Evaluación del comportamiento de cuarzo mayor a 45 µm en crudo de cemento a granulometría variable, mediante difractometría rx y en base a evidencia empírica

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Qu. ím. ica. UN T. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. In ge. nie r. ía. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE CUARZO MAYOR A 45 µm EN CRUDO DE CEMENTO A GRANULOMETRÍA VARIABLE, MEDIANTE DIFRACTOMETRÍA RX Y EN BASE A EVIDENCIA EMPIRICA TESIS. de. PARA OPTAR EL TÍTULO DE:. INGENIERO QUÍMICO. bli ot e. ca. AUTORES:. Br. FERNÁNDEZ VARGAS ANA GABRIELA Br. MIRANDA RODRÍGUEZ JOSÉ ALEXANDER. Bi. ASESOR: Ms. MORENO EUSTAQUIO WALTER. TRUJILLO – PERÚ 2014. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PRESENTACIÓN. ica. SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO:. De acuerdo con lo dispuesto en el reglamento de Grados y Títulos de la. ím. facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Trujillo, ponemos a vuestro elevado criterio la tesis titulada:. Qu. ‘’EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE CUARZO MAYOR A 45 µm EN CRUDO DE CEMENTO A GRANULOMETRÍA VARIABLE, MEDIANTE. ía. DIFRACTOMETRÍA RX Y EN BASE A EVIDIENCIA EMPIRICA”. nie r. Con la finalidad de obtener el título Profesional de Ingeniero Químico: Esperando que el presente trabajo sea el punto de partida para nuevas. In ge. investigaciones en este campo.. bli ot e. ca. de. Ciudad Universitaria, Trujillo Junio del 2014.. Miranda Rodríguez, José Alexander. Bi. Fernández Vargas, Ana Gabriela. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Qu. Dr. Nelson Farro Pérez. de. In ge. nie r. ía. Presidente del Jurado. ca. Dr. José Rivero Méndez. Asesor. Bi. bli ot e. Secretario. Ms. Walter Moreno Eustaquio. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. ica. A:. Dios, por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso. ím. que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante. Qu. todo el periodo de estudio.. Mi madre, María Vargas Revilla, por darme la vida, quererme mucho, creer. ía. en mí y porque siempre me apoyaste. Mamá gracias por darme una carrera. nie r. para mi futuro, todo lo que soy te lo debo a ti.. Mi hermana, Alejandra Fernández y mi prima Carla Vargas, por su apoyo incondicional, aun en momentos difíciles, por sus buenos deseos, por su. In ge. comprensión y gran cariño para conmigo. .. Mi compañero de tesis Alexander Miranda, por haberme acompañado en este largo proceso, para el logro de nuestros objetivos.. de. Por último agradecer a todas aquellas personas, familiares y amigos, que. Ana Gabriela Fernández Vargas. Bi. bli ot e. ca. hicieron posible éste logro y no los mencioné, gracias a todos.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. In ge. nie r. ía. Qu. ím. ica. DEDICATORIA. Bi. bli ot e. ca. de. A Dios, por permitirme llegar a este día y guiar cada uno de mis pasos durante esta travesía.. A mis padres, José Miranda y Rosa Rodríguez, por el gran sacrificio que hicieron en pro de este objetivo. Siempre valoraré esta oportunidad. A mi hermana, Carmen; y primo, Percy, por su compañía, comprensión y apoyo incondicional durante gran parte de mi carrera. A mi compañera de Tesis, Gabriela; y todos quienes contribuyeron a conseguir este logro.. Miranda Rodríguez José Alexander v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTOS. Nuestro. agradecimiento a Cementos Pacasmayo S.A.A., por habernos. ica. brindado todo el apoyo necesario para el desarrollo de este Proyecto de. ím. Investigación. En especial a los Ingenieros:. Isabel Burneo Miranda - Jefe de Investigación.. -. Ivanoff Rojas - Superintendente de Control de Calidad.. Qu. -. ía. Así mismo, manifestamos agradecimiento a los profesores de la Facultad de formación profesional.. nie r. Ingeniería Química por los conocimientos impartidos para el logro de nuestra. En especial al Ing. Walter Moreno Eustaquio, por la asesoría brindada y el. In ge. apoyo constante e incondicional; que hizo posible la culminación del presente Trabajo de Investigación. A nuestro jurado por sus recomendaciones con el fin de mejorar éste trabajo,. Bi. bli ot e. ca. de. gracias a todos.. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE PRESENTACIÓN ............................................................................................ ii. UN T. DEDICATORIA ........................................................................................ iv y v AGRADECIMIENTOS .................................................................................... vi RESUMEN. ica. ABSTRACT CAPITULO I. ím. INTRODUCCION ........................................................................................... 4 Antecedentes y Realidad Problemática ............................................... 4. 1.2.. Justificación.......................................................................................... 7. 1.3.. Objetivos .............................................................................................. 8. Qu. 1.1.. CAPÍTULO II. ía. MARCO TEÓRICO Y FUNDAMENTO ........................................................... 9 Cementos Portland .............................................................................. 9. 2.2.. Crudo de Cemento ............................................................................... 9. nie r. 2.1.. 2.2.1. Materias Primas para Crudo ..................................................... 9. In ge. 2.2.2. Criterios para Diseñar un Crudo ............................................. 11 2.2.2.1.Módulo de Sílice ......................................................... 11 2.2.2.2.Módulo de Alúmina ..................................................... 12 2.2.2.3.Saturación de Cal ....................................................... 12. de. 2.2.3. Molienda de Crudo.................................................................. 13 2.2.4. Homogenización de Crudo ..................................................... 14. ca. 2.2.5. Almacenamiento de Crudo ..................................................... 14. 2.3.. Clinker ................................................................................................ 14. bli ot e. 2.3.1. Caracterización del Crudo de Alimentación ............................ 14 2.3.1.1. Materias Primas y Constitución de Crudos ................ 15 2.3.1.2. Aptitud a la Cocción y Reactividad de Crudos ........... 16. Bi. 2.3.2. Precalentamiento y Precalcinación ......................................... 16 2.3.2.1. Precalentamiento del Crudo en Suspensión de Gases ................................................................................... 16 2.3.2.2. La Reacción de Descarbonatación............................. 18 2.3.2.3. Precalcinación ............................................................ 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3.3. Clinkerización.......................................................................... 19 2.3.3.1. Calentamiento del Material en el Horno ..................... 19 2.3.3.2. Formación de Fase Líquida y Nodulización ............... 20. UN T. 2.3.3.3.Reacciones de Clinkerización ..................................... 22 2.3.3.4.Influencia de los Componentes Minoritarios sobre la Formación de Alita ..................................................... 23 2.3.3.5.Formación de Costra en el Interior del Horno ............. 23 2.4.. Enfriamiento del Clinker ............................................. 24. ica. 2.3.4.. Cuarzo en crudo................................................................................. 25. ím. 2.4.1. Influencia del cuarzo mayor a 45 µm en el proceso de clinkerización .......................................................................... 26. Qu. 2.4.2. Aplicación de espectrometría de Rayos X en muestras de crudo …………………………………………………………...………….26 2.4.2.1.Principios de Espectrometría de Rayos X ................... 26. ía. 2.4.2.2.Difractometría de rayos X ........................................... 28. nie r. CAPÍTULO III. MATERIAL Y MÉTODO ............................................................................... 30 Materiales de Estudio......................................................................... 30. 3.2.. Metodología ....................................................................................... 31. In ge. 3.1.. 3.2.1. Toma de Muestras Representativas de Crudo Tipo I .............. 31 3.2.2. Determinación del Contenido de Sílice Cuarcítica en Crudo Tipo I ....................................................................................... 32. de. 3.2.2.1. Vía Clásica ................................................................. 32 3.2.2.2. Rayos X...................................................................... 32. ca. 3.2.3. Determinación de desviación estándar para análisis Químico 34 3.2.4. Determinación de incertidumbre para análisis Químico .......... 34. Bi. bli ot e. 3.2.5. Determinación de Sílice cuarcítica a granulometría variable ... 34 3.3.. Reactivos Utilizados................................................................ 35. 3.4.. Materiales Utilizados ............................................................... 35. 3.5.. Equipos Utilizados .................................................................. 36. CAPÍTULO IV............................................................................................... 37 RESULTADOS Y DISCUSION .................................................................... 37 4.1.. Resultados de Ensayos por duplicado a Arena Ottawa, Crudo Tipo I de Molino 2 y sus respectivos Materiales mediante Análisis Químico por Vía Clásica ......................................................................................... 37. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 4.1.1. Resultados de Ensayos a muestras de Crudo Tipo I de Molino 2 para determinar su Incertidumbre ........................................... 37. UN T. 4.1.2. Resultados de Ensayos a diferentes materiales, para la determinación de incertidumbre .............................................. 38 Difractogramas de los Resultados obtenidos mediante Análisis por Rayos X a Arena Ottawa, Crudo Tipo I de Molino 2 y sus respectivos Materiales .......................................................................................... 39. 4.3.. Resultados de Ensayos por duplicado a Patrones Sintéticos Homogenizados, mediante Análisis Químico por Vía Clásica ............ 41. ica. 4.2.. ím. 4.3.1. Resultados de Calibración de Cuarzo en Crudo Tipo I en el Programa Cuarzo_Crudo T-1.................................................. 43. Qu. 4.3.2. Curva de Calibración de Cuarzo elaborada con datos de Concentraciones de sílice cuarcítica de los Patrones Sintéticos determinados por Vía Clásica ................................................. 45 Resultados del Análisis Comparativo de SiO2 qrz por Vía Clásica vs Rayos X en el Programa QRZ-01/cuarzo en crudo tipo I ................... 46. 4.5.. Resultados de las concentraciones de Cuarzo (SiO2 qrz) en Crudo tipo I de molino 2 a Granulometría Variable .............................................. 47. nie r. ía. 4.4.. CAPÍTULO V CAPÍTULO VI. In ge. CONCLUSIONES ........................................................................................ 49 RECOMENDACIONES ………………………………………………………….50 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ……………………………………………51. Bi. bli ot e. ca. de. ANEXOS. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN. UN T. La presente investigación se realizó en la empresa Cementos. Pacasmayo S.A.A, en el Área de Control de Calidad, durante el periodo. comprendido entre los meses enero – marzo del año 2013, de allí que su propósito consistió en la reducción de la concentración de cuarzo mayor. ica. a 45 µm presente en el crudo. Para ello fue necesario el desarrollo de la aplicación físico químico del cuarzo en crudo, luego se evaluó el. ím. contenido de cuarzo mayor a 45 µm presente en el crudo a granulometría variable. El presente estudio se justificó por cuanto posee. Qu. un valor teórico – práctico del comportamiento de cuarzo mayor a 45 µm en crudo, el cual nos permitió evaluar cuan factible era seguir con la molienda de este, sin aumentar costos de producción, por el gasto de de. molturación.. Además,. se. ía. energía. sustenta. en los análisis. nie r. físicoquímicos realizados y en evidencia empírica. Metodológicamente el trabajo investigativo se abordó desde la toma de muestras de crudo tipo I, hasta la determinación de sílice cuarcítica en crudo a granulometría. In ge. variable, mediante análisis vía clásica y Rayos X. Con los resultados de determinación de concentraciones de cuarzo en crudo a granulometría variable, se concluyó que el cuarzo solo se ve afectado hasta un tiempo. Bi. bli ot e. ca. de. determinado, y luego de este la molienda no tiene efecto significativo.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. UN T. This research was conducted in the company Cementos Pacasmayo SAA in the Quality Control Division, during the period between the months January to March 2013, hence its purpose was to reduce the concentration of larger quartz 45 microns present in the crude. This required the development of the. ica. application of physical chemical raw quartz, then the contents of greater than 45 microns present in the raw variable quartz grain size was evaluated. This. ím. study is justified in that it has a theoretical value - practical behavior of quartz greater than 45 microns in crude, which allowed us to evaluate how feasible. Qu. it was to continue grinding this without increasing production costs for energy expenditure milling. Furthermore, based on the physicochemical analyzes. ía. and empirical evidence. Methodologically the research work will be undertaken from sampling crude type I, until the determination of silica in. nie r. quartzite variable grain crude by classical pathway analysis and X-ray With the results of determination of concentrations of quartz raw variable granulometry concluded that quartz is affected only for a season, and after. Bi. bli ot e. ca. de. In ge. this grinding had no significant effect.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPITULO I. 1.1.. UN T. INTRODUCCION. Antecedentes y Realidad Problemática. ica. Se estima que la producción global de cemento en el año 2013 alcanzó los 3600 millones de toneladas, lo que se traduce en un. ím. incremento del 3% en comparación al año anterior. China experimentó un incremento anual de 3,6%, inferior al 9,6% registrado en 2012. No. Qu. obstante, China representó el 59,3% del total de la producción global de cemento, por encima del 56% alcanzado en 2012. Su producción. ía. estimada fue de 2220 millones de toneladas.5. nie r. La producción continuó en aumento en 2013 en comparación con los años anteriores en América del Sur, África y Asia. Estas regiones fueron responsables del 3%, 4% y 80% la producción de respectivamente.. In ge. cemento. CEMBUREAU. representaron. Los. países. que. aproximadamente. pertenecen el. 6%. de. a la. producción mundial y la proporción de la producción mundial atribuible. de. a los miembros de la UE se redujo a alrededor de 4,3%. Según las cifras del informe de International Cement Review, la. producción de cemento de América Latina y el Caribe equivale al. bli ot e. ca. 4,7% de la producción mundial (2012 y estimación 2013). Se estima que en 2013 la producción de cemento en América. Latina y el Caribe haya alcanzado los 180 millones de toneladas. Es decir, un crecimiento del 5,10%, inferior al registrado en el año. Bi. anterior, 6,26%. En 2013 se mantiene el liderazgo de Brasil en la producción de cemento seguido de México, Colombia y Argentina. Cabe destacar el aumento importante en la producción en 2012 de Panamá y Perú, que pasaron de un 18,44% (2011) a un 27,52% y de un 2,42% (2011) a un 15,86% respectivamente. Igualmente se 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. destaca la disminución del 21% en la producción de cemento de Trinidad y Tobago y de Barbados en 2013. 5. UN T. Las empresas cementeras del país sólo compiten en las zonas límites de su radio de acción debido a su distribución geográfica.. Actualmente, Cementos Pacasmayo S.A.A. es la segunda productora de cemento en el país, cubre la demanda en la zona norte y. ica. nororiental del país. Su capacidad total de producción anual de clinker es de 1.7 millones de TM/año y una capacidad de producción de. ím. cemento de 3.1 millones de TM/año.. El nivel de competitividad de las cementeras depende,. Qu. básicamente, de su estructura de costos, la cual está en función del costo de la energía, combustibles, costos de materias primas y de. ía. transporte.. nie r. Es bien conocido que conforme el crudo es más fino resulta más fácil de quemar y se obtiene un clinker de mejor calidad. Sin embargo, el ahorro de combustible y el incremento de productividad. In ge. en el horno se encuentran en relación al costo de molienda.7 El crudo de Cementos Pacasmayo S.A.A. es de tipo cuaternario formado por margas calizas, arcillas margosas, arena y. de. fierro. Se ha comprobado la importancia de la finura del crudo y en especial. aquellos. que. contienen. materias. primas. con. alta. concentración de cuarzo. El cuarzo reacciona en gran parte en fase. ca. sólido-líquido por lo que su intensidad de reacción está en función del. bli ot e. área superficial de los gránulos. La evaluación de comportamiento de cuarzo mayor a 45 µm. presente en el crudo a diferente granulometría, permite tener mayor. Bi. control sobre la finura de este, y su influencia en el proceso. de. clinkerización. En la actualidad, no se cuenta con ningún control que evalúe la influencia del cuarzo mayor a 45 µm presente en el crudo, que a la vez trae como resultado, mayor consumo de combustible.9 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El control de la granulometría del crudo permite mejorar la actitud a la clinkerización, lo cual se hace factible con la reducción de. UN T. la concentración de cuarzo mayor a 45 µm. Investigaciones realizadas, tales como la del Superintendente. de Operaciones de CPSAA Ing. Julio A. Luján Túpez, ha demostrado que para la determinación de Actividad Puzolánica, es necesario la. ica. Determinación de sílice Cuarcitica basada en la adaptación de la Norma ASTM – C25, cuyo resultados expresados en concentraciones. ím. empleadas para realizar la curva de calibración correspondiente para la Difracción de Rayos X y determinar así las concentraciones cuarzo. Qu. de las muestras.8. La evaluación del comportamiento de cuarzo mayor a 45 µm a. ía. granulometría variable presente en el crudo, permite tener un control del mismo, es decir poder predecir de cierta forma cómo influirá en el. nie r. proceso de clinkerización. Cabe mencionar que actualmente el proceso de molienda en el molino de crudo 2, no cuenta con el tiempo de retención necesario para obtener una finura adecuada que. In ge. favorezca posteriormente en proceso de la clinkerización, por lo que se puede considerar a esta evaluación como una alternativa a considerar.. de. Cuando se controla la concentración de la sílice Cuarcitica en. el crudo mediante análisis químicos y físicos a nivel de laboratorio,. ca. permite tener un reporte que muestre como es que la finura del crudo. bli ot e. influye en la producción. Para determinar la concentración de sílice cuarcítica presente. en el crudo se realizan análisis químicos por vía clásica, basándose. en la Norma ASTM – C25, que a la vez es implementada para los. Bi. análisis de crudo tipo I, para luego ser analizado en el equipo de difracción de rayos X.. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.. Justificación El incremento de la finura del crudo (caliza, arcilla, arena y. UN T. hierro) y en particular la de algunos de los materiales componentes,. mejora la actitud a la clinkerización, lo que en último término significa un mejor cemento y/o ahorro de combustible.2, 3, 6. Para evaluar la actitud del cuarzo presente en el crudo a. ica. diferentes finuras, se realizaron estudios a nivel de laboratorio, estos por su carácter y la propia naturaleza del problema constituyen. ím. indicadores, que deben ser, confrontados a nivel industrial, pero no. Qu. por eso dejan de ser valiosos.9. Los ensayos se realizaron con muestras representativas de Crudo tipo I, tomadas de producción en. planta, las cuales serán. ía. sometidas a análisis químicos por vía clásica y Rayos X. 4, 7. nie r. Para los diferentes niveles de finura, se ada ptaron niveles compatibles con las posibilidades reales en la fábrica de cemento. 8 El. In ge. proceso de molienda o finura de crudo, se llevó a cabo a nivel de laboratorio, con el equipo pulverizador de anillos, trabajando a granulometría variable con relación al tiempo de molienda, para luego determinar el residuo en malla por succión, con el equipo Alpine. Y en. de. base a estos retenidos o residuos, se elaboraron pastillas en la prensa, que posteriormente fueron analizadas en el equipo de Rayos X, para determinarse la concentración de sílice cuarcítica en la. bli ot e. ca. muestra. La. tesis. tiene. como. propósito. principal. evaluar. el. comportamiento del cuarzo en crudo a diferente granulometría y en base a resultados poder corroborar lo que en estudios anteriores se. Bi. ha comprobado, sobre la influencia que tiene el cuarzo mayor a 45 µm en el proceso de molienda y por consiguiente en las propiedades finales del Clinker. La evaluación y control del parámetro cuarzo,. determina. economía,. es. decir. concentración de. menor. consumo. de 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. combustible, así como también. producción de calidad de clinker. deseada.6 Objetivos. UN T. 1.3.. Objetivo General. Reducir la concentración de cuarzo mayor a 45 µm presente en el. ica. crudo.. -. ím. Objetivos Específicos. Desarrollar la aplicación para el análisis físico-químico del cuarzo. -. Qu. en crudo.. Determinar el contenido de cuarzo mayor a 45 µm presente en el. Bi. bli ot e. ca. de. In ge. nie r. ía. crudo a granulometría variable.. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO II. 2.1.. UN T. MARCO TEÓRICO Y FUNDAMENTO. Cementos Portland. ica. El cemento Portland es un aglomerante hidráulico, inorgánico, finamente molido que cuando se mezcla con agua forma una pasta fragua. y. se. endurece. por. hidratación.. ím. que. Después. del. endurecimiento conserva una excelente solidez, resistencia y. Qu. estabilidad. El endurecimiento hidráulico se debe principalmente a la formación de hidratos de silicato de calcio. En consecuencia, los cementos consisten en componentes que reaccionan en un corto. ía. periodo de tiempo con el agua de mezcla para formar hidratos de. nie r. silicato de calcio en tal cantidad para garantizar su resistencia y durabilidad. Además de los silicatos de calcio existen otros componentes en pequeñas cantidades como por ejemplo aluminatos. In ge. de calcio, que participan en las reacciones de fraguado y. 2.2.. de. endurecimiento.6. Crudo de Cemento. ca. En el ambiente cementero se conoce como crudo a la mezcla. dosificada de la materia prima. En el caso de Cementos Pacasmayo. bli ot e. S.A.A. viene a ser la mezcla proporcional de caliza, arcilla, arena y minerales de hierro. Esta mezcla se produce en un molino de bolas proporcionando un material fino y homogéneo.. Bi. 2.2.1. Materias Primas para Crudo Caliza Roca sedimentaria formada por la precipitación del carbonato cálcico (CaCO3) en las regiones batiales y abisales 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de los fondos marinos. Se considera caliza o material calcáreo aquel que presente un valor de titulación de CaCO 3 mayor de. UN T. 75% Los materiales calcáreos más comunes son: Caliza,. caliza margosa, greda (tiza), caliza coralífera, mármol, caliza de concha.. ím. es la caliza cuanto más CaO aporte.. ica. Se utiliza caliza por su aporte de CaO al crudo y mejor. Arcilla. Qu. Partículas finas, generalmente de silicatos procedentes de la alteración física y química de las rocas y minerales. Casi Los. ía. todas las arcillas son silicatos alumínicos hidratados complejos. materiales arcillosos más comunes son: Marga, marga. nie r. arcillosa, arcilla margosa, arcilla, esquisto. Se utiliza arcilla para corregir la deficiencia de Al 2O3 y SiO2 en la formulación del. In ge. crudo.. Mineral de Hierro. Generalmente. se. le. encuentra. formando. óxidos:. de. Magnetita, hematita, limonita; como sulfuros: Pirita, pirrotita, etc.. Se utiliza los minerales de hierro para corregir la. ca. deficiencia de Fe2O3 en el diseño del crudo.. Bi. bli ot e. Arena Roca. sedimentaria. detrítica. no. cementada. de. dimensiones muy finas. Compuestas mayormente de cuarzo y feldespato además de otros minerales. Las arenas se encuentran depositadas en playas, depresiones, y desiertos luego de haber sido transportadas desde lugares alejados por el mar, ríos, y esencialmente por el viento.. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Se le usa en la formulación del crudo para corregir la deficiencia de SiO2.2. UN T. 2.2.2. Criterios para Diseñar un Crudo La calidad del cemento producido está íntimamente. relacionado con la composición química inicial del crudo y con las condiciones físico químicas que rigen el proceso de. ica. clinkerización. Es necesario, pues, la formación de las fases hidráulicamente activas y conseguir la proporción óptima de las. Qu. desarrollo de la microestructura.3. ím. diferentes fases, un óptimo tamaño de grano y un correcto. La composición del crudo (y también la del clinker), representada por sus 4 óxidos mayoritarios (óxido de calcio,. ía. CaO; óxido de sílice, SiO2; óxido de alúmina, Al2O3; y óxido de. nie r. hierro, Fe2O3), se suele caracterizar y controlar mediante relaciones (índices y módulos), para cuyo cálculo se utiliza la composición química.. de. In ge. 2.2.2.1.Módulo de Sílice. Este módulo caracteriza la relación que existe. entre la sílice (en la forma de 3CaO.SiO2, alita; y. Bi. bli ot e. ca. 2CaO.SiO2, belita) presente en la fase sólida; y los. fundentes (Al2O3 y Fe2O) presentes en la fase líquida en la zona de clinkerización. El rango de este módulo está entre 1.8 y 3.2, siendo ideal entre 2.2 y 2.6. A menor cantidad de fase líquida, mayor es el módulo de silicatos. Por lo tanto, la aptitud a la cocción del crudo será más difícil, dando lugar a cementos con inestabilidad en volumen, debido a un posible aumento de la cal libre; y posteriormente un fraguado y endurecimiento lento. 11. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Y por otra parte, se dificulta la formación de costra,. provocando. una. mayor. deterioración del. revestimiento refractario y mayores pérdidas de calor. UN T. por radiación a través de la chapa cilíndrica del horno.. ica. 2.2.2.2.Módulo de Alúmina. Este módulo proporciona la razón entre el Al 2O3. ím. y el Fe2O3, presentes generalmente en fase líquida a la temperatura de clinkerización (1450 °C); por lo tanto módulo. caracteriza. su. composición. Qu. este. y. sus. propiedades en esta fase. El rango de este módulo está. ía. generalmente entre 1.5 y 2.5. elevados. nie r. Valores. del. módulo. de. alúmina. ocasionan que la fase líquida tenga mayor viscosidad, disminuyendo su movilidad iónica. Por lo tanto, la. In ge. aptitud a la cocción del crudo será más difícil, ocasionando. un. aumento. combustible,. debiendo. en. el. cocinarse. consumo a. una. de. mayor. de. temperatura. Además un módulo de alúmina alto y un módulo. Bi. bli ot e. ca. de silicatos bajo da como resultado, un fraguado rápido, lo que exige una mayor adición de yeso para su regulación; y resistencias elevadas en los periodos iniciales.3. 2.2.2.3.Saturación de Cal Indica. la. cantidad. de. CaO. que. puede. combinarse con los “componentes ácidos” disponibles (SiO2, Al2O3, Fe2O3) en una mezcla cruda durante el quemado en el horno.. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Si se aumenta la saturación de cal, manteniendo. UN T. las demás condiciones constantes, la reactividad y la aptitud a la cocción del crudo a temperaturas inferiores. a la fusión (~1300 ºC) disminuyen; mientras que a temperaturas superiores solo la facilidad a la cocción. ica. disminuye.3. ím. A la temperatura de clinkerización, el C3S, el C2S y la cal no combinada están en estado sólido, mientras. Qu. que el C3A el C4AF están en estado líquido.3 2.2.3. Molienda de Crudo. ía. El objetivo de la molienda es el aumento de la superficie. nie r. específica del crudo, reduciendo los materiales ya triturados, hasta el tamaño de partícula especifico, y así obtener una composición uniforme. De esta manera obtener una adecuada. In ge. reactividad en el proceso clinkerización con un mínimo de energía térmica.9. Método de Operación. de. El molino es alimentado con el crudo ya preparado y. adecuadamente dosificado. Este cuenta con dos cámaras: en. ca. la primera cámara se tritura el crudo, y las partículas más finas. Bi. bli ot e. son arrastradas por la corriente de aire que induce el ventilador del molino hacia un separador estático (ciclón); mientras que las partículas más duras pasan a la segunda cámara, donde se da el refinamiento final al crudo, para enviarlo al separador dinámico donde los gruesos retornan al molino y los finos se bombean hacia el silo de homogenización. El desempolvado final de los gases se lleva a cabo en el colector de polvo del molino. La suma de éste y del separador estático se unen con. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. los finos del separador dinámico para ser bombeados al silo de homogenización.. UN T. 2.2.4. Homogenización de Crudo La homogenización se realiza en un silo por aireación total de la superficie de su fondo a través de cajas dispersoras. para lograr la separación individualizada de las partículas.. ica. Además, sirve como almacén temporal del crudo luego que. ím. sale del proceso de molienda. 2.2.5. Almacenamiento de Crudo. Qu. El almacenamiento de crudo se hace en silos para tener material suficiente que pueda satisfacer la demanda de crudo. ía. del horno cuando el molino de crudo se encuentre parado. El crudo de estos silos se encuentra homogenizado, con. nie r. las características de calidad que se programaron mediante el Sistema de Control de Calidad por Computadora y Laboratorio. Clinker. de. 2.3.. In ge. de Rayos X (QCX) listo para ser quemado en el horno.. El clinker es una mezcla de fases minerales sintéticas que se. ca. obtiene en base a un crudo quemado adecuadamente en el horno.. Bi. bli ot e. 2.3.1. Caracterización del Crudo de Alimentación El punto de partida y factor determinante para obtener. un clinker con niveles óptimos de producción y eficiencia está en el trabajo previo al proceso. En determinar la calidad del crudo. de. alimentación,. su. composición. química. ideal,. efectuando la dosificación de materias primas, su composición quimicomineralógica y sus características físicas.1. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La despolvorización en el proceso, que afecta los costos de producción, el control de emisiones y la estabilidad operativa, al tener que recircularse al sistema, depende de la. UN T. composición granulométrica del crudo.. 2.3.1.1. Materias Primas y Constitución de Crudos. En un principio se consideró como factor. ica. prioritario, la composición química de las materias primas que forman el crudo. Después se empezaron a los. índices,. módulos. ím. considerar. y. factores. de. saturación, los cuales sirven para regular la calidad del final,. a. partir. de. Qu. producto. establecer. límites. adecuados, considerando los cuatro óxidos principales. ía. presentes en el crudo (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO).. nie r. Se trata de mantener niveles bajos de los componentes minoritarios o secundarios (MgO, SO3, álcalis, etc.), por posibles dificultades que pudieran. In ge. provocar en el proceso de fabricación del cemento. El grado de combinación de la cal, en unas. condiciones preestablecidas de tratamiento nos indica la posible capacidad de cocción. De ello se dedujo que. de. crudos con alto contenido en sílice libre, bajo contenido. Bi. bli ot e. ca. en fundentes y módulos elevados de silicatos y fundentes, sinterizan a temperaturas altas (duros de cocer) en comparación con crudos que tengan bajos los valores antes citados (blandos de cocer). La experiencia nos demostró que. pequeñas. variaciones en la composición química de los crudos no bastan para explicar su comportamiento, en cuanto a su aptitud a la clinkerización. Por ello, adicionalmente se deben considerar: -. Finura de molienda. 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. -. Homogeneidad. química. y. homogeneidad. mineralógica. Mineralogía de las materias primas y grado de cristalinidad. -. Presencia de componentes menores y su influencia en las reacciones de clinkerización.. -. UN T. -. Proporción y composición de las fases liquidas que. ica. puedan surgir en el curso de la cocción.. ím. 2.3.1.2. Aptitud a la Cocción y Reactividad de Crudos La aptitud a la cocción se cuantifica por el grado. Qu. de combinación de la cal en los compuestos formados, por el porcentaje de cal libre, por la temperatura y por el tiempo; y depende de la saturación en cal y de la. nie r. ía. reactividad de las materias primas. Por otra parte, la reactividad es la velocidad de. una reacción o conjunto de reacciones a una. In ge. temperatura dada.. 2.3.2. Precalentamiento y Precalcinación 2.3.2.1. Precalentamiento del Crudo en Suspensión de. Bi. bli ot e. ca. de. Gases El crudo debe calentarse hasta la temperatura. de descarbonatación. La transferencia de calor es a contracorriente aprovechando el calor de los gases circulantes para calentar el polvo en suspensión; y la posterior separación de ambos en las siguientes etapas de cicloneo. Las Torres Humboldt y Miag permiten efectuar en. alrededor. de. un. minuto. el. trabajo. de. precalentamiento que demoraba alrededor de una hora en el horno. 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Concepción Funcional del Sistema El crudo es introducido en la corriente de gases. UN T. proveniente del ciclón II que lo conduce a la doble estación de cicloneo de la Etapa I, donde es separado y cae por gravedad al flujo de gases que asciende. desde el ciclón III con los cuales ingresa al ciclón II;. ica. pasara en la misma forma a través de los ciclones III, IV y V, desde donde ingresa al Horno. De tal forma, el. ím. material presenta una gran superficie de contacto al encontrarse en suspensión en el volumen de gases, lo. Qu. cual favorece el intercambio térmico; este se realiza en contracorriente de modo gradual, pues en los ciclones considerados individualmente, los gases y el polvo. Bi. bli ot e. ca. de. In ge. nie r. ía. tienen la misma dirección.. Figura 01: Diagrama de Torre de Precalentamiento y Precalcinación en Cementos Pacasmayo S.A.A. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La. transferencia. de. calor. se. da. aproximadamente en un 80 % en los tubos de ascensión y el 20 % restante durante el cicloneo.. UN T. Ingresando los gases a 1100 °C y saliendo entre 320 – 360 °C arrastrando un 5 – 6% de la cantidad de crudo alimentado.. etapa, es necesario controlar:. ica. Para lograr un eficiente rendimiento en esta. Condiciones de diseño.. -. Características del crudo.. -. Temperatura y gases de circulación.. Qu. ím. -. 2.3.2.2. La Reacción de Descarbonatación. ía. El crudo de alimentación al horno se prepara. nie r. dosificando materias primas aportantes de los 4 óxidos básicos: Óxido de calcio (CaO), óxido de sílice (SiO 2), óxido de alúmina (Al 2O3) y óxido de hierro (Fe2O3),. In ge. mencionados en adelante por su designación en el idioma cementero: C, S, A y F. Para el caso de CaO se dosifica como carbonatos contenidos en calizas, las cuales reaccionarán para liberar el CO 2 y aportar el. de. CaO libre a la mezcla (reacción de descarbonatación. Bi. bli ot e. ca. fuertemente endotérmica); mientras que en los otros óxidos ya se encuentran en esta forma química. CaCO3. +. CaO +. Δ. CO2. Δ = 430 cal/Kg La descarbonatación, por requerir mayor calor que para la producción de clinker se realizará fuera del horno, para posteriormente alimentar la cal producida (CaO) con los otros óxidos al interior del horno.. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La descarbonatación de la caliza, o calcinación, es un proceso reversible de disociación térmica, que depende de la temperatura y la presión, de modo que disociación.. Por. esto,. también. UN T. la caliza para cada temperatura tiene una presión de depende. de. la. concentración de CO2 en los alrededores.. ica. 2.3.2.3. Precalcinación. Es llevada a cabo en un precalcinador, reactor. ím. donde ocurren dos procesos termodinámicamente contrapuestos; la combustión, proceso exotérmico, y la único. proceso. endotérmico. Qu. calcinación,. de. la. clinkerización. Donde la liberación de calor de la reacción de combustión debe coincidir con la presencia. ía. de partículas de crudo que absorban el calor en forma. nie r. inmediata para su descarbonatación. Las. condiciones. para. una. precalcinación. In ge. perfecta son: -. Combustible adecuado.. -. Disponibilidad de oxígeno.. -. Polvo en suspensión. Turbulencia de mezcla.. -. Volumen útil y desplazamiento de gases.. ca. de. -. Bi. bli ot e. 2.3.3. Clinkerización 2.3.3.1. Calentamiento del Material en el Horno Al ingresar al horno desaparecen las condiciones de suspensión, el crudo precalentado se desplaza pegado al piso, ascendiendo y resbalando hacia adelante con el giro del horno; mientras que los gases transcurren por el diámetro libre del horno; siendo las condiciones de transferencia de calor muy ineficientes debido al limitado contacto entre gases y material. 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La transferencia de calor por radiación se ve afectada al recibir la radiación siempre por la misma cara superficial del material, debido a que el material. UN T. resbala en lugar de voltearse al no existir costra en esta. zona. Este mismo hecho también limita la transferencia de calor por conducción.. ica. En hornos con precalcinación, el crudo completa su descarbonatación en un tercio de la longitud del. ím. horno. Esta es la zona llamada de transición. Todo lo contrario ocurre en hornos sin precalcinación, donde. Qu. involucra la mitad de la longitud del horno. 2.3.3.2. Formación de Fase Líquida y Nodulización. ía. El objetivo en esta etapa es conformar todo el crudo en nódulos de dimensiones entre 3 y 20 mm.. nie r. Teniendo en cuenta:. Proporción de líquido.. -. Tamaño de partículas.. -. Velocidad de giro.. In ge. -. La finura del crudo debe controlarse en la. de. molienda, procurando el tamaño de partícula más pequeño y homogéneo, sin que esto represente. Bi. bli ot e. ca. mayores pérdidas por arrastre en las etapas previas. Además, de mantener una velocidad de giro adecuada a fin de evitar avances rápidos del material en la zona de transición y de enfriamiento del clinker. Las condiciones para una buena nodulización en. el horno son dependientes: A. Del Líquido Las características de viscosidad y tensión superficial del líquido, influirán en la fuerza y estabilidad 20. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de los puentes de unión entre partículas. La cantidad o proporción en volumen del líquido determinará la dimensión de los nódulos formados, al unir las. UN T. partículas de polvo por las fuerzas de adhesión capilar del líquido. Las cuales junto a la estabilidad de los nódulos se verán favorecidas por una mayor tensión. ica. superficial y una moderada viscosidad del líquido.. Los componentes minoritarios del crudo influyen. ím. en las características de la fase líquida. Además, es deseable la formación rápida de la máxima cantidad de. Qu. líquido a la menor temperatura, lo cual depende del módulo de silicatos.. ía. B. Del Crudo. nie r. La aptitud a la nodulización depende de la finura y la homogeneidad de las partículas, para tener mayor contacto de la superficie específica con el líquido. Por. In ge. ello es importante que estas condiciones favorezcan la formación de nódulos, y que en estos se agrupen una proporción favorable de partículas de C2S y CaO para. de. su posterior reacción rápida y completa.. Bi. bli ot e. ca. C. Del Desarrollo del Proceso Cuando finaliza la descarbonatación del crudo. en el horno todo el calor se invierte en elevar la temperatura del material rápidamente hasta su fusión parcial, iniciándose la formación de C3S, cuyas partículas tienden a asociarse formando partículas gruesas, dificultando así la nodulización hasta anularla al llegar a un punto crítico. Además, de disminuir la viscosidad y tensión superficial del líquido. Para favorecer la nodulización es recomendable una zona de clinkerización corta para alargar la zona 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de nodulización; procurando que se forme antes la fase líquida y se demore el inicio de formación de C3S, manteniendo una temperatura de operación moderada disponer. de. crudos. con. UN T. en la zona crítica, para lo cual resulta deseable buena. aptitud. clinkerización.. la. ica. 2.3.3.3.Reacciones de Clinkerización. a. Es la etapa más importante del sistema,. ím. comienza a partir de la formación del C3S hasta antes de la zona de enfriamiento, necesaria para solidificar la. Qu. fase líquida antes de la caída del clinker al enfriador. La clinkerización se desarrolla en la siguiente forma:. ía. En las etapas previas se ha formado una. nie r. cantidad de fase líquida en el material por la fusión de C4AF y C3A, así como el C2S, quedando una cantidad de CaO sin combinar que dependerá del grado de. In ge. saturación dosificado. Al alcanzarse la temperatura crítica de formación de C3S se iniciará la reacción por. difusión en fase sólida y a través de la fase líquida, del C2S y CaO para dar lugar a la precipitación y. de. crecimiento de cristales de C3S. +. SiO2. C2S. +. CaO. Bi. bli ot e. ca. 2 CaCO3. ~ 800 °C fase líquida >1250 °C. 2 C2S +. 2 CO2. C3S. Para favorecer esta reacción la fase líquida debe encontrarse en cantidad suficiente y ser de una calidad adecuada, disminuyendo su viscosidad y tensión superficial; para facilitar así tanto la disolución como difusión de los iones en la reacción. El proceso será gobernado por la velocidad de disolución del de C2S o CaO.. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Además, la presencia de nódulos facilita la reacción y el enfriamiento del clinker, permitiendo que. UN T. se realice a una temperatura moderada. Finalmente, el polimorfismo estructural de cristalización. de las fases mineralógicas durante el proceso y en el clinker producido,. con. presencia. de. componentes. minoritarios,. ica. determinarán notables variaciones en las condiciones de reacción, así como diferencias notables en las características. ím. del clinker y del cemento.. 2.3.3.4.Influencia de los Componentes Minoritarios sobre la. Qu. Formación de Alita. Los componentes minoritarios disueltos en la C3S),. ía. fase líquida, tanto como en la fase sólida (C, C 2S y actúan. como:. fundentes,. favoreciendo. la. nie r. presencia de fase líquida a menores temperaturas; mineralizadores,. catalizando. las. reacciones. de. clinkerización para formación de alita (C3S) y belita y/o. In ge. (C2S);. inhibidores,. reduciendo la. cinética o. cambiando el sentido de la reacción. Componentes minoritarios distribuidos en las. de. fases reactantes C + C2S disminuirán su potencial de. Bi. bli ot e. ca. reacción (cinética más lenta). Y aquellos en la fase de producto C3S, causarán que el potencial de C3S. disminuya, con lo cual la aumentará la cinética de reacción de la formación de alita.. 2.3.3.5.Formación de Costra en el Interior del Horno Las partículas y nódulos ya conformados, con la fase líquida forman puentes capilares de adherencia entre las partículas dispersas (o nódulos) y el refractario o la capa exterior de costra ya existente.. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La. costra. irá. engrosando,. al. quedar. sucesivamente cubiertas las capas interiores por otras que la aíslan del calor por radiación y convección,. UN T. solidificando la fase líquida (cementación) por una disminución de temperatura.. El espesor de la costra está determinado por la. ica. rotación del horno, en función de: la fuerza de gravedad y el nivel térmico que fluidiza los puentes capilares de estos. últimos. influenciados. por. las. ím. adherencia;. propiedades de la fase líquida.. Qu. Importancia de la Formación de Costra Sin un adecuado espesor de costra (entre 20 y. ía. 30 cm.) se perdería calor a través del ladrillo refractario,. nie r. elevando la temperatura de la chapa del horno por encima de su punto de ablandamiento, pudiendo llegar a deformarse y/o fusionarse. Por ello es importante un. In ge. buen control en la preparación de crudo y las operaciones de precombustión.1. 2.3.4. Enfriamiento del Clinker. de. Es la última etapa de la producción de clinker, donde. éste es descargado por el horno en el enfriador, el cual. ca. consiste en una serie de placas de parrillas alternadamente. Bi. bli ot e. fijas y móviles. Entre las ranuras abiertas de las placas el clinker corre, cae a las cámaras y se retira con una cadena de. arrastre, para salir del enfriador a una temperatura de 150 ºC. Un enfriamiento brusco es importante porque permite conservar el C3S en el estado en el cual sale del horno. Lo que se persigue es obtener un clinker con la mayor cantidad posible de C3S que le proporcione al cemento las características que conocemos.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. Influencia del Enfriamiento sobre las Características del Clinker. Influye en la determinación de sus características finales. ica. en cuanto a molturabilidad durante la molienda, resistencia mecánica, durabilidad química y estabilidad del volumen del. 2.4.. Qu. ím. cemento.1. Cuarzo en crudo. ía. El cuarzo es el mineral más importante, con respecto a la. nie r. aptitud de cocción.. Sólo hay unos pocos minerales cuyos granos gruesos influencian la cantidad final de cal libre en el clinker, es por eso que. In ge. existe un tamaño crítico de partículas y su factor correspondiente que transforma su retenido crítico (partículas gruesas) a su contribución de cal libre.3. de. Tabla N° 01: Tamaño crítico para el cuarzo y su factor correspondiente que transforma el residuo sobre el tamiz correspondiente al tamaño crítico a su. bli ot e. ca. contribución de cal libre a 1400 ºC/30 minutos.. Compuesto de crudo. Tamaño critico aprox.. Coeficiente de transformación. Bi. Cuarzo 44 µm 0.93 Fuente: Datos extraídos de la Tabla 6.2.2. de la Lección 11. Cementos /. Módulos. Saturación en Cal.3. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.4.1. Influencia del cuarzo mayor a 45 µm en el proceso de Efectos del cuarzo mayor al tamaño crítico:. UN T. clinkerización. . Determina la mala aptitud de cocción.. . Aumenta el consumo de energía eléctrica y de. ica. combustible.. Dificulta la formación de costra en el horno, por lo que a. . ím. su vez deteriora el revestimiento refractario..  Aumenta la radiación de calor a través de la chapa del. Qu. horno. horno.1. ía.  Aumenta la temperatura de los gases de salida del. nie r. 2.4.2. Aplicación de espectrometría de Rayos X en muestras de crudo. La espectrometría de rayos X (ERX) es una técnica. In ge. analítica que permite identificar la composición de un material, (crudo). irradiándolo con rayos X. Se puede determinar la. composición química (átomos) o la composición mineralógica del material.. de. 2.4.2.1.Principios de Espectrometría de Rayos X . que se propaga energía en forma de ondas. ca bli ot e Bi. Radiación Electromagnética: Es un proceso en el electromagnéticas a la velocidad luz. Ejm: luz, rayos X, rayos UV, etc. Tiene carácter dual, ya que se comporta como onda y como partícula.. . Los Rayos X: Es radiación electromagnética de alta energía. La generación de Rayos X se produce al energizar el tubo. Si cesa la energía, también cesa la emisión de rayos X. 26. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . Cristal: Porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida, y con simétricamente dispuestas.. UN T. forma externa limitada por superficies planas . Mineral: Cristal de origen natural.. . Cristalografía: Estudio de la forma y estructura de los cristales.. Sistemas cristalinos fundamentales: También. ica. . conocidos como redes o retículas cristalinas.. ím. Puede describirse como un arreglo geométrico de. de. In ge. nie r. ía. Qu. átomos o moléculas, que se repite en tres. dimensiones. ca. Figura Nº 02: Sistemas cristalinos.. Bi. bli ot e. Tabla N° 02: Ejemplos de sistemas cristalinos. SISTEMA. EJEMPLOS. Cúbico. Diamante, plomo, sal de cocina. Tetragonal. Estaño. Ortorrómbico. Topacio, Azufre. Monoclínico. Yeso, sulfato de hierro. Triclínico. Ácido bórico, sulfato de cobre 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Hexagonal. Berilio, zinc. Fuente: Tabla extraída de Manual Técnico del área de Calidad de Cementos Pacasmayo S.A.A.. UN T. Cuanto más ordenado es un cristal, es menos reactivo.. ica. Tabla N° 03: Reactividad de cristales o compuestos.. MAS REACTIVO. SiO2 cuarcítica. SiO2 amorfa. ím. MENOS REACTIVO Calcita. Aragonita. Qu. Fuente: Tabla extraída de Manual Técnico del área de Calidad de Cementos Pacasmayo S.A.A.. Calibración: Es la relación matemática entre la. ía. . nie r. intensidad medida de la radiación del elemento y la concentración de este en la muestra.. In ge. 2.4.2.2.Difractometría de rayos X Técnica versátil no destructiva y analítica que se. usa para identificar cristales (minerales) desconocidos a partir de una base de datos. Se usa para un análisis. de. elemental cualitativo y cuantitativo del mineral, al contrario de la fluorescencia de rayos X, que se usa Mide la distancia interplanar 2d de los cristales. de. la. muestra,. irradiándola. con. rayos. X,. monocromáticos de una sola longitud de onda.. Bi. bli ot e. ca. para identificar elementos.. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Figura Nº 03: Haz de rayos X incide en material cristalino. . UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Difracción de rayos X: Cuando un haz de Rayos X incide sobre un material cristalino, los fotones. son desviados o dispersados en una dirección. ica. preferencial, por los planos del cristal. Esta dirección (ángulo) depende del cristal y de la. In ge. nie r. ía. Qu. ím. longitud de onda de los Rayos X.. Bi. bli ot e. ca. de. Figura Nº 04: Haz de rayos X incide en material cristalino.. 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO III. ica. MATERIAL Y MÉTODO. ím. La presente investigación de tipo aplicada, se realizó en el Laboratorio. Materiales de Estudio. nie r. 3.1.. ía. Cementos Pacasmayo S.A.A.. Qu. Químico, Físico y de Rayos X del Área de Control de Calidad, de la empresa. El cuarzo o también llamada sílice cuarcítica, mayor a 45 µm presente en crudo de cemento, mineral muy importante en el proceso. In ge. de fabricación de cemento ya que aumenta el consumo de energía eléctrica en los molinos y de combustible en el horno.. de. 3.1.1. Composición Química de Crudo Tipo I. ca. Tabla N° 04: Composición química de crudo tipo I.. Bi. bli ot e. CONSTITUYENTES. % PESO. SiO2. 13.03. Al2O3. 2.68. Fe2O3. 2.63. CaO. 43.5. MgO. 1.1. Na2O. 0.15. K2O. 0.43. SO3. 0.1 30. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Fuente: Tabla extraída de documentos del área de Producción de Cementos. 3.2.. UN T. Pacasmayo S.A.A.. Metodología. 3.2.1. Toma de Muestras Representativas de Crudo Tipo I. ica. Se tomaron muestras representativas de crudo tipo I (crudo compuesto por caliza, arcilla, arena y hierro), molino 2. ím. de la Planta de Cementos Pacasmayo S.A.A., para la determinación del porcentaje de sílice cuarcítica por via clásica. Qu. y para la elaboración de pastillas mediante el método de difractometría por rayos X. Las muestras fueron tomadas a la salida del homogenizador 1 y 2, además, del silo 5 y balanzas. ía. de hornos 1 y 2. Cabe mencionar que Cementos Pacasmayo. nie r. S.A.A. cuenta con 9 silos, 2 de homogenización y 7 de. ca. de. In ge. almacenamiento; además de 3 hornos rotatorios.. HIERRO. MOLINO DE BOLAS. Bi. CALIZA. I. II TORRE DE PRECALENTAMIENTO Y PRECALCINACION. III. IV. ARENA. bli ot e. ARCILLA. SILO DE HOMOGENIZACION Y ALMACENAMIENTO. BALANZA DE HORNO. V. ENFRIADOR HORNO CLINKER. Figura N° 05: Diagrama de flujo del proceso de Molienda – Clinkerización en la fabricación del Cemento. 31 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. 3.2.2. Determinación del Contenido de Sílice Cuarcítica en Crudo Tipo I. Las muestras representativas de crudo tipo I, se trabajaron por repetibilidad, en este caso por duplicado, con el. ica. fin de obtener proximidad de concordancia entre los resultados, bajo las mismas condiciones: mismo procedimiento de análisis,. ím. mismo analista, mismo ambiente de trabajo y mismo periodo de. 3.2.2.1. Vía Clásica. Qu. tiempo.. La determinación de sílice cuarcítica (cuarzo) por. ía. vía clásica, se realizó tratando químicamente el crudo. nie r. tipo I, siguiendo la Norma ASTM C-25 (sección 29) “Determinación de Sílice Cuarcítica”, mencionada en el Anexo 02, que a su vez fue implementada, Anexo 03;. In ge. para obtener una incertidumbre en base a los resultados de las concentraciones de sílice cuarcitica; así. como. también estas concentraciones. fueron. empleadas como base de datos para la creación del. de. programa en el software del equipo de Rayos X.. Bi. bli ot e. ca. 3.2.2.2. Rayos X La determinación de sílice cuarcítica por Rayos X, mencionada en el Anexo 07, se realizó con la toma de muestra y en función de sus características físicas se procedió, si era necesario la reducción de esta, siguiendo la preparación de muestra y finalmente el análisis por el equipo de Rayos X, tipo ARL 9900, en el programa ya creado en base a patrones sintéticos. Los patrones fueron determinados por vía clásica, para obtener concentraciones de sílice cuarcítica mediante 32. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Rayos X y así validar los resultados ya obtenidos por vía clásica y obtener su incertidumbre.. UN T. El programa Cuarzo _Crudo T-1, creado en el equipo de Rayos X se hizo con el siguiente procedimiento:. ica. Normalización del Equipo de Rayos X. Consiste en corregir las intensidades, las cuales con el. ím. tiempo tienden a decaer.. 1. Creación de método de análisis, se especifica el. Qu. elemento o compuestos a analizar así como también las condiciones y parámetros de análisis. nie r. ángulo.. ía. (voltaje, amperios, PBD, tiempo de análisis, y el. 2. Vincular la muestra de normalización para lo cual se utiliza una pastilla con el material que tenga. In ge. mayor concentración de lo que se quiera analizar (sílice cuarcitica), en nuestro caso arena Ottawa, debido a que está constituida prácticamente de. de. sílice cuarcitica.. Bi. bli ot e. ca. Calibración del Equipo de Rayos X Relación matemática entre la intensidad medida de la radiación del elemento y la concentración de este en la muestra. 1. Se crea las muestras de calibración (patrones) en el software, insertando las concentraciones. de. cada patrón. 2. El equipo lee las intensidades de cada patrón, y finalmente se calibra. Obteniendo así la curva de calibración, para posteriormente analizar sílice 33. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.