UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

Ingº Juan Medina

CEMENTO El cemento es un material inorgánico finamente pulverizado, que al agregarle agua, ya sea sólo o mezclado con arena, grava u otros materiales similares, tiene la propiedad de fraguar y endurecer en virtud de reacciones químicas durante la hidratación y que una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad..

Cemento : Clinker + yeso

MATERIA PRIMAS• Caliza (carbonato de calcio CaCO3, MgCO3)

• Arcillas (SiO2, Al2O3, Fe2O3)• Correctores: materiales que contengan el oxido que se desea corregir, como por ejemplo SiO2, Al2O3, Fe2O3

• escoria• Yeso• Combustible ( Carbón, gas, Petróleo)

PROCESO DE ELABORACION DEL

CEMENTO

Preparacion de materias primas

CalcinacionProceso de clinquerizacion

Enfriamiento de clinker

Adicion de yesoCemento

ETAPAS BASICAS DE FABRICACION DEL CEMENTO

Reducción de Tam año Coccion M olienda del

Cem entoCem ento

DIAGRAM A DE BLOQUES DE FABRICACION DEL CEM ENTO

1. REDUCCION DE TAMAÑO

2. . FABRICACION DE CLINKER

3. MOLIENDA DE CEMENTO

4. . ENVASADO

ETAPAS DE FABRICACION

EXPLOTACIÓN DE MATERIAS PRIMAS

• De las canteras de piedra se extrae la caliza y la arcilla

TRANSPORTE DE MATERIAS PRIMAS

• Una vez que las piedras han sido extraídas se transportan en camiones

TRITURACIÓN

• El material de las canteras es fragmentado y triturado a un tamaño máximo de una y media pulgadas.

PREHOMOGENIZACIÓN.

• Es la mezcla proporcional de arcilla, caliza o cualquier otro material requerido

ALMACENAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS

• Cada una de las materias primas es transportada por separado a silos donde son dosificadas para la producción de distintos tipos de cemento.

MOLIENDA DE MATERIA PRIMA

• Se realiza por medio de un molino vertical de acero mediante la presión que ejercen rodillos cónicos al rodar sobre una mesa giratoria. Se utilizan también molinos horizontales en cuyo interior hay bolas de acero que pulverizan el material

HOMOGENIZACIÓN DE HARINA CRUDA

• Se realiza en los silos equipados para lograr una mezcla homogénea de material

CALCINACIÓN

• La Parte mas inportante del proceso donde se utilizan grandes hornos rotatorios, en cuyo interior a 1400° la harina se transforma en clinker

MOLIENDA DE CEMENTO

• El clinker es molido a través de bolas de acero de diferentes tamaños a su paso por las dos cámaras del molino agregando yeso para alargar el tiempo de fraguado del cemento

• La molienda consiste en reducir el clinker, yeso y otros componentes a un polvo fino de tamaño inferior a 150 micrones.

• La molienda se realiza en molinos de bolas, que consisten en tubos cilíndricos divididos en dos o tres cámaras que giran a gran velocidad con diversos tamaños de bolas en su interior.

•

ENVASE Y EMBARQUE DEL CEMENTO

• El cemento es enviado a los silos de almacenamiento; de los que se extrae por sistemas neumáticos o mecánicos, siendo transportado a donde será envasado en sacos de papel o surtido directamente a granel en ambos casos se puede despachar en camiones tolvas de ferrocarril o barcos

Indian Cem ent Industry - Production & Energy Consum ption

1988

19891990

1991

1992

1993

19941995

1996

1997

19981999

2000

2001

20022003

2004

2005

2006

20072008

2009

Year (1988-2009)

Values as Indicated

Production (M n.T) Therm al Energy (kcal/kg Cl.) Electrical Energy (kW h/t Cem )

128

726

79910

181

42

CEMENT VARIETIES – CEMENT VARIETIES – PRODUCTION IN 2008PRODUCTION IN 2008

Ordinary Portland Cement (OPC) : 25 %

Portland Pozzolana Cement (PPC) : 66.50 %

Portland Slag Cement (PSC) : 8 %

Other Cements : 0.50 %

CO2 EMISSION FROM CEMENT MANUFACTURE

SOURCES OF CO2 EMISSION

OPC PPC

Tonne /t

% Tonne /t

%

CALCINATION 0.50 60 0.37 58

COMBUSTION OF FUEL 0.24 29 0.176 28

USE OF POWER 0.09 11 0.09 14

TOTAL 0.83 100 0.636 100

Date 24

Cement production: co-processing

CalcinatorGas: 1200 °CRaw material: 900°C

Raw material(limestone, sand,

marle, iron; Alternative Raw

Material)

Main burner flame : 2000°Cclinker: 1450°C > 15’

Clinker

Fuel(Coal; Alternative fuel)

Date 25

Cement process: co-processing

Proceso de Produccion

Precalentador

Horno Rotatorio Enfriamient

o

Precalentador• Retiro de la

Humedad • Descomposición

del CaC03, MgCO3

• formación de CA, C2F y C3S

Cement industry: burning

GReening business through the Enterprise Europe Network

CaCO3 CO2 + CaO limestone calcination + quicklime

1. step

2. step

CaO + (Silica, Al2O3, Fe2O3) Ca-aluminates, Ca-ferrites, Ca-silicates

clinkering process: clinker

~ 800 - 900°C

~1400°C - 1500°C

Horno Rotatorio

Comienza La formación de C3A y de C4AF y termina la descomposición del CaC03

•La formación de C2S alcanza máximo, La formación de C3A y de C4AF terminó Formacion de fase liquidaFormacion de fase liquida

Formación de C3S, disminución gradual del contenido de la

cal libre.

Reacciones químicas en función de Temperatura

ESCALA DE TEMPERATURA REACCIONES

QUIMICAS<600 Desprendimiento de

Agua600-900 CaCO3 CaO +

CO2800-1000 2CaO + SiO2 2CaO.

SiO2 Ca2SiO4

2C + S C2S

>1280-1450 Al2O3 + 3CaO 3CaO.Al2O3

Ca3Al2O6

A + 3C C3A

4CaO+Al2O3 + Fe2O3 4CaO.Al2O3. Fe2O34C + A + F C4AF

1400-1500 2CaO. SiO2 + CaO 3CaO. SiO2

Ca2SiO4. CaO

El horno El horno rotativo es rotativo es en esencia en esencia un tubo un tubo cilíndrico cilíndrico ligero ligero apropiado apropiado con con diámetro de diámetro de 4 a 6 4 a 6 metros y metros y con un con un largo largo alrededor alrededor de 50 de 50 metros a 85 metros a 85 metros, de metros, de acuerdo a acuerdo a la la capacidad capacidad de la de la planta.planta.

Gira sobre un eje rodando sobre pistas de apoyo (llantas), con

cierta inclinación que permite el pasaje por deslizamiento del

material a clinckerizar. Esta revestido interiormente con ladrillos

refractarios ácidos y básicos de acuerdo a la zona. Por el extremo

superior (boca fría) del horno se introduce el material crudo en el

extremo inferior (boca de descarga) donde se sitúa el quemador.

De esta manera el material se desliza y se desplaza hacia zonas

cada vez mas calientes.  La capacidad del horno es generalmente

función del diámetro del horno y la velocidad de pasaje medio en

revoluciones por minuto (RPM).

DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURAS EN EL HORNO

Un horno que opera por el

método de vía seca, consta delas siguientes zonas Zona Fría.- Conformada por laboca de carga y la zona

decalcinación (800 – 1200 °C)Zona Intermedia.-

Constituidapor la zona sinterización

(1200-1400°C)Zona caliente.- Formada por

lazona de clinkerización y la

zonade descarga (1400-1600°C) Horno Rotatorio

HORNO ROTATORIOVISTA SUPERIOR

Clinker

•Silicato tricálcico (C3S) o la alita• silicato dicálcico (C2S)• aluminato tricálcico (C3A)• tetracalcium aluminoférrico (C4AF) •son los componentes principales de la escoria

MINERALOGICAL COMPOSITION OF CLINKER

Cooler

Cooler

Composicion quimica del cemento

Cement o componentes Percentaje Formula

Tricalcium silicate 50 % Ca3SiO5 or 3CaO.SiO2

Dicalcium silicate 25 % Ca2SiO4 or 2CaO.SiO2

Tricalcium aluminate 10 % Ca3Al2O6 or 3CaO .Al2O3

Tetracalciumaluminoferrite 10 %

Ca4Al2Fe2O10 or 4CaO.Al2O3

.Fe2O3

Gypsum 5 % CaSO4.2H2O

Chemical Name Chemical Formula Shorthand Notation

Silicato tricalcico 3CaO×SiO2 C3S

Silicato dicalcico 2CaO×SiO2 C2S

Tricalcium Aluminate 3CaO×Al2O3 C3A

Tetracalcium Aluminoferrite 4CaO×Al2O3×Fe2O3 C4AF

Gypsum CaSO4×H2O CSH2

MOLIENDA DE CEMENTOLa calidad de cemento depende de selección de las materiasprimas , de la preparación cuidadosa y de la

buenaoperación del horno, consiguiendo así el clinker deseado.Como se sabe, el cemento es el resultado de la moliendaconjunta de clinker, con un adicionado de yeso natural quecumple la función de retardar el fraguado. La molienda decemento se efectúa en un molino de bolas de circuitocerrado (las bolas de acero tienen un diámetro de 100,90,80, 70 mm de diámetro y en la segunda cámara de 60, 40,30 y 20 mm de diámetro).

ContinuaciónEl material sale del molino hacia

unelevador y descarga en

formauniformemente compartida haciados separadoras, en las cuales

seseparan lo grueso de lo fino.Lo fino va hacia lo

silos dealmacenamiento de cemento, encambio los gruesos se reciclan

almolino para terminar su

molienda( El molino tiene su

respectivocolector de polvo ).

Molino

MOLINO DE BOLAS

Función del yeso

• El yeso, es generalmente agregado al clinker para regular el fraguado. Su presencia hace que el fraguado se concluya aproximadamente en 45 minutos. El yeso reacciona con el aluminato tricálcico para formar una sal

• 3CaOAl2O3 + 3(CaSO42H2O) + 26H2O → 3CaOAl2O33CaSO432H2O

1. Cemento Portland Tipo I Recomendado para estructuras de edificios, conjuntos habitacionales, obras de construcción civil, etc.

2. Cemento Portland Tipo II Estructuras industriales, puentes, alcantarillado, perforaciones, etc.

3. Cemento Portland Tipo V Estructuras de canales, obras portuarias, piscinas, acueductos, etc.

4. Cemento Portland Puzolamico Tipo I(PM) Presas de concreto, cimentaciones masivas, muros de contención, etc.

PRODUCTOS

Módulos

• Los módulos son valores característicos de cada cemento, que permiten conocer en que relación se encuentran, porcentualmente, los diversos componentes en el producto final. Para el cemento Portland se tiene:

 

MODULO DE SILICATO

MODULOS DE FUNDENTES

•  

MODULO HIDRAULICO• Cuando el valor es inferior a 1,8 se obtienen resistencias muy bajas y con valores superiores a 2,2, una vez puesto en obra, al cabo de pocos días o semanas se producen fenómenos de agrietamiento por expansión, debidas a un contenido elevado de CaO,

•  •   

ENVASE Y DESPACHO DE CEMENTO

Ensacadoras Rotativas de 2500 bls/hr

Sistema Automático de Alimentación de Bolsas

Verificación Automática del Peso de las bolsas llenas

Carguío de Camiones Despacho a Granel Peso de Camiones-Vacíos y llenos

Balanza Automática

ENSACADORA AUTOMATICA

EMISIONES EN LA INDUSTRIA DEL CEMENTO

EMISIONESLos principales contaminantes atmosféricos en la

producción de clinker son: Óxidos de nitrógeno y otros compuestos nitrogenados

(NOx) Dióxido de azufre y otros compuestos sulfurosos (SO2, PartículasTambién, aunque considerándolos de menor importancia: Compuestos orgánicos volátiles, Metales y sus compuestos, Debe ser considerada como relevante la emisión de

dióxido de carbono (CO2). Aun no siendo tóxico, su condición de gas de efecto invernadero hace que cobre gran importancia su reducción y control. Otras emisiones son ruidos, olores y residuos.

Emisiones del sistema HORNO, combustión del clinker

• Estas emisiones atmosféricas constituyen el impacto medioambiental primordial en la fabricación de cemento.

• En todos los sistemas de horno cementero el material alimentado se mueve en contracorriente con el flujo de aire caliente de los gases de combustión, en íntimo contacto; las altas temperaturas y la reactividad del óxido de calcio promueven un medio excelente para retener los constituyentes peligrosos de los gases, propiciando un proceso inherente de limpieza de los mismos.

Óxidos de nitrógeno y otros compuestos nitrogenados.

• Los óxidos de nitrógeno (NOx) son los principales componentes de los gases emitidos, siendo dominantes el NO (> 90%) y el NO2 (< 10%).

• Dos son las principales fuentes de producción de NOx:

El térmico derivado de la oxidación del nitrógeno del aire de combustión,

El derivado de la oxidación del nitrógeno presente en el combustible.

• La formación de NOx es una inevitable consecuencia de la alta temperatura de combustión (llama del orden de 2.000ºC.)

Dióxido de azufre y otros compuestos sulfurosos (SOx)

• El azufre entra en el proceso como componente de los combustibles y de las materias primas (como sulfatos o sulfuros).

• El azufre que entra como sulfuro en las materias primas es parcialmente evaporado (~30%) en las primeras etapas del proceso, y emitido directamente a la atmósfera en su mayor parte.

• El resto del azufre que entra por las materias primas y el total aportado por los combustibles será capturado totalmente en el clinker y no aparecerá en las emisiones. En general, los hornos de vía seca con intercambiador, trabajando con materias primas no altas en azufre, no tendrán problema significativo de emisiones de SOx.

Dióxido de carbono (CO2).• La emisión de CO2 se sitúa entre 800 y 900 Kg/t de clinker. Casi un 60% de esta emisión proviene del proceso de calcinación, y es por tanto inevitable. El resto, deriva de la combustión de los combustibles.

Compuestos orgánicos volátiles (COVs).• Las emisiones de compuestos orgánicos pueden ocurrir en las primeras etapas del proceso, al volatizarse la materia orgánica presente en las materias primas al entrar en contacto con los gases calientes.

• Dependiendo de los depósitos de materias primas podemos incorporar al proceso entre 1,5 y 6g. de carbón orgánico/Kg. clinker. El 85-95% de los compuestos orgánicos se convierten en CO2 en presencia de 3% de oxígeno, y al mismo tiempo 5-15% pasa a CO.

• Los contenidos de COT en las emisiones gaseosas pueden variar entre 10 y 100 mg/Nm3, y la concentración de CO puede subir a 1.000 mg/m3, o más.

Metales y compuestos metálicos.• Las materias primas y los combustibles contienen metales en concentraciones ampliamente variables.

• Los compuestos metálicos se dividen en tres categorías, en función de su volatilidad:

No volátiles: Ba, Be, Cr, As, Ni, V, Al, Ti, Ca, Fe, Mn, Cu y Ag.

Semi volátiles: Sb, Cd, Pb, Se, Zn, K y Na.

Volátiles: Hg y Tl.

• El proceso cementero tiene una gran capacidad para capturar los metales que entran con los materiales o los combustibles. Los metales son embebidos en la estructura cristalina del clinker, no afectando a su calidad. En el clinker o en el polvo recogido en el filtro (de mangas o electrofiltro) son retenidos todos los metales, a excepción de parte del mercurio (cuya entrada se limita estrictamente).

• La reducción de la emisión de partículas en los gases de chimenea es garantía de la reducción de las emisiones de metales.

Partículas• La emisión de polvo, especialmente de la chimenea del horno, ha sido el impacto ambiental más significativo en la producción de cemento.

• Las principales fuente de partículas son: Los hornos, Los molinos de materias primas, Enfriadores de clinker y Molinos de cemento

• En todos estos procesos, grandes volúmenes de gases fluyen a través de materiales pulverulentos, y el producto final también es un polvo fino.

• La eficiencia de los modernos electrofiltros y filtros de mangas permiten reducir las emisiones de partículas de los focos principales a niveles muy bajos.

• Fuentes secundarias de emisión de partículas son:

Los almacenes y sistemas de manejo de los materiales,

Las vías de rodaje • Esta contaminación difusa, puede también reducirse a niveles de mínimo impacto para la calidad del aire.

• El uso de materiales y combustibles secundarios no tiene influencia en la emisión de partículas del horno, que sólo depende de la eficiencia de los equipos de desempolvado.

• La naturaleza del polvo recogido en los tres focos principales es:

• Materias primas en las emisiones particuladas del horno,

• Finos de clinker en el enfriador y • Producto final cemento en los molinos de cemento.• La significación ambiental del polvo es su máxima concentración a nivel de suelo, después de la dispersión que sufre la emisión salida por la chimenea.

• Han sido usadas técnicas de modelización para calcular los factores de dispersión en el aire de un amplio número de chimeneas de hornos cementeros, dependiendo de la altura de chimenea, temperatura y velocidad del gas emitido, condiciones atmosféricas, topografía, etc.

Otras emisiones A causa de la maquinaria pesada y el gran tamaño de los ventiladores usados, se originan emisiones de ruido y vibraciones que pueden y deben limitarse a niveles de baja significación.

No es muy frecuente un problema de emisión de olores en fábricas de cemento.

No es significativo la producción de residuos en la producción de cemento, a excepción del polvo del electrofiltro (o filtro de mangas) principal. Habitualmente es reciclado en el propio proceso; si no, deberá ser depositado adecuadamente en vertedero.

La fabricación de cemento provoca efectos sobre el Medio Ambiente: Impactos de las canteras en los ecosistemas

Emisión de partículas en la manipulación y procesado de materiales

Emisión de gases en el proceso de combustión