
= llpo de Combustible Petróleo Residual6
:+ Consumo de Energía 30 Kwh/t de Cal
=) EmisiÓn de Gases
igualo menor que 50 mg/Nm3
AVANCE DE INGENIERIA
PL,ANOS
'Agosto de 1999
SECCION ESTIMADOS REALIZ.ADOS
Layout general 18
Accesos 11
Edificaciones 24
Drenaje 6
Sistema de abasteci-
miento de agua 6
Planta de chancado 62
Horno 250
Planta de molienda
y almacenamiento 17
Planta de ensacado .19
Estructuras civiles
en concreto 38
18
114l¿+
18
12
BO
340
3321
6t
Suminislro de energía
eléctricaI nstalaciones eléctricas
Controles, automati-
zación y comunicaciones
25 18
30 76
30 49
Total número de Planos 536 767
rt33
]I .ITUTO MARIO SAMAME BOGCIO
Horas Hombre Acumuladas
DescriPción
. lngeniería Y SuPervisión BISA
- lngeniería Cía. Buenaventura
., Obras en Curso
-, Contratistas Terceros
=r Alquiler EquiPo Pesado
Total Horas ProYecto
Total Julio1999
2,828404
35,387988
2,628
42,235
TotalAcumulado
24,3924,5?O
266,49312,024
8,824
316,253
134
MINERAIEJ INDUSIR'ATTs DEt PERU$rY#'
I
$,s'i:
üisirir|:
r,.,,
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tr
CAPITULO V
IxnUSTRHL TT,l\CrÓX DE A{INERALES
I{O METALICOS
Ú Materiales refractarios para la industria
ú Metalurgia de carburo de calcio
ú Obtención de arena limpia para la fabricación de vidrio
o uso industrial de minerales no metálicos y su micronizaciónl
tl Beneficio de sulfato de sodio
ú Beneficio integral de los minerales de una pegmatita
t69
INSTITUTO M,\'R¡I,) SAMAMT BOGCIO
tv.ilateriales refractarios para Ia industriaM. Sc, lng. César E. Calle Casusol '
O ESUMEN
J1/ Los materiares refractarios son productos fabricados con agre-
gadosdemineralesnometálicos,refractariostambién,cuyo fin es almacenar el calor de combustión o de reacción y proteger a
lacarcasadefierrodeloshomosmetalúrgicoseindustrialesdelataquede los metales, de tas escorias fundidas y de los gases de reacciÓn' así
como también, de los gases y cenizas producto de la combustiÓn' ade-
más, de evitar la pérdida de calor a lravés de las paredes de dichos
homos o de cualquier otro equipo industrial'
Enelpasadolosrefractariosfueronconsideradoscomomaterialescru.dos y tradicionales, hoy en día éstos son considerados como productos
altamentecomplejosyextremacJamentesofisticados,cuyomicroestruc-tUraesmuydinámicadebidoaqUesevamodificandoconstantementeaaltas temperaturas durante todo su liempo de vida en operación' Por tal
molivo,demandandelosprofesionalessobrelamateriaelevadoscono-cimientossobrecienciadelosmateriales,métodosdeprocesamienlo,caracterización de propiedades y evaluación de su rendimiento'
* De Refractarios Peruanos S'A'lngeniero quimico (Universidad
- Nacional de Truiillo, 1972). Masterde Clencias en Metalurgia, con
- estudios en Control de Calidad en
el Stevens lnstitute of Technologyde New Jersey. Desde 1990 se
:flcorgd de la SuPerintendencia de
Control de Calidad y Desarrollo'
-í70
!NTRODUCCION
Los materiales refractarios son muy conocidos en el mundo como "el
soldado desconocido de la industria" clebido a que nadie les presta ma-
yoratencióneneldesarrollodelosnuevosprocesosindustrialesnienlaoperación de los procesos de alta temperatura; sin embargo' su impor-
tanciavamásalládeloinimaginable,puessinelloslamodernidadnoexistiría; no habrían aviones, barcos, automóviles' edificios antisísmi-
cos, antenas y satélites para las telecomunicaciones' viajes interespa-
ciales, etc. y, ni siquiera, habrían utensilios de cocina para preparar los
alimentos ni material quirúrgico para salvar vidas humanas'
M¡NERAIIJ ¡NDU'IR W.Es DEL P ERU
Todo ello es posible porque los hornos que se em-
plean para fundir los metales que se usan para los
fines previamenle mencionados tienen' indispensable-
mente, que ser revestidos con los materiales refracta-
rios que correspondan, para llevar a cabo su protec-
ción debida y hacer que los procesos sean viables y
económicos'
HISTORIA
La historia de la manufactura de alta temperatura y
de la tecnología de los refractarios comienza el día en
que elhombre primitivo descubrió elfuego'
Los primeros refractarios usados fueron crisoles de '
roca donde los metales fueron fundidos y luego forja-
dos para obtener las herramientas que cinco milaños
más tarde todavía conocemos' Hoy en día' los refrac-
tarios son fabricados de diferentes materias primas y
en cientos de formas para almacenar el calor y resistir
las altas temperaturas en la manufactura de metales'
vidrios, cemento, cerámica y aún de productos quími-
cos.
Fue la industria del acero la que más inf luenció en el
desarrollo de los materiales refractarios' pues tuvo que
responder rápidamente con el desarrollo de la nueva
tecnologíadeloshomosdehogarabiertoquedejóatrás la tecnología del convertidor Bessmer' con so-
plado de aire, tanto en capacidad como en incremen-
to de temperaturas a niveles sin precedentes'
La capacidad de los ladrillos tradicionales de arcilla
para mantener su estabilidad física y su identidad quí-
mica a tan altas temperaturas de fusión del acero eran
suficientes para calificar las bondades de los materia-
les ref ractarios en ese entonces' pero las nuevas con-
diciones de operación de los hornos de hogar abierto
y la agresividad de las escorias obligaron a la búsque-
da de otros maleriales más resistentes'
Los ladrillos de silice reunieron esas condiciones' te-
niendo, junto con su elevado punto de fusión' más
durabilidad y mejores propiedades' Sin embargo' es-
tos ladrillos tampoco podían resistir el ataque de las
escorias básicas, de allí que aparecieron los ladrillos
de dolomita, magnesita y cromita sólo o combinados;
siendo los dos últimos los que meiores resultados han
dado en los hornos de hogar abierto de acero y' lam-
bién, en los hornos de fusión de cobre'
En la década de 1950, con la aparición del proceso
de conversión de acero vía oxigenación para la pro-
ducción de acero refinado, se dio un gran avance tec-
nológico en el mundo, construyéndose enormes hor-
nos de 50 hasta 300 t, con temperaturas de operación
que superaban los 1650"C' Para ello' los fabricantes
ie refractarios también tuvieron que ponerse a la van-
guardia, manufacturando productos que resistieran
dichas exigencias-
Décadas más tarde, el método de colada continua
delacero demandó también de refractarios de diseño
especial basados en materiales,'tales como: grafito'
aurbón, carburo de silicio, sialón' circón' circona' do-
lomila, sílice electrofundida y espinela de alúmina-
magnesita.
En casi una centuria, los productos refractarios han
mejorado tremendamente en calidad y servicio debi-
do, rambién, a la exigencia de los avances en los pro-
cesosindustriales,enespecial,delospirclrtletalúrgi.cos e, irónicamente, su consumo ha ido dec¡'eciendo
más y más dada su alta competitividad'
Muy a menudo, los refractarios son considerados
como materiales cerámicos tradicionales' sin embar-
go, esta es una definicién muy restringida dado que
Jon materiales verdaderamente técnicos y' algunas
veces, materiales muy sofisticados puesto que no sólo
son usados para revestir los homos' sino tanrbién para
fabricar turbinas, elementos de calentamiento' filtros
y varios elementos estructurales que se emplean para
operar a elevadas temperaturas'
¿OUE SE ESPERA DE LOS MATERIATES
REFRACTARIOS?
Oue of rezcan garantfa y seguridad y que tengan ele-
vaclo renclimiento y baio precio; sin embatgo' dada la
alta competitividad, el consumo de matcriales refrac'
tarios por tonelada de metal fundido ha declinado os-
tensiblemente en el tiempo, a tal punto <1ue muchas
fábricas de refractarios en el mundo han terminado
por desaparecer y otras han tenido que asociarse para
mantenerse en el mercado' No obstante' muchas de
t7t
INSTITUTO MARIO SAMAME 8O6GIO
éstas no han lenido olra opción más que modernizar-
se para poder sobrevivir. Por tal motivo' el elemento
humano involucrado tiene que estar bien preparado y
capacitado en las nuevas tecnologfas para asimilar
con pront¡tud los cambios y las nuevas necesidades
de los usuarios. De igualforma, debiclo a la reorgani'
zación comercial y econÓmica del mundo en un con-
texto altamente globalizado y competitivo y con antici-
pación a la llegada delpróximo milenio, es necesario
y valioso hacer un análisis y una evaluación sobre el
nivel de producción, de investigaciÓn y de enseñanza
de los minerales no metálicos y de los materiales re-
fractarios y cerámicos de alta tecnología que nos per-
mitan salir del subdesarrollo en este campo de tanta '-
trascendencia para la satisfacción de las necesida-
des humanas y para elfuturo delpaís'
Es menester recordar que las industrias del acero'
de la fundición no ferrosa, del vidrio y de la cerámica'
asícomo en hornos industriales de transformación y
calentamiento son, todas ellas, dependientes de la
buena calidad de los productos refractarios y de la
capacidad de innovación de la industria refractaria'
Es el mercado dinámico de refractarios de hoy en
día el que demanda extremadamente el empleo de la
innovación y genera la necesidad de profesionales con
un conocimiento elevado sobre la materia para llevar
a cabo el desarrollo de nuevas materias primas' pro-
ductos de liga y aditivos, formulaciones, procesos in-
dustriales, evaluación y aplicación de ref ractarios'
Por ello, la industria de los refractarios debe mantener
(') Alta ref ractariedad
172
el paso con el patrÓn cambiante de requerimientos de
lasindustriasdelusuario,quieneselqueponeénfasisen la garantfa de la calidad y en el rendimiento del pro-
ducto a nivel satisfactorio' Debido a esto' es necesario
que exista una interacción continua entre las institucio-
nes académicas y la industria de los refractarios para
identificar los tópicos que requieren más énfasis en la
enseñanza y la investigación' En este senlido' deberia-
mos seguir el ejemplo de Brasil, uno de los líderes en
este camPo en América.Y en el mundo'
PBODUCTOS REFRACTARIOS
Refractarios Peruanos S"A', es la empresa más im-
portante del país en este rubro y una de las más im-
portantes de América y-del mundo, no por su volumen
de producción que es baio (12'000 Vaño) debido al
bajo volumen de fabricación nacional de metales' ce-
menlo, cerámica, vidrio, petroquÍmica' etc'' compara-
do a otros países, sino a su elevada tecnología' com-
plejidad, y variedad de sus productos que son de alta
calidad y que, de acuerdo a ciertas categorías' satis-
lacen las necesidades del mercado'
Esta empresa es propietaria de minas con minera-
les de sílice, de arciltas plásticas y duras' de caolín'
de andalucita, de cromita y serpentina distribuidos en
todo el país.. Es la única empresa en el mundo que
emplea la serpentina en su estado natural como re-
fractario (1).
Todos estos minerales son explotados regularmente
para uso propio de la contpañía en la fabricación de
Tablal.AnálisisquímicosdelasmateriasprimasnacionalesdeREPSA
Caolín Andalucita Cromita SerpentinaOiido Fórmula Arcilla H.D.'1 Arcilla H.D.*2 Arcilla H.D.t*
Sillca si0, 65,5 60,0
33,9
57,6 56,7 39,4 5,6-10,7 46.5
38,0 38,8 58,8 17,7-25,9 0.7Alúmina At20. 29,8
TltaniaTiO" 1,5 1,2 1.1 a.7 0,2 0,2'0,6 <0,01
0,5 tt 0,85 14,8- 17,8 5,5Oxido Férrico Fe2O^ 1,4 I,B
0,1.0,5 <0,01CalciaCaO 0,4 0,r 0,4 0,4 ^')
Magnesia Mgo 0,2 0,7 0,2 0,4 0,2 18,1-21,2 46,5
30,7-31,8 0,2Oxido Crómico C¿O.
0,4 1,4 0,4 0,03Alcalis ',1a20+K20+1i20
1,4 2,2
36PCE 31,5 31,5 JJ 34
(") Superior ref ractariedad PCE: Cono Purométrico Equivalente
1,,
rl
si¡,,
¡$I
MINTRAI.ES ¡NDUSIR IATE,S DEL P ERU
cierta categoría y forma de productos; sin embargo,
también tiene que importar minerales procesados de
otros países como bauxitas, magnesitas, cromitas y
materiales más elaborados corno espinelas, alúminas,
cementos refractarios, etc., para fabricar productos
de más alla categoría y de mayor coslo' Si se descu-
brieran yacimientos de estos minerales sería un gran
logro para el país, pues las divisas por exportaciones
se elevarían tremendamente debido a que estos ma-
teriales tienen altos volúmenes de consumo en el
mundo. En la Tabla 2 se muestran los análisis de los
minerales imPortados-
Los productos refractarios'fabricados por REPSA'
muchos de ellos con licencia de Harbison-Walker
Refractories (2), son los siguientes:
1. Refractarios de sílíce
Son productos de reacción ácida y son manufactu-
rados con cuarcita nacional seleccionada y se usan
principalmente en las bóvedas de los hornos de vidrio
y en hornos de coque. Su lecnología de fabricación
es muy especial y costosa y se tiene mucho cuidado
en su control para mantener su calidad con buena pro-
ductividad (3). Su temperatura máxima de operación
es de 1700"C.
2. Refractariossílico-aluminosos
Fabricados a partir de arcillas refractarias naciona-
les de mediana, alta y superior refractariedad y son
recomendados para usarse en diferentes condiciones
de operación hasta 1400"C, como: en cámaras de
combustión, calderas, incineradores y en hornos me-
talúrgicos, de cemento, vidrio y cerámica' Se labrican
en la forma de ladrillos convencionales y resistentes a
la abrasión y a los ácidos y como especialidades con
un contenido de Al2O. de 40"/"máximo'
3. Refractariosaluminosos
Son productos cuyo contenido de Al2O.varía desde
50 hasta 90%. Son más refractarios que los materia-
les de arcilla y sus propiedades varían de acuerdo al
contenido de alúmina (Al2O3), pudiendo resistir entre
1500 y 1750"C. Se usan en la construcción de rege-
neradores de calor, calderos, refinerias de petróleo'
homos de forja y recalentamienlo, hornos de fundi-
ción, homos rotativos de cal y cemento y hornos eléc-
tricos.
Estos productos son fabricados sobre la base de
bauxitas ímportadas y arcillas nacionales, por lo que
su costo de fabricación es mucho más alto.
4. Refractariosbásicos
Son productos de más alta categoría que los ante-
riores y pueden operar hasta 1800"C- Son de reac-
ción básica y son fabricados sobe la base de mínera-
les oxidados de magnesita y cromita y'de magnesita y
serpentina u.olivina'sintética. Pueden ser fabricados
sólos o como una mezclade ellos en distintas propor-
ciones según sea su aplicación. Se usan en hornos
metalúrgicos de acero, cobre, plomo, etc., en tanques
de distribución de acero para colada continua, en hor-
nos de cemento, regeneradores de hornos de vidrio y
homos eléctricos.
PRESENTACION DE LOS PBODUCTOS
REFRACTARIOS
Todos estos productos refraclarios se presentan en
forma de ladrillos o especialidades'
A. Ladrillos
Estos productos se fabrican con técnicas muy avan-
zadas pues deben tener una mezcla muy especial,
una distribución granulomélrica específica para la apli-
cación que se le va a dar, una forma y compactación
adecuada durante el prensado para que el ladrillo ad-
quiera la densidad requerida y una temperatura de que-
ma o decocción apropiada para que el producto ob-
tenga las características de calidad ofrecidas en las
especificaciones técnicas y aquellas requeridas por el
usuario. REPSA of rece, actualmente, cerca de 10'000
formatos de distintas calidades y dimensiones que van
desde formas rectas, arcos, cuñas, llaves, combina-
dos (EFR), biseles, arranques, divididos, jabones, es-
peciales, ISOS y RKB, anclajes, ranurados, machih-
embrado, mirillas, quemadores, toberas, $ortatoberas,
troneras, placas, jambas, circulares, traslapados, sus-
pendidos, ahuecados para sangrado, dinteles, rom-
pellamas, anillos, porlabuzas, caldereros, universales,
173
Tabla 2. Anátisis químicos de las materias primas importadas por REPSA
Ovidn Fórmula Bauxita 1 Bauxlta 2 Maqnesita 1 Magnesita 2 Cromita 1 Cromlta 2 Cromlta 3
S¡O" 7,3 6,9 t,5 0.5 5,5 J,¿ 0,8
nlúmina Al2O. 87,9 88,2 05 0,2 27,9 27,9 16,3
0.2 0,2 0,4ilrnir TrO^ 3,1 3,1 0,02
Fe2O, 1.1 1,4 2,4 0,8 t5, l 15,6 22,3
Ca0 0,01 0,03 0,5 0,7 NA 0,3 a,2
[,,lSO 0,04 0,05 95,0 98,0 17,0 17,9 11,6
Oxido Crómico cao. 0.2 32,3 34,6 48,4
¡lcalis Na2O+MO+LiZO 0,1
.STITUTO MARIO SAMAME BOGGIO
rauxilas 1 y 2: de China Y do GuaYana Magnes'rlas 1 Y 2: de Brasil Cromitas 1 Y 2: de FiliPinas Cmmita 3: de Sudáfrica
bos, tapas, conos, termopares, etc' y cualquier otra
' rma especial requerida por el usuario'
B. Especialidades
--.vlezclas de agregados ref ractarios y aditivos especia-
s. Cumplen una determinada función en operación'
^: presentan como morleros' concretos, apisonables'
nroyectables, recubrimientos aislantes de protección
v plásticos, en bolsas de papel multipliegos de 40 kg'
,vs 5 primeros y en cajas de cartón de 50 kg' el Último'
3.1 Mo¡leros
' Son mezclas de materiales finos y superfinos que se
emplean para asentar los ladrillos refractarios' Se fa-
-¡ ican de acuerdo a la calidad del ladrillÓ a asentar y
-¡n de dos tipos: morteros de fragua térmica y morte-
s de fragua en frío-
B-2 Concretos
I-ambién se les llaman caslables y son mezclas de
- gregados ref ractarios con cementos aluminosos, si-:';atos u otros aditivos. Son productos de fragua hi-
iráulica con los que se hacen construcciones monolí-
trcas y son muy láciles de usar y se instalan por vacia-
wo, bombeado o con badilejo. Son exhaustivamenle
. - ruestreados y controlados duranle su fabricación para
--:nseguir que su calidad sea consistente con las es-
_-ecificaciones requeridas (4).
- 8.3 Apisonables
. Son masas granulares diseñadas para ser instala-
74
das por apisonamiento manual o con martillos neu-
máticos para desarrollar estructuras monolfticas den-
sas, fuertes Y seguras-
8.4 ProYectable
Son masas parecidas a los concrelos o a los apiso-
nables pero que se instalan mediante proyección con
pistola neumálica sobre la superficie de las paredes
iref ractarias de los homos o de los equipos a proteger'
8.5 Revestimientos aislantes
Son masas preparadas especialmente para aislar y
proteger temporalmente la pared permanente que ge-
neralmente son ladrillos o concretos vaciados' Se apli-
can con badilejo o Por rociado'
8.6 Plásticos
Son masas refractarias de consistencia plástica' idea-
les para instalaciones o reparaciones rápidas por api-
sonamiento manual o neumático'
En la Tabla 3 se podrá observar el lipo de mineral
usado, la clase, el tipo de producto y las calidades de
ladrillos y especialidades fabricadas en REPSA'
APLICACION DE LOS MATERIALES
REFRACTARIOS
Varias industrias dependen de los refractarios para
ref inar o procesar minerales a altas temperaturas' Una
lista de esas industrias incluye las pirometalúrgicas
del aluminio, plomo, cobre, lierro, acero, etc' (4)' y las
MINERA¿T.Í
'NDU'IR'A Tf' DEL P EAU
de la manufactura del cemento y del vidrio, entre otras'
1. INDUSTRIA DEL ALUMINIO
Las plantas de moldeo de lirrgotes de aluminio pri-
mario y secundario usan hornos de fusión y retención
de tipo reverbero. El horno de fusión típicamente reci-
be lingotes de materialreciclado, como los proceden-
tes de bebidas enlatadas, que producen un ataque
mecánico y químico más severo en los hornos de fu-
sión que en los de retención.
Para la construcción del revestimiento en las zonas
de contaclo con el metal en los hornos de fusión, se
emplean ladrillos de liga {osfatada de 85% Al2O. (Co-
ral P y Coral BP), los que deben ofrecer una alta re-
sistencia al abuso mecánico y al ataque químico, y
una buena resistencia al choque térmico' Actualmen-
te, se emplea tarnbién tlna nueva generación de ladri-
llos fosfatados de 85% Al2O. resistentes a la penetra-
ción (Alcor), proveen una vicJa más larga del revesti-
miento aún en las condiciones más severas de ata-
que del metaly del óxido metálico ("dross")'
En las parecles superiores y en el techo de los hor-
nos de fusión se pueden emplear ladrillos de 50-70"/"
Al2O. (Dialite, Anchor, Alusite), plásticos de 50-85%
Al2O. (SuPer a Coral Plastic) y castabies de baio ce-
mento cle 50% Al2O. (Versaflow 45 ó 50)'
En los hornos de retención, para elfondo y las pare-
des baias, tanto los plásticos fosfatados (Coral y Al-
cor Plastic) como los castables de bajo cemento de
85% Al2O3 (Versaflow 85) dair un excelente servicio
en condiciones de operación menos severas' Cuan-
do el revestimiento se construye con ladrillos se em-
plean sus equivalenles a los monolíticos (Coral P y
Alcor).
En las paredes altas y en los techos de los hornos
cJe retención se emplean ladrillos de arcilla de refrac-
tariedad superior (Varnon) o ladrillos de 50& Al2O,
(Dialite, Aladino 50), plásticos (Kala Plastic, Aladino
60) o castables (Kalacast AR, 2-71 o Alta Alúmina) de
50-60% Al2Or.
El revestimiento de seguridad ("backup") para la
zona de trabaio debe proveer las características de-
seadas para que elmetal líquido no traspase su plarto
máximo de solidificación. Los castables, basándose
en arcilla con agregados grueso (HW ES Castable C,
Harcast BF), son generalmente usados; sin embargo,
para conseguir un plano de solidificación adicíonal de
protección, algunas veces se usan castables de 70-
90% Al2O3 (Castable Alusa o Castolast G) debido a
su mayor conductividad térmica- Estos son preferidos
cuando se procesan aleaciones de bajo punto de fu-
sión.
En la zona deltecho y de la pared superior, se em-
plean castables aislantes con una temperatura máxi-
ma'de servicio-de 1 - 205:C y de, aproximadamente,
4g"/" Al2O3(H-W Lightweight Castable22)' Ladrillos y
planchas aislantes son utilizados.también para apli-
caciones de seguridad.
Para las canatetas de transporte de melal lfquido del
horno de fusión alde retención se emplean castables
y plásticos densos y de alta resistencia, los que resis-
len el impacto y la abrasión ocasionados por la alta
velocidad del metalfundido. Las canalelas que salen
del homo de retención a los moldes son protegidas
con castables basados en sílice (Fusil Castable 820 I
Al o Visil ES Castable Al) y planchas aislantes' Para el
manipuleo de metalfundido en crisoles, los mismos
materiales con un buen balance de resistencia y ais-
lamiento Pueden ser usados.
2. INDUSTRIA DEL PLOMO
Los altos hornos para producción de plomo primario
no usan refractarios en la zona alta debido a que ésta
es normalmente enfriada con agua, pero elcrísol, es
cJecir, la zona baia del homo, requiere de un revesti-
miento refractario denso- Ladrillos de cromo-magnesita
(Chromex BG o CB-20) o de magnesita-cromo (Nu-
con 60) son comúnmente usados, en especial el se-
gundo.
Los reverberos convencionales usan ladrillos de70"/"
Al2O. (Aladino 70, Alusa o Alusite) en el fondo o, si se
prefiere, se puede usar un castable denso de 94"/o
Al2O, basado en alúmina de alta pureza y con libras
especiales para que no reviente durante el calenta'
miento (Castolast GC Adtech) o un castable de bajo
cemento de 85% Al2Orcon agregado de bauxita (Des-
t75
NiÍITUTo MAR]O 5^MAMT BOGGIO
{1 Es exporta como calcina
li\
Tabla 3. Productos más importantes fabricados por HEPSA
Jtneral ClaseTipo de Producto
Ladrillos Morteros Concretos Apisonables Proyectables Becub. Aisl. Plásticos
,c .\lt¡ relmclaiedad
Supor mkaclariedad
$rVEa
DB Slica
Vegabond
Gnnos&O.talcib Kudomix
,_rlla Meda relnclariedad
A.lta relractariedad
Supet rehaclariedad (')
^nüáclJoKero
Bepsa
Ahrn
Vanm
TBna heln.
Pers€al
Sr+er
Hepsa
Exlra
Super
llarcasl
Ven¡i. 45 Adt
Trlst¡ol U Super
Super CS
tuú
, ¡ina
50%
60%
80%
&5%
90%
9s%
Alúmina-Carbon
Alúmina-Cromo
üahe
Ard[r
lüsite
Alaúo 70
Alaúno 80
Conlte
KorwdajlGL
Cord BP
Kon¡dai XD
ltármmbmd
Ankorile 65
Ankorile 80AS
Veaafl. €O Adl
túla alumina
2-n
2-97
Versall. 70 Adt
Versafl. 80 Adt
Ve¡sall. 85 Adt
Cadolast C
Versafl. 90 Adt
Caslolast B
Castolasl G
Coralile Ramming Mir
Harmix Cu (")
&adp
fuaca CS
Coralite
Coral ("')
Korundal ("')
Apa$ite(")
1$e4B f ')
L--.rc0s Magnesrta
Magnesita{romo
Maganesita-Carbon
Magnesita.Espinela
Magnesila-0lMna
Magnesita.Serpentina
Cromo-Magnesita
Cromo
Be¡nag B
Nucon 60
Nucm 80
No,rs20
MaEnx
OnlneKP
Ndine 10
Ndine 15
Magnel
Magnel RS
Magrcl HSV
ChmmexBG
c8-20
D€ magnes¡ta
Magnabmci
ftermolith Ch¡omepak
Cmmo
Cromo ES
Granos de magnes¡ta
Magnamix F
Magnamix 363
Perimix
Maglos 85F
B0F Gunning Mix
Chromepak G
Magfos 88.76
(") Poduclos gral¡lados ("') Productos foslalados
,q{,e1¡
$'l!
ft'li!t
MINERAIfS ¡NDUSTRI,ATEs DEI PERU
conb AB5, Versaflow 85) y de muy buena resistencia
al choque térmico.
Se usan ref ractarios densos y de baja porosidad' de-
bido a que como el plomo es un metal de bajo punto
de f usión (327"C) es muy Íluido y tiende a penetrar en
los ladrillos muy profundamente y su plano de solidifi-
cación está cerca de la cara fría del ladrillo y de la
carcasa del horno.
Las paredes superiores y el techo del horno son
generalmente atacados por muchos óxidos' en es-
pecial el óxido de plomo, el que forma fases de baio
punto de fusión con la sílice que reblandece elladri-
llo. Por otro lado, en la línea de escorias' éstas y el
óxido de plomo reaccionan con la sílice' la alúmina y
la cal presentes en el ladrillo, formando una costra
que expande y contrae durante los cambios cíclicos
de temperatura, produciendo la desintegración es-
tructural del ladrillo ("spalling") y, para evitar ello' se
requiere un ladrillo de baja porosidad y de buena re-
sistencia al ataque químico' Con este propósito se
emplean los ladrillos de7o"/"Al2O3(Aladino 70' Alu-
site) instalados con un rnortero fosfatado de 85"/"
AlrO. (Phoxbond).
En recientes instalaciones se están usando ladrillos
básicos de nueva generación, cuya baja porosidad re-
duce la penetración del metal y de las escorias' y
cuyo baio contenido de sílice y alto contenido de óxi-
do crómico (Novus 20, Novus 20SR) les permiten re-
sistir mejor el ataque químico' En las zonas de mayor
ataque, es decir, la línea de escorias, se prefiere usar
ladrillos de muy baja porositlad a partir de espinela
electrofundida de magnesita-cromita' Las paredes ba-
jas pueden ser revestidas con ladrillos de magnesita-
cromo de 60% MgO (Nucon 60) unidos con un morte-
ro de cromit ade32"/"C(2O3fl'hermolith)' Puesto que
las juntas son las zonas nlás débiles en los hornos de
plomo, se puede usar un mortero de alta pureza y de
51"/o Qr2Or(Copurbond)' Para ambientes muy agre-
sivos y para condiciones de operación severas se
puede usar un mortero sobre la base de alúmina-cro-
mo de alta pureza de 84% elrOr(RubY Mortar)'
Para rellenar huecos en las paredes y emparejar la
boca de los ladrillos para quemadores se emplean
plásticos refractarios de alúmina y óxido de cromo de
i
alta pureza como los de74%y 84% Al2O3(Ruby Plastic
20 y Ruby Plastic). El primero por su alto contenido de
Cr2Ores más resistente alataque de los fundentes y
del óxido de Plomo.
3. INDUSTRIA DEL COBRE
.En hornos de f usión primaria (de fusión instantánea'
reverberos y hornos de arco eléctrico), los refracta-
rios están sujetos al ataque de las escorias y de los
gases sulfurosos. Todas las reacciones produc;en ex-
pansiones que causan rajaduras en el ladrillo, las que
eventualmente lo terminan desintegrando'
Ladrillos de cromo-magnesita de 35% MgO y 25%
C(zO3de liga silicatada (Chromex BG) primero y' des-
pués, ladrillos de magnesita-cromo de liga directa de
60% MgO (Nucon 60) han sido empleados para cum-'
plir con este fin; empero, ladrillos de última tecnología
de magnesita-cromo de liga directa de 60% MgO (No-
vus 20 SR) han demostrado ser mucho más exitosos
que los anteriores. La mayor cantidad de liga directa
entre la magnesita y la cromita mejora la resistencia a
la erosiÓn y alchoque térmico a las temperaturas ele-
vadas.
De igual forma, estos ladrillos de cromo-magnesita
de liga directa (Novus 20 SR y Nucon 60) son emplea-
dos para revestir los convertidores, dado que las esco-
rias y los gases producidos son similares a los de los
homos primarios y el mismo tipo de desgaste es oca-
sionado. Asimismo, en los homos de moldeo de ánodos'
en los que existen pequeñas cantidades de escorias'
estos ladrillos funcionan muy bien' Aun cuando tam-
bién son penetrados porel metalfundido, especialmente
en la presencia de óxido cuproso (Cu2O) o cuando la
penetraciÓn genera rajaduras por la diferencia entre el
coeficiente de dilataciÓn térmica del metal y del mate-
rial refractario o cuando el óxido reacciona con la sflice
de la matriz del ladrillo para formarfases de baio punto
de fusión que son fácilmente erosionables' estos ladri-
llos trabalan a satisfacciÓn del usuario'
Cuando los homos son sometidos a alto desgaste por
abrasión antes que a ataque químico, son usados ladri'
llos basados en espinela electrofundida de óxídos de
magnesio+romo (MgO, Cr2OJ de alta purezayaltamente
resistenles a la abrasión (Guidon y Guidon LS)'
t77
INSTITUTO M^RIO SAHAMT BOCCIO
Para los hornos de inducciÓn es suficiente ulilizar un
materialapisonable de70% Al2O. a base de bauxita
que lleva en su matriz un aditivo anti-mojado de esco-
rias (Harmix Cu) o un refractario vibrable en seco de
85% Al2O3 (Vibtech Cu) también con aditivo. La ven-
taja de este último producto es que no necesita secar-
se como tos apisonables húmedos o los castables de
bajo cemento.
Para las áreas difíciles de rellenar, en todos estos
hornos se emplea un plástico de alúmina-cromo de
alta pureza de74"/" Al2O3y 2A"/o CrZOrde liga fosfa-
tada (Ruby Plastic 20). Las juntas entre ladrillos, por
ser las zonas más débiles y por donde pueden pene-
trar tanto el metal como las escorias, se sellan con un
mortero alto en óxido crómico y bajo en sílice (Copur'
bond).
4. INDUSTRIA DEL HIERRO Y EL ACERO
Alto Horno
Los ref ractarios de un alto horno deben ser densos y
de baja porosidad y permeabilidad. Los de la parte
alta del horno deben resistir el impacto y la abrasiÓn
causatlos por las materias primas cargadas. Los re-
fractarios interiores están sujetos al ataque de mo-
nóxido cle carbono, de materiales alcalinos volátiles y
de escorias, lo mismo que a choque térmico por cam'
bios cíclicos de temperatura. Los de la zona de fusión
deben soportar altas temperaturas y corrosión y pe-
netración de escorias calientes'
El revestimiento inleriorse divide típicamente en tres
zonas: inferior, media y superior. En la zona inferior se
emplean ladrillos de 60% Al2O.impregnados en brea
(Ufata T'l). Cuando se requiera alternativas más resis-
tenles pero más caras y sus costos se justifiquen se
pueden usar ladrillos de 90% Al2O.de alta pureza (Ko-
runclal Xt-)). En la zona medias, debido a las condicio-
nes menos severas de trabajo, son usados ladrillos
superduty (Varnon), pero cuando se desea poner ma-
yor protección se pueden emplear ladrillos de 50%
alúmina de cocción elevada (Kala). En la zona alta, si
prevalecen los problemas de abrasiÓn, es convenien-
te utilizar un ladrillo fosfatado de75"/" se pueden em-
plear (Aladino 75 BP, H-W 3-75).
En la zona vacía de más alta lemperatura ('bosch"),
inmediatamente debajo de la pared inferior, para las
condiciones más duras de operaciÓn y para incremen-
tar la vida del revestimiento, se usan ladrillos de 90%
Al2O. de alta pureza (Korundal XD). Si esta zona tie'
ne chaquetas o duchas de enf riamiento exterior, elem-
pleo de un revestimiento de ladrillos de carbón es lo
más común.
En la zona del crisol, el revestimiento consiste de
carbón o de una mezcla de carbón con grafito en el
fondo y, en la parte superior, se puede emplear un
ladrillo Superduty de 40"/" Al2O.de quema alta (Var'
non), un ladrillo de 50% Al2O.de quema alta también
pero que sea resistente a la carga de altas temperatu-
ras (Kala) o uno de 60% Al2O3 (Ufala). En la línea de
toberas o tuyeres se emplea carbón. En los hornos
modernos y de alta producción, los huecos para san-
grado sirven para purgar'la escoria y el metal, por lo
que los tapones tienen que ser de un plástico ref rac-
tario, fácilmente extruible, de alta alúmina, ligado con
carbón y con inhibidores anti-mojado de escorias, ex-
tremadamente luerte y resistente a las altas tempera-
turas, la erosión, corrosión y absorción de escorias
(Hartap XL o Hartap L). En eltope del horno, común-
mente se emplean ladrillos de arcilla (Repsa) y casta-
bles de alta resistencia basados en agregados de ar-
cilla de quema alta y de cemento de bajo contenido
de fierro (Fl-W ES Castable Ll o Harcast ES)'
CARROS TORPEDO
Estos carros transfieren, vía rieles, el metalfundido
del alto horno a las cucharas que están en el área del
Proceso de oxigenaciÓn Básica BoP ("Basic oxigen
Process,). La práctica moderna utiliza comúnmenle
laclrillos de7O"A Al2Orimpregnados con brea (Alusa
Tl o Aladino 70 Tl) para resistir la penetración y corro-
sión del metalfundido y de las escorias.
Las zonas cle mayor desgaste por impacto deben uti-
lizar ladrillos de B0% Al2Ortambién impregnados con
brea (Aladino 80Tl). Si en el carro torpedo se llevara a
cabo la desulfuración del metal fundido, entonces es
necesario usar un ladrillo de alúmina-grafito de liga de
carbón (A|2O3-SiC-C) con aditivos anti-mojado de es-
corias (H-W 25-86 o H-W 26-86) para combatir el ata-
que químico severo. Para cenar las juntas de los ladri-
t7B
MINERAIÍJ TNDUJTT.hI.€J DTI. PEX U
llos que son las zonas críticas del revestimiento, se
emptean morteros de alto grado, resistentes a la corro-
sión. Para ladrillos impregnaclos con brea se emplea
un mortero cle fragua en caliente de 65% Al2O. (Anko-
rite 65); para ladrillos no impregnados se emplea un
mortero de liga fosf atada de 75"/" Al2O. (Phoxbond) y
para ladrillos de alúmina-grafito se emplea un mortero
de f ragua en lrío de 60% Al2O. (Ankorbond C)' Para
minimizar daños en el revestimiento y aumentar las
campañas de producción, los proyectables refractarios
son empleados para el mantenimiento de las paredes
internas del carro y, en este caso, se puede utilizar un
proyectable de 50% Al2O.de liga de cemento (Hargun
BF).
PROCESO DE OXIGENACION BASICA
DE ACEFO (BOP)
Este proceso es predominante para fabricar elacero
del hierro f undido. Al horno convertidor que lleva a cabo
este proceso se le denomina BOF ('rBasic Orygen
Furnace") o también LD.
Electric Arc Furnace
(Refractory Sidewalls and Roof)
En el proceso BOP se carga sobre el hierro líquido
de 15 a 30% de chatarra ("scraP"). Para refinar la
carga se inyecta oxígeno de alta pureza a una veloci-
dad supersónica a través de una lanza refrigerada con
agua y posicionada verticalmente al baño metálico'
La considerable turbulencia proyecta partículas de
metal y escoria sobre las paredes del homo provo-
cando una fuerte erosión por frotamiento al revesti-
miento, en especial, de la cara caliente del homo. Mien-
tras más reinyecciones de oxígeno se hagan más daño
se hará al revestimiento.
Secciones del horno como elde los ejes de los mu-
ñones (.trunnions,,) son los más vulnerables debido
a que no llegan a estar protegidos por las escorias
durante la rotación del homo- La sección delcono trun-
cado superior está totalmente expuesta a la erosión
de altos volúmenes de gases que salen a elevadas
temperaturas y a la fuerza mecánica aplicada durante
la remoción de las partículas adheridas por la proyec-
ción del metaldurante el soplado de aire-
El silicio, el manganeso y elcarbón, que son las prin-
cipales impurezas del hierro, son oxidados y las reac-
ciones son altamente exotérmicas cuyo calor ayuda a
fundir el <scráp> y eleva la temperatura a los niveles
requeridos (1 - 700'C). Para reducir los contenidos de
azuf re y fósforo, se agrega cal para tener una escoria
básica con una relación CaO/SiO, de 3/1- Toda esta
operación deteriora fuertemente los refractarios.
Para solucionar los problemas de desgaste del reves-
timiento del homo BOP se ha desarrollado una gama
de ladrillos de magnesita-carbón al5% (Oxiline KLP) o
con grafito que va desde 5% hasta 30% (Nutine R-5 a
Nuline R-30), ligados con resina o con brea (Oxiline KL
y Harline), y ladrillos de magnesita quemados y luego
impregnados con brea (Oxiline B). Actualmente, se les
está agregando aditivos metálicos como aluminio, sili-
cio (Nuline R-10A, Nuline R-20A, Nuline R-10SA, Nuli-
ne R-20 SA) y magnesio, los que funcionan como pro-
tectores contra la oxidación del carbón dada su eleva-
da avidez por el oxí6jeno. Asimismo, últimamente se
está agregando a los ladrillos distintas proporciones de
magnesita electrofundida de tamaño decristal elevado
para incrementar la resistencia al ataque de las esco-
rias de acero (HW 15-85, HW 19-86, HW 32-86, HW
51-87).
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t79
INSTITUTO H^RIO 5AM^MT BOCGIO
-HORNO DE ARCO ELECTRICO
Este horno normalmente es cargado con chatarra,
cal dolomítica quemada, como principallormador de
escoria básica, un elevador de carbón y espato flúor
para fluidificar las escoria. La relación cal/sílice debe
ser mantenida en al menos 211 . La basicidad alta de
la escoria y el metal lundido tiene la función de oxidar
el carbón y remover el azuf re y el fósforo del acero.
La remoción del carbón se lleva a cabo soplando
oxígeno, que genera una reacción exotérmica que per-
mite economizar energía y cuando el metal alcanza el
nivel requerido de carbón se produce el escorificado y
el agregado de ferrosilicio para desoxidar el acero.
Luego se quita la energía y el metal es vaciado entre
1-600y1-700'C.
Tal como se observa, el proceso es altamente des-
tructivo del revestimiento refractario, por lo que para
optimizar su peformance se requiere de una revisión
detallada de las variables de operación y del patrón
de desgaste del refractario para decidir zonificar el
horno y balancear el revestimiento de acuerdo a lacalidad y espesor de los materiales refractarios para
extender su tiempo de vida.
Comenzando con elfondo del horno, ladrillos de mag-
nesita de 94"/o MgO (Repmag B, Perecon) o de 98%
(Harklase) pueden usarse como revestimiento de se-
guridad ("backup"). Ambos tienen buena resistencia
a la hidratación lo que puede ser necesario si elfondo
de trabajo requiere un material monolílico húmedo.
Elfondo de trabajo debe resistir el impacto de la car-
ga y la acción corrosiva y erosiva del metal y de laescoria. A menudo se emplean apisonables húmedos
de alto contenido de MgO (Magfos B5F, Magnamix F,
Magnamix 95) pero, apisonables secos para vibrado
(Magnamix DV) de granulometría estricta y finamente
calculada para obtener un alto grado de compacta-
ción, son mayormente utilizados en la actualidad de-
bido a que permiten una instalación y reinstalación
mucho más rápida. Aunque requieren mucho más
tiempo para ser instalados, muchos usuarios prefie-
ren ladrillos de buena densidad y resistencia mecáni-
ca para que elfondo resista mejor al desgaste y, ge-
neralmente, tenga menos mantenimiento. En este
lB0
caso, se emplean ladriilos quemados de magnesila
de 96% MgO y luego impregnados con brea (Oxiline
B) debido a su alta resistencia en caliente y resisten-
cia a las escorias.
Para las paredes del horno, los ladrillos quemados
de magnesita de 96% MgO e impregnados con brea
(Oxiline B)son mayormente usados en la parte baja y
también en la línea de escorias si se desea una op-
ción más económica. En la mayoría de los hornos de
alta y ultra-alta potencia, la línea de escorias y el área
de la pared debajo de los paneles refrigerados con
agua están expuestos á un ataque severo de las es-
corias y a elevadas temperaturas por lo que se nece-
sita usar un revestim¡ento zon¡ficado con ladrillos de
magnesita-carbón de 20"/. C (Nuline R-20) en la ma-
yor parte de la línea de escorias. En los puntos calien-
les opuestos a los electrodos tienen que emplearse
ladrillos de magnesita- carbón, pero que contengan
magnesita electrofundida en diferentes porciones (H-
W 15-85 o H-W 32-86). En la parte alta de las pare-
des delhorno, generalmente, se emplean ladrillos de
magnesita-cromo de liga directa de 60% MgO (Nucon
60) para resistir el choque térmico por cambios cícli-
cos de temperatura, erosión de los gases cargados
de polvo, impacto de la chatarra, etc. ,
ttEn eltecho, la mayoría de hornos'de'alta producción
emplean enfriadores de agua limitando la presencia
de los ref ractarios a la zona del delta, formada por los
electrodos. La configuración de esta zona favorece el
uso de los refractarios monolíticos. Para resistir las
altas temperaturas, la corrosión y abrasión de los ga-
ses y elchoque térmico se emplea un castable de ba-jo cemento de7O"/" Al2O. (Versaflow 70 Adtech), pre-
viamente secado de preferencia o también castables
especiales de alta alúmina de 85% y 98"/" Al2O, (Des-
con AB5 o Descon A9B) altamente resistentes a laabrasión. Para aumentar su tiempo de vida y en las
condiciones más severas de operación se usan plás-
ticos o apisonables fosfatados de alúmina y cromo de
elevada pureza (Ruby Plastic o Ruby Ramming Mix).
CUCHARAS DE ACEIlO
Las cucharas de acero son los recipientes de trans-
ferencia del metal del homo de fusión a la estación de
vaciado.
MINIRAI¡J INDUsTRlÁttJ DfI PIXU
Como revestimiento cle protección de la carcasa de
las cucharas (.backup") se emplean ladrillos de 50 0
60% Al2O3 (Dialite, Anchor, Aladino 50 o Aladino 60)
que pueden resistir más de una colada caso que el
ladrillo de trabalo falle.
El revestimiento de trabajo, generalmente, es zonifi-
cado con ladrillos de 70, B0 u 85% Al2O. (Aladino 70,
80 u 85) en las paredes y en elfondo de la cuchara'
Para reducir el abuso físico y eliminar la erosión en
las juntas y la penetración del metal en las zonas de
impacto es conveniente usar ladrillos fosfatados de
85% Al2O3(Aladino 85 Bq Hargate A85 P)' castables
sin cemento (NovacÓn 85), de ultra-bajo cemento de
al menos 807" alúmina o con composiciones de alú-
mina-cromo. En Japón se ha difundido mucho el em-
pleo de los castables de ultra-baio cemento de 90%
Al2O, con arlición de espinela alúmina-magnesita, en
el fondo y en las paredes de trabajo de las cucharas'
Para los portabuzas y portatoberas se emplean la
drillos fosfatados de 85% Al2O. (Aladino 85 BP, Coral
BP, Hargate AB5 P), de 90% Al2O, (Korundal XD) o
de 90% A|2O3-Cr2O. (RubV).
En la línea de escorias, se produce el más alto gra-
do de corrosión y erosión debido al ataque químico y
a la agitación creada por los gases agregados' Cuan-
do las escorias son altamente básicas se emplean
ladrillos básicos de magnesita-cromo de liga directa
de 60% MgO (Nucon 60 o Novus 20 LC) los que, ade-
más, agregan los más bajos niveles de oxÍgeno y síli-
ce al acero. Cuando las escorias son altamente fuidi-
ficadas con aluminatos de calcio o espato flúor y per-
manecen muy calientes por el empleo de tapas en las
cucharas se recomienda usar ladrillos de magnesita-
carbón ligadas con resina (Harcon R, Nuline R-l0 y
Nuline R-10A) o ligadas con brea (Harline). Otros la-
drillos como los de dolomita o dolomita-carbón pue-
den ser usados en esta zona por su alta coqnpatibilí-
dad con la composición de las escorias.
HORNOS CUCHARA PARA LA
REFINACION DE ACERO
Estas cucharas se emplean para realizar operacio-
nes secundarias en la fabricaciÓn de acero, tales como:
desoxidación, desulfuración, desgasificado de hidrÓ-
geno, agitación, limpieza, agregado de aleantes y con-
trol de inclusiones en el acero. Además, abastecen
de calor al acero mediante el empleo de electrodos
de arco eléctrico. Por tal motivo, estas cucharas re-
quieren ladrillos de más alta refractariedad y de más
alto costo.
Para revestir la línea de escorias, generalmente,,.se
recomiendan ladrillos de magnesita ligadas con brea
(Harline) y magnesita-carbón (serie Nuline). Para el
revestimiento de seguridad de la carcasa se recomien-
da usar ladrillos de magnesita-cromo de ligas directa
de 60% MgO (Nucón 60).
Para la zona de trabajo de las paredes y fondo se
recomiendan ladrillos de B0% AlrO. (Aladino B0) o la-
drillos básicos de dolomita, magnesita ligada con brea
o magnesitacromo de liga directa. Para el revestimien-
to de seguridad se recomiendan ladrillos de 70% AlrO.
(Alusite).
Para evitar la pérdida de calor se emplean ladrillos
aislantes de 40% AlrO. (Lotherm ES), en contacto con
la carcasa de las paredes de la cuchara. Planchas o
fibras son usadas cuando no se quiere perder volu-
men en las cucharas.
TANQUES DE D¡STRIBUCION PAHA
COLADA COI'lTlNUA
Una de las especialidades desarrolladas y probadas
con éxito en la industria del acero en REPSA es un
revestimiento aislante (Magfos R8-76) renovable que
es un producto basado en serpenlina natural acom-
pañada de magnesita y fibras que liene en su compo-
sición química74"/" MgO y es instalado en forma de
pasta o como proyectable para proteger la pared per-
manente de los tanques de distribución para la colada
del acero. Este revestimiento no se adhiere fuertemen-
te a las paredes de estos tanques en la operación y
se desprende fácilmente durante el enfriamiento de-
bido a su elevada contracción dimensional. Asimis-
mo, ha reemplazado totalmente a las placas frfas tra-
dicionales fabricadas con sílice pura en la colada de
aceros especiales (1).
5. TNDUSTRIA DEL CEMENTO
Elcemento Portland es un aglutinante mineral pro-
t8l
INSTITUTO MARIO SAMAME BOCCIO
ducido sobre la base de escoria (clínker) molida que
contiene silicalos de calcio hidráulico. El clínker es pro-
ducido en hornos rotativos cuando la alimentación rica
en cal, lo que incluye sílice, arcilla y óxido de fierro, es
calentado a aproximadamenle 1450"C.
Existen dos procesos lundamentales para la manu-
facturas del cemento: proceso húmedo y proceso seco'
A partir de la crisis del petrÓleo en '1970, la mayoría de
los hornos de cemenlo fueron convertidos a combus-
tión de carbÓn y, otros, también emplean desperdi-
cios combustibles, los que producen un gran deterio-
ro de los materiales refractarios.
Los hornos de proceso seco incluyen precalentado-
res suspendidos y precalcinadores que también son
revestidos con ladrillos ref raclarios de 50% AlrO. (Dia-
lite, Aladin 50 o Kala). Puesto que el método de insta-
lación por proyección es el más rápido, proyectables
de 40 a 55% Al2O3 (Hargun PT, Hargun ES y Tufshot
Ll) son muy usados sobre elaislamiento de la carca-
sa (11-W Lightweight Gun Mix 22y 16). Para las zonas
de los precalentadores sometidas a impacto y eleva-
da abrasión se emplea un castable de 94% AlrO, (Cas-
tolast G). Concretos de bajo cemento de 70% (Ver-
saflow 70) y alta densidad se instalan en la parte baja
del precalentador y en el chute de alimentación para
protegerlos del ataque de los álcalis que tienden a acu-
mularse en esas zonas y para facilitar su limpieza'
Los hornos que no cuentan con precalentadores son
diseñados con un sistema de cadenas protegidas con
concretos de agregados gruesos de 45"/" (Kilncast-
26). La sección larga de precalentamiento del homo
es generalmente revestido con ladrillos de 50% AlrO.
(Dialite, Aladino 50, Kala) resistente a los álcalis o con
ladrillos semi-aislantes de 40% AlrO. (Lctherm RK)'
En la sección de calcinación delhorno, donde existen
más altas temperaturas, se emplean ladrillos de 7o a
B0% Al,O3 (Alusite, Aladino 70, Aladino B0)'
La zona de quemado del clínker se divide en tres
partes: de transición alta, de sinterizaciÓn y de tran-
sición baja. En estas zonas los ladrillos de alta alú-
mina reaccionan con ta cal del clínker entre 1180 y
1260"C Y, Por ello, se tienen que emplear ladrillos
básicos de magnesita-cromo de 60% MgO (Nucon
60) o ladrillos de magnesita-espinela de B0% MgO
r82
(Magnel RS). Estos últimos son preleridos por cues-
tiones de control ambientaly por su mejor resisten-
cia al ataque de los álcalis y al choque térmico' La
zona de transición baja es la zona de atraque más
severo, pueslo que aquf está presente el clínker en
estado fluido, las temperaturas son más altas y la
coslra de clínker que protege a los ladrillos es ines-
table y muY delgada.
En la zona de descarga se emplean ladrillos de mag-
nesita-espinela de 80% MgO (Magnel RS) o ladrillos
de B0% AlrO. (Aladino B0)' En el anillo de descarga
no se usan ladrillos porque se aflojan y en vez de ello
se emplean especialidades monolíticas de alta resis-
tencia a la abrasión de 45 a 94o/" Al2Ar(Kilncast-26,
Harcast ES, Castolast G, Coral Plastic) acompaña-
dos o no de fibras de acero inoxidable según sea la
severidad deldesgaste. En la cámara de descarga se
emplean plásticos de 40 a 80% Al2O3 (Super, Coral),
Iadrillos de 40 a 50% AlrO3 (Varnon, Dialite) o proyec-
tables de 45% AlrO, fiufshot Ll). En la última etapa'
que es el enfriador del clínker, se emplean castables
resistentes a la abrasiÓn que van desde 40 a 70"/"
Alro3.
6. TNDUSTR¡A DEL VIDRIO
Con el avance de la tecnología de la manufactura
del vidrio para obtener un producto de más alta cali-
dad y de bajo costo, se ha incrementado la severidad
de las condiciones de oper:ación que los refractarios
tienen que soportar. La temperatura de operación se
ha elevado y la corrosividad de los fundentes volátiles
también se ha incrementado. La cal, soda cáustica,
sulfato de sodio, fluoruros, óxido de plomo, bórax, sí-
lice y otros constituyentes reaccionan con los mate-
riales ref ractarios a elevadas temperaturas' Los álca-
lis volátiles penetran los poros del ladrillo atacándolo
rápidamente.
Para la construcción de la bóveda del horno se em-
plean ladrillos de sílice (Star, Vega) que son los están-
dares universales por su alla resistencia a la carga y a
la deformación. Para unir los ladrillos se emplean un
mortero a base de sílice también de 90% SiO, (Vega-
bond). Para aislar la bóveda, ahorrar consumo de com-
bustible y reducir los agujeros producidos por los ga-
ses alcalinos que penetran las juntas de la bóveda y
MINETAITS ¡NDUÍIRIAT¡5 DTt PERU
luego condensan, se emplea un ladrillo aislante de sí-
lice de 96% S¡O2 (Vegaline)' Este aislante hace que la
condensaciÓn se lleve a cabo fuera de la bóveda y el
perforado no se lleve a cabo.
Los regeneradores que utilizan los hornos üe vidrio'
para recuperar el calor cle los gases que pasan a tra-
vés de ductos formados por jaquelados de ladrillos
(,,Checkers'), están revestidos con ladrillos de 98%
MgO (Topex S, Oxibak HG) que deben tener alta re-
s¡stencia a la abrasiÓn del polvo, alcambio cíclico de
temperatura, al cambio cíclico de reacciones de oxi-
dación-reducción y a la condensación de los álcalis'
La parte alta y el techo de los regeneradores están
sujetos al impacto de altas temperaturas que superan
los 15.10'C y, por ello, requieren ladrillos de 50 o de
98% MgO (Nucon 50, Oxibak HG) de alta resistencia
a la deformación por aplastamiento' La parte media
del jaquelado se reviste con ladrillos de 95% MgO
(Thermag HG, Thermag SG) resistentes a las tempe-
raturas elevadas y al movimiento de los condensados
hacia el área inferior. En la parte baja del jaquelado
condensan sulfatos alcalinos y compuestos de boro y
flúor causando rajaduras debido al cambio cíclico de
la temperatura y a las reacciones químicas con la
magnesita y los silicatos del refractario' Por tal moti-
vo, se emplean ladrillos de liga directa de cromo-mag-
nesita de 50% MgO (Nucon 50)'
CONCLUSIONES
La evolución de los relractarios en la última centuria
ha dependido en buena cuenta de la evolución de los
procesos de alta temperatura y de la habilidad de la
industria de estos materiales para responder con pre-
mura a dichos cambios.
Los productos refractarios, llámense ladrillos' morte-
ros, concretos, plásticos, apisonables' proyectables y
recubrimientos aislantes, han meiorado substancialmen-
te en calidad y servicio debido también a la exigencia
de los avances en los procesos industriales e' irónica-
mente, su consumo ha ido decreciendo más y más dada
su alta competitividad y a la aparición de otros materia'
les refractarios de elevada y supedecnología que son
más caros, pero, debido a su mayor tiempo de vida, a la
larga resultan siendo más económicos'
Para que se lleve a cabo un uso óptimo de los mate-
riales refractarios es necesario realizar un estudio con-
cienzudo deldiseño del horno, una evaluación deta-
llada de las condiciones de operaciÓn y un conoci-
miento en extenso de los productos refractarios dis-
ponibles que sirvan para el propósito requerido'
En el Perú, los minerales no metálicos propios que
se usan con fines refractarios son: la roca de sílice'
las arcillas de alta y superior ref ractariedad, el caolín'
la cromita y la serpentina; próximamente lo será la
andalucita. Sin embargo, el mayor consumo es de los
minerales importados como la magnesita, la cromita
y la bauxita. Siexistieran yacimientos de estos mine-
rales en el país y se procesararl con la calidad debida'
los ingresos de divisas por expodaciones se incremen-
tarían tremendamente debido a que su consumo mun-
dial es muY elevado'
REFERENCIAS
1. C. Calle: .Serpentina: El refractario olvidado'' Con-
greso Alafar (Asoc. Latinoamericana de Refracta-
ristas). Dic. 3-6 1995, Cartagena, Colombia'
2. Harbison-Walker Refractories: "Modem Refractory
Practice". Fofth Edition 1992. U'S.4.
3- C. Calle: "lndices de calidad: Nuevo método para
optimizar los procesos y la calidad de los ladrillos
refractarios,,. Congreso Alafar" Nov' 15-18 1998'
Lima, PeÚ.
4. C. Calle: "Quick sampling & testing of castables''
UNITECR'93 Congress' Oct. 31-Nov' 3 1993' Sao
Paulo, Brasil.
5. C. Calle: "Ref ractarios para la pirometalurgia"' Ta-
ller de Pirometalurgia, TECSUP. Junio 26-27 1997'
Lima, Peru.
t83
INSTITUTO ] i l ; it lüti6lO
Metalurgia de carburo de calciotng. David W- Carhuaz Silvestre *
l
I presente es un trabajo de consolidación de conceptos y da-
tos técnicos de las tres empresas que existen y existieron de
carburo de calcio en el Perú'
Es un trabajo técnico que está en proceso de ejecución para un manual
de enseñanza dentro de un item de HORNOS INDUSTRIALES que se
dictan en las universidades del Perú'
EnestaocasiÓnpresentoestetrabajoparadisertaciónsobreindustria-lización de los minerales industriales y aplicaciones'
Espero, que este materialsea útil para las especialidades de lngeniería
Metalúrgica, lndustrial, Química' Energética y otros'
CONTENIDO
l.- Historia del carburo de calcio
ll.- Definiciones y características generales
lll.- Metalurgia del carburo de calcio
0.l Materia Prima
0.2PreParación de la carga
0.3Horno eléctrico
0.4Proceso de fabricación delcaÓuro de calcio
0.5Análisis delcarburo de calcio
0.6Rendimiento de materiales y energía
(balance)
lV.- Conclusiones y recomendaciones
I HISTORIA DEL CARBURO DE CALCIO
" 1802, er estadounidense ROBERT HARE produjo aCcidentalmente al
* Consultor metalúrgico Y
ambiental. lngeniero metalurgisla- iÚr'ronc CJrro de Pasco, 1985)'
Postqrado en gestión ambiental en
ia UniversitY of Kent' lnglaterra
t992. Maestría en Minería Y MedioAmbiente en la UNI' Se ha
desemPeñado en diversas
emPresas Y entidades como
rB4
iusionut mezcla de cal, magnesia y antracita con un
soptete oxY-hidrógeno-
" 1836, DAVY, obtuvo una masa f undida de Ca y C'
al contacto con el agua producía gas mal oliente'
.,'1g02, Wóhler obtiene carburo de calcio, al calen-
iur "on
carbón una aleación de cinc y calcio'
" 1892,29 de Agosto el canadiense
lng. THOMAS L. W¡LSON al tratar de
obtener calcio metálico, obtuvo carbu-
ro fundido a partir de la mezcla cal y
carbón mediante la poderosa tempera-
tura del arco eléctrico.
" 1892,12 de Diciembre elfrancés Moissan alefec-
tuar trabajos metÓdicos sobre hornos eléctricos tam-
bién f undiendo la mezcla caly carbón'
" 1956, 21 de Febrero, Produce CAR-
BURO DE CALCIO Por Primera vez en
el Perú la emPresa "ELECTROMETA-
LURGICA HORNOS ELECTRICOS
PERUANOS S.A'ubicado en la Carre-
tera Central Km 65, San Jerónimo de
Surco, Prov. Huarochirí, Departamento
de Lima, diseñado y construido por el
francés lng. Metalúrgico André Boi-
teux. Cap- inicial 3TMD (1 horno), ac-
tual 12 TMD (4 hornos).
o 1963, 7 de Abril, entra en oPeración
la segunda empresa electrometalúrgi-
ca en el Perú ubicado en la Carretera
Panamericana Norte Km 422, en la ciu-
dad de Chimbote, "ElectrometalÚrgica
Nacional S.A.'del GruPo Dibós, tam-
bién diseñado y construido por el lng'
André Boiteux. Para f abricar carburo de calcio, fenoa-
leaciones, cal, oxígeno, acetileno y otros con una ca-
pacidad 10 veces mayor que HEPSA' Cap' inicial y
actual (2 Hornos modernizados) 30TMD'
" 1982, se instala la tercera industria de carburo de
calcio en Lurín - Lima en plena Carretera Panameri-
cana Sur, la empresa CARBOTERMICA S'A' Cap'
inicial 3TMD (1 horno) y actual 6TMD (2 hornos)'
MINERAIJS INDU'I"RI^TI5 ffT PÉP U
DEFINICIONES Y CARACTERISTICAS
GENERALES
2.1 Carburo de calcio
Es el producto que se obtiene de la fusión de una
mezcla de carbón y cal viva (Oxido de Calcio) a una
alta temperatura entre 1800 a 22OO"C en un horno de
arco eléctrico y que, en contacto con agua' genera
gas acetileno (Etino).
2.2 Rendimiento
Es el número de litros de acetileno producidos por
kilogramo de carburo de calcio sumergido en exceso
de agua saturada de acetileno, referidos a 20'C y 760
mmHg sin corrección por la tensión de vapor de agua
correspondiente a dicha temperatura. De acuerdo a
la ubicación geográfica de la empresa variará la alti-
tud s.n.m., temperatura y presión, para dicha correc-
ción utilizarán factor de corrección K.
R=VxK
x ={zoo - N12.4) xo.3BSSr(27"*,1}
Donde; R = Rendimiento en litros de acetileno /Kg de CaC,
V = Volumen se lee directamente en la regla.
K = Factor de corrección, cuando se efectúa
el ensayo a 20eC y 760 mmHg es igual a 1
Nota: Ver diagramas: - Valor de carburo
- Corrección delvolumen de CrH,
2.3 Característícasfísicas
En eslado puro es una masa incolora, transparente cris-
talina. Como producto industrial contiene generalmente
impurezas propias de la materia prima; el color va entre
el gris de grafito y amarillo roiizo pardusco, de calidad
extra; muestra irisaciones. El carburo tiene siempre frac-
tura cristalina presentando superficies recientes y tan pron-
to se altera al aire perdiendo brillo y se cubre con una "
capa de cal polvorienta; de color gris y blanco'
El carburo de calcio enfriado lentamente tiene una
estructura cristalina gruesa con planos de crucero muy
rB5
INSTITUTO 4^HO S^H^HI 8OCCto
bien definidos, y elenfriado rápidamente es muy den_so y finamente cristalino.
El carburo de calcio es insoluble en todos los sol-ventes lradicionales (kerosene, gasolina, elc.), a ex-cepción delagua.
2.4 Sistema CaCr-CaO, punto de fusión
Por exlrapolación de los dos extremos de la curva, sedeterminó los puntos de fusión de los dos compuestos,CaC, y CaO, en 2300'C y 2500"C. El nláximo en el cen-tro de la curva a 1980.C corresponde a un contenido de52.60% de CaC' teniendo en cuenta el promedio de2% de impurezas y al hacer los cálculos para un siste-ma puro, se obtuvo 59.60% de CaC' cifra muy próximaa533% que corresponde alcompuesto CaCr.CaO hastaahora no descrito. Los dos mínimos a 1250"C y 1800.C,con las abscisas en 68% y AS% de CaC' indican quehay dos eutéclicas que el nuevo compuesto forma conCaCry CaO, respectivamente, conespondientes a 69.4%y 36.3% de CaC, para elproducto puro. Se puede decirque la reacción comienza a una temperatura alta de1850"C siendo totalmente endotérmico y arriba de2300"C el CaC, se disocia en carbón y vapor de calcio.La adición de cal en exceso a la mezcla disminuye elpunto de fusión; permitiendo un carburo de TO a BS7":7O-80% calidad Hepsa y Carbotérmica y de 80-85% ca-lidad Ensa.
2.5 Peso específico
A mayor pureza de CaC, menor peso específico.Ejemplo: 5?.0% de CaC, <> p.e. 2.54, BOy" <> Z.gZ,80"/" CaCrlíquido a 2000eC <>p.e.1.84
2.6 Conductivídad eléctríca
Elcarburo de calcio posee alta conductividad eléctri-ca mientras la cal no.
Elcompuesto CaCr.CaO con 52%deCaC, tiene unaresistividad de 0.30 ohmios/cm/cm2y corr B0"A de CaC,a 25"/" es 6 ohmios/cm/cm2.
2.7 Dureza
Las mezclas eutécticas tienen una dureza máxima.
IBó
Elproducto de 80% de CaCr liene una dureza Brinellde 80.
2.8 Composición
El examen microscópico revela claramente tres com_pueslos, CaC. CaCr.CaO y CaO en forma de crista-les negros sobre el fondo más claro de las eutécticas.
2.9 Datostermoquímicos
Calor de formación a 25eC para 100% de CaC, es _14.1 Kcal/mol, de CaO es -.t51.6 Kcal/mol y de COes -26.42 Kcalimol. Donde la ecuación fundamentalde la fabricación de carburo de calcio es endotérmicocomo sigue:
Cal+ Carbón = Carburo de calcio +
Monéxido de carbono (gas)
2.10 Príncipales reaccíones químicas del CaCZ
a.- Con ague: se obtiene el gas acetileno, me_diante reacción exotérmica:
b.- Con nitrógeno: se forma cianamida de calcio (ni-trocal) reacción exotérmica, es una masa aglutinaday dura de color gris negro producido entre 1100 a1200sC. El producto contiene 10"/. de grafito.
c.- Otras reacciones: como acción reductora enla fabricación de siliciuro de calcio.
J\1;
Además en la obtención del magnesio por el proce-
so Murex:
III METALURGIA DEL CARBURO DE CALC¡O
0.1 Materia Prima
Se requiere de una cal de buena calidad' fuente apro-
piada de carbén, energía eléctrica abundante y barato
(es recomendable tener su propia generación eléctri-
ca; hidráulica para ello debe estar ubica cerca a un río)'
a.- Cal (CaO): llamada también como cal viva u
óxido de calcio: es recomendable producir su
propia cal, a fin de que llegue al horno sin ha-
ber sido alectado por la humedad y otras cau-
sas de formación de polvo, como el manejo re-
Petido durante el transPorte'
Características:
Físicas: Granulometría; 19 - 75 mm
Ouímicas: CaO = BO -97%lmpurezas: FerO., forma ferrosilicio y rebaja su
valor comercial.
MgO y AlrOr; ocasiona colada pastosa y viscosa'
FeS, FeSr; el S imPurifica alcarburo'
P; en el acetileno como PH. provoca inflama-
ciones esPontáneas-
As y Sb; en el acetileno ocasionan inflamacio-
nes Y toxicidad.
MgO; 1 .75"/" máx'
SiOr; 2.00% máx.
FerO. + AlrO,; 1.00%
S;0.02% máx.
P; 0.05% máx.
Ratio; 850 -950 Kg/TM de CaC,
b.- Reductor Y aleante
Como fuente de carbono para la reacción' aleación
y resistividad se utiliza diversos materiales' entre ellos
M¡NERA1I5 INDU5TR IATfs DELPERU
se encuenlriñ-coke metalúrgico, coke de petróleo,
carbón vegetal, antracita, etc. La elección depende
principalmente del precio, impurezas y proximidad a
la planta.
b.1 Coke:Elcoke de petróleo es un material de
primera clase, por su bajo contenido de ceni-
zas y su alta resistividad, no se utiliza por alto
precio.
Pero se viene utilizando el coke metalúrgico"
donde posee buena conductividad eléctrica y
propaga mucho el calor, humedad máximo
aceptable 2%, pues de lo contrario apaga a la
caly provoca la formación de polvo, el tamaño
recomendable es 50 - 60o/o menor de la cal' La
elección para su utilización depende de las con-
diciones locales, precio de energía eléctrica e
impurezas de la cal.
Características:
Físicas: Granulometría 8 - 25 mm
Características Químicas: Carbén fijo; 85 - 90%
Cenizas; 10 - 12%
Materia volátil; 1.5 % máx-
S;0.9% max.
Ratio: 550 - 670 Kg/TM CaCr.
b.2 Carbón vegetal: El carbón vegetal es mal
conductor de electricidad, reconcentra mucho
elcalor, circunstancia que resulta favorable para
los hornos de pequeña y mediana capacidad'
Este material ocasiona gran porosidad en la car-
ga, dando asl mezclas sueltas que facilitan el
rápido escape de los gases. La desventaja es
que ocupa mucho espacio y arde con facilidad
en la boca del homo causando desajuste en
los cálculos delbalance metalúrgico y se tiene
que aumentar para compensar. Tenemos una
variedad de carbón vegetal como; algarrobo,
zapote, huarango, etc-, síendo el mejor; alga-
rrobo. Pero por manlener nuestro ecosistema y
evitar tala de árboles no se está utilizando ac-
tualmente. HEPSA utiliza carbonilla (restos de
carbón que utilizan en las pollerfas) en un ran-
go 5 a 10% del coke cuando es necesario'
Caracteríslicas:
tB7
INSTITUTO MAR.IO S^MAHI EOGGIO
Físicas: Granulometría; ligeramenre mayor quJ
la cal 1 I 2-5"(25-1 25mm).
Químicas; carbón fijo: 60%
Humedad: 5% máximo.
Materia volátil: 25"/" máx.
Cenizas: 7% máximo
P: O.1"A
S:0.1%
b.3 Antracita.'Es menos conduclora, pero su
gran densidad hace que los hornos pequeños y
medianos funcionen con cierta irregularidad, for-
man escorias.
Para los Hornos grandes resulta muy apropia-
do la antracita que no contenga más de 5% de
cenizas y 6% de materia volátil'
Características:Físicas: Granulometría; 1lB" a /^" (3 - 7mm)
Químicas: Carbón fiio; 7 O%
Cenizas:12"4Materia volátil: B%
Humedad:5%
3.2 Preparación de Ia carga
Antiguamente, se preocupaban que la cal y el car-
bón, debían ser molidas lo mas finamente posible, para
tener en el horno eléctrico una masa fundida unifor-
me, causó durante mucho tiempo grandes dificulta-
des. El polvo finamente molido cubría los electrodos y
ponían obstáculos al desprendimiento de CO produ-
cido por la reacción.
Era necesario abrir los pasos alCO, hurgando conti-
nuamente la masa. Descuidos en este trabajo provo-
caron desastrosas explosiones, pues el monÓxido de
carbono (CO) arrastraba a menudo grandes masas de
carburo caliente, que a veces producían graves daños
a los operarios. Otra consecuencia dc este inconve-
niente consistía en que debiendo desprenderse el CO
siempre a presión, proyectaban cantidades notables de
polvo fino de mezcla de caly carbón, como polvo vo-
lante.
La mezcla resultante resultaba empobrecida en car-
bón y enriquecida en cambio de impurezas.
Pues, siendo peligro latente para la persona y la es-
tructura de protección, además provocando mayor
consumo de material para el proceso. Realizando
muchas investigaciones se concluye que la granulo'
metría del materialdebe ser ampliada, siendo la mez-
cla de caly carbón en fragmentos de 2 a 3 pulgadas'
Si el reductor es coke, la granulometría debe ser de 1/
4 a 1 pulgada.
Para evitar que la cal se apague y se haga fino es
recomendable mantener alamacenado en tolvas ce-
rradas; como tolva'Trompo', de la cual se extrae lo
necesario para echar al horno eléctrico"
3.3 Horno eléctrico
Debido a los grandes progresos el equipamiento del
horno eléctrico ha variado ligeramente con referencia
al inicio de fabricación del carburo de calcio.
Se ha adoptado la corriente trifásica y un diseño per-
feccionado de los conductores que llevan la corriente
secundaria desde los lransformadores a los electro-
dos, que reduce enormemente pérdidas por reactan-
cia.
Otro desarrollo es el horno de sangría y en determi-
nados casos de sangría continua, la invención del
horno *cerrado" en elcualtodo el CO producido por
la reacción en elhomo es recogido y utilizado, y el uso
general de los electrodos continuos SÓoderberg que
se cuecen solo en el homo durante el proceso.
Algunos de estos perfeccionamientos han hecho po-
sible elconslante aumento en la capacidad del horno'
Desde los primeros homos del tipo de "bloque" de
200-300 Kw hasta los grandes hornos trifásicos ac-
tuales de 25.000 Kw que dan una producción aproxi-
mada de 180 TM de carburo de calcio por día
Aunque elhorno de carburo se ha desarrollado par-
tiendo del horno de arco usual, como se emplea en la
fabricación del acero, no es en realidad un horno de
arco, el horno de carburo con los extremos de elec-
trodos colocados a distancia de 30 cm a 90 cm por
debajo de ta superficie de la carga del horno, esto es
de arco sumergido y una gran parte de calentamiento
se debe a la resistencia que ofrece la carga al paso
IBB
H'NT¡,AITS INDUÍN 1#'I.ES DELPERU
de la corriente. Se emplean voltajes relativamente
bajas (50 a 250 voltios, según el tamaño del horno)' y
corrientes de gran densidad (35.000 a 100'000 ampe-
rios), el factor de potencia, comprendidos entre 0'80 y
0.90 ENSA cuenta con dos hornos monofásicos de
2500 Kw. Trabaja con voltaje de 60-70 voltios, intensi-
dad promedio 40.000 amp- 0-BB factor de potencia'
con capacidad de producción real 1STM/día' c/u' El
horno propiamente dicho tiene una construcción muy
sencilla. Las paredes laterales son de acero revesti-
das con una capa de ladrillos refractarios ordinarios'
la base también es de acero y está cubierto con una
solera. Los orificios para la sangría a través de las
paredes laterales están colocadas encima de solera'
La forma de protección, <<casco> del horno puede ser
rectangular o circular, según la disposición de los elec-
trodos. Para los hornos de pequeña capacidad' diga-
mos de potencias inferior a 5000 Kw, la disposición
mas ventajosa es talvez la monofásica' En estos hor-
nos pueden estar colocados de dos maneras: dos elec-
trodos suspendidos verticalmente o un electrodo ver-
tical y otro en el fondo, que actúa al mismo tiempo
como solera.
Casi todos los hornos grandes usan corriente trifási-
ca y tienen electrodos verticales suspendidos' Los
hornos mas antiguos tienen electrodos en línea y los
de construcción mas moderna tienen colocados en
forma triangular, siendo casi equilátero' En el primer
caso el horno es rectangular y en el segundo caso el
horno es circular o triangular con los ángulos redon-
deados. Casi todo la reacción se produce alrededor
de cada electrodo y debajo de él; hasta una distancia
un poco mayor de 30-40 cm de los electrodos y 30-50
cm por debaio de é1.
En consecuencia, el resto de la carga del homo' com-
prendida entre una zona de reacción y revestimiento
de ladrillos, es la mezcla que ha reaccionado parcial-
mente o no ha reaccionado y actúa como el principal
ref ractorio y aislante calorífico en el horno' Las dimen-
siones del horno dependen, por consiguiente de la can-
tidad de éste materialnecesaria para aislamiento' dada
la capacidad del horno.
En cuanto a tipos de hornos, existen dos:
a) Et homo abiefto.-En elcual el CO formando en
la reacción arde en contacto con el aire en la
parte superior de la carga del horno y se con-
vierte en CO, Que se pierde por la chimenea'
Suele colocaise una campana encima del hor-
no y conectarla a una chimenea para conducir
fuera los gases calienles y el polvo.
b) Horno cerrado.- En el cual se excluye el aire en
la parte superior de la carga y se recogen en
cantidades variables de CO para utilizar poste-
riormente. El tipo de horno cerrado mas mo-
dema se asemeja altipo abierto, salvo que por
encima de la parte superior de ladriltos y una
cubierta enfriada por agua, para excluir el aire
y proporcionar espacio para recogery conducir
fuera el CO.
Con respecto al electrodo, lo ideal, es usar electrodo
continuo Sóoderberg, que se e cuecen por si solos'
Estos electrodos con de carbón rodeada por una en-
voltura de lámina de acero delgada y por lo general
refozada con aletas del mismo material gue se ex-
tienden radialmente desde la envoltura y penetran en
la masa de carbón.
llene 6 a 10 metros de largo, y eltramo inferior de
solo 1.20 a 1.80m que está por debajo de las morda-
zas de contacto (placas y coronas), con un diámetro
de (ENSA 1 m, HEPSA 0.80 m y CARBOTERMICA"
0.80m) varfa de acuerdo a la capacidad del horno'
Los electrodos Sóoderberg se prepara con un tipo
especial de pasta que el fabricante de carburo com'
pra o la produce en caso de ENSA compra de Francia
o Alemania. La pasta está constituida de coke meta-
lúrgico, antracita, brea y alquitrán.
La pasta se alimenta por la parte superior de la cami-
sa de los electrodos, por presión de la columna de la
pasta. El calor producido por el electrodo mas el calor
procedente de la parte superior de la carga del homo,
la pasta se hace mas densa y se va cociendo lenta-
mente a medida que se acerm a las mordazas de con-
tacto.
Por debaio de las placas el eleclrodo es una rnasa
maciza y densa de gran tenacidad.
A medida que se consume el extremo delelectródo
t89
INSTITUTO MARIO SAMAM[, BOCCIO
sumergido, se hace descender 10 cm' cada 8 horas
de trabajo, empleando 1O-15 minutos en cada oportu-
nidad (Ensa) m, B-10 minulos Hepsa y Carbotérmica'
con el fin de mantener sumergida la longitud conve-
niente del electrodo. Al hacer esto, se va soldando la
envoltura de acero en la parte superior del electrodo y
se añade más pasta en bruto. Para descender el elec-
troódo se aflojan los pernos de la mordaza (placas y
coronas) previamenle apagando el homo; una vez con-
cluído se vuelven a apretar las mordazas de conlacto
y se prende el homo tomando poco a poco la potencia
normal para evitar un posible corto circuito entre el
electrodo y las placas; por mal ajuste o pasta f resca'
Para mantener un contacto limpio entre las morda-
zas y la envoltura del electrodo se coloca alrededor
de esta a un espacio de 80 cm por encima de la mor-
cJaza un escudo de polvo, envoltura concéntrica por el
cual se hace circular aire para impedir que el polvo
procedente de la carga del horno se concentren en
los dos cables conectados a torno (equipo Secheron)'
Estos mueven todo el electrodo y pueden operarse
por medio de botones de presión manual o de control
automático mediante reóstatos y transformadores para
mantener un arco eléctrico constante de cada elec-
trodo. ltlterruptores de límite superior e inferior evitan
averías por el movimiento excesivo de los electrodos'
La corriente eléctrica se lleva desde los transforma-
dores, rltte transforman de 13.500 voltios a 60-70 vol-
tios, al horno medianle las barras colectoras de cobre
y la compensación se realiza por el arreglo de los con-
ductores flexibles, que van desde las barras colecto-
ras hasta las mordazas delcontacto de los electrodos
(placas cle electrodos), el anillo que sujeta las morda-
zas (coronas), placas de solera, suelen lener refrige-
ración de agua a razón de 15 litros/minutos |f = 8"C)'
l-as barras colectoras, los radiadores del transfor'
marlttr (lleno de aceite) con enfriamiento con aire fil-
track> vale aclarar que el horno es monofásico' con Iplacas cle electrodos y B placas de solera'
3.4 Proceso de fabricación del
carburo de calcio
a) Diagrama del proceso de fabricación
b) Carguío
En los hornos de gran capacidad la mezcla de caly
carbón es introducido mediante:
Dispositivos mediante una carretilla primero para la
cal, luego el carbón y deja en la boca superior del hor'
no o crisol. Y luego el otro obrero (cargador) provisto
de una palana debe ir introduciendo la carga con todo'
cuidado, cubriendo inmediatamente con mezcla reac'
cionante aquellos sitios donde observe pequeñas lla-
mas mientras donde aquellos otros haya una acumu'
lación de mezcla debe remover la masa con una larga
pala (pértiga), casi siernpre se hace el nuevo carguio
después de la colada (cada hora)'
Por lo general, durante la manipulación que sufren
entre los bísculos definidos de mezcla que hay enci-
ma de los homos, se mezclan en grado suficiente para
que no sea necesario equipo mezclador especial"
La ecuación teórica exige las proporciones de 56 par-
tes de CO por 36 partes de C, pero de cuando en
cuando se modifica la composicién de la carga según
la naturaleza y la pureza de las materias primas' la
proporciÓn ideal práctico es 60 partes de cal por 50
partes de carbón vegetal.
En otros homos, elnivelde la carga delhomo, puesto
mediante una tubería alimentadora que va desde el
depósito de almacenamiento colocado encima del
horno, puesto que la única parte de la carga que llega
a la zona de reacción es la que los electrodos la mezcla
tiene que rastrillarse alrededor de éstos para el
reemplazo. En algunos hornos Qerrados no es
necesario rastrillar la mezcla, porque esta se coloca
discretamente en lorma adecuada con la tubería de
alimentación.
c.- Fusión
La fabricación de carburo de calcio es un proceso
electrotérmico donde entra en consideración alefecto
JOULE.
A medida que la carga desciende va adquiriéndolo
la temperatura de fusión de la cal y esta empieza a
reaccionar con el carbón formando carburo' La nece-
s¡dad mantener una temperatura suf icientemente alta
I90
MINTRAIfS INDUSTR INTS DEL P ERU
se manifiesta en el diagrama de temperatura de fu-
sión y composición del sistema CaCr'CaO' Por otro
lado, una temperatura demasiado alta puede causar
la disociación de una parle del carburo en vapor de
calcio y carbono por encima de 2300"C' La tempe-
ratura probable en la zona de reacción es 2000-
22OO"C, pero la reacción puede empezar a 1850"C'
obteniendo una reducción completa del CaO por el C
según el diagrama de Ellinghan es a 2160"C'
En el núcleo del arco eléctrico llega a una tempera-
tura de 2600"C, en los extrenros delelectrodo de2200-
2400"C, y en los laterales cle 1800-200"C, (a 50 cm
del extremo inferior). Cálculos basados en modelos
matemáticos. Porconsiguiente, el buen funcionamien-
to del horno depende de que se mantgnga cierta con-
centración del calor; esta concentración óptima deter-
mina la intensidad de la corriente y el voltaje por lo
diferentes tipos y también de la distancia entre elec-
trodos y del sistema empleado para manejar el horno
(colada).
Normalmente se fabrica el producto de 80-85% de
CaC, si bien en algunos casos se ha obtenido un pro-
ducto con 95% de CaCr.
Si la carga contiene un exceso de cal el horno fun-
ciona muy bien, la cal rebaja el punto de fusión; las
escorias se disuelven, el horno marcha silenciosamen-
te, el carburo resulta de color amarillo pardusco, de
baja calidad.
Pero con objeto de obtener un carburo de mejor ca-
lidad, para evitar el desgaste de los electrodos (que
son caros); entonces elfuncionamiento del horno es
irregular se forma un carburo viscoso. Para normali-
zar la marcha se añade mas cal o carbÓn y se regula
el voltaie. Suponiendo sin embargo, que las materias
primas es de buena calidad. Puede también ocurrir
una reparación de los componentes de la carga'
Fundiendo la calen los electrodos y manteniéndose
suspendido de los electrodos delcarbón, infusible' sin
llegar al foco de la reacción. Cerciorarse esto por la
marcha y agregando cal se puede seleccionar esto'
Con pequeñas densidades de corriente y baia tem-
peratura asl causadas, se presenta inclusiones de car-
buro a medio formar, que se reconocen por la presen-
cia de gránulos negros en la lechada de cal, una vez
descompuesto el CaC, Por el agua'
El CO asciende a través de la carga del horno y la
calienta. La carga debe ser lo bastante porosa para
que el gas escape su presión normal. De otra mane-
ra, la fusión del gas aumenta hasta el punto en que
vence la resistencia y esto origina bufadas en el hor-
no.
Eslas masas de gas violentamente expulsadas, acom-
pañada quizás por una pérdida brusca de calor, que
altera en las condiciones existentes en la zona de reac-
ción. A veces la bufadas son tan violentas, en especial
ni los electrodos no están suficientemente introducidos
en la masa, que por la parte superior del homo es arro-
jado carburo fundido lo cual puede causar graves acci-
dentes en el personal o averías en el equipo. La causa
de ese fenómeno es la presencia en la carga demasia-
do material fino o polvo. A veces es necesario zaran-
dar la materia prima para separa el polvo; si se obser-
va grandes perturbaciones, en funcionamiento del hor-
no.
La reacción química princiPal es:
cuo,",*3c,,, I| cuc,t,l+cotnl
Al-l = 111.08 Kcal
Según el principio de Le Chatelier la reacción es de
izquierda a derecha que es favorecida manteniendo
una elevada temperatura (por ser reacción endotér-
mica) y una mayor presión (menor volumen molar de
los productos), durante el proceso hay que tener pre-
sente lo siguiente:
1. Cuando mas alto es la temperatura del horno,
mas puro será elcarburo obtenido.
2. La temperatura no debe pasar de 2300"C ya
que a esta te.mperatura la disociaciÓn del car-
buro y la volatización delcalcio son muy eleva-
das
3. Se debe mantener en el homo una presión ma-
yor que la atmÓsfera
4. Se puede añadir siempre en pequeño exceso
de cargo ya que de esta manera, por la con-
t9t
INSTITUTO MARIO SAHAHI 3OCCIO
centrac¡ón favorece la reacción hacia la dere-
cha.
Para conseguir determinada temperatura en el hor-
no debe aumentar la densidad de corriente al crecer
la lensión y disminuir si ésta disminuye.
En conclusión, la producción del carburo de calcio
es esencia de un proceso de arco eléctrico, aunque
también desempeñen en él; cierto papel de calefac-
ción de por resislencia.
Por esto la caída de tensión más esencial y elverda-
dero foco de la reacción hay que buscarlos en la zona
de arco que ocupa un espacio de poca altura debajo
del electrodos. Siendo muy importante la temperatura
y la acción de las masas, donde es posible las siguien-
les reacciones:
CaO + 3C: CaC, + CO
CaO+C<---: Ca+CO
y la disociación CaC, €:? Ca +-2c
d) Sangría
El carguío que se efectúa al homo es más o menos
continua, el carburo formado suele recargarse del hor-
no con interminencias.
Las frecuencias de las sangrías. Colada depende delta-
maño del horno (cada media hora en los homos de más de
1 0,000-1 2,000 Kw. y cada hora en los hornos de pequeña
y mediana potencia) y de la cantidad extraída.
En Europa se sangran algunos hornos trifásicos por
medio de tres piqueros o agujeros de colada, uno si-
tuado frente a cada electrodo, pero lo más general es
tener solamente un orificio de colada.
Se emplea elsistema de sangría eléctrico: un peque-
ño electrodo de coloda está conectado por medio de
flexibles y barra colectora al transformador del horno
y se sujeta en un portaelectrodo colocado en un ex-
tremo de una larga pértiga metálica. El electrodo tie-
ne un diámetro de 6cm,€, BOcm. de largo, enrosca-
ble, de 4 Kg. de peso, de material electrografito en lu-
gar de carbón cocido, a fin de que su tamaño sea pe-
queño y con una buena resislencia mecánica. El con-
192
junto electrodo-pértiga se mueve fácilmente para acer-
car a la piquera (boca) de,colada o alejar de ella. Cuan-
do se coloca elextremo delelectrodo sobre elagujero
de colada, se obtiene un pequeño arco eléclrico con
los electrodos del horno. El calor así producido lunde
en unos cuantos minutos el carburo macizo que llena
la piquera y el carburo f undido sale del horno, en ple-
na colada el colador introduce varilla de hierro para
ayudar su salida. El agujero de colada suele abrirse
hasta un diámetro de 20 cm y el carburo líquido se
deja correr durante 5-10 minutos; depende de la flui-
dez del carburo. Para tapar el agujero de colada se
espera que salga una lengua de llama por éste y será
señalque no hay más carburo fundido dentro del hor-
no, y luego se procede a tapar lanzando contra él unas
palanadas de carburo lrío triturado, una barra de me-
tal redondeada en la punta, denominado "sello". En
lugar de este procedimiento, algunas fábricas usan
un tapén cónico enfriado por agua para colada. Un
procedimiento más reciente consiste en hacer f uncio-
nar el electrodo de sangría desde un pequeño trans-
formador separado.
Cuando se tiene eleclrodo de electrografito, se utili-
za barras de hierro, en su defecto gas oxígeno inyec-
tados con tubo de hierro de Yz".
Pero los resultados no son satisfactorios operacional-
mente, ni económicamente, y, mas aún, con el último
se corre el riesgo a explosiones.
En cada colada de hora en hora (ENSA) se obtiene
500-700 kg" de carburo de calcio, vaciándose en lin-
goteros de hierro fundido de capacidad de 100 Kg'
aprox. c/u, para su fácil desplazamiento se encuen-
tran sobre rieles, se ubica cerca de la zona de chan-
cado, después de media hora de enfriamiento se des-
carga con la ayuda de una polea rodante y tecle (1TM)
a un lugaradyacente altriturador, cabe mencionarque
el carburo sale del homo con una temperatura de 1800
- 2000"C, pero por su pequeñísima conductividad tér-
mica se puede verter en los recipientes indicados.
Si la cal está en notable exceso, el carburo resulta
bastante fluido, su solidificación en la lingotera es cón-
cavo; pero la calidad baja. Mientras predomina elcar-
bón, elcarburo es de consistencia pastosa, forma de
solidificación convexa; calidad alta.
MINEX.AI.E INDUSTRIAI.€J DfI PT¡ U
Ahora bien si poco antes de vaciar el crisol se hace
actuar una corriente muy intensa, el carburo se hace
más fluido, no obstante, ni el paso de la corriente es
demasiado grande, el horno desprende gran cantidad
de vapores y el carburo se hace mal conductor, por-
que la elevada temperatura las descompone. A veces
la operación del sangrado es dificultoso por especial-
mente por la alúmina, magnesia, sílice y además, por
la falta de cuidado en la operación. Pues elcarburo se
solidifica en la piquera del horno (boca de colada),
siendo necesario después emplear toda clase de úti-
les para extraer la masa.
e) Gases
Un progreso considerabie, en lo que a esto se refie-
re, fue el cubrir el crisol con una bóveda donde sólo
queda libre para el paso del electrodo y para la carga
(en ENSA bóveda a B0 cm. arriba de la boca delcrisol
o cuba); los gases son aspirados lateralmente, oca-
La composición típica de los gases es la siguiente:
Además en la fabricación de 1TM de CaC, de 85%de pureza, se pierde por la chimenea 121 Kg. de cal y
23K9. de polvillo de coke o carbón que representa de
3.5 a 5.5% de la carga (materia prima). Eltamaño de
las partículas es menor de 10 micras.
La cantidad de gas liberado es de 15,000 piess
(25Nm3) pro tonelada de carburo producido, y su po-
dercalorífico es aproximadamente 300 Btn/pies3 (1670
Kcal/Nm3).
f) Trituración, Cribado y Envasado
Esta es la etapa final de la manufactura del carburode calcio, todos los bloques "panesn descargados de
los ligontes que se encuentran junto a la chancadorade quijada tipo "Blake" se deja de 3 a 6 horas.
Luego de percatarse su enfriamiento se procede a
COMPOSICION CENTESIMAL DE LOS GASES DEL HORNO DE CAHBURO(Aspirador lateralmente a 10 cm. de los electrodos)
MUESTREO DEL GAS CO, co
65.8
t*
H2
10.8
;
cHn
2.8
IN2
9.2
^
a2
2.4
;
OTROS
5.9Junto a la superficie 3.1
A 30 cm. de profundidad 1.0 0.1
ANAL¡SIS OUIMICO DEL POLVILLO OUE SE DESPRENDE DEL HORNOS DE CARBURO
COMPUESTO o//o
CaO 56.68
sio, 4.00
Al2o3 8.00
FerO. 6.00
sionado por un buen tiro por efecto de una chimenea
de B m. de altura. En otras fábricas antes de dejarlo
en libertad a los gases. Son purificados, filtrándolos
en los canales de tiro, o lavándoles en agua a pesar
de todo el polvillo muy fino de cal y carbón no se pue-
de recoger y escapa. La finalidad perseguiUa al aspi-
rar los gases y dependen del homo, es la de utilizar su
fuerza calorífica y de dar mayor confort a los trabaja-
dores.
COMPUESTO of/o
CaSO. 1.6
C 11.4
HrO 0.4
OTROS 11"92
chancarcon la quebrantadora previamente chancado
manualmente en trozos de 5 a B', la descarga es reci-
bido en un elevador de canjilones con una operación
inclinación de 50'y que alimenta a un TrommelScreenque realiza la siguiente clasificación de acuerdo a la
norma British Estándar 642: 1951.
- Gruesos B0 - 12 (generalmente se rechaza)
- Passing. Clasif. 50 - 80 "
r93
INSTITUTO HARIO SAMAHI BOCCIO
- Passing. Clasif. 25 - 50 "
- Passing. Clasif. 25 - 50 "
Finos < 1Smm (pasan a una zaranda vibratoria de 3'
x 6'de donde se obtiene CaC, de la siguiente
- Passing. Clasif. 7 - 15 mm
- Passing. Clasif. 4 -7 mm
- Passing. Clasif. 1 -4 mm
- Passing. Clasif. 14ND
Finos de rechazo POLVO (sirve para madurar fru-
tas). El carburo triturado y tamizado de granulometría
indicada se envasan en unos cilindros (tambores) de
50 Kg. de capacidad, el tambor pesa 2 Kg, tiene 40
cm ,€ y 60 cm. de altura, hechos en la misma fábrica'
Luego el material envasado se guarda en un lugar
f resco, evitando en lo posible el contacto con el agua'
Se tiene de este modo listo para su comercialización
nacional y de importación.
3.5 Análisis de carburo de calcio
Actualmente, casi lodas las fábricas analizan, por
medio de un barómetro, por ser económica y versátil'
En nuestro caso es de fabricación francesa.
La muestra se saca con una varilla de hierro durante
la sangría, de diferentes lingoteras de donde a simple
vista (por práctica) se deduce si la calidad es alta, me-
dia o baja. Por las formas de depositarse en las lingo-
teras, además si la colada es lluida o viscosa (pasto-
sa).
También se deduce su calidad pro la lorma de frac-
tu-ral si se observa gruesos cristales de color amarillo
latón, con irizaciones azules y rojizas, es buena' Di-
cha muestra obtenida se tritura a una granulometría
de 5-10 mm; se pesan 100 gramos y se introduce len-
tamente en un barómetro de acetileno medio lleno de
agua, dejándolo caer del frasco de hojalata a través
deltubo perfectamente ajustado. El gas pasa primero
por f rasco lavador y luego se mide en un contador de
agua (en ensayos). Para hacer la medida indepen-
diente de la inexactitud del contador, se emplea un
barómetro cuya campana se va elevando pro medio
t94
del manubrio, a medida que se desprende el acetile-
no. Como el desprendimiento ocurre bajo cierto gra-
do de vacío, una vez terminado el desprendimiento
se hace que quede el gas a la fusión atmosférica, aten-
diendo a las indicaciones delmanómetro aplicado ala
campa ( Regla: 1 mm/lt. CrHr/RgCr. Entonces se lee
temperatura y altura barométrica, y se deduce el volu'
men realen Lt. De C, HrlKg. CaCr.
Ejemplo:
Lectura regla : 300
Temperatura : 17"C
Presión (altura barométrica ) = 764 mmHg
Factor fl-abla T Y P) = 1.015
Volumen real = 300 x 1 .015 =3.04.5 litros CrHrlKgCaC,
Apréciase elcarburo pro su destino. El carburo co-
mercial especialmente destinado a la producción del
acetileno, debe dar origen a determinada cantidad de
gas, y, éste debe reunir ciertas condiciones referente
al máximo de impurezas perjudiciales y el mínimo del
acetileno.
Las impurezas pasan en parte alacetileno, obte-
nido del carburo como; hidrógeno fosforado (PH.)e
hidróge-rro siliciado y amoniaco. La existencia de
SH, se prueba mecliante una disolución de aceta-
to de plomo, y de fosfina (PH.) por tratamiento de
una disolución clorohÍ-drica de ClrHg (este ensa-
yo debe realizarse después de haber eliminado el
SHr) o por medio de un papel adquiere un color
pardo hasta negro. La determinación cuantitativa
de S y P se hace oxidando con una disolución al-
calina de bromo y determinado luego los ácidos
H2SO1 ó H3PO. formados. La especificación de
Bristsh Standard es:
S, expresado como HrS f 0.15 (volumen).
P, expresado como PH3 [ 0.06 % (volumen)
As, expresado como ASH3 t 0-001 % (volumen)
N, expresado como NH3 t 0.10 % (volumen)
Cuando entra en contacto el CaC, con el HrO, se pro-
duce los acetileno de alta pureza de acuerdo a la reac'
ción:
Cacr+ 2H2o * CrHr+ Ca(OH),
HINTRAIfJ TNDUSTRI,AI.¡s DTt PER.U
AH = -29.80 Kca.
La reacción química es exotérmica, y el volu-
men del acetileno generado es una medida del
carburo en la industrial preferentemente por el
porcentaje de CaCr. Este volumen procede ser
expendido en : Pie.ilb o lt/Kg. en condiciones nor-
males de temperatura y presión especialmente a
60'F (15.55'C) y 30 pulgadas de Hg' (762 mm
Hg) El carburo comercial produce gasá acetileno
de 4.8 pies3/lb (alrededor de 3OO lt/Kg' Equivale
un 80-85% de CaCr.
Teniendo la densidad estándar del gas acetileno
14.38 pies3/lb, la relaciÓn entre "/. CaCrla producción
del gas acetileno a762 mm. Hg. Y 16"C, según Bri-
tish Standar, se ilustra la siguiente tabla:
Pie3/lb LUKg "/" CaC,
5.841 364.8 100.00
5.0 312.2 85.61
4.9 306.0 83.89
4.8 299.7 82.17
4.7 293.5 80.46
4.6 287.3 78.75
4.5 280.9 77.03
4.4 274.8 75.34
4.3 268.s 73.62
4.2 262.3 71.90
4.1 256.1 70.20
4.0 249.8 68.48
Cabe resaltar, que a menor densidad del CaC, y ma-
yor pureza del CaC, y mayor rendimiento gaseoso'
Durante el análisis en el gasógeno la reacciÓn y ge-
neración del gas es más violenta cuanto más alto es
la pureza del CaC, (Eiernplo de 360 lt CrHrlKg CaC,
reacciona en Yz -3').
Finalmente British Standar indica el rendimiento ga-
seoso del carburo de acuerdo a su granulometría a
16"C y 762 mm Hg.
Teóricamente, 1 kg, de CaC, puro debería producir
349 litros de acetileno (a 0'C solo 760 mm Hg) pero
un buen carburo comercialsolo 300 litros (1 6"Cy762
mm Hg). El Hidrógeno actuando sobre CaC, a tem-
peratura inferiores a220O"C produce cantidades no-
tables de C.Hr.
Elcarburo de calcio puro está formado por 62-5"/"y
37 .5%C. El carbu ro comercial contiene ge neralmente
10-18% de ímpurezas, especialmente con exceso de
cal, como a continuación se muestra:
CaC,CaOCaSi
carP,CaSFeSi
clndeterminable
82.30%14.60%0.06%0.13%0.13%0.72"/"
1-2O"/"
0,80%
3.6 Rendimiento de materiales y energía
(batance)
3.6.1 Análisis químico de la carga
de materiales delhomo
Granulometría BENDIMIENTO
Pie3/lb
tolerancia - 5 7o
GASEOSO
LUkg
15 al 120
7 al 15
4 al7
2 al4
1 al2
4.80
4.64
4.42
4.21
3.98
300
290
277
263
248
olo PASTA
COMPUESTO CAL COKE ELECTROOO
Sio" 1.40 2.61 2.80
Fe,O. 0.41 2.-13 1.50
Arp. 0.41 2.06 _____ lj9CaO 92.73 1.13 0.33
MgO 0.70 0,19__-9 i!sq - 0.99 0'25
S - 0.63 o'€P, o" - o.og o'12
r95
INSTITUIO i ': ', SAI'IAHt BOCCIO
M.i/ 0.69 17.75
82.29 14.98 Kcal/TM CaC, =
0.22 0.22
1000 Kg mol-Kg
1TM 64 KgCaC,
b) Consun'to de energía eléctrica
para producción
CaC, de 82.71"/"
= 0.8271(2018.17)
Kw-hTMCaC, (82.71%)
= 1669.23 Kw-h/TM CaC,
c) Consumo de energía eléctrica para
producir 100% de CaC,
Kcal kw - h
c.Í-.lnde.ter:"
C{1,.
J.O. t'
M.v. :
C.F. :
":1000 kg.:
4.30
Dislribución de la carga de
materiales Para oblener 1 TM
de carburo de catcio,
calculados en base al cuadra anlerior
Materia VolátilCarbono fijo.Oxígeno tomado de la almósfera
1TM
( 11 r.oB kcat )
lTdr.s J1735.625 Kcal/TM CaC, /
E-lcalI cokeI Pasta cJe t'
I Camiscta,' I Energía ek
[:,:::::::
J.O.,7" Ratio típico de la fabricación del
carburo delcalcio, para obtener 1 TM
(KsJl TM) (Ks/Kg)
e Eilectrodo
ta tje Acero
Leléctricade electrodo
913.6
574.3
27.4
1.4
3300 kwh/m
23.26
0.9136
0.5743
0.0270
0.0014
3.30 kwM(go.02326
1735.625 t" a"t, t
_201BKw-hTM CAC,
b.l Consideramos gasto E.E- para llevar
de 25"C a temPeratura de fusión Yreducción de la matería Prima:45% delteóríco Parcial
0.45 x 1669.23 = 151.15 Kw - h /TM CaC,
Además:
b.2 Pérdida por radíación, convección,
conductividad, calor sensible de los
gases Y sangría
s94.00 Kw-h/TM CaC,
b.3 Pérdida en los transfonnadoresprimarios
87.62Kw-hlTM CaC,
kw-h
0.860 kcalTM CAC,
Calidad cl; carburo
82.71"/" CaC, (300 lt CrHzlKg CaCr)
Pérdida del C Por la chimenea(58-8/512-6) 100 = 11'47Vo
Pérdida del CaO Por la chimenea *
(1.61547 '2lr 100 = 0'19%. Bajo, por tener Cal y Coke muyfino y horno
bien cargad
3.6.4 Rendimiento energético
Tenemos la reaccíón PrincíPal
CaO + 3C ---> CaC, + CO
Entalpía:- 1515 o -14.1 -26-42
a) Cálculo de consumo de Kcalen 1 TM
OaC,
196
1"
MINERAÍT5 INDU'IRI,AÍT5 DTt PERU
PROCESO KwH OBSERVACIONES
Fusión 2420.38 73.34 Eficiencia del horno
Pérdidas por radiación, convención, conduc-
tividad, calor sensible de los gases y sangría' 534.00 't 8.00
Pérdida en el transformador (bobina primaria
y secundaria) 87.62 2.66
Pérdida por voltaje, transporte desde el
transformador hasta el horno. 198.00 6.00
CONSUMO TOTAL (Práctico) 3300.00 100
CLASIFICAC¡ON DEL CARBURO DE CALCIO DE ACUERDO
AL TAMIZ ITINTEC
GRANULOMETRIA (mm)
Passing Tamiz; Tolerancia 5%
Retenido por el tamiz; Tolerancia 15%
Rendimiento Promedio
litros CrHrll(g CaC, Tolerancia +- 7"/o
r*t-o tCo,.¡o nioroge* tosforado) determinado por el gas acetileno, % en volumen máximo; 006'
b.4 Pérdída por vottaie, conduccíón
secundaria o transporle de la coriente
(barras, tubos , fusibles Y Placas):
198.00 Kw-h/TM CaC,
Total : b + b.1 + b.2 + b-3 + b'4 = 3300
Kw - h/ TM CaC,
Resumen delconsumo de energía eléctrica total para
producir 1 TM de CaC, de calidad B2-i1%-
197
INST¡TUTO MARIO S^HAMg BOGGIO
Obtención de arena limpia
para la fabricación de vidriolng. Luis Goyena Olivera *
llratamiento de los minerales no metálicos sigue siendo un
área que no ha tenido el auge que debería tener en el Perú, y
esperamos que esto se vaya revirtiendo. Svedala tiene su
mayor ingreso proveniente de la producción de equipos para
el tratamiento de minerales no metálicos que de la minería metálica pro-
piamente dicha. Estamos tratando, como corporaciÓn, aquí en el Perú
(en el resto del mundo no es así) de dar una mayor conciencia de los
potenciales que tenemos en esta área-
Los recursos minerales de arena para la fabricación de vidrio pueden
variar desde rocas consolidadas, lales como tegmatitas o cuarcitas, de-
pósitos semiconsolidados de areniscas o arenas no consolidadas. Por lo
tanto, la preparación del materialdeltamaño correcto (la mayor parte de
los granos de arena debe caer en un rango de 125 a 500 micrones)
puede involucrar desde molienda, control del tamaño del producto para
materiales consolidados a una simple clasificación hidráulica de las are-
nas consolidadas, aunque podría requerirse cierta molienda, aún para
estos materiales no consolidados a fin de incrementar una determinada
fracción de tamaño.
Desde el punto de vista de calidad química de la arena, los depósitos
naturates que c¡"rmplen con las diferentes calidades requeridas son muy
escasos, En este sentido, casi siempre se necesita eliminar algún tipo de
impureza, la cual no se logra mediante los siguientes procedimientos
más comunes:
El primero, es un lavado por fricción para la remosión de cobertura
coloreada de fierro recubierta de materialfino consolidado- Esto básica-
mente se aplica en el caso que se trate yacimientos o pozos de arena
que pueden tener cobertura de material ferroso o de otro tipo de materia-
les o de pigmentos que recubren la superficie de los granos de arena'
t9B
+ De Svedala-Fima.
MINERAIfS INDUÍTRru,E5 DfT PTR U
lnvolucra, en la mayoria de los casos, la utilización de
molienda o de chancado o de algún tratamiento de
fricción conminución del material para lograr disten-
der esta superficie que pueda generar ciertos proble-
mas en el tratamiento, sobre todo en la fabricación de
vidrio u otros Procesos.
En el segundo caso la flotación para la remoción de
micas en unidades coloreadas de feldespatos' En este
caso siempre uno de los elementos presentes en la
mayoría de los yacimientos en todo tipo de yacimien-
tos metálicos o no metálicos, son las micas, los felde-
spatos y otros tipos de micas, los cuales para hacer
una limpieza en la arena en su estado natural y poder
obtener un mayor grado de pureza quitando el ele-
mento contaminante por el peso específico que tiene'
se somete siempre a un proceso de flotación'
En el tercer caso, la separación magnética para la
eliminación de minerales residuales fuertes o débil-
mente magnéticos. Este es otro de los métodos' Es
una forma de eliminar algún elemento contaminante
que pueda ser ferroso o que pueda tener un efecto
negativo en la utilización de los minerales de las are-
nas ya sea en la fabricación de vidrios, o en otro tipo
de aplicación, como puede ser las briquetas para al-
tos hornos, para el uso en altas temperaturas, y otras
de las separaciones electrostáticos y para el acabado
del producto final. En el caso este es una aplicación
cuando se quiere tener un producto altamente fino y
altamente puro para aplicaciones especiales muy
específicas o industriales o de otro tipo'
La selección de las técnicas de separación depen-
derá significativamente de la mineralogía del material
inventado, debiendo, por lo tanto, registrarse varios
procesamientos. La presente exposición ilustra los
diagramas que son empleados en los casos de remo-
sión de ciertas imPurezas.
En el caso específico de la producción de arenas
para la fabricación de vidrio. Hay una serie de dístri-
bución sobre los porcentajes que se necesitan para
tener una buena calidad de vidrio' Generalmente' el
óxido de silicio, en este caso, el cuarzo que es elele-
mento principal, debe tener un 99'5% de pureza para
obtener un producto de muy buena calidad, debe te-
ner un óxido mlnimo de 0'16%, que es un porcentaie
muy bajo, el óxido de fierro no debe pasar de 0.23"/"'
y otros elementos como el cromo' calcio, magnesio,
sodio, deben tener un porcentaje muy reducido.
Esto básicamente porque, por cada impureza que
se pueda encontrar en la combinación al momento de
la elaboración del vidrio, puede generar dos cosas:
- Un elemento de mala calidad, donde no sea mane-
jable, no sea manuable y eleve elcosto de producción
al momento de la fabricación delvidrio.
- Que no sea de la calidad adecuada en cuanto a
resistencia, dureza y a la flexibilidad del material.
En el caso, entrando altratamiento en sí, tocando el
tema de flotación, básicamente encontramos una cel-
da de flotación que tiene mucha similitud y es muy "
parecido a las celdas de flotación de minerales metá-
licos, en el caso de cobre, zinc o plomo o plata' Es
una celda de flotación donde entra la mezcla del mi-
neral ya sea con cierta granulogía, donde la mezcla
que entra es dura. En este caso básicamente es para
tratar de flotar los elementos de baja densidad o de
bajo peso específico. En la parte de la columna cen-
tral hay una inyección de aire y en la parte de la base
hay un cursor difusor que genera una uniformización
de toda la mezcla y, obviamente, con los aditivos y
químicos, esto va a generar una espuma muy densa
y en la parte superior van a separarse los elementos
de bajo peso específico y, la arena ya más o menos
limpia, sale por una cámara de descargar por donde
pasará a un posterior lavado.
En el caso del potasio hay dos celdas de flotaciÓn
primaria, dos celdas donde ingresa la mezcla del ma-
terialde la arena con otros elementos contáminantes'
Hay una flotación y una separación primaria de los
elementos de baia densidad. Posteriormente hay una
limpieza con un clasificador en espiral que, en la me-
dida que ese sistema que va girando y va separando
los elementos de mayor peso específico que es la sf-
lice, y esta pasa a una tercera etapa, donde nueva-
mente se separan los residuales que puedan haber'
En ese caso pasa básicamente para el lavado de mi-
neral de potasio.
El caso de la arena es muy similar, salvo que hay
una etapa previa antes de considerar un material fino
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lfis;liUTO i'l;\i lt) J;\MAHE BOCCIO
o limpio, (r) ir,:r llay una celda de f lotación donde ingre'
sa el matori¡l ()ontaminado de sílice u otros maleria'
les. Esta ,l !.t rltapa primaria para flotar los elemen-
los de $i r rr¡¡r5iflad. Hay un clasificador intermedio
donde s 'i lriln los elementos más pesados' Hay
una segr ' r' l,' rlotaciÓfi para quitar los residuales y' fi-
nalmenl, ' .-' tln lavado de arena. Este lavador de
arena e.J r;i i¡rte más usamos en el Perú' Por ejemplo'
para la ;; . i.¡rlción de arena para los agregados de
conslrLlr ' lr;le es un elemento muy común que se
usa en i : l()s proyeclos de conslrucción civil' Hay
un clasii:' r:,, i'.ri (l€ arena y un lavador de arena que es
de tipo ti:,1;ii'ii, que es ligeramente diferente al de cla-
silicación cl{) metales pesados, pero que cumple la
misma lrr,lr;iriil: bota un producto bastante uniforme'
baslantr.' irilil) y con alta resistencia a la compresión'
Finalmeittrl. toilemos la cancha de almacenamiento
para su ¡rosterior uso
Hay otros sistemas de flotación' El de celdas conti-
nuas, cit.t.] son dos etapas diferentes' Una primaria
para boi;li ltls elementos ligeros y otra para quitar ele-
mentos r¡rtÍitticos o soluciones que pudiera contener
la are¡lt itl ilt()lnento que se encuentra en estado na-
turai" {,trrti:i:in puede habertratamiento químico' Ob-
viarncrtlrr, r)ste es un proceso más caro, al intervenir
elemeilt()s c¡uímicos.
En rll r;itso cle la arena fina para cristal o vidrio de
alt¿l c,rll¡ltrt.l iilvolucra una mezcla de estos procesos'
Ol¡v'i;ti rlr-ttltc', el mater¡al es más caro, pero las necesi-
darjes ile caliclad en cuanlo a la producción de arena
lo reqliir-l¡'en así. Hay una flotación de metales o ele-
menlos ligeros o livianos, una clasificación de mate-
riales pesados, hay unos acondicionadores antes del
ingreso de soluciones químicas que pueden contami-
nar al mornento de la fabricación del vidrio'
Hay una clistribución típica de una planta de trata-
miento cle arena. Hay varios modelos' Tenemos una
tolva de alimentación primaria, donde el mineral in-
gresa, en esle caso puede ser de una mina' La pro-
ducción de sílice no necesariamente es de depósitos
aluviales o de olro tipo, puede ser de roca intacta don-
de hay que producir voladuras' Si la calidad del mate-
rial lo justifica la operación, obviamente, sígue ade-
lante. En esle caso se lrata de un material grueso'
donde hay una clasificaciÓn primaria en una zaranda'
donde se separan los elementos finos del grueso' arri-
ba de 2 pulgadas' Esto es en realidad variable en un
esquema general. lngresa a una lriluradora primaria
donde hay una reducciÓn primaria del material' Entra
a una zaranda para sacar el material grueso y entrar a
un segundo ciclo de chancado que puede ser una lri-
turadora de cono' Esa mezcla' reducida a menos 1
pasa a un tratamiento de moliendo' Es un esquema
para cualquier tipo de material' Hay elementos que se
pueden quitar dependiendo del material'
Luego de la molienda entra a una clasificación más
fina y el elemento ya clasificado y puro puede pasar a
una pila de almacenamiento. Luego a una clasifica-
ción secundaria y hay una remolienda en caso de ne-
cesidad de material mucho más fino y hay clasifica-
dor de espiral para el caso que se requiera mayor
pureza del material con clasificadores hidráulicos'
Luego otro espiral para un nuevo tratamiento de ele-
mentos pesados y, finalmente, otra pila'
Hay otro tipo de modelo que existe aquí y en Colom-
bia para la fabricaciÓn de arena para vidrio' Hay una
tolva de alimentación, una clasificación primaria del
material. Ya reducido, pasa a una clasificación en es-
piral. Esta mezcla se envía luego a otra zaranda de
clasificación. Hay una serie de clasificaciones inter-
medias para quitar los elementos gruesos y finalmen-
te hay un citrón que separa la arena de otros elemen-
tos.
Otro de los tratamientos de Svedala consiste en una
clasificación primaria que separa o desecha los ele-
mentos contaminantes con la finalidad de no incré-
mentar el costo. No hace tratamiento de chancado o
molienda. Se da en los yacimientos de arena de ta-
maño uniforme. De aquí pasa la arena a unas celdas
de flotación, donde realiza dos etapas de flotación
seguidas para quitartodos los elementos de baja den'
sidad y de ahf pasa a una bomba que enviará alclasi-
ficador en espiral para poder quitar los elementos pe-
sados y, finalmente, a unos tanques de almacenamien:
to antes de Pasar a un secador'
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