CEMENTO

1. FACULTAD DE INGENIERÍA
METALÚRGICA Y DE MATERIALES
CURSO: INGENIERÍA DE MATERIALES I SEMESTRE: VIII
TEMA: PRODUCCION DEL CEMENTO
DOCENTE: Ing. Ciro Zenteno Cuba

2. La materia prima para la producción de cemento son
compuestos minerales, que contienen principalmente:
CaO,SiO2,Al2O3,yFe2O3. Los componentes mencionados
raramente se encuentran en las proporciones deseadas,
en una sola sustancia. Por lo tanto, la mayoría de las
veces se ha de elegir la mezcla de un componente rico
en cal (Componente Calcáreo) con otro pobre en cal
pero que contiene más Al2O3 y Fe2O3 (componente
arcilloso).

3. El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y
posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse después de ponerse en contacto
con el agua.
Conglomerantes
En el sector de la construcción, se utiliza el término conglomerante para definir a toda una variedad
de materiales capaces de adherirse a otros y dar cohesión al conjunto, por efectos de
transformaciones químicas que se producen en su masa y que originan un nuevo conjunto, entre
ellos, se encuentra el cemento portland. Dicho cemento entra en la categoría de conglomerantes
hidráulicos, que son aquellos que amasados con agua endurecen al aire o bajo agua.
En general, el proceso de fabricación de los conglomerantes consta, en síntesis, de un proceso
térmico de las mezclas adecuadas de materias primas y, posteriormente, de una molienda fina de los
materiales resultantes de la cocción con o sin adiciones.
Los conglomerantes se clasifican en dos grupos:
– Conglomerantes aéreos:
Fraguan y endurecen solamente en aire, dando mezclas no resistentes al agua, sin adquirir cohesión
y dureza en medio húmedo. Se distinguen: • Yeso • Cal grasa • Magnesia.
En contacto con humedad o agua se deshacen, solo se utilizan en interiores.

4. – Conglomerantes hidráulicos
Éstos, después de ser amasados con agua, fraguan y endurecen tanto al aire como sumergidos
en agua, siendo los productos resultantes estables en ambos medios. Por fraguado se entiende
la trabazón (unión de dos cuerpos enlazados por sí mismos) y consistencia iniciales de un
conglomerante; una vez fraguado, el material puede seguir endureciéndose.

6. CALIZA
Roca sedimentaria formada
principalmente por carbonato de
calcio y que se caracteriza por
presentar efervescencia por acción
de los ácidos diluidos en frío.
"las calizas abundan en la litosfera"
MATERIA PRIMA
Compuestas en más del 60% de CaC03 Carbonato de calcio
o calcita, que luego de calcinarse da lugar al CaO, también
contiene impurezas como arcillas sílice dolomita y otras.
Si contiene Magnesio no debe ser en cantidades mayores al
límite permitido, por que en el concreto que con el se
produzca aumenta de volumen con el tiempo, generando
fisuras y por lo tanto pérdidas en la resistencia.

7. Cal. Mediante la calcinación o descomposición de las rocas calizas calentándolas a temperaturas
superiores a los 900° C se obtiene la llamada cal viva, compuesta fundamentalmente por óxido de
calcio. Desde el punto de vista de su empleo en construcción, las cales se clasifican en:
1 Cal dolomítica. Se la denomina también cal gris o cal magra. Es una cal aérea con un
contenido de óxido de magnesio superior al 5%. Al apagarla, forma una pasta gris, poco
trabada, que no reúne unas condiciones satisfactorias para ser utilizada en construcción.
2 Cal grasa. Es la cal aérea que contiene, como máximo, un 5% de óxido magnésico. Después
de apagada da una pasta fina, trabada, blanda y untosa.
3 Cal hidráulica. Es el material conglomerante, pulverulento y parcialmente apagado, que
además de fraguar y endurecer en el aire, lo hace debajo del agua. Se obtiene calcinando
rocas calizas con impurezas de Si, Fe y Al a una elevada temperatura para que se forme el óxido
cálcico libre necesario para permitir su apagado y, al mismo tiempo, deje cierta cantidad de silicatos
cálcicos anhidros, que proporcionan al polvo sus propiedades hidráulicas. Cuando el contenido del
óxido magnésico no es mayor del 5% se denomina cal hidráulica de bajo contenido de magnesio y,
si es mayor del 5%, cal hidráulica de alto contenido de magnesio o cal hidráulica dolomítica.

8. Componente calcáreo.
En el crudo para fabricar CLINKER el componente calcáreo representa entre un 70 un 90 % dependiendo
de su calidad (Más usualmente entre un 75 y un 80 %).
El componente calcáreo del crudo es, usualmente, cualquier roca o producto que contenga CaCO3. Las
rocas usadas como materias primas en la fabricación del CLINKER , que nos aportan el carbonato de
calcio, son muy abundantes en la Naturaleza e incluyen todos los tipos de CALIZA procedentes de todas
las formaciones geológicas. Además de las CALIZAS, otras rocas que nos pueden aportar el CaCO3 son:
- CRETA. - MARGAS CALCAREAS. - MARMOLES Y CALIZAS MARMOLEÑAS.
- CONCHAS MARINAS. - ARENAS MARINAS CALCAREAS. - CALICHES. - ETC.
El constituyente principal de las rocas anteriores es el CaCO3, presente como calcita o aragonito,
Constituyente Sistema Cristalino Densidad Dureza Color Abundancia
CALCITA
CaCO3
Trigonal 2.7 2.5-3 Blanco Rojizo
Grisáceo Verdoso
Azulado, Etc.
Muy
abundante
ARAGONITO
CaCO3
cristalizado
Rómbico 2.95 3.5-4 Blanco Rojizo
Violáceo Amarillo
Etc.
Muy escaso
Caliza
El carbonato de calcio (CaCO3) abunda en la naturaleza. Para fabricar cemento es adecuado el
procedente de todas las formas geológicas. Las formas más puras de la caliza son el espato
calizo (calcita) y la aragonita.
Las formas más comunes del carbonato de calcio y más parecidas al mármol están constituidas
por la caliza y la Creta. Solamente los yacimientos de caliza muy puros son de color blanco.

9. El mármol
Es una caliza más densa, si bien de desarrollo macro cristalino, consistente
principalmente en CaCO3 que es la calcita. Se forma generalmente a partir de
caliza por metamorfosis de la misma a altas presiones y temperaturas,
particularmente en los procesos orogenéticos, eso es, de formación de las
montañas. A causa de su mayor dureza el mármol apenas se emplea como
materia prima para la fabricación de cemento.
Dentro de los tipos de caliza antes mencionados existen otras variedades
intermedias o de transición
MATERIA % CaCO3
Caliza pura > 95%
Caliza Margosa 85 – 95%
Marga Caliza 70 – 85%
Marga 30 – 70%
Marga Arcillosa 15 – 30%
Arcilla Margosa 5 – 15%
Arcilla < 5%
Clasificación de las rocas de naturaleza caliza
La marga es un tipo de roca sedimentaria compuesta principalmente
de calcita y arcillas, con predominio, por lo general, de la calcita,
La Creta
Es una roca sedimentaria calcárea, ligera y de grano muy
fino, de color blanco o gris, la creta posee una estructura
suelta, terrea; esto califica a la Creta para la fabricación
de cemento por vía húmeda. En algunos yacimientos el
contenido de CaCO3 de la Creta llega al 98 – 99% con
adiciones de SiO2, Al2O3 y MgCO3.

10. La Marga
Son las calizas que van acompañadas de sílice y productos arcillosos,
así como oxido de hierro. Debido a su abundancia con frecuencia son
usadas como materia prima para la fabricación de cemento.
La dureza de la marga es menor que la de la caliza. Sin embargo es
raro hallar yacimientos de esta materia prima.

11. Componente arcilloso.
Las arcillas son sedimentos plásticos, es decir, constan principalmente de nuevas
formaciones y de restos de rocas primarias. El tamaño de grano de sus
componentes minerales es menor de 0,002mm y en su mayor parte proceden de
sedimentación marina. Los constituyentes más esenciales de las arcillas son los
minerales arcillosos (aluminosilicato). Las arcillas constan en su mayor parte de
varios minerales arcillosos mezclados entre sí, como por ejemplo: illita,
montmorillonita, caolinita, hallosita, de composición complicada:
- Montmorillonita : Al2(OH)2Si4O10 . 4H2O - Caolinita : Al4(OH)8Si4O10
Los minerales arcillosos, pueden contener otros constituyentes en
proporciones apreciables: cuarzo (SiO2 arena), calcita (CaCO3),
yeso (CaSO4.2H2O), hematites parda o limonita (FeO(OH)nH2O,
pirita (FeS2), feldespato (aluminosilicatos), componentes
carbonosos, etc. Pero siempre en forma finamente dividida y
dispersa.
Las arcillas con cantidades apreciables de arena y principalmente
de hematites y limonita, compuestos de Fe a los que deben su
coloración pardo-amarillento, se denominan limos, mientras que
las mezclas naturales de arcilla y cal son las llamadas margas. En
resumen, los componentes arcillosos consisten en minerales que
contienen sílice (SiO2), hierro (Fe2O3) y aluminio (Al2O3).

12. Componentes Correctores
Los componentes correctores se añaden en los casos
en que las materias primas disponibles no contienen
en cantidades suficientes uno de los componentes
químicamente necesarios en el crudo. Así, con éste
criterio se suelen añadir, los siguientes materiales:
- Arena cuarzosa o también arcillas de muy alto
contenido en SiO2.
- Mineral de hierro, cenizas de la tostación de pirita
o arena ferrosa que ayuda a incrementar el Fe2O3
- Caliza de alto grado que sirve para incrementar el
CaO
- Bauxita que sirve para incrementar el Al2O3
Composición Química de los componentes correctores
No deben introducir proporciones porcentuales
apreciables como los óxidos perjudiciales de MgO, K2O
y de Na2O.
Los correctivos ajustan la composición química del
crudo y mejoran su aptitud para la sinterización.

13. ESQUISTO 20 %
SiO2, Al2O3, Fe2O3
Representa un 15 % de la materia prima que
formará el Clinker, son arcillas principalmente
constituidas por :
SiO2 de un 45 – 65 % Al2O3 de un 10 – 15 %
Fe2O3 de un 6 – 12 % CaO de 4 – 10 %
PIZARRA

14. Puzolana. Las puzolanas son aditivos naturales que
reaccionan con el hidróxido cálcico a temperaturas
ordinarias dando como resultado productos capaces de
desarrollar resistencias (endurecimiento hidráulico).
La condición esencial para la buena calidad de las
puzolanas, es que contengan SiO2 y Al2O3 en gran
proporción y en la forma más reactiva posible, a fin de
que puedan combinarse con la cal Ca(OH)2. La calidad de
la puzolana es determinada con la actividad puzolánica.
La sílice amorfa de estos materiales, una vez en estado
de fina división, pueden reaccionar a la temperatura
ordinaria, fijando hidróxido de calcio y dando lugar a la
formación de compuestos estables de carácter
aglomerante.
Tipos de puzolanas
Puzolanas naturales de origen mineral. Puzolanas naturales
como materias de origen volcánico.
Puzolanas naturales de origen orgánico (animal o vegetal). Como
las: Diatomitas o tierra de diatomeas (Tripoli, Kiesselguhr), Conchas de
Radiolarios, Espongiolitas (Espículas de esponjas) y Gaize (espículas de
esponjas y cemento ópalo).
Estas puzolanas naturales son depósitos, casi siempre de origen marino,
de esqueletos o caparazones silícicos de microorganismos.

15. Puzolanas artificiales. Se trata de ciertos materiales
finos o molidos, mejorados gracias a un tratamiento
térmico apropiado de entre 750 – 850°C. Éste tratamiento
elimina al agua y modifica la estructura del material. Entre
ellas tenemos las cenizas volantes, arcillas activadas o
calcinadas artificialmente, cenizas de residuos agrícolas.
Sulfato de calcio (yeso). En la molienda del cemento se
añade siempre al clínker el sulfato de calcio conocido también
como anhidrita II, a fin de regular el tiempo de fraguado,
retardándolo adecuadamente. El retraso del fraguado es
producido por una reacción del sulfato con el aluminato
tricálcico que, en otro caso fraguaría muy deprisa, entonces
mientras mayor sea el contenido de aluminato tricálcico mayor
es la cantidad de yeso necesaria. Sin embargo cantidades
demasiadas altas de sulfato en el cemento pueden dar lugar a
fenómenos de expansión, por lo cual se establecen límites
superiores, expresados en %SO3 (trióxido de azufre), para el
contenido de sulfato del cemento.

16. El Ca2SO4 .2H2O es el que
va ha regular el fraguado,
controla el endurecimiento
del cemento.
El Yeso, piedra de yeso, yeso crudo,
yeso natural o aljez es un mineral
compuesto de sulfato cálcico
cristalizado con dos moléculas de
agua (sulfato de calcio dihidrato:
CaSO4·2H2O). Se encuentra muy
abundante en la naturaleza,
habiéndose depositado por
desecación de mares interiores y
lagunas, en cuyas aguas se hallaba
disuelto.
Puede ser de estructura compacta,
granuda, laminar, fibrosa, incolora y
transparente cuando es puro, pero
generalmente la Arcilla y el Hierro le
tiñen de amarillo más o menos
rojizo.

17. MATERIA PRIMA PARA LA FABRICACIÓN DEL CLINKER
Categoría Naturaleza Materiales en uso
Principal
Carbonatos
Aluminosilicatos
Silicatos de calcio
Calizas, cretas, margas calcáreas, mármoles y calizas marmoleñas,
arenas marinas calcáreas, conchas marinas, caliches, lodos de
carbonato de calcio procedentes de las industrias de los fertilizantes , del
azúcar y del papel.
Arcillas, margas, esquistos, pizarras, materiales de recubrimiento
(Suelos), filitas, cenizas volantes, cenizas del carbón.
Rocas wollastoníticas, escorias metalúrgicas, residuos
nefelínicos de la industria del aluminio.
Suplementa
ria
Materiales correctores
Silíceos: Arena, areniscas, cenizas volantes, tierra de diatomeas.
Aluminosos: Bauxitas, china clay
Ferruginosos: Cenizas de tostación de la pirita, lateritas, polvo
de tragante, limaduras o chatarra de hierro, lodos rojos.
Aditivos
especiales
Ayudas de molienda
Espesadores de papilla
Activadores
granulación
Trietanolamina, propilenglicol, etc.
Agentes que varían la energía superficial.
Reactivos químicos : Carbonato de sodio
CaF2, Na2SiF6, Ca5(PO4)3, CaSO4.2H2O, etc

18. Categoría Naturaleza Materiales en uso
Principal Regulador de
fraguado
Yeso natural o químico.
Suplementario Adiciones
puzolánicas o
cementantes
Puzolanas naturales, escoria de horno
alto, cenizas volantes,
humo de sílice, cenizas de cáscaras de
arroz, rocas tratadas
térmicamente: arcillas, esquistos,
lateritas, etc.
Aditivos
especiales
Ayudas de molienda
Agentes hidrofóbicos
Pigmentos
Trietanolamina, propilenglicol, etc.
Oxido de hierro, óxido de cromo, azul
de cobalto.
MATERIAS PRIMAS PARA CONVERTIR EL
CLINKER EN CEMENTO
Las puzolanas son materiales silíceos o alumino-silíceos a
partir de los cuales se producía históricamente el cemento

19. https://youtu.be/-2mXdq12RHM

20. Elaboración de crudo
Los principales componentes para la fabricación del cemento son: las calizas que aportan mayoritariamente
con CaO y las arcillas que aportan con SiO2, Fe2O3 y Al2O3. Deben mezclarse según sus propias
composiciones químicas y la composición requerida para la mezcla. Sin embargo no solamente es decisiva
la composición global de ésta última, sino también la finura y la homogeneidad de las materias primas y de
la mezcla de las mismas. Porque a mayor superficie mejora su capacidad de reaccionar y a mayor
homogeneidad tiene una mejor distribución de los minerales que corresponden a mayores velocidades de
las reacciones entre partículas.
El control de los porcentajes de los óxidos se hace usando materiales correctivos durante la operación de los
molinos, que pueden ser calizas de alta pureza, materiales ricos en sílice y algunos materiales con valores
considerables de óxidos de hierro. Los sistemas actuales de pre-homogenización permiten que la cantidad
de materiales correctivos sea mínima, debido a que los ajustes se hacen principalmente en la etapa de pre-
homogenización. El control de la finura (granulometría) se hace generalmente a través de la determinación
de los porcentajes retenidos en tamices de 100 y 200 micrómetros, los cuales deben ser generalmente
menores al 10%.

21. Parámetros de control
Los porcentajes medios de los óxidos individuales en harina cruda para la producción de Clinker para la
fabricación de cemento Portland son:
. CaO 42.0 ± 1.0% . SiO2, 13.5 ± 0.5% .Al2O3, 3.25 ± 0.3% .Fe2O3, 1.75 ± 0.25%
. MgO, menor a un 2% . pérdida al fuego, 35.0 ± 2 % . Na2O + K2O, 0.7 ± 0.3%
En la fabricación de cemento, se acostumbra trabajar con tres
módulos que agrupan los porcentajes de los óxidos más importantes.
Los parámetros de control de calidad en la elaboración de la harina
cruda son: el factor de saturación de cal (LSF), el módulo de Sílice
(MS), y el módulo de alúmina (MA).
La producción continua de cemento de alta calidad solo es
posible, en primer lugar, si el crudo tiene una composición química
optima y, en segundo lugar si esta composición oscila entre
límites lo más estrecho posible.

22. Factor de Saturación de Cal (LSF)
Nos da el contenido óptimo de CaO en la harina cruda, y
representa la cantidad de CaO que puede reaccionar con
los otros tres óxidos principales (SiO2, Al2O3, Fe2O3) para
formar las fases del clinker sin formar cal libre. A una LSF
> 100, la formación de cal libre es inevitable. Un
contenido elevado de LSF en el crudo permite que
durante la cocción se formen las fases del clinker más
ricas en cal, las cuales poseen las propiedades más
favorables, particularmente por lo que respecta al
desarrollo de las resistencias del cemento.
Si hubiese un exceso de cal no combinada en el clinker
(es decir en forma de cal libre CaO), esta podría dar por
reacciones posteriores del cemento con el agua, a daños
en los morteros u hormigones a causa del fenómeno de
expansión. Por lo tanto, el contenido óptimo de LSF debe
ser alto pero no excesivo
Rango usual en el crudo: 98 – 102
FSC=
65+0,75 2 𝑥 100
2,80 21 +1.18 6 +0,65 3
=
FSC=
66,5 𝑥 100
58,8 + 7,8 +1,95
=
6 650
68,55
= 97,01

23. Factor de Saturación de Cal (FSC) o Lime Saturation
Factor (LSF): Este factor es una medida de la reactividad
de la mezcla sin dejar cal libre. Cuando el FSC es igual a
1, la cantidad de cal presente en la mezcla balancea
exactamente las cantidades de sílice, hierro y alúmina, lo
que implica un 100% de saturación de cal. Si el FSC es
mayor que 1, habrá cal libre en la producción de clinker
que no reaccionó por falta de componentes; y si por el
contrario el FSC es menor que 1, habrá un excedente de
alúmina y sílice. La sobresaturación de cal (FSC > 1)
causa la expansión del mortero cuando se hidrata para
formar portlandita, sin embargo la insuficiencia de cal
(FSC < 1) ocasiona una fase no hidráulica, es decir que
no reacciona con el agua. El FSC es calculado a partir del
análisis químico de la materia prima según la ecuación
FSC=
65+0,75 2
2,80 21 +1.18 6 +0,65 3
=
FSC=
66,5
58,8 + 7,08 +1,95
=
66.5
67,83
= 0,98

24. El módulo de sílice (MS)
Este módulo caracteriza la relación entre sólido y líquidos
en la sinterización, ya que el SiO2 predomina ampliamente
en las fases solidas (alitas y belitas), mientras que por el
contrario el Al2O3 y el Fe2O3 predominan en la fase liquida.
El MS se calcula según la ecuación.
Modulo de Aluminio (MA) o Modulo de Fundentes
Este módulo caracteriza la composición de la fase
Fundida, si los valores de Fe2O3 son crecientes, entonces
los valores decrecientes del Módulo suponen una
disminución de la viscosidad del fundido. Para valores
MF<0.638 deja de formarse la fase Aluminato Tricálcico
(C3A) del clinker: los cementos exentos de C3A presentan
una elevada resistencia química al ataque por sulfatos.
Rango usual en el crudo: 1.8 – 3.6
El MA se calcula según la siguiente relación
Rango usual en el crudo: 1 – 3

25. uncp.edu.pe
GRACIAS