MXPA05012911A - Metodo de fabricacion de cemento aluminoso de rapida adquisicion de resistencia mecanica. - Google Patents

Abstract

Esta invencion se refiere a un cemento aluminoso de rapida adquisicion de resistencia mecanica, que mantiene una vida util de hasta 70 anos en condiciones de servicio normal, que tiene un alto poder refractario, y que adquiere el 70 % de sus resistencia final a las 96 horas de haber fraguado. Cemento aluminoso que se caracteriza por tener una finura superior a los 3450 cm2/g y que permite la reduccion del agua necesaria para lograr un revenimiento determinado. Cemento aluminoso de rapida adquisicion de resistencia mecanica que tiene un contenido de alumina de 35 %y citrato de sodio en un contenido entre 0.05 y 0.12% El objetivo de la presente patente es el proteger la tecnologia quimica de la fabricacion de este cemento aluminoso. No se consideran, problemas puramente mecanicos de canteras, circulacion de materiales, proyecto de maquinaria, economia del combustible o de la energia.

Description

" ETODO DE FABRICACIÓN DE CEMENTO ALUMINOSO DE RÁPIDA ADQUISICIÓN DE RESISTENCIA MECÁNICA" ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Dicho en pocas palabras, el cemento Pórtland se hace de la manera siguiente: Un material arcilloso y un material calizo se trituran, mezclan y muelen hasta reducirlos a polvo fino. La composición de esta mezcla debe permanecer constante dentro de unos límites estrechos, pues cualquier alejamiento del punto óptimo redundaría en perjuicio de la calidad. La mezcla y molido puede efectuarse en seco (vía seca) o con agua (vía húmeda). De todos modos es esencial, sea cual fuese el método de preparación, que la mezcla tenga la dosificación correcta, esté finamente molida e íntimamente mezclada antes de entrar al horno.

Hablando en general, para hacer cemento Pórtland, se puede usar toda clase de materiales, que al calcinarse den la debida composición química. Pero teniendo en cuenta la economía, el número de estos materiales es muy limitado. Los materiales aprovechables calizos, son: caliza, roca de cemento, creta, marga, conchas marinas y residuos de la fabricación de álcalis.

Sin embargo, se ha encontrado que algunos componentes son perjudiciales en el cemento, y ello limita aún más las calizas, margas, etcétera, que son aprovechables. Generalmente son inadecuadas las calizas u otras sustancias calcáreas ricas en carbonato magnésico porque una cantidad superior al 5 % de magnesia se considera perjudicial en el cemento Pórtland, y no está permitida en las especificaciones normales. Vetas de yeso o pirita pueden hacer que el contenido en sulfato del producto sea excesivo. La creta contiene a veces nodulos de pedernal que hay que quitar, y la marga puede tener una cantidad excesiva de arena silícea.

La caliza muy pura es dura y necesita una gran cantidad de energía para su molido. Pero si se encuentra mezclada con pizarra es más blanda. La roca de cemento, que se encuentra en gran abundancia en el Valle de Lehigh, es una caliza que contiene tal cantidad de materia arcillosa que no hay que añadir alguna caliza adicional o usar una mezcla hecha con rocas ricas y pobres en cal. La marga es un material calcáreo sedimentario formado en el fondo de algunos lagos y a menudo mezclado con gran cantidad de pequeñas conchas. Se explotan importantes yacimientos de margas y conchas marinas en Michigan y en Norfolk (Virginia). En Texas y Redwood (California), hay fábricas que trabajan con éxito usando como material calizo antiguos lechos de conchas de ostras. La creta se usa en Luisiana, y en gran escala en Inglaterra y Europa. En Michigan, el carbonato calcico precipitado obtenido como residuo de la fabricación de la sosa cáustica por el proceso Le Blanc, se ha utilizado para hacer cemento Pórtland.

Los materiales arcillosos que se pueden utilizar para hacer cemento Pórtland son: arcilla, pizarra, esquisto, escoria de altos hornos, cenizas y rocas de cemento.

Se ha sabido también desde hace mucho tiempo que el silicato tricálcico existe a la temperatura ordinaria sólo en un estado metaestabie, y que se disocia en CaO y en C2S cuando se mantiene a temperaturas entre 1000 y 1300 grados centígrados durante largos períodos. El magma de material intersticial dentro del cual aparecen los cristales de silicato tricálcico y bicálcico, está compuesto principalmente de las fases que fueron líquidas a la temperatura de clinkerización.

Cuando se calientan juntos CaO y A1203 se pueden formar cuatro compuestos, de los cuales, sólo el C3A y el C3A3 o C12A7 pueden existir en las mezclas ricas en cal del cemento Pórtland.

Si se calienta a 1535 grados centígrados, se alcanza el punto cuádruple en que CaO y C3A existen en equilibrio con líquido. Se puede observar que la composición del líquido en este momento es de 57 % de CaO y de 43 % de AI203. Al sustraer calor sin cambio de la temperatura a 1535 grados centígrados, es la formación de C3A y la desaparición de CaO conforme decrece la cantidad relativa de líquido a sólidos.

En la fabricación del cemento Pórtland, las temperaturas de que se dispone no son suficientemente altas para convertir al estado líquido todos los materiales. En tal caso, algunas de las reacciones por las cuales se producen los compuestos han de realizarse entre el estado sólido y el líquido, e incluso entre dos o más cuerpos sólidos en contacto. Para que tenga efecto tal suceso, se necesita tiempo para que tales reacciones se completen, el cual dependerá de varios y diversos factores, como son la composición química o naturaleza de los materiales crudos, la cantidad de superficie que presentan los granos, la perfección de la diseminación obtenida en las diversas fases de la mezcla pulverizada, y la temperatura.

Del mismo modo, puesto que estas reacciones continuarán durante el proceso de enfriamiento, el grado de enfriamiento necesario para que se mantenga el equilibrio, dependerá de la composición. Finalmente, el enfriamiento rápido haría que una porción del líquido se solidifique en forma vitrea, mientras que la misma hubiera cristalizado con un enfriamiento más lento.

La mezcla pasa entonces al horno rotativo donde se calienta lentamente hasta el punto de clinkerización. Ei agua y el anhídrido carbónico han sido expulsados antes de alcanzar la zona de clinkerización. Al acercarse a las regiones más calientes se producen las reacciones químicas entre los constituyentes de la mezcla cruda. Durante estas reacciones se forman nuevos compuestos y algunos de ellos funden, quedando la carga parcialmente fundida. El clinker entonces cae a uno de los diferentes enfriadores, o se coloca en el montón de clinker donde se enfría, algunas veces, con una lluvia de agua. Cuando está frío, se mezcla con una cantidad cuidadosamente calculada de yeso cocido o crudo y la mezcla se muele hasta quedar convertida en un polvo muy fino, que es el cemento Pórtland del comercio.

El yeso o sulfato de calcio se añade en pequeñas cantidades en la molienda final para controlar el tiempo de fraguado y evitar el falso fraguado. Sin embargo, si el contenido de yeso no es debidamente monitoreado, una pequeña variación en las proporciones establecidas de los componentes principales en la mezcla de roca molida, puede ser suficiente para alterar completamente las caracteristicas de la mezcla o las propiedades del ce mento.

Dicho cemento, obtiene características semejantes a las de una roca al endurecer que se comporta como un sólido dieléctrico de gran densidad que impide el paso de la luz a través de él, así mismo tiene una gran peso volumétrico y comportamiento mecánico similar al de una roca.

Con la finalidad de suprimir éstos y otros inconvenientes, se pensó en el desarrollo de un método de fabricación de cemento Pórtland que permita fabricar un cemento refractario en un horno rotativo y por vía seca, que se pretende proteger mediante la siguiente descripción.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN de esta novedosa forma de obtención de cemento Pórtland se siguiente descripción siguiendo los mismos signos de referencia pr mer paso en e mezc ado de materias primas debe darse en la cantera con el uso de cucharas de vapor, reuniendo una cucharada de arcilla y dos de piedra, o dos vagonetas de una roca y tres de otra. La roca deberá de pasar ahora por una batería de trituradoras y quedar convertida en gravilla.

El proceso de clinkerización deberá de estar entre los 1520 y los 1580 grados centígrados. El crudo esta constituido en un entre un 53 y 59 % por AI203 y entre un 47 y un 41 % de CaC03, para obtener un clinker con una composición de óxido de sílice con un contenido inferior a 0.7 %, un contenido de alúmina de 71 % y un contenido de Óxido de hierro menor al 0.2 %.

La mezcla pasa entonces al horno rotativo donde se calienta lentamente a 1535 grados centígrados hasta el punto de clinkerización. El agua y el anhídrido carbónico han sido expulsados antes de alcanzar la zona de clinkerización. Al acercarse a las regiones más calientes se producen las reacciones químicas entre los constituyentes de la mezcla cruda. Durante estas reacciones se forman nuevos compuestos y algunos de ellos funden, quedando la carga parcialmente fundida. El clinker entonces cae a uno de los diferentes enfriadores, o se echa en el montón de clinker donde se enfría.

Si la mezcla se hace como se ha dicho, entonces, por una constante vigilancia del contenido de alúmina de la misma, se pueden introducir diferentes cambios en las cantidades de arcilla o caliza, al echarlas en las trituradoras, si estos cambios son necesarios para conservar una constancia aproximada en la composición, pero si se ve que la piedra molida que está en los depósitos tiene un contenido mayor o menor de alúmina, se mezcla el contenido de dos o más depósitos en tal que proporción tal que la mezcla quede lo más cercana de la composición adecuada.

El enfriamiento del clinker puede ser mediante un enfriador cerrado con circulación de aire, donde el aire de la refrigeración del clinker se utiliza como aire secundario o inclusive hasta primario de combustión en los hornos, permitiendo una economía en el combustible, así como una mejor calcinación del clinker, el inmediato aprovechamiento del clinker para el molino y una mayor facilidad de molienda, así como mejores resistencias y mayor estabilidad de volumen en el cemento. los molinos, se mezcla con una cantidad cuidadosamente calculada de un por piedra de yeso (CaSO4.2H20) o yeso cocido (CaS04 1/2 H20) pues sin cemento con agua para formar el concreto, puede fraguar con excesiva De acuerdo a esta invención, el yeso que se añade al clinker esta compuesto por una mezcla de hemihidrita y anhidrita, y la cantidad total de esto, debe de estar entre el 15 y el 20 % del total del peso del trióxido de azufre presente en el cemento. La proporción de la mezcla de hemihidrita y anhidrita deberá de ser de uno a uno en peso.

La cantidad de yeso crudo o cocido, la limita el contenido de alúmina que se añadirá al clinker. Dicha cantidad de alúmina deberá de ser tal que el cemento o producto final deberá de tener un contenido de 35 % de alúmina para un contenido de clinker de 60 %, Citrato de Sodio en un contenido entre 0.05 y 0J2 %. La mezcla de clinker, yeso crudo o cocido, y los otros constituyentes, se muelen con un área superficial que se especifica para cada tipo de cemento, ya que el cemento desarrollará resistencia mucho más rápido en cuanto más fino sea. Es en este proceso donde se debe de añadir con la piedra de yeso o yeso cocido al clinker.

El proceso de molienda debe de ser tal que se obtenga una finura superior a los 3450 cm2/g, que se debe de monitorear por medio del por ciento de material que atraviesa un tamiz del número 100 0 200 (luz libre de las mallas 0.147 y 0.074 milímetros, respectivamente). En dado caso que el cemento no tenga la finura arriba mencionada, deberá de regresar a una nueva etapa de molienda hasta obtener la establecida.

Ya molido y aún caliente por efecto de la molienda, se almacena en silos por al menos un periodo de 3 días, y no más de 5, para que todas las pequeñas cantidades de cal que han quedado sin combinar durante la calcinación se hidrate y carbonate por reacción con el agua y el anhídrido carbónico del aire y puede entonces llegar a perder la expansión que le daría si se mantuviesen estas partículas sin combinar de cal.

Claims (9)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente nuestra invención, consideramos como una novedad y por lo tanto reclamamos como de nuestra exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Cemento aluminoso de rápida que permite ya una vez fraguado una rápida adquisición de resistencia mecánica.

2. Cemento aluminoso de rápida adquisición de resistencia mecánica, que se caracteriza por que el clinker que lo forma, tiene una proporción de la mezcla de hemihidrita y anhidrita de uno a uno en peso.

3. Cemento aluminoso de rápida adquisición de resistencia mecánica, que permite la reducción del agua necesaria para lograr un revenimiento determinado.

4. Cemento aluminoso de rápida adquisición de resistencia mecánica, que se caracteriza por tener una finura superior a los 3450 cm2/g.

5. Cemento aluminoso de rápida adquisición de resistencia mecánica, que adquiere hasta el 70 % de su resistencia final a las 96 horas, ya una vez hidratado.

6. Cemento aluminoso de rápida adquisición de resistencia mecánica, que tiene un contenido de alúmina de 35%.

7. Cemento aluminoso de rápida adquisición de resistencia mecánica, que mantiene una vida útil en condiciones de servicio normal de hasta 70 años.

8. Cemento aluminoso de rápida adquisición de resistencia mecánica, que tiene un alto poder refractario.

9. Cemento aluminoso de rápida adquisición de resistencia mecánica, que tiene citrato de sodio en un contenido entre 0.05 y 0.12 %.