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15, 1 BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
La fabricación de cemento es una actividad industrial muy intensiva en el consumo de energía y de materias primas.
15, 1 1 Balance de materia
Para elaborar el balance de materia hay que recurrir a las reacciones que tiene lugar en el proceso de obtención del clínker de cemento Portland.
Procesos:
- Secado. Eliminación del agua libre. Temperatura < 200 ºC.- Eliminación del agua adsorbida. Temperatura 100 – 400 ºC.
- Descomposición de la arcilla con formación de metacaolinita. Temperatura: 400 –
750 ºC.
- Descomposición de la metacaolinita y otros compuestos con formación de una
mezcla de óxidos reactivos. Temperatura: 600 – 900 ºC. Transformación química:

- Descomposición de la caliza con formación de CS y CA. Temperatura: 600 – 1000ºC.- Fijación de cal por CS y CA con formación de C4AF. Temperatura: 800 –
1300 ºC.
- Nueva fijación de cal por C2S

En los únicos procesos que hay pérdida de masa es en los cuatro primeros:
- Secado. Eliminación del agua libre.
- Eliminación del agua adsorbida.
- Descomposición de la arcilla con formación de metacaolinita.
- Descomposición de los carbonatos.
El resto de procesos sontransformaciones mineralógicas en las que no hay pérdida de
material.
Al someter a cocción las primeras materias son expulsados los elementos volátiles, y demodo especial el anhídrido carbónico de la piedra caliza y el agua de hidratación de laarcilla, con lo cual se produce alguna pérdida de peso.

Además de la arcilla que entran el crudo, es expulsado poco más menos un 7 % de agua de hidrataciónPara el cálculo de las cantidades de materiales se utilizarán por lo tanto las fórmulas siguientes para los diferentes contenidos de CaCO3 del crudo:
Kg de clínker 0.44 % CaCO3 0.07 · (100 - % CaCO3 )
a = = 1 - +
Kg de crudo 100 100
Kg de crudo 1
b = =
Kg de clínker a
% CaCO3 · 56
c = % CaO en el clínker =
a · 100
en nuestro caso el crudo tiene un 70 % de CaCO3 al que le corresponde:a = 0.638 Kg de clínker/ Kg de crudo.
b = 1.567 Kg de crudo/ Kg de clínker.
c = 69.34 % CaO en el clínker.
Nuestro cemento tiene un 95 % de clínker, así que:
1000 000 t /año * 0.95 = 950 000 t /año de clínker de cemento Portland, y sabiendo que
relación hay entre el crudo y el clínker de cemento, concluimos:
950 000 t/año de clínker * 1.567 Kg de crudo/ Kg de clínker = 1 488 650 t de crudoseco
anuales.
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El crudo está formado aproximadamente de un 70 % de caliza y un 30 % de arcilla:
Caliza : 1 042 055 t /año
Arcilla : 446 595 t /año
Estas cantidades corresponden al crudo seco, sin pérdida por humedad natural. Sabemos
que:
Humedad natural de la caliza: 1 %
Humedad natural de la arcilla: 6 %
Entonces las cantidades de arcilla y caliza a extraer de la cantera son:Caliza : 1 052 476 t /año
Arcilla : 473 391 t /año
Como ya hemos visto antes las pérdidas de masa se producen por la pérdida de la humedad
del material, en la descomposición de la arcilla en metacaolinita y en la descomposición de
la caliza.
Pérdida de masa por descomposición de la caliza:
44 t CO2
1 042 055 t caliza = 458 504 t CO2
100 tCaCO2
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Pérdida de masa por descomposición dela arcilla en metacaolinita:
72 t H2O
446 595 t arcilla = 62 267 Tm H2O
516.4 t arcilla
La pérdida de masa por la humedad natural del crudo es de:
Caliza : 1 052 476 t /año - 1 042 055 t /año = 10 421 t /año H2O
Arcilla : 473 391 t /año - 446 595 t /año = 26 796 t /año H2O
Entonces el balance de materia referido al producto final clínker es:
M inicial = M final
M inicial = 1 052 476 tcaliza + 473 391 t arcilla
M final = 950 000 t clínker + 458 504 t CO2 + 99 484 t H2O + 17 879 t de
compuestos orgánicos y otros elementos secundarios que no se han tenido en cuenta
en el cálculo.
Balance de masa referido a 1 000 000 t de cemento:
M inicial = M final
M inicial = 1 052 476 t caliza + 458 504 t arcilla + 40 000 t yeso + 10 000 t aditivos
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M final = 1 000 000 t cemento +...