La fabricación del cemento es una actividad industrial de procesado de minerales que se divide en cinco etapas básicas cuyos procesos se van a exponer a continuación:
a) Obtención de materias primas
El proceso de fabricación del cemento comienza con la obtención de las materias primas necesarias para conseguir la composición deseada de óxidos metálicos para la producción de clínker.
En algunos casos la roca es sometida a un proceso de trituración y clasificación mediante cribado en la propia explotación. La industria extractiva ha adquirido un alto grado de capacidad técnica para obtener áridos con características variadas (en tamaño forma, pureza), lo que es importante para obtener productos de calidad.
Esta composición se obtiene de los minerales de partida y de los correctores.
La mayor parte de los minerales de partida empleados en la fabricación de cemento son de origen natural y se obtienen de explotaciones mineras, normalmente a cielo abierto. Minerales de partida naturales:
• Caliza y marga para el aporte de CaO.
• Arcilla y pizarras para el aporte del resto de óxidos.
Los correctores permiten ajustar la composición de óxidos mediante la adición de pequeñas cantidades. Son correctores:
• De origen natural: bauxita para el aporte de alúmina, arena para el aporte de sílice.
• De origen artificial: residuos procedentes de otras actividades industriales como: arenas de fundición, cenizas de pirita, escorias, cenizas de procesos térmicos, cascarilla de hierro, etc.
También se utilizan otros residuos que aportan óxidos de calcio tales como espumas de azucares, lodos de papeleras y otros. Si desea conocer más detalles sobre la utilización de residuos, consulte el apartado “Utilización de residuos: Reciclado y valorización”.
La extracción de casi todas las materas primas naturales se realiza en canteras y minas. Los materiales para la fabricación del cemento se obtienen normalmente en canteras a cielo abierto. Las operaciones de extracción incluyen perforación de rocas, voladuras, excavaciones, acarreo y trituración.
Figura 3: Proceso de extracción en canteras
Las materias primas son transportadas a la fábrica de cemento, donde se descargan para su almacenamiento. Cuando el material de la cantera es homogéneo los sistemas de apilamiento y extracción son más simples. Cuando el material de la cantera varía en su calidad se debe realizar una prehomogeneización. La prehomogeneización realizada mediante diseños adecuados del apilamiento y la extracción de los materiales en los almacenamientos, reduce la variabilidad natural de los mismos.
b) Molienda de materias primas
Como ya hemos comentado, las materias primas (de distinto origen), se mezclan para obtener la composición de óxidos adecuada para la fabricación de cemento.
La mezcla se muele antes de entrar en el horno de clínker:
¿Cuál es la finalidad de la molienda?
La finalidad de la molienda es reducir el tamaño de las partículas de las materias primas para que las reacciones químicas de cocción en el horno puedan realizarse de forma adecuada.
¿Dónde se realiza?
La molienda se realiza en equipos mecánicos rotatorios, en los que la mezcla dosificada de materias primas es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas.
Existen los siguientes tipos:
El material obtenido debe ser homogeneizado para garantizar la calidad del clínker y la correcta operación del horno.
La mezcla ya molida se conoce como crudo o harina y se almacena previamente a su alimentación al horno de clínker.
c) Cocción de materias primas
En función de cómo se procesa el material antes de su entrada en el horno de clínker, se distinguen cuatro tipos de proceso de fabricación: vía seca, vía semi-seca, vía semi-húmeda y vía húmeda. La tecnología que se aplica depende fundamentalmente del origen de las materias primas. El tipo de caliza y de arcilla y su contenido en agua (desde el 3% para calizas duras hasta el 20% para algunas margas), son los factores decisivos.
Esta parte del proceso es decisiva para la calidad del producto y el coste. Para la fabricación del clínker, el crudo se seca, se precalienta, se calcina y se sinteriza (se calienta sin llegar a su fusión total) para producir clínker. En todos los casos, el material procesado en el horno rotatorio alcanza una temperatura en torno a los 1.450ºC.
En la actualidad, en torno al 78% de la producción de cemento de Europa se realiza en hornos de vía semi-seca o semi-húmeda; y un 6% de la producción europea se realiza mediante vía húmeda. En España casi toda la producción de cemento se realiza en hornos de vía seca.
Proceso de vía seca:
La materia prima es introducida en el horno en forma seca y pulverulenta.
El sistema del horno comprende una torre de ciclones para el intercambio de calor en la que se precalienta el material en contacto con los gases provenientes del horno.
El proceso de descarbonatación de la caliza (calcinación) puede estar casi completado antes de la entrada del material en el horno si se instala una cámara de combustión a la que se añade parte del combustible (precalcinador).
Al abandonar el horno, la mezcla es enfriada bruscamente en enfriadores de satélite o de parrillas obteniéndose de esta forma el clínker.
Combustibles
Para alcanzar la temperatura de cocción se queman en el horno combustibles, previamente molidos en instalaciones similares a las utilizadas en la molienda de crudo. Se pueden emplear diversos combustibles para proporcionar la energía térmica requerida por el proceso. Hoy en día, se emplean cuatro tipos diferentes de combustibles en Europa, por orden de importancia son:
1. Coque de petróleo y/o carbón pulverizado.
2. Residuos orgánicos.
3. Fuelóleo pesado.
4. Gas natural.
Los principales combustibles utilizados en España son:
1. Combustibles convencionales: Coque de petróleo y carbón.
En el año 2006 constituyeron un 94,6% del consumo térmico de los hornos de clínker.
2. Combustibles alternativos: Harinas y grasas animales, neumáticos usados, serrines, disolventes y similares, residuos vegetales, aceites usados y minerales, residuos de la industria del petróleo, lodos de depuradora y plásticos.
En el año 2006, constituyeron un 5,4% del total del consumo térmico en los hornos de clínker.
El empleo de combustibles alternativos (residuos) es una práctica extendida en la mayoría de los países desarrollados desde hace más de 20 años.
d) Molienda de cemento
El proceso de obtención de cemento termina con la molienda conjunta de clínker, sulfatos (yeso y anhidrita) y otros materiales denominados "adiciones" (puzolanas naturales y caliza) y “aditivos”.
Al igual que en la fase de obtención de materias primas para la fabricación de clínker, en esta fase se pueden utilizar residuos que sustituyen a los sulfatos y a las adiciones naturales:
Sulfatos:
Se emplea yeso artificial recuperado de los procesos de limpieza de gases de otras industrias, en sustitución del yeso obtenido de explotaciones mineras.
Adiciones:
Como adiciones del cemento, las principales, son las cenizas volantes, humo de sílice y la escoria granulada de alto horno.
La molienda de cemento se realiza en equipos mecánicos similares a los utilizados en la molienda de clínker. En estos equipos, la mezcla de materiales es sometida a impactos de cuerpos metálicos o a fuerzas de compresión elevadas.
e) Almacenamiento y expedición
Una vez obtenido el cemento se almacena en silos para ser ensacado o cargado a granel y transportado.
