MXPA96003697A - Proceso para la fabricacion de cemento en susdiferentes tipos y clases mediante un nuevoproceso de germinacion por cristalizacion de lasfases ya cristalizadas del cemento, o de susmaterias primas calcinadas, añadido(as) - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso de fabricación de clinker, mediante la germinación por cristalización de las fases ya cristalizadas del cemento, o de su clinker, consistente en 2 etapas que son las siguientes:Primera etapa.- Consiste en adicionar el cemento cristalizado de cualquier marca, en un moliendo y/o el horno, previamente o durante la calcinación del clinker. Segunda etapa.- en el interior consiste en calcinar el cemento cristalizado del horno, los cristales se activan y adquieren tamaño teniendo más producción y mas resistencia debido al aumentode cristales en el interior del horno.

Description

PROCESO PARA LA FABRICACIÓN DE CEMENTO EN SUS DIFERENTES TIPOS Y CLASES MEDIANTE UN NUEVO PROCESO DE GERMINACIÓN POR CRISTALIZACIÓN DE LAS FASES YA CRISTALIZADAS DEL CEMENTO, O DE SUS MATERIAS PRIMAS CALCINADAS, AÑADIDO(AS).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

La historia del Cemento se remonta a los tiempos en que el hombre comenzó a usar arcilla aglutinante para mantener las piedras juntas; Pasando por la época de los Egipcios, quienes lo hacían de Cal y Yeso calcinado; De los Griegos quienes calcinaban la Cal con Conchas Marinas; Y los Romanos, quienes lograban el mejor producto mediante el empleo de una mezcla de Cal calcinada y Cenizas Volcánicas. Posteriormente se logró el Cemento denominado Tipo Portland, mediante la calcinazión en un horno de una parte de Arcilla y tres partes de Caliza, moliendo después el producto hasta convertirlo en polvo fino. Actualmente el proceso de elaboración se reduce a triturar la Arcilla o las Pizarras, aparte la piedra Caliza o de las Escorias de altos hornos y luego mezclar dichos materiales en las proporciones químicamente calculadas. Después de pulverizar la mezcla se lleva a hornos apropiados para calcinarla, sometiéndola a una temperatura tan alta que no llegue a fundirse, sino a Clinkerizarce. Es por ello que a esta mezcla de materias primas que salen del horno se le ha dado en llamar umversalmente desde hace muchísimos años : CLINKER, nombre que utilizaremos de aquí en adelante para esta mezcla de materias primas calcinadas. El CLINKER se muele hasta reducirlo a un polvo finísimo y durante la molienda se añade una pequeña cantidad ( 3% ) de Yeso crudo a fin de controlar el tiempo de fraguado del cemento. Y con ello obtener un cemento que cumpla las especificaciones nacionales en sus diferentes tipos. Se han sugerido muchos métodos para lograr la producción de un CLINKER uniforme de composición prefijada. A continuación trataremos de los fundamentos Químicos de realización de estos controles para estimar la composición de las fases del CLINKER. Después del estudio de varias fórmulas propuestas se llegó a la conclusión que el ÍNDICE DE CEMENTACIÓN O SATURACIÓN de la Cal está dado por la relación de la neutralización de los compuestos equimoleculares básicos ( CaO y MgO ) contenidos en la piedra caliza; Con las relaciones químicas equimoleculares de los compuestos ácidos contenidos en la Arcilla ( Si 02 AI2 ?3 Fe2 O2 ) que está representado en la siguiente fórmula Ca O + 1.4 Mg O / 2.8 Si 02 + 1.1 AI2 03 + 0.7 Fe203 = 1 Una pequeña variación en las proporciones establecidas en el proceso de elaboración del CLINKER de cualquiera de los componentes principales en la mezcla puede ser suficiente para alterar las propiedades del cemento. Las series de reacciones comienzan con la cesión de agua física y combinada químicamente con los minerales de la arcilla, con lo que la Al2 03 y el Fe2 03 se hacen reactivos y comienzan a combinarse con la Ca O del Ca C?3; A partir de la Ca O y del Si O2 se produce rápidamente el S C2 (Silicato de Calcio ) cuya cuantía se amplía a 1,000 °C aproximadamente. Parte de la sílice de la ardilla se combina también con la Ca O que como se indicó antes, se va paulatinamente liberando del Ca C?3 a partir de 1,000 °C. La liberación de la Ca O acelera tan intensamente la combinación de la Si O2 que alrededor de 1,200°C da origen a que la Ca O residual presente sea combinada también con la silice con efecto extermico.

A partir de 1,400 °C aproximadamente, la mayor parte de C2 S ( Silicato Dicálcico ) por incorporación de Ca O pasa a CJ S ( Silicato tricálcico ) que contiene la máxima cantidad de Ca O como primer aluminato se forma el más pobre en Ca O a expensas de la alúmina liberada a los 550 °C el cual alrededor de los 1,000 °C se enriquece con Ca O hasta llegar a A C3 ( Aluminato Tricálcico ) mientras que otra parte es consumida en la producción de FA C4 ( Ferro Aluminato Tetra Calcico ). El Fe2 03 inicia su reacción con el Ca O simultáneamente con la de la Al2 03 y forma un fluido de composición F C2 ( Ferrito Dicálcico ), el cual con el tipo aluminóse con composición desde A C a C3 A alrededor de los 1,400 °C da lugar al FA Ct o en el estado de fusión fluida. El A C3 y FA C4 no se presentan en el CLINKER en forma de cristales tal como ocurre con C2 S y C3 S; Son solo dos componenetes de la fracción de la masa intersticial fluida en estado de fusión que importa aproximadamente de 25 a 30 % del CLINKER, la cual solo después de la solidificación se subdibide en una parte aluminosa y otra ferrítica cristalográficamnete orientadas. La Química - Física con sus doctrinas de los equilibrios en sistemas fundidos como los que se ofrecen en la cocción del CLINKER ha llegado a adquirir un significado decisivo. Todo ello ha conducido a la introducción de cálculo de fases que contienen el material científico teórico y práctico de la química del cemento que marcan las variaciones de la composición mineralógica y química que favorecen o perturban el comportamiento del CLINKER durante su cocción. La historia de la investigación acerca de la fase esencial del CLINKER Alita( Silicato tricálcico ) ha sido resumida por Le Chatelier, quién por observación microscópica estableció la existencia de Alita y la señaló como soporte de las propiedades hidráulicas y de resistencias del Cemento Portland y dio a la fase cristalina observada en el microscopio composición química parecida al C3 S ( Silicato Tricálcico ) el nombre de ALITA, a las fases siguientes las llamó: BELITA ( Silicato Dicálcico ) C2 S CELITA ( Aluminato Tricálcico ) C3 A FELITA ( Ferrro Aluminato Terta Calcico ) C4 AF La cuantía de la Alita en el CLINKER se mueve entre 55 y 65% mientras que la de la Belita se mueve entre el 15 y 30% y en los especiales de bajo calor de hidratación hasta el 40 %. La Celita y la Felita se solidifican no en forma vitria sino que se cristalizan. Su cuantía en el CLINKER varia entre 20 a 25% y en casos especiales hasta 30% de la masa total para garantizar una buena sinterización en el CLINKER. En la calcinación técnica del CLINKER el material crudo no se funde completamente en el horno ( al rededor de 1,900 °C ) simplemente se calcina a temperaturas de 1,420 a 1,450 °C. Esto es por que solo llega a estar sinterizado o Clinkerizado pero no fundido. El proceso de Clinkerización durante la calcinación del crudo es debido a la fusión completa. Durante este periodo se completan las reacciones químicas por la difusión que hace posible el fundente. Se asimila la silice y todas las combinaciones de la cal se llevan a la basicidad máxima. Los constituyentes se disuelven unos con otros, los más refractarios en los más fusibles formando soluciones sobresaturadas para terminar con la CRISTALIZACIÓN de la ALITA durante el proceso de enfriamiento y finalmente la CRISTALIZACIÓN de los otros constituyentes ( Belita, Celita y Felita ).

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN. Debido a nuestra conclusión de que el ÍNDICE DE CEMENTACIÓN O SATURACIÓN de la Cal está dado por la relación de la neutralización de los compuestos equimoleculares básicos ( CaO y MgO ) contenidos en la piedra caliza; Con las relaciones químicas equimoleculares de los compuestos ácidos contenidos en la Arcilla ( Si 02 Al203 Fe2 O2 ) que está representado en la siguiente fórmula Ca O + 1.4 Mg O / 2.8 Si 02 + 1.1 Al2 03 + 0.7 Fe2 03 = 1 Y, a que cualquier variación en las proporciones establecidas en el proceso de elaboración del CLINKER de cualquiera de los componentes principales en la mezcla puede ser suficiente para alterar las propiedades del cemento. Y debido a que en los procesos convencionales de fabricación del Clinker, las series de reacciones comienzan con la cesión de agua física y combinada químicamente con los minerales de la arcilla, con lo que la Ab ?3 y el Fe203 se hacen reactivos y comienzan a combinarse con la Ca O del Ca C?3; A partir de la Ca O y del Si 02 se produce rápidamente el S C2 (Silicato de Calcio ) cuya cuantía se amplía a 1,000 °C aproximadamente. Y, con base en que parte de la silice de la ardilla se combina también con la Ca O que como se indicó antes, se va paulatinamente liberando del Ca C03 a partir de 1,000 °C. Luego entonces, la liberación de la Ca O acelera tan intensamente la combinación de la Si ? que alrededor de 1,200°C da origen a que la Ca O residual presente sea combinada también con la silice con efecto extermico. A partir de 1,400 °C aproximadamente, la mayor parte de C2 S ( Silicato Dicálcico ) por incorporación de Ca O pasa a C3 S ( Silicato tricálcico ) que contiene la máxima cantidad de Ca O como primer aluminato se forma el más pobre en Ca O a expensas de la alúmina liberada a los 550 °C el cual alrededor de los 1,000 °C se enriquece con Ca O hasta llegar a A C3 ( Aluminato Tricálcico ) mientras que otra parte es consumida en la producción de FA C4 ( Ferro Aluminato Tetra Calcico ). El Fe2 03 inicia su reacción con el Ca O simultáneamente con la de la Al2 03 y forma un fluido de composición F C2 ( Ferrito Dicálcico ), el cual con el tipo aluminoso con composición desde A C a C3 A alrededor de los 1,400 °C da lugar al FA C4 o en el estado de fusión fluida. El A C3 y FA C4 no se presentan en el CLINKER en forma de cristales tal como ocurre con C2 S y C3 S; Son solo dos componenetes de la fracción de la masa intersticial fluida en estado de fusión que importa aproximadamente de 25 a 30 % del CLINKER, la cual solo después de la solidificación se subdibide en una parte aluminosa y otra ferrítica cristalográficamnete orientadas. Y, como la historia de la investigación acerca de la fase esencial del CLINKER Alita( Silicato tricálcico ) ha sido resumida por Le Chatelier, quién por observación microscópica estableció la existencia de Alita y la señaló como soporte de las propiedades hidráulicas y de resistencias del Cemento Portland y dio a la fase cristalina observada en el microscopio composición química parecida al C3 S ( Silicato Tricálcico ) el nombre de ALITA, a las fases siguientes las llamó: BELITA ( Silicato Dicálcico ) C2 S CELITA ( Aluminato Tricálcico ) C3 A FELITA ( Ferrro Aluminato Terta Calcico ) C4 AF Finalmente, ya que la cuantía de la Alita en el CLINKER se mueve entre 55 y 65% mientras que la de la Belita se mueve entre el 15 y 30% y en los especiales de bajo calor de hidratación hasta el 40 %. La Celita y la Felita se solidifican no en forma vitria sino que se cristalizan. Su cuantía en el CLINKER varia entre 20 a 25% y en casos especiales hasta 30% de la masa total para garantizar una buena sinterización en el CLINKER. Por lo tanto, se asimila la silice y todas las combinaciones de la cal se llevan a la basicidad máxima. Los constituyentes se disuelven unos con otros, los más refractarios en los más fusibles formando soluciones sobresaturadas para terminar con la CRISTALIZACIÓN de la ALITA durante el proceso de enfriamiento y finalmente la CRISTALIZACIÓN de los otros constituyentes ( Belita, Celita y Felita ).

Es por ello que al momento que se están formando SOLUCIONES SOBRESATURADAS, si se le agrega el cemento, o el clinker de este (ELEMENTOS DE LA INVENCIÓN ), con sus constituyentes Alita, Belita, Celita y Felita. Se produce entonces la CRISTALIZACIÓN COMPLETA de los constituyentes del CLINKER. Lo cual origina en la práctica un AUMENTO EN LA PRODUCCIÓN. Al agregar EL CEMENTO, O EL CLINKER DE ESTE, como materia prima del nuevo proceso, la dosificación de las materias primas intervinientes quedará dentro de los rangos siguientes : Caliza : Desde 60.00% hasta 90.00% Hematita : Desde 1.00% hasta 5.00% Arcilla : Desde 10.00% hasta 30.00% Cemento, o Clinker : Desde 0.01% hasta 5.00% La variación del porcentaje a dosificar de cada materia prima depende de la variación en los componentes de la piedra caliza, la arcilla y la hematita. La docificación del Cemento, o de su Clinker, materia prima novesosa del nuevo proceso, se podrá realizar desde el momento mismo de docificación de las materias primas convencionales, hasta al final del proceso de calcinación en el horno; Y por supuesto en cualquier otro punto intermedio, según convenga de acuerdo con la distribución específica de la planta productora de cemento. CON ESTE NUEVO PROCESO LA COMPLETA CRISTALIZACIÓN, SE IMPULSA POR GERMINACIÓN, ES DECIR POR ADICIÓN DE SUSTANCIAS CRISTALIZADAS DE LAS FASES YA CRISTALIZADAS DEL CEMENTO, O DE SU CLINKER, QUE SE LE AGREGA. Basta la incidencia de una pequeña acción externa para activar el sistema y como el cemento o su clinker, es más rico en cal que silice, TANTO ES MAYOR SU TENDENCIA A CRISTALIZAR LOS COMPONENETES FUNDIDOS DEL CLINKER tales como C2 S4 y C4 AF al agregar los componentes cristalizantes, elevan de modo esencial la fluidez de los fundidos y con ello su poder de aglomeración logrando la cuantía de líquido necesario para la granulación con cantidades muy pequeñas de fase fundida. El grado de enfriamiento no dará nunca una completa cristalización como lo puede dar la GERMINACIÓN POR LA CRISTALIZACIÓN DE LAS FASES YA CRISTALIZADAS DEL CEMENTO, O DE SU CLINKER, AÑADIDO. EJEMPLO DE REALIZACIÓN. Se realizó una prueba práctica en una planta de fabricación de cemento en la que el molino de crudo molía 100 toneladas por hora, por lo tanto se dosificó la siguiente mezcla. Caliza : 76.95% ; Arcilla : 20.50%; Hematita : 2.50% ;Cemento : 0.05% La arcilla, caliza y hematita se encontraban perfectamente dosificadas por los poidómetros existentes. El material de la invención, en esta ocasión únicamente Cemento , se agregó a la mezcla para moler a razón de 0.05%, que en este caso correspondía a un costal de 50 Kg. por hora. Esta mezcla como se observa, no es uniforme y con todo y esta desuniformidad se obtubo un aumento en la producción de CLINKER en el horno, de un 10.00% aproximadamente. Esto propiciado por el nuevo proceso de GERMINACIÓN POR CRISTALIZACIÓN DE LAS FASES YA CRISTALIZADAS DEL CEMENTO AÑADIDO. En el ejemplo se observó que : a) Se puede agregar a la mezcla CLINKER SIN MOLER EN LUGAR DE CEMENTO, de esta manera se dá un pequeño ahorro económico. b) La dosificación de la invención : CEMENTO O CLINKER puede realizarse desde 0.01% hasta 5.0%, dependiendo de la producción que se quiera aumentar, tomando en cuenta las condiciones físico-mecánicas del equipo.

Claims (4)

REIVINDICACIONES. Habiendo descrito la invención, se considera como una novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes CLAUSULAS.

1. Un nuevo proceso de fabricación de CLINKER, MEDIANTE LA GERMINACIÓN POR CRISTALIZACIÓN DE LAS FASES YA CRISTALIZADAS DEL CEMENTO, O DE SU CLINKER, por la adición de CEMENTO, O DE SU CLINKER a la mezcla de materias primas.

2. El procedimiento de conformidad con la cláusula 1, caracterizado en que EL CEMENTO, O EL CLINKER DE ESTE, se añade en una proporción entre 0.01% hasta el 5.00% de la mezcla total de materias primas, dentro del siguiente rango de docificación de materias primas totales : Caliza Desde 60.00% hasta 90.00% Arcilla Desde 10.00% hasta 30.00% Hematita Desde 1.00% hasta 5.00% Cemento, o Clinker. Desde 0.01% hasta 5.00%

3. El procedimiento de conformidad con la cláusula 1, caracterizado en que EL CEMENTO, O EL CLINKER DE ESTE, se añade desde la mezcla de materias primas antes de su llegada a la planta, en cualquier momento de su preparación para la entrada al horno de clinkerización, o en el mismo horno antes de que salga el material ya clinkerizado.

4. El procedimiento de conformidad con la cláusula 1, caracterizado en que EL CEMENTO, O EL CLINKER DE ESTE, que es añadido puede ser de cualesquiera de los DIFERENTES TIPOS Y CLASES: PORTLAND GRIS tipos I, II, III, IV y V ; PUZOLÁNICO; BLANCO; ESPECIALES PARA PERFORACIONES PETROLERAS TIPOS I, II, IV, y V en sus CLASES A, B, C, D, E, F, G, y H. Siempre y cuando se quiera fabricar cualquier tipo o clase de cemento y se le agrege el mismo tipo o clase de cemento o clinker de la invención.