Recopilado por sergio navarro hudiel




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Cemento
El cemento portland está compuesto principalmente de materiales calcáreos tales como caliza, y de alúmina y sílice, que se encuentran como arcilla o pizarra. También se utiliza la marga, que es una mezcla de materiales calcáreos y arcillosos. La materia prima para la fabiricación del cemento portland se encuentra en casi todos los países.
El proceso de fabricación del cemento consiste en moler finamente la materia prima, mezclarla minuciosamente en ciertas proporciones y calcinarla en un horno rotatorio de gran dimensión a una temperatura de aproximadamente 1,400ºC, en que el material se sintetiza y se funde parcialmente, formando el clinker. El clinker se enfría y se tritura hasta obtenerse un polvo fino, después se adiciona un poco

de yeso y el producto comercial resultante es el cemento Portland que tanto se usa en todo el mundo.


La mezcla y trituración de las materias primas pueden efecturase tanto en condiciones húmedas como secas; de aquí provienen los nombres de proceso húmedo o seco.
El proceso húmedo. Cuando se emplea marga, se tritura finamente y se dispersa en agua en un molino de lavado, de igual forma se procede con la arcilla. En seguida se bombean las dos mezclas de forma tal que se mezclan en proporciones determinadas y pasan a través de una serie de mallas. La lechada que resulta de este proceso fluye a estanques de almacenamiento.
Si se emplea caliza, debe barrenarse, triturarse-generalmente en dos trituradoras, una más pequeña que la otra-, y luego depositarse en un molino de bolas, con la arcilla dispersa en agua. Allí se continúa el molido de la caliza (hasta lograr la finura de la harina), y la lechada resultante se bombea a estanques de almacenamiento. De aquí en adelante, el proceso es el mismo, sin tomar en cuenta la naturaleza original de las materias primas.
El clinker frío, que es característicamente negro, reluciente y duro, se mezcla con yeso para evitar un fraguado relámpago del cemento. La mezcla se efectúa en un molino de bolas.
En los procesos seco y semiseco, las materias primas se trituran y se adicionan en las proporciones correctas en un molino de mezclado, donde se secan y se reduce su tamaño a un polvo fino. El polvo seco, llamado grano molido crudo, se bombea al silo de mezclado y se hace un ajuste final en las proporciones de los materiales requeridos para la fabricación del cemento.
Una vez que el cemento se ha mezclado de manera satisfactoria, cuando alcanza a tener hasta 1.1 x 1012 partículas por kilogramo, está en condiciones para empacarse en los conocidos sacos de papel, en tambores o para transporte a granel.
Las materias primas para la producción del Pórtland son minerales que contienen:

  1. óxido de calcio (44%),

  2. óxido de silicio (14,5%),

  3. óxido de aluminio (3,5%),



  1. óxido de hierro (3%) y

  2. óxido de magnesio (1,6%).


La extracción de estos minerales se hace en canteras, que preferiblemente deben estar próximas a la fábrica, con frecuencia los minerales ya tienen la composición deseada, sin embargo en algunos casos es necesario agregar arcilla o calcáreo, o bien minerales de hierro, bauxita, u otros minerales residuos de fundiciones.
Cementos Pórtland especiales

Los cementos Pórtland especiales son cementos que se obtienen de la misma forma que el Pórtland, pero que tienen características diferentes a causa de variaciones en el porcentaje de los componentes que lo forman.

Pórtland férrico: este cemento es muy rico en hierro particularmente apropiado para ser utilizados en climas cálidos. Son más resistentes a las aguas agresivas.

Cementos blancos

Estos contienen un porcentaje bajísimo de Fe2O3

Cementos de mezclas

Los cementos de mezclas se obtienen agregando al cemento Pórtland normal otros componentes como la puzolana.

Cemento Puzolanico

Este cemento es adecuado para ser usado en climas particularmente calurosos o para coladas de grandes dimensiones.

Cemento siderúrgico

Es un material potencialmente hidráulico también tiene buena resistencia a las aguas agresivas y desarrolla menos calor durante el fraguado. Otra característica de estos cementos es su elevada alcalinidad natural, que lo rinde particularmente resistente a la corrosión atmosférica causada por los sulfatos.

Cemento de fraguado rápido

El cemento de fraguado rápido, también conocido como «cemento romano», se caracteriza por iniciar el fraguado a los pocos minutos de su preparación con agua. Es apropiado para trabajos menores, de fijaciones y reparaciones, no es apropiado para grandes obras porque no se dispondría del tiempo para efectuar una buena colada.


Cemento aluminoso

También llamado «cemento fundido», El cemento fundido es colado en moldes para formar «panes» que serán enfriados y finalmente molidos para obtener el producto final.

Reacciones de hidratación

Mientras el cemento Pórtland es un cemento de naturaleza básica, gracias a la presencia de cal Ca(OH)2, el cemento aluminoso es de naturaleza sustancialmente neutra. La presencia del hidróxido de aluminio Al(OH)3, que en este caso se comporta como ácido, provocando la neutralización de los dos componentes y dando como resultado un cemento neutro.

Proceso de fabricación

El proceso de fabricación del cemento comprende cuatro etapas principales:

  1. extracción y molienda de la materia prima

  2. homogeneización de la materia prima

  3. producción del Clinker

  4. molienda de cemento.


La materia prima para la elaboración del cemento (caliza, arcilla, arena, mineral de hierro y yeso) se extrae de canteras o minas y, dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos sistemas de explotación y equipos. Una vez extraída la materia prima es reducida a tamaños que puedan ser procesados por los molinos de crudo.

La etapa de homogeneización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. En el proceso húmedo la mezcla de materia prima es bombeada a balsas de homogeneización y de allí hasta los hornos en donde se produce el clínker a temperaturas superiores a los 1500 °C. En el proceso seco, la materia prima es homogeneizada en patios de materia prima con el uso de maquinarias especiales. En este proceso el control químico es más eficiente y el consumo de energía es menor, ya que al no tener que eliminar el agua añadida con el objeto de mezclar los materiales, los hornos son más cortos y el clínker requiere menos tiempo sometido a las altas temperaturas. El clínker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.

Almacenamiento del cemento

El cemento es una sustancia particularmente sensible a la acción del agua y de la humedad, por lo tanto para salvaguardar sus propiedades, se deben tener algunas precauciones muy importantes, entre otras: Inmediatamente después


de que el cemento se reciba en el área de las obras si es cemento a granel, deberá almacenarse en depósitos secos, diseñados a prueba de agua, adecuadamente ventilados y con instalaciones apropiadas para evitar la absorción de humedad. Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el Contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias.
Fabricación

El cemento se fabrica generalmente a partir de materiales minerales calcáreos, tales como la caliza, y por alúmina y sílice, que se encuentran como arcilla en la naturaleza. En ocasiones es necesario agregar otros productos para mejorar la composición química de las materias primas principales; el mas común es el oxido de hierro. Las calizas, que afortunadamente se presentan con frecuencia en la naturaleza, están compuestas en un alto porcentaje ( mas de 60%) de carbonato de calcio o calcita (CaCO3 , Cuando se calcina da lugar a óxido de calcio, CaO), e impurezas tales como arcillas, Sílice y dolomita, entre otras. Hay diferentes tipos de caliza y prácticamente todas pueden servir para la producción del cemento, con la condición de que no tengan cantidades muy grandes de magnesio, pues si el cemento contiene mas cantidades del limite permitido, el concreto producido con el aumenta de volumen con el tiempo, generando fisuras y por lo tanto perdidas de resistencia.

Pizarra: Se les llama "pizarra" a las arcillas constituidas principalmente por óxidos de silicio de un 45 a 65%, por óxidos de aluminio de 10 a 15%, por óxidos de fierro de 6 a 12% y por cantidades variables de óxido de calcio de 4 a 10%. Es también la principal fuente de álcalis. La pizarra representa aproximadamente un 15% de la materia prima que formará el clínker. Como estos minerales son relativamente suaves, el sistema de extracción es similar al de la caliza, sólo que la barrenación es de menor diámetro y más espaciada, además requiere explosivos con menor potencia. Debido a que la composición de éstos varía de un punto a otro de la corteza terrestre, es necesario asegurar la disponibilidad de las cantidades suficientes de cada material. La arcilla que se emplea para la producción de cemento esta constituida por un silicato hidratado complejo de aluminio, con porcentajes menores de hierro y otros elementos. La arcilla aporta al proceso los óxidos de sílice (SiO2), hierro (Fe2O3) y aluminio (Al2O3).

El yeso, sulfato de calcio hidratado (CaSO42H2O), es un producto regulador del fraguado, que es un proceso de endurecimiento que del cemento, y lo que el yeso hace es retardar el proceso para que al obrero le de tiempo de preparar el material . Este se agrega al final del proceso de producción. El proceso de fabricación del cemento comprende las siguientes etapas principales:

1. Obtención y preparación de materias primas

El proceso de fabricación del cemento se inicia con los estudios y evaluación minera de materias primas (calizas y arcillas) necesarias para conseguir la composición deseada de óxidos metálicos para la producción de clínker. Una vez evaluada se tramita la concesión o derechos sobre la cantera. El clínker se compone de los siguientes óxidos (datos en %)


Óxidos componentes del clinker


Porcentaje %

Oxido de calcio ―Cal‖ (CaO)

60-69

Oxido de Silicio ―Sílice‖

18-24

Oxido de Aluminio ―Alúmina‖ (Al2O3)

4-8

Oxido 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:

  1.  Caliza y marga para el aporte de CaO.

  2.  Arcilla y pizarras para el aporte del resto óxidos.


Como segundo paso se complementan los estudios geológicos, se planifica la explotación y se inicia el proceso: de perforación, quema, remoción, clasificación, cargue y transporte de materia prima.



Las materias primas esenciales -caliza, margas y arcilla- que son extraídas de canteras, en general próximas a la planta, deben proporcionar los elementos esenciales en el proceso de fabricación de cemento: calcio, 0silicio, aluminio y hierro. Muy habitualmente debe apelarse a otras materias primas secundarias, bien naturales (bauxita, mineral de hierro) o subproductos y residuos de otros procesos (cenizas de central térmica, escorias de siderurgia, arenas de fundición, ...) como aportadoras de dichos elementos. Las calizas pueden ser de dureza elevada, de tal modo que exijan el uso de explosivos y luego trituración, o suficientemente blandas como para poderse explotar sin el uso de explosivos. El material resultante de la voladura es transportado en camiones para su trituración, los mismos que son cargados mediante palas o cargadores frontales de gran capacidad. Las materias primas naturales son sometidas a una primera trituración, bien en cantera o a su llegada a fábrica de cemento donde se descargan para su almacenamiento. La trituración de la roca, se realiza en dos etapas, inicialmente se procesa en una chancadora primaria, del tipo cono que puede reducirla de un tamaño máximo de 1.5 m hasta los 25 cm. El material se deposita en un parque de almacenamiento. Seguidamente, luego de verificar su composición química, pasa a la trituración secundaria, reduciéndose su tamaño a 2 mm aproximadamente.

El material triturado se lleva a la planta propiamente dicha por cintas transportadoras, depositándose en un parque de materias primas. En algunos casos se efectúa un proceso de pre-homogeneización.


La prehomogenización realizada mediante diseños adecuados del apilamiento y la extracción de los materiales en los almacenamientos reduce la variabilidad de los mismos. Este material es transportado y almacenado en un silo del cual se alimenta el molino de crudo. Allí mismo se tienen dos silos más con los materiales correctivos (minerales de hierro y caliza correctiva alta). Se dosifica dependiendo de sus características; y mediante básculas el material al molino de harina (o crudo). 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.

2. Molienda y cocción de materias primas

Esta etapa comprende la molienda de materias primas (molienda de crudo), por molinos de bolas, por prensas de rodillos o a fuerza de compresión elevadas, que producen un material de gran finura. En este proceso se efectúa la selección de los materiales, de acuerdo al diseño de la mezcla previsto, para optimizar el material crudo que ingresará al horno, considerando el cemento de mejores características. Con la molienda se logra reducir el tamaño de las partículas de materias para que las reacciones químicas de cocción en el horno puedan realizarse de forma adecuada. El molino muele y pulveriza los materiales hasta un tamaño medio de 0.05 mm.

El material molido debe ser homogeneizado para garantizar la efectividad del proceso de clinkerización mediante una calidad constante. Este procedimiento se efectúa en silos de homogeneización. El material resultante constituido por un polvo de gran finura debe presentar una composición química constante.



El horno debe recibir una alimentación químicamente homogénea. Esto se consigue mediante el control de la correcta dosificación de los materiales que forman la alimentación al molino de crudo. Si se parte de materiales variables en calidad, previamente se consigue su prehomogeneización en una instalación "ad-hoc". Después del molino, el crudo sufre aún un proceso de homogeneización final, que asegura una mezcla homogénea con la composición química requerida. Además de la homogeneidad química, es fundamental la finura y la curva granulométrica del crudo, lo que se consigue mediante el ajuste del separador que clasifica el producto que sale del molino, reintroduciéndose la fase no suficientemente molida (circuito cerrado).
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