WO2013191524A1 - Mezcla cruda para la elaboración de clinker, y la subsecuente producción de cemento tipo portland, y concretos resistentes al ataque ácido químico directo - Google Patents

Mezcla cruda para la elaboración de clinker, y la subsecuente producción de cemento tipo portland, y concretos resistentes al ataque ácido químico directo Download PDF

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WO2013191524A1
WO2013191524A1 PCT/MX2012/000057 MX2012000057W WO2013191524A1 WO 2013191524 A1 WO2013191524 A1 WO 2013191524A1 MX 2012000057 W MX2012000057 W MX 2012000057W WO 2013191524 A1 WO2013191524 A1 WO 2013191524A1
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cement
potassium
clinker
production
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PCT/MX2012/000057
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Luis Emilio RENDÓN DIAZ MIRÓN
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Instituto Mexicano De Tecnologia Del Agua
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    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/02—Portland cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/23—Acid resistance, e.g. against acid air or rain

Definitions

  • the present invention relates, in general, to the cement industry and, particularly, to crude mixtures that are used for the production of cement clinker adapted to be used in the preparation and preparation of Portland-type cement and, subsequently, concrete resistant to direct chemical acid attack (AAQD).
  • AAQD direct chemical acid attack
  • Portland Cement usually does not have good resistance to acid attack, acids attack concrete by dissolving the hydrated and non-hydrated compounds (susceptible to acid attack) of the cement as well as the calcareous aggregate . In most cases, the chemical reaction forms water-soluble calcium compounds, which are then leached and lost. Siliceous aggregates are resistant to most acids and other chemical products and it is specified that in order to improve the chemical resistance of concrete, the presence of this type of compound must be increased. In an acid medium, deterioration of the concrete begins to manifest itself when using an acid solution with a pH of less than 6.5.
  • Russian patent No. RU 2058952 Cl 960427 from PATENT PRIZ CO LTD, Author (Inventor): Zubekhin S A; Yudovich B. E., describes a Portland cement clinker to give corrosion resistant concrete, where this principle of reduction of reactivity is handled by the addition of pozzolanic materials to neutralize calcium hydroxide.
  • This clinker contains calcium silicate; limestone,; silica, alumina, and iron oxide, etc. , giving conditions of low energy requirement.
  • the SIGI database of the IMPI displays, inter alia, the patent application MX / a / 1996/005755, dated November 19, 1996, which described a concrete, mortar and other hardenable mixtures containing ; 50 percent volatile ash and 50 percent cement in cementitious materials, arguing that they have superior properties of corrosion resistance, but do not include potassium feldspar.
  • the PatFt database of the Patent Office of the United States of America deploys, inter alia, the publication of patent 20030136305, of July 24, 2003; for a cement composition that is used in acidic environments and that contains liquid alkaline silicates. Evidently in this particular case it is not a Porland-type cement.
  • PatentScope database of the World Intellectual Property Organization deploys, inter alia, the publication WO 2004/044267, dated May 27, 2004, relating to a lithium nitrate additive that is added to a Cementitious material to produce structures constructed from said cementitious material and which are resistant to corrosion. Only that said Corrosion refers to the metals that are embedded in such structures.
  • the Espacenet database of the European Patent Office publishes, inter alia, the publication of patent application RU2243945, of January 10, 2005, regarding a binder to produce concrete based on type Portland, resistant to corrosion by sulphates, however, it is required the use of surfactants such as lignosulfonates or sulfated resins of melanin-formaldehyde or naphthalene formaldehyde.
  • cement and concrete and / or mortar compositions that could be located in a search of the state of the art in the aforementioned databases, differ radically, both in the preparation of the raw mixture from which is prepared the clinker, as the formulation of cement Portland type and concrete that can be produced from it.
  • cements and concretes and / or mortars of the state of the art do not contemplate the resistance to direct chemical acid attack.
  • the present invention describes and provides a crude mixture to obtain clinker useful in the production of Portland-type cement, as well as the production of Portland cement cement clinker resistant to acid solutions that dissolve the concrete by direct chemical acid attack.
  • Another object of the present invention is to provide a crude mixture to obtain clinker which makes use of constituent minerals of the crude mixtures which lack compounds susceptible to direct chemical acid attack and which contain potassium compounds and, in particular, constituent minerals that avoid the direct chemical acid attack that, according to the previous technical description, is very difficult to achieve due to the possible loss of the typical characteristics of a Portland type cement.
  • a further object of the present invention is to provide an acid attack which is obtained direct chemical
  • Still another object of the present invention is to provide a concrete made from Portland-type cement from a crude mixture from which clinker is obtained using constituent minerals that prevent direct chemical acid attack, thus preventing the corrosion and deterioration of concrete.
  • Figure 1 shows a normal concrete cube (control sample), before being subjected to the direct chemical acid attack process.
  • Figure 2 shows the normal concrete cube (witness sample), after having been subjected to the AAQD process. Clearly you can see a loss of mass.
  • Figure 3 shows a concrete cube resistant to direct chemical acid attack, prepared in accordance with the present invention, before being subjected to the AAQD process.
  • Figure 4 shows the cube of Figure 3, after having been subjected to the AAQD process. There is no appreciable loss of mass to the naked eye
  • the invention provides a method for obtaining a crude mixture composition for the production of cement clinker that does not favor the dissolution of the hydrated and non-hydrated compounds contained in the final composition of the concrete, with the partial substitution of the clay components and the ferrous components by potassium feldspar, elaborating with this cement clinker Portland type and later and with the normal process to obtain concrete resistant to the AAQD.
  • the invention therefore, provides, secondly, a crude mixture for the production of clinker in which the recommended composition will result in the obtaining of clinker, and from here, in the third place the invention provides a Portland type cement; and finally, and fourthly, the invention provides a concrete that will resist corrosion and deterioration by direct chemical acid attack.
  • potassium and its components is sought (this fact being verified with, for example, diffraction techniques of x-rays), whose presence should preferably be as potassium feldspar: this content of potassium will slightly affect the content of calcium and other alkaline and alkaline-earth elements without affecting the content of silica and iron in the following proportions, in percent mass:
  • the raw mixture for the production of cement clinker according to the present invention is prepared separately or simultaneously by grinding the starting components and mixing them together, in the case of separate grinding. Said milling can be carried out in the presence of water “wet milling” or without water “dry milling”.
  • the raw powder mixture resulting from dry grinding can be granulated with the addition of water in an amount of 6% to 9% to give granules with a diameter of 5 to 20 millimeters.
  • the crud mixture in the form of powder, granules or the crude mixture with water is fed to a furnace, where it is calcined at a temperature within the range of 1, 200 ° C to 1, 500 ° C. Subsequently, the resulting cement clinker is cooled to room temperature.
  • the components of the raw mixes using raw materials such as those widely used in the cement industry, according to the prior art, are selected so that the final product of the cement contains a high-basic silicate, a low-basic silicate, aluminate and calcium aluminoferrite, in such a ratio that allows the production of cement with a compressive force after 28 days of hardening from 200 kgf / cm 2 to 520 kgf / cm 2 .
  • the cationic components (Na, Fe, Mg and Ca) of the cement will be maintained with a sufficiently low concentration to achieve a Portland type cement with a potassium content between 5% and 14%, and with a compressive strength after 28 days of hardening of between 200 kgf / cm 2 at 520 kgf / cm 2
  • the inventor in accordance with the present invention and after intensive research and experimentation, found in a totally unexpected and novel way that he increased the amount of potassium in the normal formulation of Portland cement, by the addition of chemical related potassium compounds and structurally with the potassium feldspars, according to various embodiments of the present invention, considerably enhances the resistance to deterioration processes of the cement materials by the attack of acids as the main means of corrosion, where dissolution reactions take place by the reaction of the acids with the minerals contained in the concrete; noting that the high content of potassium allows to disable the chemical dissolution of these minerals.
  • potassium silicate confer particularly interesting properties in terms of avoiding deterioration by AAQD in concrete samples with cementitious materials other than Portland cement.
  • U.S. Patent No. 4,227,932 to George R. Leah and Robert R. Pierce discloses a single component (liquid) cement made based on potassium silicate, which forms a structure with unique vitreous characteristics, resistant to direct chemical acid attack. But obviously in this particular case it is not a Portland type cement.
  • the present invention takes advantage of this principle of the behavior of the structures of potassium aluminosilicate, firstly obtaining during the process of burning the clinker a mixture of high-basic silicate, a low-basic silicate, aluminate and calcium aluminoferrite, which gives a Portland type cement with a slight increase in potassium.
  • this novel cement behaves in the following way: a gel is formed which is constituted by the silicates resulting from the combustion process. Upon acquiring its rigid form, the silicates of the gel are directed by the small particles of the potassium feldspar and through a process of mineralization a solid with similar properties to those of the potassium feldspar is produced, that is, a cement resistant to the chemical acid attack. direct.
  • the final molecular structure (of cement resistant to AAQD) has properties similar to that of potassium feldspar, since this type of mineral is characterized by being insoluble in acids while having the presence of demixing bands.
  • the previous introduction of potassium with this type of mineral (feldspar potassium) in the clinker mixture facilitates the reaction with the subsequent additions of potassium feldspar and other constituents of Portland cement, allowing a structural metamorphosis during the setting process that constitutes the foundation of this patent to reduce the cause of the susceptibility to the mechanism by which the corrosion process is initiated-deterioration by direct chemical acid attack and finally the Portland cement resistant to the AAQD is produced, which is illustrated by the following description.
  • Potassium feldspar has a unique and unique role in transferring properties of resistance to AAQD to Portland cement.
  • Other materials such as silica sand or quartz (which is also resistant to AAQD) it only mixes or reacts only superficially with the clinker during the setting process, and does not transfer its innate properties of resistance to the AAQD, lacking the catalytic properties of potassium feldspar (which exist due to the similarity in chemical composition with the clinker ) What does transfer to Portland cement the property of being resistant to AAQD?
  • novel clinker composition of the present invention which is rich in potassium, has no sulfur or sulphates and is relatively low in aluminum, and where the main source of potassium is potassium feldspar, during the clinkerization process, obtains a mixture that contains a high-basic silicate, a low-basic silicate, aluminate and calcium aluminoferrite (with the slight increase of potassium, replacing some of the calcium), in such transformation ratio that allows the production of a Portland-type cement with a compression force after 28 days of hardening from 200 kgf / cm 2 to 520 kgf / cm 2. And during the setting process, the gel-like compounds (dense semi-solid layers) solidify and conform to a structure similar to that of potassium feldspar.
  • the inventor in accordance with the present invention and after hard work of research has shown that the minerals that make up the final product (concrete) are not susceptible to the start of the dissolution process (during the AAQD) by preventing the formation of the complex activated from most chemical reactions, ' : rapidly attaining equilibrium when the activation energy (Gibbs free energy) falls to a minimum, resulting in a stable product at those reaction conditions, this prevents that the acid continues reacting with the minerals of the concrete, dissolves them layer by layer and, upon dissolution, allows new reaction fronts on the surface of the minerals.
  • the present invention avoids all this corrosion mechanism by reducing the reactivity of the constituent minerals of the concrete as they are covered by a new structure, "vitreous,” and “similar to that of potassium feldspar” (one of the characteristics of potassium feldspars). it is that of being insoluble in acids) in the final structure of the concrete, in addition the present invention allows to use raw materials of alkali content in the form of clayey compounds and calcareous rocks, such as clays, rock feldspar, waste of the production of blast furnaces, recycled powders, etc.
  • lime (limestone) 1 mainly constituted by calcium carbonate are decomposed into CaO and CO2. This process is favored by the presence of the other minerals (clay, ferrous and feldspar potassium components) that end up reacting with calcium oxide, the final product is a mixture constituted by alita and belite, practically free of calcium free oxide.
  • the experiments carried out in the laboratory with cement and concrete with this novel composition and prepared with additions (in the case of cement) and aggregates (in the case of concrete) naturally resistant to AAQD showed that said cement and concrete withstood the chemical acid attack direct (AAQD), without showing corrosion effects.
  • Portland type cement constituted by; clinker (formulated with potassium), potassium feldspar and a supplemental cementitious (pozzolanic);
  • the limestone is disintegrated by grinding in the wet in the presence of 25% water at a residue no more than 10% in a sieve with holes with a diameter of 80 mcm.
  • the resulting calcareous mixture is mixed with all the clay, ferrous and feldspar components that are prepared in a similar way to the preparation of the calcareous mixture, in the ratio of weight transformation in the range of 2.4: 1 to 3: 1, respectively.
  • the resulting mixture is fed to a rotary kiln, where it is calcined at a temperature within the range of 1, 250 ° C to 1, 550 ° C.
  • the resulting cement clinker is cooled and then delivered to be grinded to a residue no more than 10% in a sieve with hole diameter of 80 mcm.
  • the calcined cement clinker contains, according to the data of the quantitative analysis by X-ray fluorescence, the following quantities of the components, in percent mass:
  • High-basic calcium silicate 61% to 50%
  • the chemical analysis of cement clinker calcination shows a presence of potassium of 9.8% and .0.2% of calcium-free oxide.
  • the cement clinker has the following chemical composition, in percent mass (as calculated for the oxides): Si0 2 : 24.93%.
  • the tests applied to test the susceptibility of cement to direct chemical acid attack consisted of placing test samples, together with reference samples or control samples (with normal cement), in a 50% water solution and 50% concentrated sulfuric acid solution with different concentrations of different acids. The time that the sample remained in the solution was three days. The damage caused to the concrete samples by the acid solution, for example, a 50% sulfuric acid solution, was only present in the reference samples that did not contain the potassium feldspar composition.
  • the lime is ground in the wet to a residue of 10% in a sieve with a hole diameter of 80 mcm. It is intermixed with the ground clay, and the ferrous components and the mixture is homogenized.
  • the resulting crude powder is calcined (with a previous decarbonization in a thermal unit) at a temperature within the range of 1.250 ° C to 1, 550 ° C.
  • the cement clinker thus produced is cooled in an air cooler, and delivered to be ground to a residue no more than 10% in a sieve with hole diameter of 80 mcm.
  • the cement clinker contains, according to the data and the X-ray spectroscopic analysis, the following quantities of the components, in percent mass:
  • Silicate high-basic calcium 70% to 75%
  • Aluminate of calcium and aluminoferrite 1.0% to 2.0%
  • the chemical analysis of the cement clinker calcination shows a potassium presence of 10.7%.
  • the cement clinker has the following chemical composition, in percent mass (as calculated for the oxides):
  • the tests to verify the susceptibility of the cement to the AAQD were made in the laboratory.
  • the samples were 3 small resistant concrete cubes, together with 1 control cube, all submerged in an acid solution for more than three days, the resistant mortar cubes, gave negative deterioration and corrosion results.
  • FIG 3 for example, a cube prepared from Portland-type cement, prepared in accordance with the present invention and formulating a concrete according to the principles of this invention and according to the aforementioned protocol is shown, obtaining a weight of 255.55 grams for the test cube. Subsequently, in Figure 4, the same cube is shown, but after having undergone direct chemical acid attack in accordance with the protocol indicated in the preceding lines. Clearly it can be seen that there was practically no visible deterioration to the naked eye caused by said acid attack during the three days that the test lasted, proving that the sample practically did not suffer mass loss, a situation that was confirmed when verifying that the final weight of said sample was 255.51 grams, that is, a loss of only 0.04 grams.
  • the lime and the other components are milled and the crude mixture is prepared in crude powder form in a similar manner as described in Example 2.
  • the resulting crude powder is granulated, and fed to a rotary kiln, where it is calcined at a temperature within the range of 1, 200 ° C to 1, 350 ° C.
  • the resulting cement clinker is cooled to be ground to a non-waste more than 10% in a sieve with hole diameter of 80 mcm.
  • the calcined cement clinker contains, according to the X-ray and microprobe microscopy analysis data, the following quantities of components, in percent mass:
  • High-basic calcium silicate 43% to 45%
  • Aluminate of calcium and aluminoferrite 1.0% to 2.0%
  • cement clinker calcination shows a potassium presence of 8.1% potassium.
  • the cement clinker has the following composition as quoted for the oxides, in percent mass:

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Abstract

La invención se refiere a un método para la producción de una mezcla cruda para la producción dé clinker consistente de cal, componentes arcillosos y componentes ferrosos, libre de azufre y con un contenido de oxido de potasio a base de componentes de potasio en el rango entre 5% y 14% corroborado por percepción del análisis por difracción y fluorescencia de rayos-X. El uso de la mezcla cruda según la presenté invención permite obtener un clinker que al molerse con adiciones de feldespato potásico y materiales cementantes suplementarios producirá un cemento tipo Pórtland resistente al Ataque Acido Químico Directo (AAQD) en su fabricación se puede utilizar cualquier material siempre y cuando el contenido de oxido de potasio a base de componentes del tipo feldespato potásico este en el rango de 5% al 14% determinado por la percepción del análisis por difracción y fluorescencia de rayos-X. Un cemento tipo Pórtland que a su vez producirá un concreto elaborado con agregados resistentes al AAQD que permita tolerar los efectos corrosivos del AAQD.

Description

MEZCLA CRUDA PARA LA ELABORACIÓN DE CLINKER, Y LA SUBSECUENTE PRODUCCIÓN DE CEMENTO TIPO PÓRTLAND, Y CONCRETOS RESISTENTES AL ATAQUE ÁCIDO QUÍMICO DIRECTO Campo de la Invención
La presente invención se relaciona, de manera general, con la industria del cemento y, particularmente, con mezclas crudas que se usan para la producción de clinker de cemento adaptado para ser utilizado en la obtención y preparación de cemento tipo Pórtland y, subsecuentemente, concretos resistentes al ataque ácido químico directo (AAQD).
Antecedentes de la Invención
En la actualidad las mezclas crudas para la producción de clinker de cemento, consisten en cal, componentes de arcilla y componentes ferrosos. En detalle, se sabe (Taylor H. F. W. "Cement Chemistry," "Thomas Telford Publishing; 2 edition" (1997) "ISBN-I Q: .0727725920") que una mezcla crüda promedio consiste en los siguiehtes cómpdnéntes, en por ciento masa:
- Componente de cal '(piedra caliza): 80.00 %
- Componente arcilloso (Silico Aluminato de Ca, Mg, Na, K):
18.00 %
- Componente ferroso (Silico Aluminato ferroso): 2.00 % Usualmente el Cemento Pórtland no tiene buena resistencia al ataque ácido, los ácidos atacan al concreto disolviendo los compuestos (susceptibles al ataque ácido) hidratados y no-hidratados del cemento así como también al agregado calcáreo. En la mayoría de los casos, la reacción química forma compuestos de calcio solubles en agua, que entonces se lixivian y se pierden. Los agregados silíceos son resistentes a la mayoría de los ácidos y a otros productos químicos y se especifica que para mejorar la resistencia química del concreto se debe aumentar la presencia de este tipo de compuestos. En un medio ácido el deterioro del concreto empieza a manifestarse al utilizar una solución ácida con un pH ménor de 6.5. De hecho, la mayoría de los concretos elaborados con cemento Pórtland normal, en sus diferentes composiciones, se disolverá si se expone a una solución con un pH de 3.0 o menor. Una pregunta que surge con frecuencia entre los expertos en concreto en torno a este problema es la siguiente: ¿Se puede obtener una composición de cemento tipo Pórtland que sea resistente a la disolución por ataque ácido químico directo? La presente invención tiene por objeto el encontrar este tipo de composición y toma en consideración todos estos hechos, el concreto es corroído porque las características químico-estructurales de los compuestos que conforman al cemento tipo Pórtland normal son susceptibles al ataque ácido químico directo. En la actualidad no existe técnica alguna referente a la producción de clinker para obtener cemento Pórtland y concreto resistentes al ataque ácido químico directo.
Existen por ejemplo técnicas enfocadas a obtener clinker que aporte un concreto resistente a la corrosión basándose en principios de reducción de la reactividad.
Por ejemplo, la patente Rusa No RU 2058952 Cl 960427, de PATENT PRIZ CO LTD, Autor (Inventor): Zubekhin S A; Yudovich B. E., describe un clinker de cemento Pórtland para dar concreto resistente a la corrosión, en donde se maneja este principio de la reducción de la reactividad mediante la adición de materiales puzolánicos para neutralizar el hidróxido de calcio. Este clinker contiene silicato de calcio; caliza,; sílice, alúmina, y oxido de fierro, etc. , dando condiciones de bajo requerimiento de energía.
Existen planteamientos que aseguran producir cemento tipo Pórtland resistente a la corrosión en pozos petroleros, como lo afirma la solicitud de patente mexicana PA/a/2005/014120, del 21 de diciembre de 2005, sin embargo, no se conoce con detalle la forma de preparar el clinker y lo que dicha solicitud señala difiere de lo propuesto por la presente invención debido a, ínter alia, sus requerimientos de dióxido de molibdeño.
También se han hechos algunos intentos para producir concretos o morteros resistentes a la corrosión por lluvia ácida, como lo afirma la solicitud de patente china 201 1 10001302, del 5 de enero de 20 1 , sin embargo, no se sabe si emplean un cemento tipo Pórtland y, además, requiere el uso de hidroxipropil metilcelulosa y fibra de ligríjijia.
Las publicaciones de patentfe WO; 1999/007649, del 18 de febrero de 1999 y EP 0895972, del 10 de febrero de 1999 describen composiciones de cemento que incluyen clinker de cemento tipo Póríland e, ínter alia, un compuesto de metal alcalino como potasio, sodio o litio; sin embargo, dichas composiciones no mencionan nada en absoluto respecto a la preparación propiamente dicha del clinker ni de una posible resistencia a la corrosión y se enfocan en producir mortero y/o concreto con buena resistencia a la abrasión y resistencia a radiación gamma y de neutrones.
La gran mayoría de intentos que se han hecho para conseguir concretos y/o morteros con características superiores se enfocan en mejorar sus propiedades buscando aumentar la resistencia a la flexión, módulo de elasticidad, resistencia a la compresión, velocidad de fraguado, etc., sin embargo no se conocen planteamientos que partan de mejorar la mezcla cruda a partir del cual se produce el clinker y que, al mismo tiempo, contemplen la formulación del cemento tipo Póríland, para obtener un cemento y concreto resistente al AAQD, sin necesidad de recurrir a aditivos del tipo los copolímeros como ocurre con la publicación ES 213961 1 (T3).
Solo por citar algunos otros ejemplos, la base de datos SIGA del IMPI despliega, ínter alia, la solicitud de patente MX/a/1996/005755, del 19 de noviembre de 1996, que describé un concreto, mortero y otras mezclas endurecibles que contienen; 50 por ciento de ceniza volátil y 50 por ciento de cemento en los materiales cementosos, argumentando que tienen propiedades superiores de resistencia a la corrosión, pero no incluyen feldespato potásico. En tanto que la base de datos PatFt de la Oficina de Patentes de los Estados Unidos de América despliega, ínter alia, la publicación de patente 20030136305, del 24 de julio de 2003; para una composición de cemento que se utiliza en ambientes ácidos y que contiene silicatos alcalinos líquidos. Evidentemente en este caso particular no se trata de un cemento tipo Póríland. Por otra parte, la base de datos PatentScope, de la Organización Mundial de la Propiedad Industrial despliega, ínter alia, la publicación WO 2004/044267, del 27 de mayo de 2004, relativa a un aditivo de nitrato de litio que se agrega a un material cementoso para producir estructuras construidas a partir de dicho material cementoso y que son resistentes a la corrosión. Solo que dicha corrosión se refiere a la de los metales que están embebidos en tales estructuras. Por su parte, la base de datos Espacenet, de la Oficina Europea de Patentes, publica, ¡nter alia, la publicación de solicitud de patente RU2243945, del 10 de enero de 2005, relativa a un aglutinante para producir concreto a base de cenjento tipo Pórtland, resistente a la corrosión por sulfatos, sin embargo, sé requiere el uso de agentes tensoactivos como lignosulfonatos o resinas sulfatadas de melanina-formaldehído o naftaleno formaldehído.
Así pues, la totalidad de las composiciones de cemento y concretos y/o morteros que pudieron ser localizados en una búsqueda del estado de la técnica en las bases de datos anteriormente mencionadas, difieren radicalmente, tanto en la preparación de la mezcla cruda a partir de la cual se prepara el clinker, como de la formulación del cemento tipo Pórtland y del concreto que se puede producir a partir de éste. Asimismo, los cementos y concretos y/o morteros del estado de la técnica no contemplan la resistencia al ataque ácido químico directo.
Compendio y Objetivos dé la Invención
La presente invención describe y proporciona una mezcla cruda para obtener clinker útil en la producción de cemento tipo Pórtland, así como la producción misma del clinker para cemento tipo Pórtland resistente a soluciones acidas que disuelven el concreto por ataque ácido químico directo.
Otro objeto de la presente invención consiste en proporcionar una mezcla cruda para obtener clinker que hace uso de minerales constituyentes de las mezclas crudas que carecen de compuestos susceptibles al ataque ácido químico directo y que contienen compuestos de potasio y, en particular, minerales constituyentes que eviten el ataque ácido químico directo que, de acuerdo con la descripción técnica anterior, es muy difícil de lograr debido a la posible pérdida de las características típicas de un cemento tipo Pórtland.
Un objeto adicional de la presente invención consiste en proporcionar un la cual se obtiene el ataque ácido
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químico directo.
Todavía un objeto más de la presente invención consiste en proporcionar un concreto hecho a base de cemento tipo Pórtland a partir de una mezcla cruda de la cual se obtiene clinker que emplea minerales constituyentes que evitan el ataque ácido químico directo, de esta manera, previenen la corrosión y el deterioro del concreto.
Estos y otros objetivos y^caractérísticas de la invención se apreciarán de manera más clara con ayuda de ios dibujos que se presentan a continuación y haciendo referencia a la descripción detallada de la invención que se presenta más adelante.
Breve Descripción de los Dibujos
La Figura 1 muestra un cubo de concreto normal (muestra testigo), antes de ser sometido al proceso de ataque ácido químico directo.
La Figura 2 muestra el cubo de concreto normal (muestra testigo), después de haber sido sometido al proceso de AAQD. Claramente se puede apreciar una pérdida de masa.
La Figura 3 muestra un cubo de concreto resistente al ataque ácido químico directo, preparado de conformidad con la presente invención, antes de ser sometido al proceso AAQD.
La Figura 4 muestra el cub¾ de la Figura 3, después de haber sido sometido al proceso de AAQD. No hay pérdida de masa apreciable a simple vista
Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas de la Invención
Primeramente, la invención proporciona un método para obtener una composición de mezcla cruda para la producción de clinker de cemento que no favorece la disolución de los compuestos hidratados y no-hidratados contenidos en la composición final del concreto, con la parcial sustitución de los componentes arcillosos y los componentes ferrosos por feldespato potásico, elaborando con este clinker cemento tipo Pórtland y posteriormente y con el proceso normal poder obtener concreto resistente al AAQD. La invención, por consiguiente, proporciona, en segundo lugar, una mezcla cruda para la producción de clinker en la que la composición recomendada resultará en la obtención de clinker, y de aquí, en tercer lugar la invención proporciona un cemento tipo Pórtland; y finalmente, y en cuarto lugar, la invención proporciona un concreto que resistirá la corrosión y el deterioro por ataque ácido químico directo.
Estos objetivos se logran por la cuidadosa formulación de una mezcla cruda para la producción de clinker de cemento que consiste en cal, componentes arcillosos y ferrosos, en donde, de acuerdo con dichos componentes de la presente invención primeramente se han eliminado los compuestos de azufre que de una u otra manera propician el biodeterioro del concreto por la disolución acida biogénica del concreto.
Existen, por ejemplo, técnicas enfocadas a obtener clinker que aporte un concreto resistente a la corrosión acida de origen biogénico, basándose en principios de eliminación del azufre en la composición del cemento.
Por ejemplo, en la patente Mexicana No 282541 , del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, el inventor: Dr. Luis Emilio Rendon Díaz Mirón, describe un clinker de cemento Pórtland que permite preparar un concreto resistente a la corrosión microbiologicamente inducida del concreto, en donde se maneja este principio de la eliminación del azufre
Se sabe que durante la 'producción del clinker se forman varios sulfatos de manera natural (los sulfates sóri típicamente parte de las materias primas como minerales). La mayoría de estos sulfatos tienden a volatilizarse en los hornos donde el clinker de cemento es quemado (a temperaturas de hasta 1450 °C) y tienden a condensarse en la superficie externa de los nodulos de clinker como sulfatos de álcali durante la última etapa de la producción del clinker (enfriamiento rápido). La cantidad depende de la química de las materias primas y de las condiciones de operación del horno, haciendo que cada cemento sea algo único. Estos sulfatos de álcali también son suficientemente solubles para afectar y controlar reacciones tempranas de la hidratación durante el proceso de fraguado, afectando el proceso de hidratación y de cristalización especial, descrito en la presente solicitud de patente. Por lo tanto la presencia de azufre no es conveniente. De esta manera se busca eliminar tambíén'iotros cómpuestos de azufre como la ettringita y el sulfato de calcio, los cuales son susceptibles al mecanismo por el cual se inicia el proceso de corrosión y deterioro por ataque ácido químico directo.
Subsecuentemente, de acuerdo con una modalidad especialmente preferida de la invención, durante la formulación de la mezcla cruda para la producción de clinker de cemento, se busca la presencia de potasio y sus componentes (constatado este hecho con, por ejemplo, técnicas de difracción de rayos-x), cuya presencia debe estar preferiblemente como feldespato potásico: este contenido de potasio afectará ligeramente el contenido de calcio y otros elementos alcalinos y alcalino-térreos sin afectar el contenido de sílice y fierro en las proporciones siguientes, en por ciento masa:
- Componentes de cal: 55 % a 63 %
- Componentes arciljosos: 41 % a 36 %
- Componentes ferrosos: 4 % a 1 %
La mezcla cruda para la producción de clinker de cemento según la presente invención se prepara por separado o simultáneamente moliendo los componentes de inicio y mezclándolos entre sí, en el caso de molienda por separado. Dicha molienda se puede realizar en la presencia de agua "molienda mojada" o sin agua "molienda en seco." La mezcla cruda en forma de polvo que resulta de moler en seco se puede granular con la adición de agua en una cantidad de 6 % a 9 % para dar gránulos con un diámetro de 5 a 20 milímetros. La mezcla crud en forma de polvo, gránulos o la mezcla cruda con agua se alimenta a Un horno, en donde se calcina a una temperatura dentro del rango de 1 ,200 °C a 1 ,500 °C. Posteriormente el clinker del cemento que resulta se enfría a temperatura ambiente.
Como se mencionó con anterioridad, los componentes de las mezclas crudas que utilizan materias primas como las empleadas extensamente en la industria del cemento, de acuerdo con la técnica anterior, se seleccionan de modo que el producto final del cemento contenga un silicato alto-básico, un silicato bajo- básico, aluminato y aluminoferrita de calcio, en tal relación de transformación que permita la producción del cemento con una fuerza de compresión después de 28 días de endurecimiento a partir de 200 kgf/cm2 a 520 kgf/cm2. En el caso de la presente invención, los componentes catiónicos (Na, Fe, Mg y Ca) del cemento, se mantendrán con una concentración lo suficientemente baja para lograr un cemento tipo Pórtland con un contenido de potasio entre 5% y 14%, y con una fuerza de compresión después de 28 días de endurecimiento de entre 200 kgf/cm2 a 520 kgf/cm2.
El inventor, de conformidad con la presente invención y después de una intensa investigación y experimentación, encontró de manera totalmente inesperada y novedosa que él incremento de la cantidad de potasio en la formulación normal del cemento Pórtland, mediante la adición de compuestos de potasio relacionados química y estructuralmente con los feldespatos potásicos, según varias modalidades de la presente invención, intensifica considerablemente la resistencia a procesos de deterioro de los materiales del cemento por el ataque de ácidos como el medio principal de la corrosión, en donde ocurren las reacciones de disolución por la reacción de los ácidos con los minerales contenidos en el concreto; constatando que el contenido elevado de potasio permite inhabilitar la disolución química de estos minerales.
Estudios previos han demostrado que la adición de potasio confiere interesantes propiedades al concreto.
Por ejemplo, el articulo de investigación, "Effect of Potassium Chloride (KCI) on Ordinary Pórtland Cement (OPC) Concrete", Autores: Vencateswara, R. V., Kontham, G., Venkata, R Ns, and Chundupalli, S., Research Journal of Chemical Sciences, Vol. ! 1 (2) Mayo (201 1 ), afirma que la adición de una solución de cloruro de potasio a una losa de concreto terminada le confiere una dureza física aumentada, traduciéndose en un esfuerzo de compresión mayor.
De manera similar, se encontró que otros componentes de potasio, en particular el silicato de potasio confieren propiedades particularmente interesantes en lo que se refiere a evitar el deterioro por AAQD en muestras de concreto con cementantes diferentes al cemento Pórtland.
De hecho existen concretos que son resistentes al ataque ácido químico directo.
Por ejemplo, la patente estadounidense No 4,227,932, de George R. Leah y Robert R. Pierce, describe un cemento (líquido) de un solo componente hecho a base de silicato de potasio, que forma una estructura de características vitreas singulares, resistente al ataque ácido químico directo. Pero evidentemente en este caso particular no se trata de un cemento tipo Pórtland. La presente invención aprovecha este principio del comportamiento de las estructuras de los alumino-silicatos potásicos, primeramente al obtener durante el proceso de quemado del clinker una mezcla de silicato alto-básico, un silicato bajo-básico, aluminato y aluminoferrita de calcio, que da un cemento tipo Pórtland con un ligero incremento de potasio. Segundamente, cuando el cemento Pórtland (propiamente dicho) se forma mediante la molienda del clinker y su mezcla con otros constituyentes, en este caso, materiales cementantes suplementarios (MCS) y feldespato potásico, este novedoso cemento, durante el proceso de fraguado, se comporta de la siguiente manera: se forma un gel que está constituido por los silicatos que resultan del proceso de combustión. Al ir adquiriendo su forma rígida, los silicatos del gel son dirigidos por las pequeñas partículas del feldespato potásico y a través de un proceso de mineralización se produce un sólido con propiedades similares a las del feldespato potásico, esto es, un cemento resistente al ataque ácido químico directo. La estructura molecular final (del cemento resistente al AAQD) presenta propiedades similares a la del feldespato potásico, ya que este tipo de mineral se caracteriza por ser insoluble en ácidos al mismo tiempo que posee la presencia de bandas de desmezcla. La previa introducción de potasio con este tipo de mineral (feldespato potásico) en la mezcla del clinker, facilita la reacción con las posteriores adiciones de feldespato potásico y otros constituyentes del cemento Pórtland, permitiendo una metamorfosis estructural durante el proceso de fraguado que constituye el fundamento de esta patente para lograr disminuir la causa de la susceptibilidad al mecanismo por el cual se inicia el proceso de corrosi'Ó -deterioro por ataque ácido químico directo y se produce finalmente el cemento Pórtland resistente al AAQD lo cual se ilustra mediante la siguiente descripción.
El feldespato potásico tiene un papel único y singular en lo que se refiere a transferir al cemento Pórtland propiedades de resistencia al AAQD. Otros materiales como la arena silica o cuarzo (que también es resistente al AAQD) solo se mezcla o reacciona únicamente en forma superficialmente con el clinker durante el proceso de fraguado, y no transfiere sus propiedades innatas de resistencia al AAQD, careciendo de las propiedades catalíticas del feldespato potásico (que existen debido a la semejanza en composición química con el clinker) qu sí transfiere al cemento Pórtland la propiedad de ser resistente al AAQD.
En la literatura se ha reportado que las moléculas de un liquido (en este caso el componente de cal como producto en descomposición) al condensarse (como silicato) adquiere una estructura similar a la de la superficie que tenga cerca, esencialmente simulando la estructura de la red a su alrededor, empezando por formar una capa densa semisólida.
Así lo afirma, por ejemplo, el articulo de investigación, "Ordered liquid aluminum at the interface with sapphire," Autores: Oh, S. H., Kauffmann, Y. , Scheu, C, Kaplan, W. D. & Rühle, M., Science 310, 661 -663 (2005).
En (a novedosa composición de clinker de la presente invención, la cual es rica en potasio, no tiene azufre ni sulfatos y es relativamente baja en aluminio, y en donde la fuente principar dés potasio es feldespato potásico; durante el proceso de clinkerización, se obtiene una mezcla que contiene un silicato alto-básico, un silicato bajo-básico, aluminato y aluminoferrita de calcio (con el ligero incremento de potasio substituyendo algo del calcio), en tal relación de transformación que permita la producción de un cemento tipo Pórtland con una fuerza de compresión después de 28 días de endurecimiento a partir de 200 kgf/cm2 a 520 kgf/cm2. Y durante el proceso de fraguado, los compuestos en forma de gel (capas densas semisólidas) se solidifican y conforman a una estructura similar a la del feldespato potásico.
El inventor, de conformidad con la presente invención y después de una ardua labor de investigación ha demostrado que los minerales que conforman el producto final (concreto) no son susceptibles al inicio del proceso de disolución (durante el AAQD) al evita la formación del complejo activado de la mayoría de las reacciones químicas,': afcánzando rápidamente un equilibrio cuando la energía de activación (energía libre de Gibbs) cae a un mínimo, dando como consecuencia un producto estable a esas condiciones de reacción, esto impide que el ácido siga reaccionando con los minerales del concreto, los disuelva capa a capa y, al disolverse, permita nuevos frentes de reacción en la superficie de los minerales.
La presente invención evita todo este mecanismo de corrosión al reducir la reactividad de los minerales constituyentes del concreto al estar estos cubiertos por una estructura nueva, "vitrea," y "semejante a la del feldespato potásico" (una de las características de los feldespatos potásicos es la de ser insolubles en ácidos) en l estructura final del concreto, además la actual invención permite utilizar materias primas de contenido de álcali en la forma de compuestos arcillosos y rocas calcáreas, tal como arcillas, feldespato de roca, desperdicios de la producción de altos hornos, polvos reciclados, etc.
Para una mejor compresión de la presente invención los siguientes ejemplos ilustran su aplicación en la práctica. .
En la Tabla 1 , se muestran jas temperaturas de fusión de varios minerales que bien pueden ser usados como coadyuvantes del proceso de clinkerización y se observa que el feldespato potásico es una excelente opción.
Tabla 1 , temperaturas de fusión de varios minerales
Figure imgf000012_0001
En las materias primas para, obtener clinker útil en la producción de cemento tipo Pórtland resistente - á AAQD los componentes de cal (piedra caliza) constituida principalmente1 por carbonato de calcio se descomponen en CaO y CO2. Este proceso es favorecido por la presencia de los otros minerales (componentes arcillosos, ferrosos y feldespato potásico) que terminan reaccionando con el oxido de calcio, el producto final es una mezcla constituida por alita y belita, prácticamente exenta de oxido libre de calcio. Los experimentos llevados a cabo en laboratorio con cemento y concreto con esta novedosa composición y preparados con adiciones (en el caso del cemento) y agregados (en el caso del concreto) naturalmente resistentes al AAQD demostraron que dicho cemento y concreto soportaron el ataque ácido químico directo (AAQD), sin mostrar efectos de corrosión.
Ejemplos:
Los siguientes ejemplos se proveen para explicar mejor las diversas modalidades de la invención y no deberán interpretarse en forma alguna como limitantes del alcance de la presente descripción.
Preparación de las Muestras de Prueba
Se prepararon tres diferentes mezclas de mortero resistente al AAQD, las cuales fueron elaboradas y probadas mediante el protocolo general que se indica a continuación. Con este mortero se hicieron los cubos que se sometieron a evaluación de resistencia al AAQD.
- 250 gr. de mezcla seca que consistió en:
20% de cemento tipo Pórtland constituido por; clinker (formulado con potasio), feldespato potásico y un cementante suplementario (puzolanico);
- 80% de arena constituida principalmente por feldespato potásico, el feldespato contenía trazas de arena silica.
- Agua entre 135 ce y 155 ce dependiendo del requerimiento normal de un mortero. Al seguir el prócedimiénto de la plataforma centrifuga, proporciona una pasta de mortero.
Con la pasta obtenida se formaron cubos de 5 cm x 5 cm x 5 cm, que al término de 30 días de curado y endurecimiento dieron pesos promedio de 275 gr, en estado húmedo.
Habiendo determinado una estabilidad en el peso de cada cubo, se pesaron; se colocaron en un vaso de precipitado dentro de una solución de 50% agua y 50% de acido sulfúrico concentrado; después de tres días, se extrajeron los cubos, se lavaron y se secaron hasta un peso estable; se pesaron y se determino la pérdida total de peso después del AAQD; se tomaron fotografías de las muestras antes y después del proceso de prueba.
Elaboración de las Muestras Testigo
Se prepararon tres diferentes mezclas de mortero para la elaboración de muestras testigo contra las cuales se compararían las muestras de prueba resistentes al AAQD. Dichos testigos fueron elaborados y probados mediante el protocolo general que se indica a continuación:
- 250 gr. de mezcla seca que consistió en:
- 20% de cemento tipo Pórtland normal;
- 80% de arena silica.
- Agua entre 135 ce y 155 ce dependiendo del requerimiento normal de un mortero. Al seguir el procedimiento de la plataforma centrifuga da una pasta de mortero.
Con la pasta obtenida se formaron cubos de 5 cm x 5 cm x 5 cm, que al término de 30 días de curado y endurecimiento dieron pesos promedio de 275 gr. '
Habiendo determinado una estabilidad en el peso de cada cubo, se pesaron; se colocaron en un vaso de precipitado dentro de una solución de 50% agua y 50% acido sulfúrico concentrado; después de tres días, se extrajeron los cubos, se lavaron y se secaron hasta un peso estable; se pesaron y se determinó la pérdida total de peso después del AAQD; se tomaron fotografías de las muestras antes y después del proceso de prueba.
Ejemplo 1
Mezcla cruda preparada con los siguientes componentes, en por ciento masas:
Componente de cal (piedra caliza): 55.0 %
Componente arcillüsp (con ^feldespato): 41 .0 %
Componente ferroso ;(con_feldespato): 4.0 %
Dichos componentes de inicio tienen la composición química mostrada en la
Tabla 2, en por ciento masa: Tabla 2. Composición química de los componentes iniciales
Figure imgf000015_0001
Ppc = Pérdidas por calcinación
La piedra caliza es desintegrada por la molienda en mojado en presencia del 25 % de agua a un residuo no más que 10 % en un tamiz con agujeros de diámetro de 80 mcm. La mezcla calcárea que resulta es mezclada con el conjunto de los componentes arcillosos, ferroso y feldespato que son preparados de una manera similar a la preparación de la mezcla calcárea, en la relación de transformación de peso en el rango de 2.4: 1 a 3: 1 , respectivamente. ¾
La mezcla que resulta se alimenta a un horno rotativo, en donde se calcina a una temperatura dentro del rango de 1 ,250 °C a 1 ,550 °C.
El clinker del cemento que resulta se enfría y después se entrega para ser molido a un residuo no más de 10 % en un tamiz con diámetro de agujero de 80 mcm. El clinker de cemento calcinado contiene, según los datos del análisis cuantitativo por fluorescencia de Rayos-x, las cantidades siguientes de los componentes, en por ciento masa:
Silico-aluminato de potasio 10 % a 8 %
Silicato de calcio alto-básico: 61 % a 50 %
Silicato de calcio bajo-básico: 35 % a 30 %
Aluminato de calcio y aluminoferrita 2.0 % a 1.0 %
El análisis químico de la calcinación de clinker de cemento muestra una presencia de potasio del 9,8% y .0.2% de oxido libre de calcio. El clinker de cemento tiene la composición química siguiente, en por ciento masa (según lo calculado para los óxidos): Si02: 24.93 %.
Al203: 1 .74 %.
Fe203: 7.50 %.
CaO: 52.84 %.
K20: 9.8 %
MgO: 0.99 %.
Las pruebas obligatorias para las características del cemento producidas por las mezclas crudas preparadas , de acuerdo con la presente invención han mostrado que la fuerza de, la compresión de las muestras estándar después de 28 días de endurecimiento es de 290 kgf/cm2.
Las pruebas aplicadas para probar la susceptibilidad del cemento al ataque ácido químico directo consistieron en colocar muestras de prueba, conjuntamente con muestras de referencia o muestras testigo (con cemento normal), en una solución de 50% agua y 50% acido sulfúrico concentrado solución con diferentes concentraciones de diferentes ácidos. El tiempo que la muestra se mantuvo en la solución fue de tres días. El estropicio causado a las muestras de concreto por la solución de ácido, por ejemplo, una solución de ácido sulfúrico al 50% se presentó únicamente en las muestras de referencia que no contenían la composición a base de feldespato potásico.
En la Figura 1 , por ejemplo, se muestra un cubo preparado a partir de concreto comercial normal, de acíiíerdp cbn el protocolo mencionado previamente, obteniéndose un peso dé ,2¾6. 8 gramos para el cubo de prueba. Posteriormente, en la Figura 2, se muestra el mismo cubo, pero después de haber sido sometido al ataque ácido químico directo de acuerdo con el protocolo señalado en las líneas precedentes. Claramente se puede apreciar el deterioro causado por dicho ataque ácido durante tan solo tres días, comprobándose que la muestra sufrió una pérdida de 1.18 gramos, al verificar que el peso final de dicha muestra era de 255.60 gramos. Ejemplo 2
Mezcla cruda preparada con los componentes siguientes, en por ciento masa: Componente de cal (piedra caliza): 63.0 %
Componente arcilloso (con feldespato): 36.0 %
Componente ferroso (con feldespato): 1.0 %
Dichos componentes crudos tienen una composición química similar a la del Ejemplo 1 precedente. ,
La cal es molida en mojado^a un residuo de 10 % en un tamiz con un diámetro de agujero de 80 mcm. Se entremezcla con la arcilla molida, y los componentes ferrosos y se homogeneiza la mezcla. El polvo crudo que resulta se calcina (con una previa descarbonización en una unidad termal) a una temperatura dentro del rango de 1 ,250 °C a 1 ,550 °C.
El clinker de cemento así producido se enfría en un enfriador de aire, y se entrega para ser molido a un residuo no más del 10 % en un tamiz con diámetro de agujero de 80 mcm.
El clinker de cemento contiene, según los datos y el análisis espectroscópico de Rayos-X, las cantidades siguientes de los componentes, en por ciento masa:
Silico- Aluminato de potasio 10 % a 13 %
Silicato de calcio alto-básico: ; 70 % a 75 %
Silicato de calcio bajq÷básico: 15 % a 23 %
Aluminato de calcio y aluminoferrita: 1 .0 % a 2.0 %
El análisis químico de la calcinación de clinker de cemento muestra una presencia de potasio del 10.7%. El clinker de cemento tiene la composición química siguiente, en por ciento masa (según lo calculado para los óxidos):
Si02: 25.15 %
A1203: 1 .30 %
Fe203: 2.28 %
CaO: 60.0 %
K20 10.7%
MgO: 0.83 %
Las pruebas obligatorias de las características del cemento producidas de la mezcla cruda descrita 'anteriormente, han mostrado que la fuerza de compresión de las muestras estándar después de 28 días de endurecimiento es de 320 kgf/cm2.
Las pruebas para verificar la susceptibilidad del cemento al AAQD se efectuaron en laboratorio. Las muestras fueron 3 pequeños cubos de concreto resistentes, junto con 1 cubo testigo, sumergidos todos en una solución acida por más de tres días, los cubos de mortero resistente, dieron resultados de deterioro y corrosión negativos.
En la Figura 3, por ejemplo, se muestra un cubo preparado a partir de cemento tipo Pórtland, preparado de conformidad con la presente invención y formulando un concreto de acuerdo con los principios también de esta invención y de acuerdó coh el protocolo mencionado previamente, obteniéndose un peso de 255.55 gramos para el cubo de prueba. Posteriormente, en la Figura 4, se muestra el mismo cubo, pero después de haber sido sometido al ataque ácido químico directo de acuerdo con el protocolo señalado en las líneas precedentes. Claramente se puede apreciar que no hubo prácticamente ningún deterioro visible a simple vista causado por dicho ataque ácido durante los tres días que duró la prueba, comprobándose que la muestra prácticamente no sufrió pérdida de masa, situación que se confirmo al verificar que el peso final de dicha muestra fue de 255.51 gramos, es decir una pérdida de tan solo 0.04 gramos.
Ejemplo 3
Mezcla cruda preparada con los siguientes componentes, en por ciento masa:
Componente de caí (piedra caliza): 59.0 %
Componente arcilloso (con feldespato): 38.5 %
Componente ferroso (con feldespato): 2.5 %
Dichos componentes de inicio tienen üna composición química similar a la del
Ejemplo 1 descrito anteriormente.
La cal y los otros componentes se muelen y se prepara la mezcla cruda en forma de polvo crudo en forma similar como se describe en el Ejemplo 2.
El polvo crudo que resulta se granula, y se alimenta a un horno rotatorio, en donde se calcina a una temperatura dentro del rango de 1 ,200 °C a 1 ,350 °C. El clinker del cemento que resulta se enfría para ser molido a un residuo no más que 10 % en un tamiz con diámetro de agujero de 80 mcm.
El clinker de cemento calcinado contiene, según los datos del análisis de Rayos-X y de microscopía de microsonda, las cantidades siguientes de componentes, en por ciento masa:
Silico- Aluminato de potasio 7 % a 10 %
Silicato de calcio alto-básico: 43 % a 45 %
Silicato de calcio bajo-básico: 40 % a 45 %
Aluminato de calcio y aluminoferrita: 1 .0 % a 2.0 %
El análisis químico de la calcinación de clinker de cemento muestra una presencia de potasio del 8.1 % de potasio. El clinker del cemento tiene la composición siguiente según lo qalculado para los óxidos, en por ciento masa:
Si02: , ;' 27.3 %.
A1203. 1.72 %.
Fe203: 3.3 %.
CaO: 57.36 %.
K20 8.1 %
MgO: 0.85 %.
Las pruebas obligatorias de las características del cemento producidas de esta mezcla cruda muestran que la fuerza de la compresión de las muestras estándar después de 28 días de endurecimiento es de 320 kgf/cm2.
Como ya se mencionó, las pruebas aplicadas para probar la susceptibilidad del cemento al ataque ácido químico directo consistieron en colocar muestras, junto con muestras de referencia (cubos elaborados con cemento normal), en una solución con diferentes concentraciones de diferentes ácidos, solo la muestra testigo presentó el efecto de un ataque significativo por el acido.

Claims

Reivindicaciones
1. Un método para la producción de clinker de cemento a partir de una mezcla cruda de materias primas, el cual comprende los siguientes pasos:
a) formar una composición que comprende un componente de cal en una concentración de 55 a 63 % masa, un componente de arcilla en una concentración de 41 a 36 % masa, y un componente ferroso en una concentración de 4 a 1 % masa;
b) moler la composición formada en el paso (a) en presencia del 25 % de agua a un residuo no más que 10 % en un tamiz con agujeros de diámetro de 80 mcm; y
c) alimentar a un horno la¡ composición obtenida en el paso (b), en donde se calcina a una temperatura dentro del rango de 1 ,250 °C a 1 ,550 °C; en donde todas las materias primas se seleccionan de manera que tienen un contenido de potasio y componentes de potasio (entre el 5% y el 14%), principalmente feldespato potásico, caracterizado por el análisis de difracción y fluorescencia de rayos-X, es decir, un análisis mineralógico.
2. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en el cual el paso (b) se lleva a cabo en una operación de molienda en seco, es decir, sin la participación de agua.
3. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la mezcla de componentes arcillosos, ferroso y feldespato se encuentran en la composición de materias primas en una relación de transformación, en peso, en el rango de 2.4:1 a 3:1 , con respecto al componente de cal.
4. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el componente de arcilla y el componente ferroso, combinados, tienen un contenido de aluminato de calcio y aluminoferrita no mayor del 2% en masa de la masa total de estos dos componentes.
5. Un clinker para la producción de cemento, el cual comprende un silicato alto-básico, un silicato . bája-básicO) aluminato y aluminoferrita de calcio, caracterizado porque tiene, un contenido de oxido de potasio y componentes de potasio en el rango de 5% al 14%, corroborado por el análisis por difracción y fluorescencia de rayos-X.
6. Un clinker para la producción de cemento, de conformidad con la reivindicación 5, en donde dicho clinker como producto terminado tienen un contenido de aluminato de calcio y aluminoferrita no mayor del 2% en masa.
7. Un cemento producido a partir del clinker de las reivindicaciones 5 y 6, el cual contiene un silicato alto-básico, un silicato bajo-básico, aluminato y aluminoferrita de calcio y compuestos de potasio, en tal relación de transformación que permita la producción del cemento con una fuerza de compresión después de 2^ días' -dé endurecimiento a partir de 200 kgf/cm2 a 520 kgf/cm2, y con la adición de feldespato potásico (como material de carga y generador de estructura) durante su molido y producción.
8. Un cemento producido a partir del clinker de las reivindicaciones 5 y 6, el cual contiene un silicato alto-básico, un silicato bajo-básico, aluminato y aluminoferrita de calcio y compuestos de potasio, en tal relación de transformación que permita la producción del cemento con una fuerza de compresión después de 28 días de endurecimiento a partir de 200 kgf/cm2 a 520 kgf/cm2, con la adición de feldespato potásico (como material de carga y generador de estructura) y con la adición de materiales cementantes suplementarios durante su molido y producción.
9. Un concreto producidó.íá ípártir del cemento de la reivindicación 7, el cual contiene como agregados que lo constituyen, arena y grava naturalmente resistentes al AAQD como por ejemplo materiales basálticos, los cuales podrán proveer de una mayor resistencia al AAQD a dicho concreto.
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