Introducción a “El Mundo del Cemento”

Unidad 2: El origen y producción del cemento

Contenido Unidad 2 Introducción a El Mundo del Cemento Unidad 2: El origen y producción del cemento. En esta ocasión conoceremos cómo nace y se hace el cemento, la forma en que se asegura su calidad, los aspectos ecológicos de su proceso y las formas en que se envasa. Esta unidad contiene los siguientes temas: 1. 2. 3. 4.

Las piedras vivas: Componentes del cemento. Crear polvo para crear: El proceso de producción. Con respeto a la tierra: Una industria ecológica. Entrega inmediata: El cemento en obra

Tema 1: Las piedras vivas: Componentes del cemento. Objetivos del tema 1: • •

Identificar los antiguos orígenes de las materias primas que hoy hacen posible fabricar el cemento. Conocer los elementos que componen el cemento moderno, la función principal de cada uno de ellos, así como sus proporciones.

Contenido

1. 2. 3. 4. 5.

Bloques El papel de la caliza La arcilla y el caolín El mineral de hierro La puzolana El yeso

Introducción: Orígenes remotos Cuando los océanos aún cubrían la mayor parte de nuestro planeta, diminutas algas y otras formas de vida primigenias se acumularon en el fondo del mar, creando capas de sedimento que hoy conocemos como roca caliza: el componente principal del cemento. Por increíble que parezca, el origen de la Piedra del Siglo XX, está en organismos que vivieron hace millones de años, seres microscópicos que por carecer de huesos, no dejaron registros fósiles. Sus restos formaron compuestos minerales de tipo calcáreo, que constituyen las calizas, uno de los materiales más abundantes de la Tierra.

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El papel de la caliza Cuatro quintas partes del cemento provienen de la caliza, materia que curiosamente como en los huesos de los animales vertebrados, aporta el ingrediente clave para su endurecimiento: el calcio. Características de las calizas o rocas calcáreas • Están compuestas principalmente de carbonato de calcio. • Llegan a ser tan duras como el mármol y reaccionan con los ácidos. • Son el agregado ideal.

Las plantas de cemento se ubican cerca de los grandes yacimientos de caliza, para facilitar los procesos de extracción y molienda de este mineral, que de otra manera resultaría muy costoso. La arcilla y el caolín Antecedente del cemento, la arcilla, desde la más remota antigüedad, ha sido usada como material de construcción, ya sea para fabricar ladrillos o preparar argamasas utilizadas como cementantes. Características de las arcillas La arcilla es una tierra blanda y grasosa, que se conoce como barro, se puede moldear de cualquier forma al añadírsele agua, hasta permitir que, cocida, se transforme en cerámica.

El cemento de nuestros días está constituido en una quinta parte por arcilla, como segundo ingrediente esencial por su elevado contenido de silicato alumínico, que le proporciona solidez y resistencia. Los silicatos, derivados de las arcillas, conforman el 95% de la superficie del planeta. Hay diferentes tipos de arcilla según su composición química y el color que resulta de ésta. Arcilla Blanca o caolín

Arcilla verde o figulina

Conformado por granitos de cuarzo y mica blanca, el caolín es un silicato puro, un tipo de arcilla con muy bajo contenido de hierro que no encoge con el cocimiento. En cantidad suficiente clarifica el cemento, al grado de otorgar su color característico al Pórtland blanco. También llamada montmorillonita o bentonita, la arcilla verde es rica en magnesio y tiene una alta capacidad de absorción de líquidos, así como de expansión, con esto contribuye al proceso de fraguado.

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El mineral de hierro Así como los seres vivientes, el cemento requiere de varios minerales para su resistencia. El óxido de hierro es uno de los ingredientes esenciales; se agrega a la mezcla en proporción pequeña, pero no por ello es menos importante. Generalmente, el mineral de hierro no se localiza cerca de las fábricas, por lo que debe ser transportado desde bancos ubicados hasta a 200 km de la planta. La puzolana Puzol o puzolana es tierra volcánica, producto de las entrañas de la tierra. Se le llama así desde el Imperio Romano, cuando se descubrió que la arena volcánica de la isla de Pozzuoli, en Nápoles, aportaba una gran resistencia al “mortero romano”, conocido entonces también como: “cemento puzolana”. Actualmente, se llama así a las arenas volcánicas que se usan para la mezcla de cemento. Características

Hay puzolanas naturales y también artificiales, hechas con arcillas. Su contenido de sílice, en combinación con la cal que libera el cemento al hidratarse, forma compuestos con cualidades hidráulicas, es decir, que endurecen al mezclarse con agua o bajo el agua.

Usos

El uso de puzolana propicia una disminución del contenido de cemento en la mezcla para concreto, con el consiguiente ahorro, al mismo tiempo que hace al concreto menos permeable y por tanto más durable.

El yeso De blandura máxima, el yeso es, a fin cuentas, calcio: sulfato hidratado de calcio, que se logra al mojar y deshidratar el mineral de yeso. Sirve como aglomerante en la construcción y como abono en tierras deficientes de cal.

Dada su composición química regula el tiempo de fraguado del cemento.

El yeso natural Es el ingrediente clave: sin él, el clínker o crudo de cemento se transformaría al contacto con el agua, casi de inmediato, en roca sólida, sin ninguna posibilidad de ser trabajada.

No hay concreto sin agua y no hay cemento Pórtland sin yeso.

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Tema 2: Crear polvo para crear: El proceso de producción. Objetivos del tema 2: • •

Distinguir las diferentes etapas del proceso de producción del cemento. Conocer la tecnología empleada en su fabricación.

Contenido Bloques 1. Selección y extracción de minerales 2. Trituración y mezcla 3. Molienda y homogeneización 4. Calcinación y clínker 5. Molienda final

Introducción: El poder de la tecnología Sencillo como parece ser, el proceso de producción del cemento incorpora una serie de maravillas tecnológicas modernas. Millones de toneladas surgen de fábricas no contaminantes, con poderosas máquinas operadas por pocas personas con un máximo de seguridad. Selección y extracción de minerales La aventura de producir cemento comienza con la extracción de las materias primas, las más importantes siempre cercanas a la fábrica, por cuestiones de costo y eficiencia. Previamente se ha efectuado la selección de las canteras de caliza y arcilla que serán explotadas, con el análisis de rayos X que permite conocer la calidad y propiedades del mineral. Una vez escogidas las zonas de caliza, se preparan los bloques a obtener mediante potentes barrenadores neumáticos. El barrenador de oruga es capaz de penetrar a una profundidad de 9 metros en sólo 20 minutos, con un orificio de 12 cm. de diámetro.

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Explosiones controladas En puntos estratégicos se coloca dinamita y una fuerte explosión desprende grandes fragmentos de roca caliza que serán transportados a la planta en camiones con capacidad de 60 a 80 toneladas. La precisión y el control técnico con el que se cuenta hoy permiten estallidos silenciosos y una rápida absorción del polvo. Trituración y mezcla Como por obra de gigantes, propia de la automatización, las grandes rocas de caliza de hasta un metro, son reducidas en etapas sucesivas. A continuación se muestra el proceso que se sigue para la trituración y mezcla. Primera etapa

Los trituradores crean piedras del tamaño de una pelota de béisbol, que luego convierten en grava.

Segunda Etapa

La caliza en forma de grava se mezcla con porciones menores de arcilla y hierro que también han sido trituradas y toda esta mezcla pasa de nuevo a trituración, hasta obtener una arena fina.

El transporte De manera sincronizada y eficiente, bandas transportadoras que llegan a medir un kilómetro, llevan la materia triturada a un almacén. Allí, diferentes tipos de arcilla y caliza se combinan proporcionalmente, mientras una excavadora recoge la mezcla verticalmente hasta incorporar todos los minerales en una pre-homogeneización. Molienda y homogeneización El proceso continúa con la molienda: poderosas bolas de acero contenidas en un gran molino, golpean con rápidos movimientos la mezcla de caliza, arcilla y óxido de hierro hasta pulverizar los materiales y obtener una harina finísima que se conoce como: “harina cruda” o “crudo”. Sin escapatoria posible, las partículas que quedaron gruesas son separadas y vueltas a moler. Mediante transportación neumática, la harina inicial es enviada por conductos herméticos, que no permiten salida de polvos a molinos homogeneizadores igualmente cerrados. La clave está en asegurar que la mezcla contenga la proporción exacta de cada ingrediente y resulte uniforme. Una vez homogeneizada, la mezcla se deposita en silos de almacenamiento, que periódicamente es transportada hasta los hornos rotatorios.

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Calcinación y clínker Trabajando 24 horas continuas, los hornos rotatorios, que miden hasta 6 metros de diámetro y giran lentamente de una a 3 revoluciones por minuto, derriten la harina cruda a temperaturas de 1,400° C. A fin de poner este dato en perspectiva, diremos que la plata se derrite a 960° C, el oro a 1,063° C y el acero a 1,427° C. Las altas temperaturas generan una reacción química que transforma la materia prima en distintos compuestos, como el silicato cálcico, que es el componente principal del cemento. El material resultante de la calcinación se transforma en partículas redondas como perlas, de color verde oscuro, denominadas: clínker. Clínker: Piedra sintética con formas esféricas de tamaño variable, que por molienda se transforma en base del producto final: cemento Pórtland.

Molienda final Recién salido el clínker a 1,100° C, es conducido a sistemas de enfriamiento. A continuación, las esferas de tamaño variable, a veces adheridas entre sí, pasan por un triturador y continúan su camino hasta un enorme contenedor, donde son depositadas. Indispensable para la regulación del fraguado en morteros y hormigones, el yeso se incorpora al clínker para pasar a un molino de bolas de acero similar, al que prepara la harina cruda. Este molino cuenta con dos compartimientos, uno de bolas que van de 50 mm a 80 mm y otro con bolas de 20 mm a 25 mm, con una capacidad de molienda de hasta 160 toneladas por hora. El resultado de este proceso es el polvo mágico de la creación humana: El cemento. A fin de cuentas, polvo El cemento es un talco impalpable, tan fino, que hasta un 95% pasa por un cedazo de 325 mallas por pulgada. Para su almacenamiento, se emplean silos gigantes y pirámides cilíndricas de hasta 70 metros de altura, con una capacidad para 6,000 toneladas de cemento. Así nace el maravilloso: “polvo mágico de la creación humana”.

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Tema 3: Con respeto a la tierra: Una industria ecológica Objetivos del tema 3: • •

Identificar los controles aplicados en el proceso de producción del cemento, tanto de calidad como ambientales. Conocer la certificación internacional en control ambiental y su aplicación en la industria cementera mexicana.

Contenido

1. 2. 3. 4. 5.

Bloques Los controles ambientales La seguridad industrial Los controles físicos Los controles químicos La certificación ISO 14000

Introducción: Una tierra que respeta a la Tierra El origen del cemento es natural y el compromiso de la industria cementera es proveer un producto de máxima calidad cuidando, a la vez, del medio ambiente. Cada etapa del proceso de producción es supervisada rigurosamente con un enfoque sustentable, es decir, con el afán de abastecer calidad de forma eficiente, aunada a un equilibrio ecológico. Los controles ambientales Debido a las características del proceso y del producto, el control ambiental de la industria cementera se orienta principalmente al cuidado del aire. La tecnología actual permite abatir y casi desaparecer las emisiones de polvo y gases. En los procesos de trituración, molienda, secado y calcinación, se eliminan al máximo las partículas sólidas y los gases que resultan de la combustión. Para ello, entre las tolvas y cobertores, se utilizan equipos como los ciclones centrífugos, las cámaras de sedimentación y los filtros, que pueden ser de manga, de tejidos o electrostáticos.

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La inversión para el ambiente, en justa proporción Del 15% al 20% del costo total de una planta se destina a equipos anticontaminantes, lo cual representa una inversión considerable. Actualmente, existen leyes de mejoramiento ambiental y reglamentos sobre la emisión de humos y polvos, los cuales recaen directamente sobre la industria cementera. Dicha industria responde responsablemente, comprometiéndose prevención y protección ecológica: la Tierra es primero. Otros beneficios ecológicos

con

la

El uso del cemento contribuye a evitar la destrucción de bosques y otros recursos naturales no renovables usados en la vivienda indígena o tradicional, al ser preferido como materia prima en la construcción.

La seguridad industrial Rigurosa al extremo, la producción de cemento incluye lo siguiente: • • • •

La selección de los suelos donde se localizan los yacimientos de materia prima. La exactitud de proporciones de los materiales en la molienda. La composición química del clínker. La adecuada proporción del yeso.

Los riesgos se reducen al máximo, se calculan con precisión los tiempos de cada etapa del proceso, se trabaja intensamente para disminuir la frecuencia y gravedad de accidentes en las instalaciones. Se cumple con la Ley Federal del Trabajo al crear y mantener Comisiones Mixtas de Seguridad e Higiene, así como la provisión y verificación del equipo de protección adecuado para todo el personal. Los controles físicos Desde el centro de operación, se mantiene una continua vigilancia sobre todas las etapas del proceso, las cuales son iniciadas y dirigidas desde allí. Se realizan pruebas de resistencia a la compresión, sanidad y tiempos de fraguado inicial y final. Se comprueba también la finura del cemento mediante un tamiz y la superficie específica, que consiste en verificar la cobertura del cemento en una proporción de cm2/gr.

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Dichas pruebas permiten evaluar el comportamiento del cemento, así como controlar los procesos de fabricación y almacenamiento, hasta el uso del producto. Los controles químicos Constantemente se toman muestras del crudo y del clínker y se analizan con rayos X. Los resultados se procesan electrónicamente y se envían al centro de control. Estos análisis sirven para determinar la calidad y eliminar posibles defectos. • • • • • • • •

Mala cocción. Sustancias sin combinar. Adulteraciones. Compuestos potencialmente expansivos. Impurezas en la arcilla. Hidratación parcial. Almacenamiento defectuoso. Adición de escorias en los hornos.

De forma automática, en caso necesario, se ajustan las dosis de los materiales o las etapas del proceso de producción. La certificación ISO 14000 La Organización Internacional de Estandarización (ISO, por sus siglas en inglés) establece una serie de normas que sirven para certificar el control exhaustivo en procesos de producción. El ISO 14000 es una norma que se refiere al control ambiental y mide el impacto de emisiones contaminantes en el ambiente. Por la implementación exitosa de varios programas de eco-eficiencia, CEMEX ha logrado la certificación en sus 15 plantas de México, Estados Unidos, Panamá, Venezuela y España. Un logro internacional CEMEX fue premiada con la Medalla de Oro al Desempeño Ambiental Corporativo a nivel internacional, por parte del Centro Ambiental Mundial con sede en Nueva York. Este hecho es motivo de justo orgullo para la industria cementera nacional y punto de referencia obligado para los mexicanos, tanto individual como empresarialmente.

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Tema 4: Entrega inmediata: cemento en obra Objetivos del tema 4: • • •

Conocer las diferentes formas en que se entrega el cemento al usuario. Reconocer la importancia de conservar adecuadamente el cemento. Conocer el volumen de la enorme producción mundial y del papel de México en el mundo cementero.

Contenido

1. 2. 3. 4.

Bloques El envasado en sacos El cemento a granel La conservación del cemento La producción de cemento en México y el mundo

Introducción: El origen de la palabra y su significado actual La palabra cemento se deriva del latín cementum. Los romanos llamaban opus cementatium (obra cementicia) a la grava que usaban en sus morteros, aunque no era la sustancia que los unía. Actualmente se llama cemento a distintos compuestos que sirven para unir algo, en particular, al material que se usa para adherir los materiales pétreos en una construcción. Pórtland es el nombre genérico del cemento, si bien existen diferentes tipos según el uso a que estén destinados. El envasado en sacos Una parte del cemento se consume empacado en sacos, principalmente en los países en vías de desarrollo donde es frecuente la práctica de la pequeña construcción y de la autoconstrucción. Características de los sacos de cemento Los típicos sacos de cemento tienen una capacidad de 50 kgs., y por lo general son fabricados en papel kraft extensible tipo klupac, con 2 ó 4 hojas, de acuerdo con los requerimientos de transporte y manejo. En algunos casos, los sacos van provistos de un refuerzo interior de polipropileno. En todos ellos se verifica la porosidad, absorción, impermeabilidad y resistencia mecánica.

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Empaque automatizado Para envasar el cemento en bolsas, ciertas máquinas con una sincronización precisa, descargan velozmente el producto saco por saco con válvulas de cierre automático y los envían a las bandas que los conducirán a los medios de transporte. El cemento a granel A continuación se muestra el consumo del cemento en países desarrollados y en México. Países desarrollados México

En estos países predomina la construcción de tipo industrial y el cemento se consume a granel, se almacena en grandes silos y luego se distribuye a las diversas plantas de procesamiento. El cemento suelto, a partir de las 25 ó 30 toneladas, según sea la capacidad del semirremolque, se transporta en buques mercantes, carros tanque de ferrocarril y camiones pipa, cuyas cajas de almacenamiento cierran herméticamente para conservar en perfectas condiciones al producto.

Eficiencia y economía Todas las fábricas cuentan con facilidades para el despacho de cemento a granel, lo cual representa significativos ahorros, tanto de tiempo como de dinero, en la compra, el manejo de carga y descarga, el almacenamiento y la manipulación. La conservación del cemento El cemento almacenado en bolsas herméticas o en ambientes de temperatura y humedad controladas, se mantiene seco y conserva todas sus características. Si bien su duración es indefinida, en las obras es necesario colocarlo en tarimas para que se mantenga en buenas condiciones por un espacio de tiempo determinado. Lo esencial es conservarlo seco, por lo que debe cuidarse no sólo la acción de la humedad directa, sino además tener en cuenta el porcentaje de humedad del ambiente. La producción de cemento en México y el mundo México es uno de los 15 países con mayor producción de cemento en el mundo. En el año 2000 produjo 31.7 millones de toneladas y ha superado la tasa de crecimiento anual de Estados Unidos, Alemania, Italia y Japón. El total de producción mundial reportado en el 2003 fue de 1,860 millones de toneladas.

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CEMEX es el comercializador de cemento y clínker más grande del mundo. En la escena internacional del cemento, donde la globalización y la consolidación de compañías constituyen las dos principales tendencias, CEMEX se ha posicionado como el comercializador de cemento y clínker más grande del mundo. Ello le permite mantener a sus plantas operando casi al total de su capacidad instalada, que es en conjunto, de 78 millones de toneladas.

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