Guía cemento



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DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES INDUSTRIALES

GAIC 05-02

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1.INDUSTRIA O PLANTA


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a industria colombiana del cemento tiene actualmente una capacidad instalada superior a la demanda y por la dinámica del mercado, no se espera en el mediano plazo, la instalación de nuevas empresas en el país. Sin embargo, es posible que se efectúen algunas ampliaciones o mejoras en las plantas existentes. La presente guía es aplicable tanto a la instalación de nuevas plantas como para las actividades de ampliaciones o mejoras que puedan desarrollarse en plantas existentes.

A continuación se describen las actividades que son comunes a nuevos proyectos, ampliaciones y mejoras, y la descripción de los diferentes procesos, vía seca y vía húmeda.


1.1.Montaje y puesta en marcha


Las actividades de montaje incluyen, total o parcialmente, el levantamiento topográfico, des­monte, descapote, excavaciones o movi­mientos de tierras, construcción de campamentos y/o edificaciones, vías de acceso, patios y obras de urbanismo y de paisajismo.

El montaje mecánico y electromecánico de equipos, incluyendo líneas eléctricas y de transmisión, subestaciones eléctricas y montajes especiales, así como la puesta en marcha o arranque.

La puesta en marcha incluye todas las actividades necesarias para iniciar la operación de las máquinas y equipos e integrarlas unitariamente en un proceso de producción. Esta actividad está sujeta a ajustes, complementos, modificaciones y rediseños. En este caso se deben seguir los procedimientos para operación inestable o de arranques luego de paradas. El período de puesta en marcha puede durar varios meses mientras se alcanza la estabilidad operativa del sistema.

1.2.Producción de clínker


El clínker es el producto de la cocción a altas temperaturas de carbonatos, silicatos, óxidos de hierro y de alúmina, que al ser molido finamente en conjunto con otros materiales genera cementos Pórtland, especiales y blanco.

La denominación de los diferentes procesos de producción de clínker depende del contenido de humedad en la alimentación al horno y por tanto en los sistemas de preparación. Genéricamente, se conocen los procesos húmedos y secos, que son los usados en Colombia. Como variante, a nivel mundial, existen los semi - secos y los semi - húmedos. A continuación se presentan de manera general la descripción de las operaciones de cada uno de los procesos.


1.2.1.Producción de clínker por vía seca


En el esquema presentado en la Figura 5.3 se indica, de manera general el diagrama de flujo para un proceso por vía seca. Este proceso puede presentar pequeñas diferencias, según las singularidades de cada planta.

  • Trituración

Consiste en la fragmentación de las materias primas a tamaños menores. Los métodos utilizados operan por presión o impacto. Las máquinas que operan por presión son trituradoras de mandíbulas, giratorias, de cono y de cilindro y las que trabajan por impacto se denominan de martillos y de impacto.

Dependiendo de la calidad, de la dureza de las materias primas y de las necesidades posteriores del proceso, se pueden tener entre una y tres etapas de trituración denominadas respectivamente: primaria, secundaria y terciaria. En términos generales las trituradoras se alimentan con tamaños que varían hasta 110 cm para producir tamaños finales de máximo 10 centímetros.



  • Prehomogenización

Es la operación de mezcla de las materias primas trituradas, previa a la molienda. Se utiliza para compensar las variaciones de granulometría y de composición química y evitar segregaciones que generan desviaciones importantes del crudo respecto de los valores de diseño.

La prehomogenización particular o individualizada por material, permite un control más efectivo de la composición química proyectada y se aplica especialmente a los correctivos usados en el proceso.



  • Molienda de Crudo

El producto de la trituración, prehomogenizado, es llevado a la sección de molienda donde se pueden mezclar los diferentes tipos de materiales usados para la fabricación del clínker. La molienda se realiza en equipos cuyo principio de funcionamiento es el choque y rozamiento de los minerales con cuerpos o rodillos con placas moledoras. Según el accionamiento se denominan de bolas, de placas o de rodillos.

La fragmentación fina de los materiales puede alcanzar en promedio hasta un 80% de tamaños que pasen por el tamiz de 0.10 mm. Los materiales ingresan al molino con humedades hasta del 12%.



  • Homogenización

Debido a los grandes volúmenes de materiales que requiere la fabricación del clínker y la heterogeneidad de los yacimientos, la homogenización de la materia prima molida es indispensable para garantizar las condiciones de operación. Variaciones importantes en los contenidos de CaCO3 y de otros óxidos menores, generan problemas en los procesos del horno y en el producto final.

La homogenización se realiza en silos en donde se almacena el producto de la molienda y la mezcla se da por la combinación de mecanismos de alimentación a gravedad, ayudados por transporte neumático.



  • Clinkerización

Es el proceso de cocción de los materiales homogenizados, siguiendo el flujo del material se identifican las siguientes zonas:

  • Zona de precalentamiento, ubicada en la torre precalentadora en donde los materiales molidos viajan en contraflujo con los gases calientes del horno ocurriendo un intercambio térmico.

  • Zona de calcinación, se puede presentar, según la tecnología, en los ciclones inferiores de la torre, en los precalcinadores y en el horno. La reacción de calcinación : CaCO3 CaO + CO2, se empieza a dar cuando el material alcanza temperaturas alrededor de los 650°C y se completa a 1.200°C.

  • Zona de sinterización o clinkerización, se da en el horno al alcanzar entre 1.400 y 1.600°C, donde coexisten las fases sólida y líquida del clínker.

  • Zona de enfriamiento, se presenta a la salida del horno. Mediante corrientes de aire fresco, con diferentes tecnologías, donde se reduce la temperatura del producto hasta alcanzar entre 200 y 80ºC.

1.2.2.Fabricación de clínker por vía húmeda


En la Figura 5.4 se indica el diagrama de flujo general para la producción de clínker por vía húmeda. Algunas plantas, pueden presentar pequeñas modificaciones, de acuerdo a sus singularidades.

  • Trituración

Esta operación es similar a la descrita anteriormente, para la fabricación de clínker por vía seca.

  • Molienda

La molienda se realiza en equipos similares a los descritos para la fabricación de clínker por vía seca, con la diferencia de que los cuerpos moledores se encuentran en medio acuoso. El producto de esta molienda consiste en una suspensión acuosa denominada “pasta” con una humedad que varía entre 30 y 50%. Los molinos descargan la pasta a unidades de bombeo que los impulsan a través de pastoductos u otros sistemas, hasta las unidades de homogenización, balsas o espesadores.

  • Homogenización

Esta se realiza en las balsas que son tanques cilíndricos dotados de agitadores de baja velocidad, donde se mezclan con las materias primas correctoras, para garantizar una operación estable. En esta parte del proceso se inicia la reducción del volumen de agua en una operación conocida como de espesamiento. El transporte de la pasta se realiza por bombeo hasta los hornos.

  • Clinkerización

La clinkerización por vía húmeda se realiza en el horno, siguiendo el flujo del material se identifican las siguientes zonas:

  • Zona de secado, se realiza en la primera parte de la entrada al horno rotatorio y para ello se disponen de intercambiadores de cadenas que ayudan a mejorar la eficiencia térmica

  • Zona de calcinación, se empieza a dar cuando el material alcanza temperaturas alrededor de los 650°C y se completa a 1.200°C. La reacción es : CaCO3 CaO + CO2

  • Zona de sinterización o clinkerización, se da al alcanzar entre 1.400 y 1.600°C, allí coexisten las fases sólida y líquida del clínker.

  • Zona de enfriamiento, ocurre a la salida del horno, mediante corrientes de aire fresco, con la aplicación de diferentes tecnologías, que reducen la temperatura del producto hasta alcanzar entre 200 y 80ºC.

1.3.Producción, almacenamiento y empaque de cemento


El cemento se fabrica a partir de la molienda de clínker, yeso, adiciones (caliza, puzolanas, cenizas, escorias, entre otros). La dosificación de cada uno de los componentes y su calidad individual definen el tipo de cemento.

La molienda es una operación exotérmica, de manera que se requiere enfriamiento de los equipos. Los métodos de enfriamiento pueden ser por aireación, por inyección de agua o combinados. El enfriamiento se efectúa en la chapa del molino.

El cemento es extraído de los molinos y transportado mediante ductos a los silos de almacenamiento, dotados generalmente de instalaciones para empaque en sacos o para despachos a granel.

1.4.Fabricación de cal


Las operaciones de preparación de materias primas para la fabricación de este producto son similares a las descritas para los procesos secos y húmedos, dependiendo del proceso que se utilice, para producir cal viva, CaO, o cal hidratada, Ca(OH)2.

1.4.1.Cal viva


La cal viva se produce mediante la calcinación del carbonato de calcio, donde se extrae el CO2, en hornos verticales u horizontales inclinados. Los hornos verticales operan por cochadas o baches alternando capas de combustible y carbonatos y frecuentemente emplean carbón como combustible. En los hornos horizontales el flujo es continuo. La temperatura de calcinación se encuentra alrededor de los 650°C.

1.4.2. Cal hidratada


A la cal viva, CaO, obtenida con el proceso anterior, se le adiciona agua para producir hidróxido de calcio, Ca(OH)2.

1.4.3.Molienda y empaque


La cal viva y la cal hidratada obtenidas, son sometidas a molienda en equipos similares a los descritos anteriormente para cemento. El producto es almacenado en silos y empacado en sacos.

1.5.Fabricación de otros productos


En el desarrollo de los procesos anteriormente descritos, se pueden generar productos tales como triturados, agregados, concretos, impalpables y productos ornamentales, entre otros.

Las actividades desarrolladas para su producción consisten en afinar los procesos ya descritos acorde con las necesidades de cada producto.


1.6.Fuentes de combustibles y energía

1.6.1.Combustibles


Los combustibles típicamente empleados en la industria del cemento se discriminan según la actividad en la que se apliquen, dependiendo de las singularidades de cada planta, así:

  • Clinkerización o sinterización: Gas, carbón, crudos pesados y livianos, combustibles alternos opcionales (aceites, residuos especiales, llantas, plásticos, entre otros) y mezclas de los anteriores.

  • Operaciones de minería: ACPM y gasolina

  • Operaciones de transporte interno: ACPM y gasolina.

Es importante anotar que los hornos cementeros pueden manejar de manera eficiente, combustibles con alto contenido de azufre (mayor al 6%), debido a que lo incorporan reactivamente dentro del clínker como sulfatos alcalinos, fundamentalmente sulfato de calcio.

Este hecho hace que los hornos cementeros se constituyan en una opción interesante para la optimización y uso de combustibles con alto contenido de azufre, dependiendo de la calidad de las materias primas utilizadas y del proceso mismo.



Carbón. Su almacenamiento se hace en pilas de altura variable según los equipos, las características del material y las condiciones de seguridad. Es pulverizado por medio de trituración y molienda, para que le permitan fluir en una corriente continua, junto con aire al quemador.

Combustibles líquidos. Los combustibles líquidos se almacenan en tanques metálicos enterrados, elevados o en superficie, cuyo diseño y construcción se ajustan a las normas API y a las particulares del Ministerio de Minas y Energía, dirigidas a garantizar la impermeabilización y minimización de riesgos de roturas, explosiones y derrames. Para el uso de combustibles líquidos, especialmente los pesados (fuel oil, pet coke y crudos en general), se deben precalentar para poder ser bombeados al quemador.

Gas. El gas se abastece directamente al sitio de consumo en las plantas a través de gasoductos, generalmente no hay almacenamiento en planta, sólo el control de flujo. Su actual precio y disponibilidad lo hacen de difícil utilización por parte de las empresas.

Combustibles alternos. El uso de combustibles alternos en la industria cementera colombiana no es una práctica común, apenas en los últimos años se han realizado ensayos piloto, sin embargo, se constituyen en una opción para obtención de nuevos energéticos. Estas sustancias alternas, pueden ser mezclados con el combustible principal.

1.6.2.Energía


La energía eléctrica se emplea tanto en proceso seco como en húmedo. Las mayores demandas se presentan en los sistemas de molienda, seguidos por la trituración, el transporte y el horno. También se usa en el funcionamiento de sistemas auxiliares para generación de aire para transporte en lechos fluidizados, ventilación, enfriamiento y control de emisiones. Los consumos dependen de la capacidad de los equipos, la capacidad instalada y la estabilidad en la operación.

1.7.Usos del agua

1.7.1.En proceso seco


Se utiliza en el enfriamiento de equipos, en el acondicionamiento de gases de salida del horno, en la operación de molinos, para control de emisiones fugitivas de partículas en pilas de almacenamiento y descarga de bandas, cuando es posible.

1.7.2.En proceso húmedo


Su utilización es similar a la del proceso seco, excepto en los requerimientos para la preparación de la pasta.

1.7.3.Otros usos


Se utiliza para consumo doméstico, consumo humano, riego y en actividades mineras, entre otros.

1.8.Instalaciones auxiliares


Se consideran en este aparte las instalaciones que sirven de apoyo para adelantar las diferentes fases del proceso industrial y minero, tales como campamentos, laboratorios, talleres, casinos e instalaciones deportivas. Su construcción, implementación y permanencia, dependen de las necesidades específicas del proyecto y están determinadas con su ubicación espacial.

Las actividades que frecuentemente se asocian con la construcción de estas instalaciones son las ya relacionadas en el numeral de Montaje.


2.E
SQUEMAS DE DISEÑO


Proceso seco.

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