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

3. Conminución
El material extraído se reduce de tamaño por impacto y/o
presión hasta obtener la granulometría apropiada para el
proceso (Tamaño máximo de 1 a 2 pulgadas).
De manera general, se presentan una o dos etapas de
trituración siendo frecuente el uso Conos trituradores y
Trituradoras de impacto. De la etapa de trituración se
espera obtener un tamaño máximo de salida, el cual está
comprendido entre 9,5 mm (3/8”) hasta 63.5 mm (2 ½”). La
roca triturada es movida mediante cintas transportadoras
hasta edificaciones de almacenamiento lo cual incrementa
la homogeneidad de ésta al permitir mezclarse.
https://www.youtube.com/watch?v=dXZPbYd9yTs

4. Molienda de la Materia Prima
El objetivo principal de la molienda es el de reducir de
tamaño la mezcla cruda al mismo tiempo de que es
mezclada para la alimentación del horno. El estándar para
esta etapa indica que el 90% del material debe ser
pasante de la malla 200 (0,074 mm) con ningún material
más grueso que la malla 50 (0,5 mm).

6. CALCINADO
El horno rotatorio es el corazón de la planta de cemento y por ende todo debe estar diseñado para que
éste trabaje lo más cercano a su capacidad total.
Los hornos rotatorios son básicamente grandes tubos de acero con diámetros promedio de 7,6 m y 231,6
m de largo, cuyo interior se encuentra revestido de una capa gruesa de material refractario que
disminuye la pérdida de calor y proporciona una superficie adherente para la materia prima. El horno
rotatorio se encuentra inclinado unos 3° respecto a la horizontal, lo cual permite que el movimiento
rotatorio del horno que es de 50 a 90 rph acarree el material dentro del interior hasta la salida. “El tiempo
de estadía del material dentro del horno es de varias horas aunque el la zona de quemado es sólo el 15%
en longitud del horno, siendo mucho más importante el control de la temperatura de calcinación que el
tiempo de estadía del material”

8. Los componentes del clinker han sido intensivamente investigados y descritos, a continuación se muestra una tabla
de los constituyentes principales del clinker descritos por Clausen en 1960. Con la finalidad de simplificar las largas
fórmulas de los compuestos del cemento se ha desarrollado una terminología abreviada que es de amplia
aceptación mediante la cual se resume la fórmula química de cada uno de los óxidos que intervienen por la primera
letra del símbolo químico del elemento que compone dicho óxido. Detallándose de la siguiente manera:
CaO = C Al2O3 = A SiO2 = S Fe2O3 = F
Compuesto Abreviación
Composición
Estequiométrica
Contenido Aproximado en
el Cemento Portland tipo1
(% P)
Silicato Tricálcico (Alita)
C3S
Ca3SiO5
3CaO·SiO2.
45
Silicato Dicálcico (Belita)
C2S
Ca2SiO4
2CaO·SiO2
27
Aluminato Tricálcico
C3A
Ca3Al2O6
11
Aluminoferrita
Tetracálcica C4AF
Ca4Al2Fe2O10
4CaO· Al2O3· Fe2O3
8
Aluminato Cálcico
CA CaO. Al2O3
El cemento comercial contiene un 4-6% de yeso, 0,5% aprox. De Na2O y K2O junto con cierta cantidad
de cal libre así como ciertas impurezas tales como MgO.

9. Zonas de reacción y perfil de temperaturas para el gas y el
clinker (material) en un horno del proceso por vía húmeda.
Reacciones durante la quema del Cemento
Los materiales que se echan al horno contienen
Carbonato de Calcio, un poco de Carbonato de Magnesio,
arcilla, esquisto y agua. Las reacciones que tienen lugar
durante la quema son:
1. Vaporización del agua libre
2. Eliminación del agua combinada de la arcilla
3. Disociación del carbonato de magnesio
4. Disociación del carbonato de calcio
5. Combinación de la cal y la arcilla
Las dos últimas reacciones pueden sobreponerse, siendo
la última la esencial. Veamos como suceden:
Secado; el agua libre presente como humedad en el
crudo, se desprende en un intervalo de temperaturas que
alcanza hasta unos 200º C.
Deshidratación de los minerales de arcilla; a temperaturas comprendidas entre 100º C y 400º C aproximadamente,
los minerales de arcilla ceden su agua adsorbida,incluida el agua interlaminar.
A temperaturas superiores entre 400 y 700º C, se desprende también el agua combinada químicamente en forma
de grupos hidroxilo (deshidratación), como sucede, por ejemplo, en la deshidratación de la caolinita:

10. PROCESO °T PROCESO
TRANSFORMACIONES
QUÍMICAS MÁS
IMPORTATES
TORRE DE
INTERCAMBIO
DE CALOR
<200 Secado. Eliminación
del agua libre
100 – 400 Eliminación del agua
adsorbida
400 - 750 Descomposición de
la arcilla con
formación de
metacaolinita
Al4[(OH)8·Si4O10] → 2(Al2O3
·2SiO2)+4H2O
HORNO
ROTATORIO
600 – 900 Descomposición de la
metacaolinita y otros
componentes con
formación de una
mezcla de óxidos
reactivos
Al2O3·SiO2 → Al2O3 +
2SiO2
600 – 1000 Descomposición de la
caliza con formación de
CS y CA y formación de
CO2
800 - 1300 Fijación de la cal por CS
(silicato cálcico) y CA
(aluminato cálcico) con
formación de C4AF
(aluminatoferrito
tetracálcico) y C3A
(silicato tricálcico).
Al4[(OH)8·Si4O10] → 2(Al2O3·2SiO2)+4H2O
Caolinita Metacaolin
El metacaolín se descompone parcialmente a las
temperaturas señaladas, pero también y más a
temperaturas crecientes hasta unos 900º C, dando
lugar a mezclas de óxidos reactivos, según la
ecuación de la reacción:
Al2O3·SiO2 → Al2O3 + 2SiO2
Las combinaciones de hierro usualmente presentes
en las arcillas quedan en forma de óxidos.
Descomposición de los carbonatos; el carbonato cálcico
contenido en el crudo se descompone (disociación,
descarbonatación y calcinación) a temperaturas
teóricamente iguales o superiores a 896º C según la
ecuación:
CaCO3 → CaO + CO2
En la práctica, la disociación comienza entre 500 y 600º
C, ello es debido a procesos químicos entre el CaO que
se forma y las adiciones de SiO2, Al2O3, y Fe2O3, por las
cuales se originan por ejemplo y en primer lugar:
CaO·Al2O3 (CA), 12CaO·7Al2O3 (C12A7), CaO·SiO2 (CS),
2CaO·SiO2 (C2S), por reacción en estado sólido.

11. 1250 - 1450 Nueva fijación de cal
por C2S (silicato
bicálcico) con
formación de C3S en
presencia de fase
líquida
El contenido de cal libre CaO es , por lo tanto, escaso por
debajo de 800º C (menor del 2% en masa), aumentando
hasta alrededor del 20% a temperaturas mayores.
La disociación térmica del MgCO3 de mucha menor
importancia en la fabricación del cemento Portland, y la
formación de sulfatos transcurre de forma análoga, pero a
temperaturas más bajas:
MgCO3 → MgO + CO2
CaO + SO3 → CaSO4
Reacciones entre fases sólidas; entre 550 y 600 ºC comienzan a producirse reacciones entre sólidos, en los
que se combinan los productos de la descomposición del carbonato cálcico con los de la arcilla, formándose
primero y preferentemente compuestos de menor contenido en cal como el aluminato cálcico (CA) y el silicato
bicálcico (C2S), de acuerdo con las reacciones siguientes:
3CaO + 2SiO2 + Al2O3 → 2(CaO·SiO2) + CaO· Al2O3
CaO·2SiO2 + CaO → 2CaO·SiO2
La formación de aluminato tricálcico 3CaO· Al2O3 (C3A) y del aluminoferrito tetracálcico 4CaO· Al2O3· Fe2O3
(C4AF). También presentes en el clinker del cemento Portland, comienza aproximadamente a unos 800º C, tales
reacciones se muestran a continuación:
CaO·Al2O3 + 2CaO →3CaO· Al2O3
CaO·Al2O3 + 3CaO + Fe2O3 → 4CaO· Al2O3· Fe2O3
CaO·2SiO2 + CaO→2CaO·SiO2

12. De los constituyentes normales y principales del clinker, se han formado hasta ahora tres de ellos:
• Aluminoferrito tetracálcico
• Aluminato tricálcico
• Silicato bicálcico.
b) Si la proporción molar Al2O3 / Fe2O3 es superior a la unidad (que es lo frecuente) la alúmina sobrante se
combina en la relación 1:3 con CaO para dar 3CaO· Al2O3, aluminato tricálcico.
b2) Si la proporción molar Al2O3 / Fe2O3 es inferior a la unidad, el trióxido de hierro sobrante toma dos moles
de CaO para dar Fe2O3·2CaO, ferrito dicálcico.
c) Una vez cubierta la saturación de cal por los óxidos de hierro y de la alúmina, el SiO2 toma la cal necesaria
para formar 2CaO·SiO2, silicato bicálcico.
Solamente queda por mostrar la formación del último constituyente principal del clinker: el silicato tricálcico
que como hemos señalado anteriormente, para su formación es necesario la existencia de una fase líquida a
una temperatura adecuada en el seno de la cual la formación del silicato tricálcico es factible mediante la
fijación de cal por el silicato bicálcico:
2CaO·SiO2 + CaO→3CaO·SiO2.
De una manera más intuitiva podemos abarcar la formación de estos constituyentes de la siguiente forma:
a) Cada mol de óxido de hierro (considerado como Fe2O3) toma otro mol de Al2O3 y cuatro moles de CaO
para dar 4CaO· Al2O3· Fe2O3, aluminoferrito tetracálcico.

13. 1100 – 1200 °C Se forma la mayor parte del 3CaO. Al2O3 y de 4CaO. Al2O3 .Fe2O3. El contenido de 2CaO. SiO2 llega al máximo
1260 °C Comienza a formarse el primer líquido
1200 – 1450°C Se forma 3CaO. SiO2 y desaparece progresivamente la cal libre.
El silicato tricálcico 3CaO. SiO2 conocido como alita (C3S) es responsable de la resistencia del concreto y por ende es
un componente esencial del cemento, no se encuentra en mayor cantidad hasta que hay líquido en la mezcla a los
1260°C y más y solo se completa alrededor de los 1350° - 1450 °C. Al llegar a la temperatura de clinkerización casi
toda la alúmina, el óxido férrico y los componentes menores habrán pasado dentro del líquido y solo se encontrarán
presentes como sólidos el silicato tricálcico, el silicato bicálcico y con frecuencia un poco de oxido de calcio libre.
Temperatura y Reacciones
Temperatura Reacción Cambio de Calor
100 °C Evaporación del agua libre Endotérmico
500 °C y > Eliminación del agua
combinada de la arcilla
Endotérmico
900 °C y > Cristalización de los productos
amorfos de la deshidratación de
la arcilla
Exotérmico
900 °C y > Salida del CO2 del CaCO3 Endotérmico
900 – 1200°C Reacción entre la cal y arcilla Exotérmico
1250 -1280°C Comienza a formarse líquido Endotérmico
Sobre 1280°C Sigue la formación del líquido y
se completa la formación de los
compuestos del cemento
Probablemente
endotérmico en lo
restante

14. Los componentes particularmente apropiados para producir
esta fase líquida, son la alúmina (Al2O3) y el óxido férrico
(Fe2O3), materiales que en la naturaleza acompañan ya a la
sílice tanto en la marga caliza como en la arcilla y son
llamados fundentes.
En síntesis, la cocción consiste en una serie de
reacciones entre sólidos finamente divididos, seguidos de
una formación de fase líquida que actúa como medio de
reacción y acelera el desarrollo de los nuevos componentes.
Por lo tanto, la fabricación del cemento Portland se efectúa a
partir de una mezcla de caliza y arcilla, que produce por
cocción, cantidades considerables de silicato tricálcico.
Debe evitarse una extensión mayor de la fase citada, pues
causaría aglomerados demasiado grandes e incrustaciones
sobre el revestimiento refractario del horno aumentando la
resistencia del clinker a su posterior molturación.
Puesto que la clinkerización depende de la formación de la fase
líquida y en ésta se desarrollan los principales componentes del
clinker, tiene mucha importancia la temperatura en la que
aparece y la velocidad y viscosidad con que se desarrolla.

15. ENFRIAMIENTO DEL CLINKER.
UNACEM:
https://youtu.be/-2mXdq12RHM

16. Proceso muy importante en la fase final de la producción, el cual otorga en
cierta medida la calidad y características al cemento, Después de la salida del
horno rotatorio el clinker se trata con enfriadores de aire en contracorriente o
en forma transversal a través del clinker, donde este aire caliente casi en su
totalidad se aprovecha como aire secundario para la combustión en el
horno. La velocidad de enfriamiento que trae consigo que el Clinker líquido se
transforma en vidrio tiene enorme influencia sobre las propiedades del
cemento resultante.
Algunos investigadores concluyen que el mejor cemento se obtiene enfriando
lentamente el Clinker hasta los 1250 °C y luego rápidamente.
Este proceso es necesario por:
•El adecuado enfriamiento perfecciona las propiedades del cemento.
•El clinker caliente influye negativamente en la molienda del cemento.
•El clinker al rojo no se puede transportar.
•Se aprovecha el contenido térmico del mismo disminuyendo costos de producción.
•La velocidad con que se enfría el clinker influye entre la fase cristalina y
vítrea del mismo.
•El enfriamiento rápido influye notablemente en el comportamiento del
óxido de magnesio y consecuentemente en la
estabilidad del cemento fabricado con el clinker.
•La estabilidad de volumen en el periodo de
endurecimiento del cemento depende de los
tamaños de los cristales de periclasa
(óxido de magnesio).

17. Un enfriamiento rápido genera menos contenido de óxido de magnesio (MgO). Si el enfriamiento es demasiado
lento promueve el crecimiento de los minerales del clinker como la alita, entonces puede afectar la molturabilidad
del clinker, también la resistencia mecánica del cemento y su hidratación. Adicionalmente va a requerir de mayor
energía para su molienda. El enfriamiento rápido del clinker eleva la estabilidad del cemento frente a los sulfatos
de sodio y los de magnesio, lo que lo hace más resistente a la agresión química.
Enfriador de tambor rotatorio:
Justamente se coloca debajo del horno rotatorio.
Consiste en un tambor dispuesto a la salida del clinker
del horno. Es el más antiguo de los enfriadores; varían
de longitudes entre 20 y 25 m de longitud y con
diámetros comprendidos entre 2 y 5 m, con
pendientes de entre 4 y 7% normalmente en sentido
contrario a la pendiente del horno; se apoyan en aros
de rodadura que se accionan independientemente del
horno. Sus revoluciones varían entre 0 y 8 vueltas por
minuto. En aproximadamente el 70% de la longitud del
enfriador hay unas paletas elevadoras o listones de
material cerámico refractario o de acero resistente al
desgaste, de manera tal que elevan el clinker y al caer
lo ponen en contacto con el aire de enfriamiento.
Logrando así aumentar el rendimiento del enfriador.

18. Enfriadores Planetarios:
Algunos equipos de este tipo, ya antiguos, están constituidos por tubos dispuestos en la periferia del tubo de
salida del clinker del horno y están instalados en el mismo cuerpo del horno, situados en la periferia de la parte
externa, en la zona más caliente; se mueven conjuntamente con el horno, sin tener accionamiento propio. Los
equipos más nuevos, consisten en una prolongación hacia adelante del tubo de la chapa del horno y la
incorporación de una estación adicional de aro-rodillos donde se apoya la parte prolongada. El clinker circula a
través de los tubos que están provistos de ladrillos refractarios y listones elevadores de manera que lleven el
clinker a contacto íntimo con el aire frío

19. Enfriadores de parrilla:
Se le conocen también como enfriadores fuller; con este tipo de enfriadores se mejoró la calidad del
cemento por el enfriamiento rápido del clinker ya que se produce un intercambio térmico eficiente entre el
aire de refrigeración y el clinker caliente. En este tipo de enfriadores el rendimiento térmico se puede elevar
hasta un 75%, donde se puede llegar a enfriar el clinker hasta los 65°C, lo que permite molerlo
inmediatamente

20. uncp.edu.pe
GRACIAS