descripcion del proceso de cemento

1. PROCESO INDUSTRIAL DEL CEMENTO

5. MATERIAS PRIMAS
Los principales componentes de cemento son: cal (CaO),
sílice (SiO2), alúmina (Al2O3) y óxidos de hierro (Fe2O3).
Sin embargo estos componentes no se encuentran en las
proporciones deseadas, por lo cual se realiza una mezcla
de materiales ricos en cal con otros que contengan
alúmina y óxidos de hierro.
Cal Óxido de hierro

6. MATERIAS PRIMAS
COMPONENTE
CALCÁREO
COMPONENTE DE LA
ARCILLA
COMPONENTES
CORRECTORES
COMPONENTES
ADICIONALES
1. Caliza (96- 99%
CaCO3)
1. Grupo del caolín
Caolinita: Al2O3. 2SiO2. 2H2O
1. Arena (SiO2) 1. óxido magnésico
MgO
2. La creta
98-99% CaCO3
Es una roca
sedimentaria con una
estructura suelta,
térrea.
2. Grupo de la
montmorillonita
Al2O3. 4SiO2. H2O+nH2O
2. Minerales de
hierro
2. Álcalis K2O y Na2O
3. Marga
Marga calcárea: 75-
90% CaCO3
Marga: 40-75% CaCO3
Marga arcillosa: 10-40%
CaCO3
3. Grupo de las arcillas
K2O-MgO-Al2O3-SiO2-H2O
3. Cenizas de la
tostación de piritas
3. Azufre (0,22%)
como sulfuro (Pirita
FeS2)
Asimismo:
cloruros (0,1%);
fluoruros (0,08%);
fósforo (0,25%)

7. DESMENUZAMIENTO PRELIMINAR DE LAS
MATERIAS PRIMAS
• Las materias primas provenientes de la cantera por voladura, se deben
desmenuzar para su tratamiento posterior. La subdivisión se realiza
mediante trituradores y molinos.
• La trituración es la subdivisión hasta una escala relativamente gruesa.
• La molienda se refiere a la subdivisión hasta tamaños más finos.
MÉTODOS Y MÁQUINAS PARA EL DESMENUZAMIENTO
• REVISIÓN SISTEMÁTICA
A) Máquinas trituradoras por aplicación de presión.
a) Triturador de mandíbulas
b) Trituradores giratorios, trituradores de cono.
c) Trituradores de cilindro.

8. Triturador de Mandíbula:
constituido por dos placas de acero donde
una es móvil y la otra fija. Se utiliza para la
trituración de partículas de gran tamaño
Triturador giratorio
Triturador de cilindros

9. B) Trituradores por choque
a) Trituradores de martillo
b) Trituradores por impacto
Trituradora de martillos: El material
es alimentado a bajas velocidades y recibe el
impacto de útiles que se mueven a elevadas
velocidades (15-150 m/s)

10. B) Para desmenuzamiento en la escala de finos (Molinos)
mediante impacto
a) Molino de bolas
b) Molinos de rodillo
c) Molinos compound

12. Grado de desmenuzamiento
• El grado de desmenuzamiento (n) es la relación de la mayor dimensión
lineal del material antes de su subdivisión (D), a la mayor dimensión lineal
del material desmenuzado (d)
n=
Dmáx
dmáx
Ejemplo: Si la dimensión de material de alimentación es 1000 mm y la del
material desmenuzado es 50 mm el grado de desmenuzamiento es:
n=
1000
50
= 20
Los trituradores previos que se aplican en la industria del cemento son de un
grado de desmenuzamiento, n, de 5 a 15.

13. Creación de superficie y exigencia de energía
• Generalmente en la práctica se verifica que la exigencia específica de
trabajo en el proceso de desmenuzamiento, es decir, la energía
aplicada por tonelada de material subdividido, es más baja en la
molienda gruesa que en la molienda fina.
• Sin embargo si se compara el trabajo aplicado con la superficie creada
se comprueba todo lo contrario.
• Ejemplo 1. Molienda gruesa. En una hora con un triturador de cono
se desmenuzaron 6000 kg de cuarcita desde el tamaño de grano
inicial de 5 – 50 mm hasta un tamaño de grano final de 1 – 5 mm. El
motor era de 18 kw y con ello la energía específica absorbida en la
operación es: 18kw/6 ton = 3 kwh/ton de material.

14. • Ejemplo 2. Desmenuzamiento fino. (Molienda). Se molieron Clinker y
yeso en un molino de tubo, con un consumo de energía de 30 kwh
por cada 1000 kg de cemento con una finura de 3000 cm2/g.
El consumo específico de energía por ton de cemento es:
30 kwh/1 ton = 30 kwh/ton de material.

16. Capacidad de producción de una trituradora
• Taggart estableció una fórmula para determinar la capacidad de
producción de los trituradores de mandíbulas, según:
Q = 0.093 . b . D
Donde: Q = capacidad en ton/h
b = ancho de la mandíbula, cm,
D = tamaño del material de alimentación, en cm
Esta fórmula es apropiada para trituradores de tamaño mediano.

17. • Lewenson elaboró una fórmula para estimar la capacidad de
producción de los trituradores de mandíbula:
Q = 150. n. b. s. d. µ. γ
• Donde: Q = capacidad del triturador en ton/h
• n = vueltas por minuto
• b= ancho de la mandíbula oscilante, en m
• s= amplitud de oscilación de la mandíbula oscilante en m
• d = tamaño medio del material triturado, en m
• µ = grado de llenado del material triturado dependiente de sus
propiedades físicas aproximadamente entre 025 y 0.50
• γ = peso específico del material que se ha de triturar en ton/m3

18. • Ejemplo: Calcular el caudal de un triturador de mandíbulas, para lo
cual se tienen los siguientes datos:
• Velocidad angular, número de vueltas por minuto: 170
• Ancho de la mandíbula oscilante: 1.20 m
• Amplitud de oscilación: 0.045 m
• Tamaño medio de material triturado: 0.17 m
• Densidad volumétrica del material: 2,70 ton/m3
Solución:
a) Según la fórmula de Taggart:Q = 0.093 . b . D
Q = 0.093 . 120 . 17 = 190 ton/h
a) Según la fórmula de Lewenson: Q = 150. n . b . s. d. µ. γ
Q = 150 . 170. 1.2 . 0.045 . 0.17 . 0.3 . 2.7 = 190 ton/h

19. • La energía se calcula según las siguientes fórmulas
• Según la fórmula de Viard
N = 0.0155. b. D
Donde:
N = potencia del motor para el triturador de mandíbula, en CV
b = ancho de la mandíbula triturante, en cm
D = dimensión máxima del material de alimentación, en cm
Energía para el accionamiento de trituradoras

20. • Según la fórmula de Lewenson:
N =
n. b. (D2 − d2)
0.34
Donde:
N = potencia del motor para el triturador de mandíbula, en CV
n = vueltas/minuto, en el eje de transmisión.
b = ancho de la mandíbula móvil, en m
D = Tamaño medio del material de alimentación, en m
d = tamaño medio del material triturado, en m

21. • Ejemplo:
• Calcular la potencia de un motor para triturador de mandíbulas si se
tienen los siguientes datos:
Ancho de mandíbulas: 1.20 m
Vueltas del eje de la transmisión, 170/min
Tamaño del material de alimentación 0.5 m, máx. 0.65
Tamaño del material triturado, 0.17 m
Solución:
Según Lewenson: N=
170. 1.2 .(0.52 −0.172)
0.34
=132 CV
Según Viard: N = 0.0155. 120. 65 = 121 CV
Como factor de seguridad, se selecciona un motor con 10 a 15% más de
sobrediseño para salvar las irregularidades posibles en la magnitud de la
alimentación.
Equivalencias
1 CV = 735,5 W.
1 HP = 745,7 W
1 HP = 1,0138 CV

22. • Las materias primas para cemento por lo general tienen mucha
humedad por lo que en el tratamiento por vía seca, se deben desecar
antes de su molienda. Por ejemplo
• la piedra caliza presenta humedad cerca de 8%,
• la marga hasta 15%,
• la arcilla y limo un 20%,
• Escorias de alto horno, hasta el 10%
• También el carbón se debe secar.
El consumo de energía es mínimo, siempre que las operaciones de
secado y molienda se realicen por separado.
DESECACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS

23. • La finalidad del secado es eliminar la humedad de los materiales, es
decir el agua contenida en ellos y que puede presentarse como:
1.-Libre, presente en la superficie de los granos.
2.-Capilar, es decir, rellenando los huecos de su estructura.
3.-Adsorbida sobre la superficie del material.
El agua combinada o de cristalización que aparece en los materiales
arcillosos, por ejemplo, en la caolinita, Al2O3. 2SiO2. 2H2O, no se puede
considerar como humedad.
Junto al secado simultáneo con la trituración/molienda o con la
molienda, en la industria del cemento también se utilizan:
- Secaderos de tambor.
- Secaderos rápidos.
- Secaderos flash

24. En la industria de cemento la desecación se practica en:
• A) Secaderos de tambor
Secador tipo tambor giratorio
Tipo tambor giratorio. Está constituido por un cilindro tubular
más o menos inclinado que puede girar a distintas
velocidades. El producto a secar entra por la parte más alta
del tambor, y debido a la lenta rotación del secadero, avanza
por el mismo y se mezcla íntimamente, gracias a unos
dispositivos interiores adecuados, siendo secado por los gases
que se introducen en el tambor.

25. En la elección del tambor secador se debe considerar:
• Las propiedades físicas del material a secar
• Tamaño de grano
• Tendencia a cambios de estructura durante el secado.
• Comportamiento en la corriente de gases
• Tiempo de secado exigido.
Los materiales plásticos tales como la arcilla y el limo, suelen secarse con
corrientes de flujo paralelo, para impedir que por acción inmediata de los
gases calientes sobre el material húmedo, la coagulación del material a la
entrada de secadero,
Elección del tambor secadero

26. En los secaderos a contracorriente las masas plásticas en proceso de
desecación disminuyen la capacidad de desecación.
En la desecación del carbón en secaderos de flujos paralelos del
material y gases, se disminuye el peligro de la iniciación de
combustiones. En los secaderos a contracorriente, el contacto de los
gases calientes con el carbón ya seco favorece la combustión de
carbón.
Sin embargo se produce más polvo en el caso de los secaderos de flujos
paralelos que en los de contracorriente.
Es frecuente que los secaderos de tambos se conecten a continuación
de los hornos modernos con intercambiador, por lo cual se depuran los
gases finales del secadero en los filtros de polvos de los hornos.

27. • La temperatura de los gases calientes a la entrada del secadero, para el
caso de calefacción sebe ser como máximo 650°C.
• En secaderos de corriente paralela para procesos de secado se puede llevar
la temperatura de entrada hasta unos 750 – 975°C
• En la desecación no debe producirse ninguna reacción química, Por
ejemplo a temperaturas de orden de los 800°C, la caliza se disocia según:
CaCO3 → CaO + CO2 lo que se debe evitar.
• La caolinita pierde parcialmente su agua combinada a los 400 – 500 °C de
acuerdo con: Al2O3. 2SiO2. 2H2O → Al2O3. 2SiO2. 0.5H2O
Esta circunstancia se debe considerar en la dosificación de las materias
primas.
La regulación de la temperatura de los gases calientes se realiza mediante
adición y mezclado con aire frío.
Temperatura e intercambio térmico

28. • El intercambio térmico por convección, es decir, la transmisión de calor a
las partículas de material que están en contacto directo con los gases
calientes, es el factor mas importante en los tambores secadores
calentados directamente.
• La conducción y la radiación desempeñan un papel secundario en la
transmisión de calor y se pueden despreciar. Los factores que influyen en
el intercambio térmico en un tambor secadero son:
a. Número de vueltas del tambor.
b. Temperatura de los gases de entrada.
c. Velocidad de los gases
d. Tipo, cuantía y superficie de los dispositivos instalados en su interior.
Cuanto mayor es el número de vueltas, mejor será la cesión del calor del
gas al material.

30. • Para el secado de materias primas para cemento se puede utilizar
combustibles como: carbón, fuel-oil y gases combustibles. Los
secaderos de tambor también funcionan con gases residuales del
horno o con aire residual caliente de los enfriadores de parrilla.
• El consumo de combustibles en las fábricas de cemento se distribuye
de la siguiente manera:
Combustibles
PROCESO POR VÍA SECA PROCESO POR VÍA HUMEDA
Operación del horno: aprox 83% Operación de horno: aprox. 96%
Secado de materias primas: 14% Secado del carbón: 4%
Secado del carbón: 3%

31. • La homogenización consiste en mezclar los distintos materiales, a tal
punto que en cualquier porción de la mezcla que se tome deben estar
presentes los componentes en las proporciones previstas.
• Cuando se usa la vía húmeda se emplean estanques agitadores
mecánicos y cuando se usa la vía seca, se emplean silos donde el
crudo se agita mediante inyección de aire.
Proceso de homogenización
de harina cruda

32. • Este cálculo tiene por finalidad determinar las relaciones de las
cantidades de materias primas que hay que aportar para dar al
Clinker la composición química y mineralógica deseada.
• Método de cálculo cruzado (regla de aligación). Es el método más
sencillo para calcular las proporciones de las mezclas de dos
componentes.
• Ejemplo: Calcular las proporciones que hay que mezclar una caliza
con 91% de CaCO3 y arcilla con un 31% de CaCO3 para obtener un
crudo con un 76% de CaCO3.
• Solución:
Según la regla de mezcla en cruz:
Cálculo de la composición del crudo

33. Para obtener un crudo con un 76% de CaCO3 hay que
mezclar 45 partes de caliza con 15 partes de arcilla. Es
decir el crudo estará compuesto por la mezcla de los dos
componentes en la relación:
Caliza: Arcilla = 45:15 o 3:1 respectivamente

34. En la tabla las materias primas son las columnas 1 y 2, de los cuales a la caliza
corresponde 80.20% y arcilla 19.80%. Las columnas 3,4,5 y 6 contienen la
participación de los componentes del crudo, así como la composición del Clinker.

35. • Tras la homogenización, el material se encuentra listo
para ser ingresado al Horno, en el caso de los hornos
verticales se cuenta con un dispensador rotatorio que
asegura una carga estable y uniforme distribuida sobre
el área de calcinación con el objeto de asegurar la
estabilidad del proceso.
Alimentación del crudo

36. Horno vertical corte frontal.
“En la industria del cemento, la máquina
más delicada y más cara es el horno”.
Un horno vertical es una estructura
cilíndrica constituida por un casco
metálico exterior y un forro refractario
interior .
Dentro del equipo se desarrollan las
reacciones y operaciones de secado, pre-
calcinación, calcinación, Sinterización y
enfriamiento del clínker en diferentes
niveles del mismo.

37. • La clinkerización constituye la etapa más importante del
proceso de fabricación de clínker.
• Los materiales homogeneizados se calientan hasta
llegar a la temperatura de fusión incipiente (entre 1400
a 1500ºC, parte del material se funde mientras el resto
continúa en estado sólido), para que se produzcan las
reacciones químicas que dan lugar a la formación de
compuestos mineralógicos del clínker.
Proceso de clinkerización

38. • Al salir del horno, el clínker se debe enfriar rápidamente para
evitar la descomposición del silicato tricálcico, en silicato
bicálcico y cal libre:
3CaO·SiO2 → 2CaO·SiO2 + CaO
• El enfriamiento se hace con aire que pasa a través de
sistemas de parrilla móvil, o bien, a través de tubos
planetarios que giran solidarios al horno. De estos sistemas,
el clínker sale con una temperatura inferior a 150 ºC.
Enfriamiento del clinker

39. Enfriador de Parrilla
Función principal de la parrilla es la
refrigeración del clinker y el transporte;
mientras que proporciona aire caliente para
el horno rotatorio y calcinador, es el
sistema de disparo principal del equipo de
recuperación de calor.

40. • El clínker debe permanecer en canchas techadas durante
algún tiempo, para que termine de enfriarse.
• El almacenamiento se debe hacer en lugares libres de
contaminación y sin contacto con agua, ya que se puede
producir una hidratación parcial de los compuestos. Sin
embargo, pequeñas cantidades de agua pueden ser
beneficiosas para hidratar la cal libre superficial y la
magnesia, disminuyendo de esta manera su efecto
expansivo.
Almacenamiento del clinker

41. Diseño de un edificio con marco tipo-A de 110,000 pies
cuadrados para almacenar la pila de clinker de cemento.

42. • Posteriormente a la clinkerización, el clínker se enfría y
almacena a cubierto, y luego se le conduce a la molienda
final, mezclándosele con yeso (retardador del fraguado),
puzolana (material volcánico que contribuye a la resistencia
del cemento) y caliza, entre otros aditivos, en cantidades que
dependen del tipo de cemento que se quiere obtener.
• Como resultado final se obtiene el cemento.
Transformación del Clinker en cemento

43. Esquema de transformación del clínker

45. INDUSTRIA DE CEMENTO EN PERU

48. IMPACTOS AMBIENTALES DE LA
INDUSTRIA DEL CEMENTO