EL CEMENTO

El cemento es un material que une los fragmentos detríticos (arenas o gravas) de ciertas rocas clásticas. En general el cemento de estas rocas se origina por precipitación química, siendo las sustancias cementantes más frecuentes la sílice, los carbonatos y los óxidos de hierro.
El cemento es un polvo seco hecho de sílice, alúmina, cal, oxido de hierro y oxido de magnesio, que se endurece cuando se mezcla con agua.
El cemento es un producto pulverulento e hidraúlicamente activo, es decir, que genera resistencias mecánicas al hidratarse. Se fabrica a partir de una mezcla de clinquer y yeso que actúa como controlador de fraguado o retardante. Además se le pueden añadir otro tipo de componentes activos como cenizas volantes, escorias de alto horno, caliza, humo de sílice o puzolanas (un tipo de arenas volcánicas).
Los compuestos activos del cemento son inestables, y en presencia de agua reorganizan su estructura. El endurecimiento inicial del cemento se produce por la hidratación del silicato tricálcico, el cual forma una sílice (dióxido de silicio) hidratada gelatinosa e hidróxido de calcio. Estas sustancias cristalizan, uniendo las partículas de arena o piedras para crear una masa dura. El aluminato tricálcico actúa del mismo modo en la primera fase, pero no contribuye al endurecimiento final de la mezcla.
En la fabricación del cemento se trituran las materias primas mezcladas y se calientan hasta que se funden, formando el clínquer, que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino. Para el calentamiento se suele emplear un horno rotatorio ligeramente inclinado, y las materias primas se introducen por su parte superior, ya sea en forma de polvo seco de roca o como pasta húmeda hecha de roca triturada y agua. A medida que desciende a través del horno, se va secando y calentando con una llama situada al fondo del mismo. Según se acerca a la llama se separa el dióxido de carbono y la mezcla se funde a temperaturas entre 1.540 y 1.600 º C. El material tarda unas seis horas en pasar de un extremo a otro del horno. Después de salir del horno, el clínquer se enfría con rapidez y se tritura, transportándose a una empaquetadora o a silos o depósitos de almacenamiento. El material obtenido tiene una textura tan fina que el 90% o más de sus partículas podría atravesar un tamiz o colador con 6.200 agujeros por centímetro cuadrado.

Proceso de fabricación del cemento

La fabricación del cemento es una actividad industrial de procesado de minerales que se divide en tres etapas básicas:

Obtención de materias primas
Molienda y cocción de materias primas
Molienda de cemento

Obtención y preparación de materias primas

El proceso de fabricación del cemento comienza con la obtención de las materias primas necesarias para conseguir la composición deseada de óxidos metálicos para la producción de clínker.
El clínker se compone de los siguientes óxidos (datos en %)

Porcentaje %

Óxido de calcio "cal" ( CaO)
60-69

Óxido de Silicio "sílice"
18-24

Óxido de Aluminio "alúmina" ( Al2O3)
4-8

Óxido de Hierro ( Fe2O3)
1-8

La obtención de la proporción adecuada de los distintos óxidos se realiza mediante la dosificación de los minerales de partida:

· Caliza y marga para el aporte de CaO.
· Arcilla y pizarras para el aporte del resto óxidos.
Las materias primas son transportadas a la fábrica de cemento donde se descargan para su almacenamiento.
La prehomogenización realizada mediante diseños adecuados del apilamiento y la extracción de los materiales en los almacenamientos reduce la variabilidad de los mismos.

Los estudios de composición de los materiales en las distintas zonas de cantera y los análisis que se realizan en fábrica permiten dosificar la mezcla de materias primas para obtener la composición deseada.






Molienda y cocción de materias primas

La finalidad de la molienda es reducir el tamaño de las partículas de materias para que las reacciones químicas de cocción en el horno puedan realizarse de forma adecuada.
La molienda de materias primas (molienda de crudo) se realiza en equipos mecánicos rotatorios, en los que la mezcla dosificada de materias primas es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas.
El material obtenido debe ser homogeneizado para garantizar la calidad del clínker y la correcta operación del horno.
En la actualidad, en torno al 78 % de la producción de cemento de Europa se realiza en hornos de vía semi-seca o semi-húmeda; y un 6 % de la producción europea se realiza mediante vía húmeda.

Procesos de fabricación del clínker

1. Vía Seca
2. Vía semi-seca,
3. Vía semi-húmeda
4. Vía húmeda

1. Proceso de vía seca

La materia prima es introducida en el horno en forma seca y pulverulenta.
El sistema del horno comprende una torre de ciclones para intercambio de calor en la que se precalienta el material en contacto con los gases provenientes del horno.
El proceso de descarbonatación de la caliza (calcinación) puede estar casi completado antes de la entrada del material en el horno si se instala una cámara de combustión a la que se añade parte del combustible (precalcinador).

2. Proceso de vía húmeda

Este proceso es utilizado normalmente para materias primas de alto contenido en humedad.
El material de alimentación se prepara mediante molienda conjunta del mismo con agua, resultando una pasta con contenido de agua de un 30-40 % que es alimentada en el extremo más elevado del horno de clínker.

3 y 4. Procesos de vía semi-seca y semi-húmeda

El material de alimentación se consigue añadiendo o eliminando agua respectivamente, al material obtenido en la molienda de crudo.
Se obtienen "pellets" o gránulos con un 15-20 % de humedad que son depositados en parrillas móviles a través de las cuales se hacen circular gases calientes provenientes del horno. Cuando el material alcanza la entrada del horno, el agua se ha evaporado y la cocción ha comenzado.

En todos los casos, el material procesado en el horno rotatorio alcanza una temperatura entorno a los 1450º. Es enfriado bruscamente al abandonar el horno en enfriadores planetarios o de parrillas obteniéndose de esta forma el clínker.



Molienda de cemento

El proceso de fabricación de cemento termina con la molienda conjunta de clínker, yeso y otros materiales denominados "adiciones".
Los materiales utilizables, que estan normalizados como adiciones, son entre otros:
· Escorias de horno alto
· Humo de sílice
· Puzolanas naturales
· Cenizas volantes
· Caliza
En función de la composición, la resistencia y otras características adicionales, el cemento es clasificado en distintos tipos y clases.
La molienda de cemento se realiza en equipos mecánicos en las que la mezcla de materiales es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas.
Para ello se utilizan los siguientes equipos:
· Prensa de rodillos
· Molinos verticales de rodillos
· Molinos de bolas
· Molinos horizontales de rodillos
Una vez obtenido el cemento se almacena en silos para ser ensacado o cargado a granel.