Cemento

EL CEMENTO Para fabricar clinker de cemento a partir de material crudo es preciso calcinar este hasta una temperatura de 1450ºC alcanzando así la sinterización o clinkerización. El proceso de cocción exige una atmosfera oxidante dentro del horno, ya que en caso contrario se obtiene un clinker de color pardo (en vez de verde grisáceo) y el cemento resultante presenta un fraguado más rápido yresistencias mas bajas. Durante el calentamiento del crudo, y particularmente a la temperatura de cocción (clinkerización o sinterización) tienen ya a lugar importantes procesos fisicoquímicos tales como la deshidratación de los minerales de la arcilla, la descomposición de los carbonatos (descarbonatación o expulsión de CO2, corrientemente llamada calcinación). reacciones en estado solido y reaccionescon participación de una fase liquida o fundida, así como cristalizaciones.

1. Secado: El agua libre presente como humedad en el crudo o añadida al mismo, por ejemplo en el proceso de granulación, se desprende de un intervalo de temperaturas que alcanza hasta unos 200ºC.

2. Deshidratación de los minerales de la arcilla: A temperaturas comprendidas entre 100 y 400ºC, aproximadamente, losminerales de la arcilla ceden su agua adsorbida, incluida el agua interlaminar. A temperaturas superiores y dependiendo de los tipos de minerales arcillosos presentes en la arcilla, es decir, entre unos 400 y 750ºC, se desprende también el agua combinada químicamente en forma de grupos hidroxilo (deshidratación), como sucede por ejemplo, en la deshidratación de la caolinita:

Al2(OH8Si4O10) →2(Al2O3 * 2SiO2)+ 4H2O

El metacaolín se descompone parcialmente a las temperaturas señaladas, pero también y más a temperaturas crecientes hasta unos 900ºC, dando lugar a mezclas de óxidos reactivos, según la ecuación de reacción:

Al2O3 * 2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2

En la deshidratación de las arcillas influyen diversos factores, tales como el tipo de minerales arcillosos, la naturaleza y cantidadde las impurezas, el tamaño de las partículas, el grado de cristalización de las arcillas, la atmósfera gaseosa, y otros.

3. Descomposición de los carbonatos: El carbonato cálcico (CaCO3) contenido en el crudo en proporciones comprendidas entre 74 y 79% en masa, se descompone (disociación, descarbonatación, calcinación) a temperaturas teóricamente iguales o superiores a 896ºC, según laecuación:

CaCO3 → CaO + CaO2 A estas temperaturas, la presión de disociación es igual o mayor que 1, es decir, por lo menos igual a la presión externa. Para ello es necesaria una entalpía de reacción H de 1660 kJ/kg. La temperatura de 896ºC sólo se refiere a la calcita pura y sólo es válida para ella; al aumentar la proporción de impurezas o adiciones mezcladas con ella (como sucede en los crudos decemento) la disociación se desplaza hacia temperaturas más bajas. En la práctica, la disociación comienza ya entre 550 y 600ºC. 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*Al 2O3, 12CaO*7Al2O3, CaO*SiO2 y 2CaO*SiO2, por reacción en estado sólido. El contenido de cal libre CaO es,por lo tanto, escaso por debajo de 800º C (menor de 2% en masa), aumentando hasta alrededor del 20% a temperaturas mayores. La disociación térmica del MgCO3, de mucha menor importancia en la fabricación de cemento, transcurre de forma análoga, pero a temperaturas más bajas.

4. Reacciones entre fases sólidas (reacciones a temperaturas inferiores a las de sinterización o clinkerización): Como yaqueda indicado, a partir de temperaturas comprendidas entre 550 a 600ºC comienzan a producirse reacciones entre sólidos, por las cuales se combinan los productos de descomposición del CaCO3 con los de la arcilla, formándose primero y preferiblemente compuestos de menor contenido de cal (por ejemplo, aluminato monocálcico y silicato bicálcico). La formación de aluminato tricálcico (3CaO*Al2O3=C3A)...