El cemento portland se produce por la pulverización del clínker, el cual consiste principalmente en silicatos de calcio hidráulicos. El clínker también contiene algunos aluminatos de calcio y ferroaluminatos de calcio y una o más formas de sulfato de calcio (yeso) que se muele juntamente con el clínker para la fabricación del producto final.
Los materiales usados para la producción del cemento portland deben contener cantidades apropiadas de los compuestos de calcio, sílice, alúmina e hierro. Durante la fabricación, se hace análisis químico frecuente de todos los materiales para garantizarse una calidad alta y uniforme del cemento.
Fig. 2-5. Vista aérea de una planta de cemento.
Los diagramas en las Figuras 2-3 y 2-4 muestran las etapas de la fabricación del cemento. Como las operaciones de las plantas de cemento no son básicamente iguales, no se pueden ilustrar adecuadamente por un mismo gráfico todas las plantas. No hay instalaciones típicas para la producción del cemento; cada planta tiene diferencias significantes en disposición, equipos o apariencia general (Fig. 2-5).
Fig. 2-6. Caliza, una de las principales materias primas, fornece el calcio para la producción de cemento y se extrae cerca de la planta de cemento.
Las materias primas seleccionadas (Tabla 2-1) se transportan de la cantera (Fig. 2-6), se trituran (Fig. 2-7), se muelen y se dosifican de tal manera que la harina resultante tenga la composición deseada. La harina cruda es generalmente una mezcla de material calcáreo (carbonato de calcio), tal como la caliza y material arcilloso (sílice y alúmina), tal como arcilla, pizarra (esquisto) o escoria de alto horno. El cemento se fabrica tanto por vía seca como por vía húmeda. En el proceso de vía seca, las operaciones de molienda y mezcla se efectúan con los materiales secos, ya en el proceso vía húmeda los materiales se mezclan con agua en la forma de lechada. En otros aspectos, el proceso seco y el proceso húmedo son muy similares. La Figura 2-4 ilustra desarrollos tecnológicos importantes, los cuales pueden mejorar considerablemente la productividad y la eficiencia energética de las plantas con proceso seco.
Fig. 2-7. Las rocas extraídas son llevadas por los camiones hasta los triturados primarios.
Después del mezclado, se alimenta la materia prima molida en la parte superior del horno (Fig. 2-8). La harina cruda pasa a lo largo del horno en una tasa controlada por la inclinación y la velocidad de rotación del horno. El combustible (carbón, aceite nuevo o reciclado, fuel-oil, gas natural, llantas de goma y subproductos) se fuerza hacia la parte inferior del horno donde las temperaturas de 1400°C a 1550°C cambian químicamente el material crudo en clínker, pelotitas grises con tamaño predominante de canicas (Fig. 2-9). La Figura 2-10 muestra el proceso de producción del clínker desde la alimentación de la materia prima hasta el producto final.
Después de esto, el clínker se enfría y se pulveriza durante esta operación, se adiciona una pequeña cantidad de yeso (Fig. 2-11) para controlar el tiempo de fraguado (fragüe) del cemento y para que se mejoren las propiedades de retracción y el desarrollo de resistencia (Lerch 1946 y Tang 1992). En el molino, el clínker se muele tan fino que puede pasar, casi completamente, a través de un tamiz (cedazo) de 45 micrómetros (malla No. 325). Este polvo gris extremamente fino es el cemento portland (Fig. 2-1).
Tabla 2-1. Fuentes de las Materias Primas Usadas y la Fabricación del Cemento Portland
Fig. 2-8. Horno rotatorio para la manufactura del clinker de cemento. La foto menor, abajo y a la derecha trae una vista del interior del horno. (58927, 25139)
Fig. 2-9. El clinker de cemento portland se forma por la calcinación en el horno del material crudo calcáreo y sílice. Este clinker específico tiene un diámetro de 20 mm (3⁄4 pulg.) (60504)
Fig. 2-11. El yeso, la fuente de sulfato, se muele juntamente con el clinker para formar el cemento portland. El yeso ayuda a controlar el tiempo de fraguado, las propiedades de retracción por secado y el desarrollo de resistencia.
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