Cemento: Fabricación, Materias Primas y Uso del Gas Natural en la Industria

El Cemento: Definición y Proceso de Fabricación

El cemento es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido que, amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de reacciones y procesos de hidratación. Una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.

Los cementos están compuestos de diferentes materiales (componentes) que, adecuadamente dosificados mediante un proceso de producción controlado, le dan al cemento las cualidades físicas, químicas y resistencias adecuadas al uso deseado.

Materia Prima

• Clínker: Es una sustancia resultante de la calcinación en un horno de las mezclas calizas arcillosas que se han preparado artificialmente con la inclusión eventual de otras materias. El producto resultante de este proceso son unas bolas de color grisáceo que posteriormente serán introducidas en molinos especiales para su trituración.

Proceso de Fabricación

Obtención y Preparación de las Materias Primas

El proceso de fabricación del cemento comienza con la obtención de la materia prima, que se encuentra en yacimientos, normalmente en canteras a cielo abierto. Las canteras se explotan mediante voladuras controladas, en el caso de materiales duros como calizas y pizarras, mientras que en el caso de materiales blandos como arcillas y margas se utilizan excavadoras para su extracción.

Una vez extraído y clasificado el material, se procede a la trituración hasta obtener una granulometría de 6 cm adecuada para el producto de molienda y se traslada a la fábrica mediante cintas transportadoras o camiones para su almacenamiento en el parque de prehomogeneización.

Homogeneización y Molienda de Crudo

En el parque de prehomogeneización, el material triturado se almacena en capas uniformes para ser posteriormente seleccionadas de manera controlada. La homogeneización permite preparar la dosificación adecuada de los distintos componentes, reduciendo su variabilidad.

Posteriormente, estos materiales se muelen en molinos verticales o de bolas para reducir su tamaño y favorecer así su cocción en el horno. En el molino vertical, el material se tritura a través de la presión que ejercen sus rodillos sobre una mesa giratoria. A partir de allí, la materia prima (harina o crudo) se almacena en un silo para aumentar la uniformidad de la mezcla.

Precalentador de Ciclos

En función de cómo se procese el material antes de su entrada en el horno de clínker, se distinguen 2 tipos de proceso de fabricación: vía seca y vía húmeda.

La alimentación del horno se realiza a través del precalentador de ciclos, que calienta la materia prima para facilitar su cocción. La harina o crudo (materia prima molida) se introduce por la parte superior de la torre y va descendiendo por ella, mientras tanto, los gases provenientes del horno que están a altas temperaturas ascienden a contracorriente, precalentando así el crudo que alcanza los 1000 ºC antes de entrar al horno.

Fabricación del Clínker - Horno

A medida que la harina va avanzando en el interior del horno, mientras este rota, la temperatura va aumentando hasta alcanzar los 1500 ºC. A esta temperatura se producen complejas reacciones químicas que dan lugar al clínker.

Fabricación del Clínker - Enfriamiento

A la salida del horno, el clínker se introduce en el enfriador, que inyecta aire frío del exterior para reducir su temperatura de los 1400 ºC a los 100 ºC.

Molienda del Clínker

Una vez obtenido el clínker, se mezcla con yeso y adiciones, en proporciones adecuadas dentro de un molino de cemento. En su interior, los materiales se muelen, se mezclan y homogeneizan.

Los molinos pueden ser de rodillos (horizontales, verticales) y de bolas. Las distintas calidades del cemento se obtienen con la adición de materiales como escorias de altos hornos, humo de sílice, puzolanas naturales, cenizas volantes y calizas, que le permiten alcanzar ciertas características para su uso.

Expedición

Por último, el cemento se almacena en silos, separados según sus clases, antes de ser ensacado o descargado en un camión cisterna para su transporte.

La Industria del Cemento y el Uso del Gas Natural

Principalmente, se usa como combustible para la alimentación de los hornos debido a:

• Importantes ahorros en los costos operacionales.
• Combustión limpia y eficiente.
• Permite mantener un sano equilibrio con el medio ambiente.
• Abundancia y accesibilidad.
• Bajo precio.
• Buen poder calorífico.
• Fácil manejo operacional.

Ahorro en los Costos de Operaciones y de Energía

Proporción de Seguridad para la Industria Cementera

En lo que se refiere a seguridad, su instalación cumple con las regulaciones nacionales e internacionales al respecto:

• Puede ser detectado fácilmente en casos de fuga.
• Es más liviano que el aire, lo que permite, en casos de existir fuga, que este se desvanezca en la atmósfera.

Distribución del Uso del Gas Natural como Combustible en la Industria del Cemento

Proceso de Vía Seca

• En la explotación de horno: 83%.
• En el secado de materias primas: 14%.
• Para el secado de carbón: 3%.

Procesos de Vía Húmeda

• En la explotación del horno: 96%.
• En el secado del carbón: 4%.

Razones por las Cuales la Industria del Cemento Prefiere el Uso del Gas Natural

• El carbón presenta una fuerte carga salarial cuyo porcentaje (78%) de gasto supera al ahorrado por el gas natural (72%).
• A causa de la crisis presentada por el petróleo y su alta demanda, la fracción del consumo del gas natural ha pasado del 12% (2003) a un 45% (2006).
• Los costos de inversión de las instalaciones de abastecimiento de carbón son 20 veces más caras que las del gas natural, las cuales se sitúan de 3 a 5 veces menores que la del carbón.
• El gas natural no exige un único medio de transporte y el costo operacional representa una fracción de los costos (1/4 o un 23,2%).
• Los costos de las instalaciones para la preparación del carbón en una fábrica de cemento es de aproximadamente del 15% al 20% del costo de totalidad de la maquinaria.
• El gas natural presenta la ventaja de que no requiere maquinaria alguna para prepararlo ni para almacenarlo, eliminando el costo de maquinarias.
• La sustitución del carbono por el gas natural genera un descenso del costo de la producción del cemento de un 8 a 10%, quedando elevada la producción por persona en un 6 al 8%.
• El carbón presenta un aumento de consumo de energía de 36/4 igual a 9 KWh/t de clínker, en comparación con el gas natural.
• Las variaciones de la composición química del cemento causadas por las diferentes cantidades de cenizas del carbón se eliminan utilizando gas natural, con lo que se mejora la calidad del cemento.

Hornos de Cal

Definición: Son hornos de los cuales se obtiene la cal.

Proceso: El proceso consta de calcinar carbonatos de calcio o magnesio. La temperatura de cocción es de 850 a 1000 ºC, liberando dióxido de carbono y obteniendo óxido de calcio. El producto del horno es machacado, triturado y tamizado antes de ser transportado al silo de almacenamiento, desde donde se envía al usuario final.

Materia prima: Carbonatos de calcio o magnesio.

Tipos de Hornos

• Giratorios.
• Verticales.

Hornos de Cal y el Uso del Gas Natural

Ventajas Operacionales

• Como combustible, aumenta el índice de producción de estos hornos hasta un 30%.
• Permite posponer inversiones en capacidad adicional.
• El ahorro que proporciona el gas natural es de 30% por tonelada de cal, lo que se suma a los beneficios, obteniéndose un porcentaje de 12,5% con otros combustibles.
• Es rentable aun cuando no se requiere aumentar la capacidad de producción.
• Permite que este tenga el más bajo consumo de energía.
• Le da la capacidad de reducir el SO₂.

Ventajas del Gas Natural

• Aumenta la eficiencia del horno de cal y alarga su vida útil.
• El gas natural evita el mantenimiento continuo de este.
• Sus gases de combustión no contaminan el ambiente.
• No genera cenizas.
• Produce menos CO₂, reduciendo así el efecto invernadero.
• No genera humo.

Beneficios del Uso de Gas Natural en Hornos de Cal

• Incremento de la capacidad de producción (de hasta más del 30%).
• Reducción del consumo del combustible.
• Disminución del consumo específico de energía.
• Disminución de las emisiones de H₂S, SO₂ y NOx.
• El uso del gas natural para aumentar la capacidad del horno de cal puede ser alcanzado con un bajo costo en el nivel de inversión (de un 22%).