ES2617705T3 - Proceso para producir clínker de cemento Portland - Google Patents

Abstract

Un método con el fin de producir clínker de cemento Portland a temperaturas bajas entre 1250 y 1300 ºC, que incluye las etapas de: a) preparar una harina de cemento sin procesar basándose en el Factor de Saturación de Cal (LSF), el Módulo de Sílice (SM) y el Módulo de Alúmina (AM) y el ajuste del refinamiento de la mezcla sin procesar, con el LSF siendo inferior a 1, el SM entre 2 y 3 y el AM entre 0 y 3, y el ajuste del refinamiento debe ser aproximadamente un 80 % del refinamiento en una malla n.200 (aproximadamente 75 micrómetros); b) alimentar la harina de cemento sin procesar; c) calentar previamente la harina de cemento sin procesar; d) calcinar la harina de cemento sin procesar calentada previamente; e) sintetizar la harina de cemento sin procesar calcinada con el fin de producir clínker de cemento Portland; y f) enfriar el clínker de cemento; Este proceso se caracteriza por lo siguiente: los módulos de control de la etapa a) para la preparación de la harina de cemento sin procesar se basan en el contenido de azufre del combustible sólido que se quemarán y se fijarán en la harina de cemento sin procesar calcinada; la harina de cemento sin procesar no incluye compuestos sulfatados, en su lugar contiene un agente que se añade con el fin de fomentar la formación de las fases de clínker en la harina de cemento sin procesar antes de la alimentación en la etapa b); y los parámetros de funcionamiento del horno se controlan como sigue a continuación: i) Tiempo de permanencia de la harina de cemento sin procesar en el horno; ii) SO3 y O2 en la entrada del horno para asegurar la oxidación del compuesto de azufre creado por el combustible con un contenido de azufre de al menos un 6,5 %; iii) CO en la entrada del horno inferior o igual a 500 ppm; y iv) Temperatura en el horno entre 1250 y 1300 ºC; con el fin de permitir, si no totalmente, al menos un aumento de la fijación del azufre generado por la combustión del combustible sólido en la harina de cemento sin procesar calcinada tal como CaSO4 con el fin de crear nuevas fases adicionales.

Description

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DESCRIPCION

Proceso para producir clinker de cemento Portland Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un proceso con el fin de producir un clinker de cemento y, de forma espedfica, se refiere a un proceso con el fin de producir clinker de cemento Portland a baja temperatura fijando el SO3 del coque de petroleo producido por la fusion de coque de petroleo con un contenido de azufre elevado.

Antecedentes de la invencion

Los procesos y las plantas usados para fabricar clinker de cemento Portland se conocen bien. Por lo general, el proceso de fabricacion consiste en la preparacion de una harina de cemento sin procesar (mezcla sin procesar) que comprende una mezcla de materiales tales como caliza (CaCO3), arcilla (materiales arcillosos) (por ejemplo, SO2, Al2O3) y minerales de hierro (por ejemplo, Fe2O3). Por lo general, la preparacion de la harina de cemento sin procesar incluye las etapas de secar, pulverizar y suministrar dichos materiales en proporciones adecuadas para conseguir un clinker con la composicion requerida para obtener una mezcla de harina de cemento sin procesar que tenga la calidad final deseada. Una vez que la harina de cemento sin procesar se prepara, pulveriza y homogenefza con la composicion requerida, se realizan las siguientes etapas en el proceso de fabricacion del clinker de cemento Portland: i) alimentar dicha harina de cemento sin procesar preparada a un horno pasando a traves de un calentador previo; ii) calcinar dicha harina de cemento sin procesar calentada previamente para transformar el CaCO3 en CaO y CO2; iii) alimentar la combinacion calcinada a un horno de sinterizacion; y iv) sinterizar (tambien conocido como formacion de clinker) la harina de cemento calcinada para formar las fases de clinker tales como silicato tricalcico (alita - C3S), silicato dicalcico (belita - C2S), aluminato tricalcico (C3A) y aluminoferrita tetracalcica (C4AF) y otras fases minoritarias.

Para realizar este proceso, se requieren grandes cantidades de energfa durante las etapas de secado, calcinado y sinterizado (formacion de clinker) para mantener las temperaturas elevadas en el proceso, que son de aproximadamente 1450 °C, con lo que se requiere el consumo de grandes cantidades de combustible.

En la actualidad, la disponibilidad de combustibles con un contenido de azufre elevado (S) y su menor coste representan una oportunidad para la industria del cemento, sin embargo, su uso requiere un funcionamiento y manipulacion especiales con nuevos metodos para facilitar su uso sin detrimento del funcionamiento continuo del horno.

Uno de los combustibles de menor coste disponibles es el coque de petroleo que tiene un contenido de azufre elevado. Debido a su naturaleza, por lo general tiene un contenido de azufre elemental (S) elevado que vana de un 4,5 % a mas de un 7 %. El azufre incluido en el combustible tiene un efecto significativo cuando se incluye en el proceso de combustion en la fabricacion de clinker de cemento. Por un lado, este tipo de combustible generar calor necesario para mantener la temperatura elevada del proceso. Por otro lado, produce SO2 que, cuando se anade al SO2 que proviene del contenido de azufre en los materiales sin procesar usados convencionalmente para formar la harina de cemento sin procesar, representa una cantidad significativa. Este contenido de azufre puede producir bloqueos en el calentador previo cuando se precipita en las zonas mas fnas del calentador previo o del horno (800900 °C) si no se usan etapas o medidas especiales o no se usan metodos de compensacion adecuados para el procesamiento.

Como se sabe, el SO2 contenido tanto en los gases de combustion asf como en las harinas de cemento sin procesar entrar en contacto directo con el CaO (cal viva) y otros compuestos, formando compuestos de calcio sulfatado (sulfitos y sulfatos de calcio, CaSO3y CaSO4). Cuando se someten a las altas temperaturas para formar las fases de clinker, que son mas elevadas que las de la temperatura de descomposicion, los compuestos sulfatados se descomponen de nuevo en SO2 y CaO. El ultimo reacciona para formar nuevos compuestos de clinker, y el SO2 transportado en los gases de combustion vuelve de nuevo hacia la entrada de solidos en el horno para reaccionar de nuevo con el recien obtenido CaO entrante. De este modo, se establece un ciclo continuo con concentraciones de azufre cada vez mayores. Despues de alcanzar concentraciones de SO2 suficientemente elevadas, y al no tener salida, los compuestos de azufre precipitan en las zonas mas fnas del calentador previo formando acumulaciones y bloqueos, tal como en el calentador previo, la camara de humos, en el propio horno, etc. Esto produce alteraciones en el funcionamiento continuo del proceso reduciendo la eficacia y, en casos mas graves, detiene el funcionamiento del conjunto; por ejemplo, cuando se forman anillos en el horno de formacion de clinker.

En la tecnica, se han realizado esfuerzos que tratan de disenar instalaciones, equipos y/o procesos que permitan el uso de combustibles solidos con un contenido de azufre elevado intentando resolver los problemas relacionados con la formacion y acumulacion excesiva de SO2. Sin embargo, la mayona de los procesos y/o plantas para fabricar el clinker de cemento Portland usando combustible solido con un contenido de azufre elevado presentan ciertas desventajas con respecto a la complejidad de los procesos y equipos, asf como costes elevados. Un analisis mas detallado de los esfuerzos realizados en relacion con esta tecnologfa se establece en el documento de Patente de

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Estados Unidos de America n.° 6.599.123, con fecha de 29 de julio de 2003, titulado "Method for producing a cement clinker using coke with a high sulfur content". Una solucion propuesta para los problemas asociados con el uso de combustible solidos con un contenido de azufre elevado es la que se describe en el documento de Patente de Estados Unidos de America n.° 6.383.283 en el documento de Patente de Estados Unidos de America n.° concedida el 7 de mayo de 2002 a Joseph E. Doument, titulado "Control of the production of cement clinker through the analysis of sulfur in the final product". Desafortunadamente, los procesos y/o plantas mencionados en dicho documento, que usan combustibles de un contenido de azufre elevado con el fin de producir el clinker de cemento Portland, no son de utilidad para la fabricacion de un clinker a bajas temperaturas en el que la harina de cemento sin procesar no incluye componentes sulfurados ni agentes que fomenten la creacion de nuevas fases de clinker.

Los procesos para la produccion de un clinker de cemento a bajas temperaturas o con bajo consumo de energfa que reducen el consumo de combustible se realizan introduciendo agentes mineralizantes en la mezcla de alimentacion sin procesar. De forma convencional, en la harina de cemento sin procesar se usan, como componentes, agentes mineralizantes tales como fluorita (CaF2) y sulfato calcico (CaSO4). Se sabe que la adicion de agentes mineralizantes puede alterar la velocidad a la que se produce la formacion de clinker, acelerando de ese modo la reaccion y disminuyendo la energfa requerida para la formacion de clinker.

Por ejemplo, el documento de Patente de Estados Unidos de America n.° 5.698.027 describe un metodo y una planta para producir el clinker de cemento Portland mineralizado, en el que la fuente de mineralizacion preferente es un subproducto de la desulfuracion de gases de combustion. El proceso y la planta de escritos requieren equipos y etapas adicionales para el tratamiento o alimentacion del subproducto de los gases de combustion para el proceso de produccion del clinker. Ademas, con el fin de evitar problemas de bloqueo o acumulacion resultantes de la descomposicion del sulfato calcico, la alimentacion del agente mineralizante se debera producir en: i) la zona de calcinacion, ii) el conducto de aire terciario, o iii) la zona de calcinacion previa. El documento de patente n.° 5.698.027 es incorrecto cuando sugiere que el agente mineralizante se debe alimentar directamente en la harina de cemento sin procesar introducida en el horno de formacion de clinker. Del mismo modo, ni muestra ni proporciona ejemplos de como se puede usar el combustible solido con un contenido de azufre elevado (por ejemplo, coque de petroleo) como una fuente de mineralizacion en todas las etapas del proceso.

El documento de patente espanola n.° 8605210 concedida al Consejo Superior de Investigaciones Cientfficas, con el tttulo "Procedimiento para obtener clinker de bajo consumo de energfa usando fluorita y sulfatos como componentes sin procesar", proporciona un metodo en el que la harina de cemento sin procesar se mezcla junto con la fluorita y el componente de sulfato (CaF2 + CaSO4). Esta patente espanola no menciona la aplicacion espedfica del combustible de coque con un contenido de azufre elevado ni su proceso espedfico, en el que el azufre liberado por la combustion del combustible se fija en la harina calcinada dentro del horno de formacion de clinker con el fin de crear el componente de sulfato sin los problemas de acumulacion y bloqueo que se producen cuando se usa este tipo de combustible. A su debido tiempo, el metodo descrito usa un corrector de la composicion de clinker resultante con el fin de ajustar el contenido del agente de formacion de fases.

La Publicacion Internacional N° WO 93/21122 con fecha de 28 de octubre de 1992, publicada en el nombre de Aalborg Portland A/S, con el tftulo "Composition of Cement", describe la combinacion de un cemento mineralizado, en otras palabras un cemento producido usando un agente mineralizante, con un "expansor" con el fin de obtener una reduccion significativa en el consumo de energfa y bajas emisiones de CO2 y NOx. Se sabe que la adicion de un agente mineralizante al clinker aumentara su reactividad con el fin de usar menos en la preparacion del cemento. El presente documento se refiere al hecho de que el componente de sulfato se puede introducir en el horno como parte del combustible, en otras palabras, usando combustible que contenga azufre. Sin embargo, no describe la aplicacion espedfica de un combustible que contiene azufre ni de un combustible de coque solido con un contenido de azufre elevado o un proceso espedfico en el que el azufre liberado por la combustion del combustible se fija en la harina calcinada en el horno de formacion de clinker con el fin de crear el componente de sulfato, sin tener que tratar con los problemas presentados cuando se usan estos tipos de combustible.

De acuerdo con lo mencionado anteriormente, no hay ningun documento en este campo que describa o sugiera un proceso para producir clinker de cemento Portland a bajas temperaturas fijando el azufre producido por combustion de combustible de coque con un contenido de azufre elevado superior a un 6,5 % en el que no se producen compuestos sulfatados en la harina de cemento sin procesar. Ademas, ninguno de los documentos mencionados anteriormente describe las fases del clinker producido mediante este proceso. Por lo tanto, se necesita un proceso que permita que el clinker se produzca de manera mas economica y mas eficaz a bajas temperaturas usando combustibles con un contenido de azufre elevado tales como coque de petroleo. Esto evitara problemas de descomposicion de CaSO4 asf como los problemas relacionados con bloqueos e incrustaciones debido a concentraciones elevadas de SO2 y/o SO3 en el sistema.

Como resultado, uno de los objetivos de la presente invencion es proporcionar un proceso de baja energfa para producir un clinker de cemento en el que en el clinker se establece un aumento del porcentaje de azufre generado por la combustion de combustible solido con un contenido de azufre elevado, sin el uso de componente sulfatado en la harina de cemento sin procesar y con la adicion de un agente que fomenta la formacion de fases.

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Otro objetivo de la presente invencion es producir un clinker con nuevas fases, pero con caractensticas similares a las de un clinker de cemento Portland.

Otro objetivo de la invencion es proporcionar un clinker de cemento que opcionalmente requerira la adicion de un corrector de la composicion de clinker resultante dependiendo de la calidad y del contenido de azufre del combustible solido.

Sumario de la invencion en

La invencion implica un metodo con el fin de producir clinker de cemento Portland a bajas temperaturas que incluye las etapas de: preparar una harina de cemento sin procesar basandose en el Factor de Saturacion de Cal (LSF), el Modulo de Sflice (SM) y el Modulo de Alumina (AM) y el ajuste del refinamiento de la mezcla sin procesar, siendo el LSF inferior a 1, el SM entre 2 y 3 y el AM entre 0 y 3, y el ajuste del refinamiento debera ser aproximadamente un 80 % del refinamiento en una malla n.200 (aproximadamente 75 micrometros); alimentar la harina de cemento sin procesar; calentar previamente la harina de cemento sin procesar; calcinar la harina de cemento sin procesar tratada previamente; sinterizar la harina de cemento sin procesar calcinada con el fin de producir el clinker de cemento Portland; y enfriar el clinker de cemento; en el que los modulos de control de la etapa a) para la preparacion de harina de cemento sin procesar se basan en el contenido de azufre del combustible solido que se quemara y se fijara en la harina de cemento sin procesar calcinada; y en el que la harina de cemento sin procesar no incluye compuestos sulfatados sino que en su lugar se anade un agente con el fin de fomentar la formacion de las fases de clinker en la harina de cemento sin procesar antes de la alimentacion en la etapa b); y los parametros de funcionamiento del horno se controlan con el fin de permitir un aumento o fijacion total del azufre generado al quemar el combustible solido en la harina de cemento sin procesar calcinada tal como CaSO4 con el fin de crear nuevas fases adicionales.

La invencion tan incluye la produccion de un clinker de cemento de tipo Portland producido a bajas temperaturas al quemar coque de petroleo con un contenido de azufre de al menos un 6,5 %, en el que el clinker incluye nuevas fases adicionales.

Descripcion detallada de realizaciones preferentes ilustrativas de la invencion

Como saben los inventores, un proceso convencional con el fin de producir clinker de cemento Portland incluye las etapas de: i) alimentar la harina de cemento sin procesar; ii) calentar previamente la harina de cemento sin procesar usando un sistema de calentamiento previo; iii) calcinar previamente la harina de cemento sin procesar calentada previamente usando un calcinador previo; iv) sinterizar la harina de cemento sin procesar calcinada en un horno preferentemente giratorio con el fin de producir el clinker de cemento; y v) enfriar el clinker de cemento resultante.

La harina de cemento sin procesar alimentada al horno giratorio se calienta previamente y se descarbonata parcialmente en un sistema de calentamiento previo y en un calcinador previo usando el calentamiento de los gases de combustion extrafdos del horno giratorio y del calcinador previo. A medida que los gases de combustion y la harina de cemento sin procesar se mezclan, la cal (CaO) en la harina de cemento sin procesar y el dioxido de azufre (SO2) en los gases de combustion reaccionan para formar compuestos de calcio sulfatado tales como sulfito calcico (CaSO3). El sulfito calcico se forma en el calentador previo y en la entrada giratoria. El sulfito calcico reacciona con el oxfgeno dentro del sistema de calentamiento previo para formar sulfato calcico (CaSO4), si hay suficiente oxfgeno. Si no hay suficiente oxfgeno en la atmosfera en la entrada de solidos en el horno para crear una atmosfera vigorosamente oxidante, el sulfato calcico se puede descomponer en cal (CaO) y dioxido de azufre (SO2) para generar acumulaciones en la entrada de solidos en el horno. Si no hay suficiente oxfgeno en el horno giratorio, se creara monoxido de carbono (CO) que es un super reductor y que facilitara la descomposicion del sulfato calcico a temperaturas inferiores a 1 500 °C. Esta descomposicion tambien conduce a un aumento de la concentracion del dfa oxido de azufre en el gas dentro del horno, lo que conduce a depositos de compuestos de azufre en las paredes del sistema de calentamiento previo o en la entrada de solidos en el horno. Los depositos de compuestos de azufre aumentan cuando se quema un combustible solido con un contenido de azufre elevado (es decir, aproximadamente un 6,5 %), tal como coque de petroleo, debido al aumento de la concentracion de dioxido de azufre en el gas del horno. El aumento de la circulacion de azufre en los gases produce un aumento de la cantidad de compuestos sulfatados. Esto puede dar como resultado depositos hasta un grado suficiente para bloquear la entrada del horno, el calentador previo (incluyendo los ciclones del calentador previo y las lmeas que conectan los ciclones), parando de ese modo la produccion.

Para asegurar el uso eficaz del coque de petroleo con un contenido de azufre elevado (aproximadamente un 6,5 % en peso), la harina de cemento sin procesar se debe someter a un tratamiento previo para mejorar sus caractensticas fisicoqmmicas. Por lo tanto, la preparacion de componentes de la mezcla de harina de cemento sin procesar para la produccion de clinker de cemento Portland a bajas temperaturas usando la presente invencion se realiza de acuerdo con las ensenanzas del documento de patente de Estados Unidos de America n.° 6.599.123.

Para el tratamiento de la harina de cemento sin procesar, tambien denominado aumento dirigido, se considera la evaluacion y mejora de la capacidad de combustion de la harina de cemento sin procesar por medio del ajuste a los

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modulos de control, el ajuste al the refinamiento de la harina de cemento sin procesar medido en mallas n.200 (75 micrometros) y n.50 (300 micrometros).

La harina de cemento sin procesar por lo general esta formada por caliza (CaCO3), arcillas (SiO2, Al2O3) y mineral de hierro (Fe2O3), en proporciones adecuadas para conseguir la calidad deseada para el clmker de cemento, es decir, en una cantidad adecuada de los compuestos requeridos principalmente para formar el clinker, por ejemplo, silicato tricalcico. El control de las proporciones de los materiales sin procesar se realiza por medio de la relacion de los compuestos (SO2, A^O3, CaO, Fe2O3) denominada modulos de control. En general, dichos modulos de control son: el Factor de Saturacion de Cal (LSF), Modulo de Silice (SM) y Modulo de Alumina (AM).

Los modulos de control se calculan de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

a) Factor de Saturacion de Cal

imagen1

b) Modulo de silice

imagen2

c) Modulo de alumina

AM= Ai2O3 / Fe203

Como se sabe, los valores elevados de los modulos de control, por ejemplo, en el Factor de Saturacion de Cal (LSF), el Modulo de Sflice (SM) y el Modulo de Alumina (AM), dan como resultado harinas de cemento sin procesar diffciles de transformar en clinker (baja capacidad de combustion), vease la Tabla 1. Estos muestran la capacidad de combustion de la harina de cemento sin procesar como una funcion del LSF. Ademas, los inventores saben que el refinamiento de la harina de cemento sin procesar (tamano de partfcula) tambien influye en la capacidad de combustion de la misma, aunque para una harina de cemento sin procesar mas fina (vease la Tabla 2), la capacidad de combustion aumenta.

TABLA 1 % de Cal Libre

LSF

T = 1350 grados C. T = 1450 grados C

88

1,415 0,408

90

1,63 0,815

92

2,068 0,827

94

3,0385 1,304

96

3,78 2,00

98

5,44 2,979

TABLA 2

Malla-200 (para LSF 92)

Muestra Malla-200 (para LSF 98) LSF 92 % de Cal libre LSF 98 % de cal libre

1380 grados C

1450 grados C 1380 grados C 1450 grados C

76,75

1 76,75 1,95 0,74 * *

78,75

2 78,00 1,82 0,67 2,75 1,44

80,74

3 80,40 1,62 0,62 2,21 1,11

82,66

4 83,70 1,45 0,51 1,88 0,92

85,17

5 84,30 1,42 0,49 1,86 0,74

87,00

6 86,60 1,35 0,45 1,69 0,68

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Malla-200 (para LSF 92)

Muestra Malla-200 (para LSF 98) LSF 92 % de Cal libre LSF 98 % de cal libre

1380 grados C

1450 grados C 1380 grados C 1450 grados C

89,00

7 88,00 1,31 0,41 1,61 0,61

Usando el proceso de tratamiento u optimizacion de las caractensticas fisicoqmmicas y el refinamiento de la harina de cemento sin procesar, es posible hacer un uso eficaz de un combustible solido con un contenido de azufre elevado, evitando de este modo problemas relacionados con la combustion de dicho combustible, en particular el bloqueo durante las etapas de calentamiento previo, bloqueo de las camara de gases y la formacion de anillos en el horno de sinterizacion debido a concentraciones elevadas de azufre en los gases de combustion.

Usando la presente invencion, los valores de los modulos de control para la formulacion de la mezcla de harina de cemento sin se modificaran u optimizaran como resultado del combustible solido con un contenido de azufre elevado que se quemara. Preferentemente, los valores de los modulos de control para la formulacion de la mezcla de harina de cemento sin procesar se basaran principalmente en la cantidad de azufre contenido en un combustible solido a quemar, por ejemplo coque de petroleo, que se establecera a un porcentaje mas elevado en el clinker resultante, tal como sulfato calcico.

Asf como componentes convencionales (caliza [CaCO3], arcillas [SO2, A^Oa] y mineral de hierro [Fe2O3], la harina de cemento sin procesar a la presente invencion incluye un agente que fomenta la formacion de fases o una mezcla que es diferente a un compuesto de sulfato. Una tecnica de la presente invencion es el no uso de componentes sulfatados en la harina de cemento sin procesar. El agente usado con el fin de fomentar la formacion de fases de la invencion se selecciona entre industrias de escoria residual del acero, cobre, etc.; fluorosilicato calcico, sales de metales pesados tales como cinc, cobre, molibdeno; sales alcalinas de sodio, potasio o litio, fluorita, escoria de materiales preciosos tales como oro, plata y platino. El agente usado con el fin de fomentar la formacion de fases se anadira a la harina de cemento sin procesar en una cantidad que variara de aproximadamente un 0,1 a un 1,0 % del peso de la harina de cemento sin procesar.

La adicion del agente que fomentara la formacion de fases en la presente invencion o una mezcla de agentes que son compuestos no sulfatados y que normalmente no se usan en la harina de cemento sin procesar, puede alterar la velocidad a la que se produce la reaccion de formacion de clinker y puede disminuir el consumo de energfa requerido para dicha reaccion de formacion de clinker para obtener el clinker a una temperatura de aproximadamente 1300 °C.

Despues de tratar la harina de cemento sin procesar para optimizar sus caractensticas fisicoqmmicas como se ha mencionado anteriormente y despues de anadir el agente con el fin de fomentar la formacion de fases en una proporcion de aproximadamente un 0,1 a un 1 % del peso total de dicha harina de cemento sin procesar, se alimenta en un calentador previo y posteriormente en un calcinador previo para someter la harina de cemento sin procesar optimizada a operaciones de calentamiento, secado y descarbonatacion. Esto se realiza a traves de un contacto proximo con los gases de combustion del combustible alimentado en el quemador del calcinador previo y/o en el quemador principal del horno giratorio de formacion de clinker, en el que el S producido principalmente como SO2 mediante los gases de combustion del coque de petroleo con un contenido de azufre elevado (superior a un 6,5 %), entra en contacto mtimo con la harina de cemento sin procesar para fijarse a sf mismo en dicha harina de cemento sin procesar y en conjunto con la forma CaO de los compuestos sulfatados tales como CaSO3 y CaSO4 entre otros, producidos por la reaccion de la cal (CaO) de la harina de cemento sin procesar y el dioxido de azufre (SO2) contenido en dichos gases de combustion.

Los solicitantes de la presente invencion han descubierto que el uso de una harina de cemento sin procesar optimizada que no incluya la adicion de componentes sulfatados, pero que incluya al menos un agente con el fin de fomentar la formacion de fases de clinker, combinado con el control de ciertos parametros del proceso tales como: i) tiempo de permanencia de la harina de cemento sin procesar optimizada, ii) control del SO3 y del O2 en la entrada del horno asegura la oxidacion del compuesto de azufre proporcionado por el combustible (por ejemplo coque con un contenido de azufre de al menos un 6,5 %), iii) control del CO en la entrada del horno en una cantidad inferior o igual a 500 ppm, e y iv) control de la temperatura (entre 1250 y 1300 °C) dentro del horno, permite un aumento, sino la fijacion total del azufre generado por la combustion del combustible solido en la harina de cemento sin procesar calcinada tal como CaSO4 con el fin de crear nuevas fases deseadas adicionales, tales como C4A3S y/o CS.

A continuacion, se usa un corrector de la composicion de clinker resultante para ajustar el contenido del agente con el fin de fomentar la formacion de fases. Dicho corrector de la composicion se selecciona entre un grupo que incluye anhidrato, bastnasita, pirita, langbeinita, bario, cualquier residuo industrial que contenga azufre, gases resultantes de la desulfuracion de gases de combustion, polvos de hornos de cemento, etc.

En otras palabras y como se establece en el documento de Patente de Estados Unidos de America n.° 6.599.123, la reduccion de la temperatura en la etapa de formacion de clinker es fundamental como una medida de

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funcionamiento con el fin de poder usar coque con un contenido de azufre elevado (por ejemplo, al menos un 6,5 %), evitando de este modo en la medida de lo posible problemas asociados con dicho coque.

De acuerdo con la invencion, las condiciones de funcionamiento del horno de formacion de clinker se deben seleccionar un modo tal que, en conjunto con el material sin procesar optimizado, el agente con el fin de fomentar la formacion de fases de clinker y los controles mencionados anteriormente, el azufre del coque de petroleo con un contenido de azufre elevado, es decir, con mas de un 6,5 % del peso de azufre se puedan fijar de forma eficaz en el clinker.

Un factor importante para conseguir la reduccion de la temperatura de formacion de clinker y para minimizar los problemas relacionados con los compuestos sulfatados producidos por la reaccion de CaO y los gases de combustion del combustible con un contenido de azufre elevado para obtener un clinker con propiedades adecuadas, reside en la medicion del contenido de azufre que se fija y que es una parte de la composicion de clinker medida como SO3. El parametro de control para el SO3 en el clinker se establece como una funcion del azufre producido que se produce mediante la combustion del combustible solido.

El proceso con el fin de producir el de clinker de cemento la presente invencion tambien considera, como otro factor importante para el control del proceso, la medicion del SO3 en el material calcinado que proviene del ciclon previo en la entrada del horno, el aumento del contenido de SO3 en este material calcinado indica que el ciclo de azufre (dentro del sistema) se esta concentrando. Por lo tanto, el clinker producido en el horno rotatorio de formacion de clinker que utiliza el proceso de la presente invencion usando coque con un contenido de azufre elevado permite una reduccion en, e incluso elimina la necesidad de, la adicion de un corrector de la composicion de clinker resultante (por ejemplo, yeso (CaSO4. 2H2O)) en el cemento, como regulador de los tiempos de fraguado.

Los inventores proporcionan los siguientes ejemplos solamente con fines ilustrativos y en ningun modo pretenden limitar el alcance de la presente invencion.

Ejemplos

Ejemplo 1

Una harina de cemento sin procesar se prepara basandose en un combustible solido con un contenido de azufre elevado, tal como coque de petroleo con mas de un 8,5 % de azufre. Los materiales con los que se forma la harina de cemento sin procesar incluyen caliza y arcillas y se tratan para preparar una harina de cemento sin procesar optimizada de la cual un 65,3 % de su peso es caliza y un 29,3 % de su peso es arcilla, basandose en el peso total de la harina de cemento sin procesar, que presenta los siguientes modulos de control:

Materiales

Caliza

65,3 %

Arcillas

29,3 %

LFS

95-96 %

SM

2,7-2,8

AM

2,8-2,9

Antes de alimentar la harina de cemento sin procesar optimizada, se anade fluorita en la cantidad de un 0,25 % basandose en el peso total de la harina de cemento sin procesar optimizada con el fin de fomentar la formacion de fases.

La harina de cemento sin procesar optimizada se alimenta en un horno de formacion de clinker pasando a traves de un calentador previo y un calcinador previo en los que el contenido de SO3 y O2 se controla en la entrada del horno para asegurar la oxidacion del compuesto de azufre, y se comprueba que el contenido de CO en la entrada del horno sea inferior o igual a 500 ppm. La reaccion de formacion de clinker en el horno se produce a una temperatura de 1300 °C y se requiere un tiempo de permanencia adecuado con el fin de permitir un aumento de la fijacion de hasta un 100 % del azufre generado por la combustion del combustible solido en la harina de cemento sin procesar calcinada tal como CaSO4 y otros compuestos sulfatados. Esto creara un clinker with las siguientes fases mineralogicas adicionales:

Fases mineralogicas del clinker

C3S

+ + + +

Fases mineralogicas del clinker

C2S

+++

C3A

++

C4AF

++

A C4A3S

+

A cs

+

—

Una vez que se ha producido la reaccion de formacion de clmker y se han formado nuevas fases adicionales, el clmker se dirige a un enfriador en el que el clinker resultante tiene la siguiente composicion: dos

Compuesto

Clinker (%)

SiO2

21,34

Al2O3

5,77

Fe2O3

2,02

CaO

64,80

MgO

1,37

SO3

3,12

Na2O

0,36

K2O

0,74

TiO2

0,24

P2O5

0,08

Mn2O3

0,05

CaF2

0,51

TOTAL

100,4

Cal Libre

1,05

LFS

95,46

SM

2,74

AM

2,86

5

Ejemplo 2.

Una harina de cemento sin procesar se preparan son un combustible solido con un contenido de azufre elevado, tal como coque de petroleo con mas de un 8.5 % de azufre. Los materiales con los que se forma la harina de cemento 10 sin procesar incluyen caliza, arcillas, mineral de hierro y ceniza T y se tratan para preparar una harina de cemento sin procesar optimizada de la cual un 66,4 % de su peso es caliza, un 29,1 % de arcillas, un 1,5 % de mineral de hierro y entre un 3,0 % y un 5,0 % de ceniza T, basandose en el peso total de la harina de cemento sin procesar, que presenta los siguientes modulos de control:

Materiales

Caliza

66,4 %

Arcillas

29,1 %

Materiales

Mineral de Hierro

1,5 %

Ceniza T

3,0 a 5,0 %

LFS

96 - 97 %

SM

2,0 -2,4

AM

1,9 -2,0

Antes de alimentar la harina de cemento sin procesar optimizada, se anade fluorita en la cantidad de un 0,30% basandose en el peso total de la harina de cemento sin procesar optimizada con el fin de fomentar la formacion de 5 fases.

La harina de cemento sin procesar optimizada se alimenta en un horno de formacion de clinker pasando a traves de un calentador previo en el que el contenido de SO3 O2 se controla en la entrada del horno para asegurar la oxidacion del compuesto de azufre, y se comprueba que el contenido de CO en la entrada del horno sea inferior o igual a 500 10 ppm. La reaccion de formacion de clinker en el horno se produce a una temperatura de 1300 °C y se requiere un tiempo de permanencia adecuado con el fin de permitir un aumento de la fijacion de hasta un 100% del azufre generado por la combustion del combustible solido en la harina de cemento sin procesar calcinada tal como CaSO4 y otros compuestos sulfatados. Esto creara un clinker con las siguientes fases mineralogicas adicionales:

Fases mineralogicas del clinker

C3S

+ + + +

C2S

+ + +

C4AF

+ +

C3A

+ +

CS

+

15

Una vez que se ha producido la reaccion de formacion de clinker y se han formado nuevas fases adicionales, el clinker se conduce a un enfriador satelite en el que el clinker resultante tiene la siguiente composicion:

Compuesto

Clinker (%)

SiO2

20,32

Al2O3

5,91

Fe2O3

3,16

CaO

63,79

MgO

1,26

SO3

2,99

Na2O

0,29

K2O

1,09

TiO2

0,26

P2O5

0,10

Mn2O3

0,12

Compuesto

Clinker (%)

CaF2

0,71

TOTAL

100,0

Cal Libre

0,77

LFS

96,75

SM

2,24

AM

1,87

Claims (5)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo con el fin de producir clmker de cemento Portland a temperatures bajas entre 1250 y 1300 °C, que incluye las etapas de:

   a) preparar una harina de cemento sin procesar basandose en el Factor de Saturacion de Cal (LSF), el Modulo de Sflice (SM) y el Modulo de Alumina (AM) y el ajuste del refinamiento de la mezcla sin procesar, con el LSF siendo inferior a 1, el SM entre 2 y 3 y el AM entre 0 y 3, y el ajuste del refinamiento debe ser aproximadamente un 80 % del refinamiento en una malla n.200 (aproximadamente 75 micrometros);

   b) alimentar la harina de cemento sin procesar;

   c) calentar previamente la harina de cemento sin procesar;

   d) calcinar la harina de cemento sin procesar calentada previamente;

   e) sintetizar la harina de cemento sin procesar calcinada con el fin de producir clinker de cemento Portland; y

   f) enfriar el clinker de cemento;

   Este proceso se caracteriza por lo siguiente:

   los modulos de control de la etapa a) para la preparacion de la harina de cemento sin procesar se basan en el

   contenido de azufre del combustible solido que se quemaran y se fijaran en la harina de cemento sin procesar

   calcinada;

   la harina de cemento sin procesar no incluye compuestos sulfatados, en su lugar contiene un agente que se anade con el fin de fomentar la formacion de las fases de clinker en la harina de cemento sin procesar antes de la alimentacion en la etapa b); y

   los parametros de funcionamiento del horno se controlan como sigue a continuacion:

   i) Tiempo de permanencia de la harina de cemento sin procesar en el horno;

   ii) SO3 y O2 en la entrada del horno para asegurar la oxidacion del compuesto de azufre creado por el combustible con un contenido de azufre de al menos un 6,5 %;

   iii) CO en la entrada del horno inferior o igual a 500 ppm; y

   iv) Temperatura en el horno entre 1250 y 1300 °C; con el fin de permitir, si no totalmente, al menos un

   aumento de la fijacion del azufre generado por la combustion del combustible solido en la harina de cemento sin procesar calcinada tal como CaSO4 con el fin de crear nuevas fases adicionales.
2. 2. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, tambien caracterizado por el hecho de que el combustible solido usado para calentar previamente, descarbonatar y sintetizar la harina de cemento sin procesar es coque de petroleo con un contenido de azufre superior a un 6,5 % de su peso total.
3. 3. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, tambien caracterizado por el hecho de que el agente usado con el fin de fomentar la formacion de fases de clinker se selecciona entre el grupo formado por: escoria residual del acero, cobre e industrias similares; fluorosilicato calcico, sales de metales pesados tales como cinc, cobre, molibdeno; sales alcalinas de sodio, potasio o litio, fluorita, escoria de materiales preciosos tales como oro, plata y platino.
4. 4. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por el hecho de que incluye la etapa de:

   anadir un corrector a la composicion de clinker resultante para ajustar el contenido del agente que fomenta la formacion de fases.
5. 5. Un proceso de acuerdo con la reivindicacion 4, tambien caracterizado por el hecho de que el corrector de la composicion de clinker resultante se selecciona entre el grupo formado por: anhidrita, bastnasita, pirita, langbeinita, bario, cualquier residuo industrial que contenga azufre, gases de desulfuracion de gases de combustion, polvos de hornos de cemento y/o mezclas de los mismos.