Formacion Clinker

7/25/2019 Formacion Clinker
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Fabricacin de Clnker Formacin de Clnker
Curso de Cemento 2006
Henry Salazar (HGRSC!S"!#$

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2
%&'0&'&6SedryiSHc'cementococcinclnker't
Holcim Grou Suort )td
Fabricacin de clnker " Formacin de clnker
&' *ntroduccin
2' +as de reaccin durante la ,ormacin de clnker
%' !ecanismos de reaccin
-' !ineralizacin de clnker
.' Cin/tica de la coccin del clnker
6' #ermodinmica de la ,ormacin de clnker
1' 3aluacin de la atitud a la coccin del crudo

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3
45oru/ estudiar el tema de la coccin del clnker75ara comrender la in,luencia de los cambios en lascondiciones de oeracin del 8orno
9eracin normal del 8orno *n,luencia de la comosicin umica: la ,inura y los cambios
mineral;icos *n,luencia de nue3os comonentes en la mezcla (uzzolana:
arena: combustibles y materiales alternati3os: etc'$
9eracin anormal del 8orno Conocer las causas ue conducen a un clnker mal uemado
Comrender oru/ se ,orman anillos y desitos Ser caaz de rooner medidas remediadoras

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#rans,ormacin umica
!ineralesnaturales
!ineralessint/ticos 8idrulicos
Temperatura (T)
Tiempo (t)Presin (p)

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>sectos ue caracterizan el roceso de ,ormacin declnker
Sistema comle=o (serie de di3ersos mecanismos$? Reuiere ener;a mecnica: t/rmica y el/ctrica
)a 3elocidad de reaccin es lenta (necesidad de altastemeraturas: material ,inamente diserso$
)os minerales de clnker no son estables a temeraturaambiente?
)a calidad del roducto est determinada or@
)a comosicin umica del clnker )a microestructura del clnker

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Control del roceso de coccin
Aspectos tecnolgicos delmaterial
Comortamiento en coccin dela 8arina cruda
Auemabilidad Formacin de ol3o Formacin de costra Granulacin del clnker: etc'
Cantidad y roiedades dela ,ase luida
Aspectos tecnolgicos del proceso
5er,il de temeraturas
>tms,era del 8orno
#io de combustible Caractersticas de la llama
etc'

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&' *ntroduccin

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Secuencia bsica de reacciones
alita + belita
+
lquido (1!"#$)
reactivos + productos
+
productos intermedios(!"# % 1&""#$)
'ecla cruda
(2"#$)
clner
en*riado

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Caractersticas mineral;icas de mezclas crudas
Carbonatos calcita CaC9%: dolomita CaC9%!;C9%:
ankerita CaC9%(!;:Fe$C9%:ma;nesita !;C9%: siderita FeC9%
Bidos simles cuarzo Si92: 8ematita Fe29%: ma;netita Fe%9-Feldesatos ,eldesatos otsicos (Da:E$Si%9y
series de la;ioclasa (Da:Ca$(Si:>l$>l2Si299tros silicatos minerales de los ;ruos mica y clorita ('e=' biotita: musco3ita:
clorita$: minerales arcillosos ('e=' caolinita: montomorillonita:ilita: aly;orskite$
Hidridos 8idridos de aluminio ('e=' bo8emita$:
8idridos de 8ierro ('e=' ;oet8ita: limonita$Sul,uros sul,atos iritas FeS2: an8drido CaS9-: yeso Ca S9- 2H29Fluoruros esato ,luor CaF2

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Caractersticas umicas de las mezclas crudas
Parmetro , , mn- , m,-
)'o'*' %.'. %%' %1'%Si92 &-'- &2' &6'0
>l29% %'2 2'- -'6Fe29% &' &'0 %'
Ca9 -2'- %'0 --'2S9% 0'%1 0'0 &'&Da29 0'&1 0'0- 0'.
)S -'0 .'- &0%'-SR 2' &' %'
>R &' 0'1 %'2

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Secuencia de reacciones ue ocurren en un 8orno rotati3o
$alentamiento (#$)
20 " &00 3aoracin de H29&00 " %00 5/rdida de a;ua absorbida ,sicamente-00 " 00 Remocin de H29 estructural (H29 y ;ruos 9H$
de minerales arcillosos.00 Cambios estructurales en los minerales silceos
600 " 00

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+ariacin semi"cuantitati3a de minerales con la temeratura

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Causas de la ,ormacin de roductos intermedios
)os roductos intermedios se ,orman re,erentemente or3elocidades de reaccin ms ridas
)os roductos intermedios resultan de reacciones en zonaslocalizadas de la car;a de 8arina: es decir donde se 8aalcanzado un euilibrio local: ero no ;eneral
('e=' ,ormacin de ;e8lenita$ )os roductos intermedios son roductos de euilibrio a una
temeratura y atms,era ;aseosa dadas: ero no a latemeratura ,inal de clinkerizacin
(' e=' ,ormacin de esurrita$

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5roductos intermedios
Tipo 'ineral Frmula
Sul,atos simles an8idrita CaS9-arcanita E2S9-
Sul,atos comuestos Jsul,atoK esurrita 2(C2S$ CaS9-JcalcioK lan;beinita E2Ca2(S9-$%
Carbonatos comuestos esurrita 2(C2S$ CaC9%Cloruros simles sil3ita ECl>luminatos de calcio mayenita &2 Ca9 1 >l29%
Ca9 >l29%Ferrita de calcio 2 Ca9 Fe29%
>lumino"silicatos de calcio ;e8lenita 2 Ca9 >l29%Si92

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Fase luida
)a comosicin de la mezcla cruda determina@
la cantidad de luido ,ormado a una temeraturadeterminada
las roiedades ,sicas del luido a una temeraturadeterminada: esecialmente su 3iscosidad

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Fase luida
>unue la mayora de las mezclas crudas resentan aro' lamisma temeratura mnima de ,ormacin de luido (untoeut/ctico$: la cantidad de luido ,ormado a esta temeratura: y atemeraturas ;radualmente ms ele3adas: 3ara de acuerdo a lacomosicin umica de la mezcla cruda'
n las artes rele3antes del sistema C " S " > " F del clnker: en lasue la ,usin comienza a &%% LC: la comosicin del luido es@
Ca9 " .. MSi92 " 6 M !dulo de alNmina
>l29% " 22 M (>R$ O &'%Fe29% " &6 M

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Fase luida
&%% oC O 6'& Fe29%P !;9 P Da29 P E29 si >R &'%
'2 >l29% .'22 Fe29%P !;9 P Da29 P E29 si >R &'%
&-.0 oC O %'0 >l29%P 2'2. Fe29%P !;9 P Da29 P E29 ara !;9 2 M
Cantidades ticas calculadas a &-00 LC@ 20 a %0 M
JsecaK@ 8asta 2% M JnormalK@ 2% 21 M J8NmedaK@ ms de 21 M
1""o$ / 2-0! Al2&+ 2-2 Fe2&+ 'g + a2 + 32 para 'g 2 4
Frmula para clculo cuantitativo seg5n 6.A

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1"
1!
2"
2!
&"
&!
1&&7 1"" 1!"
#$
4
6A
T8
'9
$A
:8 / 2-" A8 / 1-
:8 / &-20 A8 / 1-&&
:8 / 2-7 A8 / 2-0:8 / 2-!& A8 / "-0&
Cambio cuantitati3o de la ,ase luida

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+iscosidad de la ,ase luida
)a 3iscosidad de la ,ase luida disminuye
eonencialmente con el aumento de temeratura y sereduce or la adicin de comonentes ,undentes: en elsi;uiente orden@
Da29 Q Ca9 Q !;9 Q Fe29% Q !n9
)a 3iscosidad se incrementaconsiderablemente conmayor contenido de Si92 en el luido y en menor
;rado con un aumento de >l29%'

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*mortancia de la ,ase luida
)a ,ase luida contribuye a@ Granulacin del clnker
Formacin de costra (ero tambi/n de anillos$
Formacin de alita

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Granulacin de clnker y ,ormacin de costra
)a ;ranulacin de clnker y la ,ormacin de costra est determinadaor la cantidad (!S$ y 3iscosidad (!>$ de la ,ase luida'
C9S#R>D9R!>)
2'2 2' ':2'.
" &'6
Formacin de costra
" &'
" &'%
'A
Costra ;ruesa: bolas declnker o ,ormacin deanillos (muc8a ,ase
luida 3iscosa$
Costra del;ada
ataue a re,ractarios(muc8a ,ase luida,luida$
Costra del;ada
(oca ,ase luida ,luida$
Costra muy del;adaclnker ol3oriento(oca ,ase luida
3iscosa$

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#amices recomendados ara e3aluar ;ranulacin@
&: .: : &6 mm Criterio de ensayo ara clnker ol3oriento@ 2. M de
aso or & mm *n3esti;acin de &6 clnkeres industriales@
>bertura de tamiz(mm$ 5asa=e (M$
&
.
&6
&0'2
%2'
-6'1
1-'.
mn'
0'-
&.'&
2-'
.'&
m'
%0'
.%'.
6-'&
2'-
Granulacin de clnker

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*macto de clnker ol3oriento
>,ecta oeracin del 8orno(trans,erencia de calor de la llama$
>,ecta oeracin del en,riador (transorte:sobrecalentamiento$
>,ecta molturabilidad del clnker
Factores umicos ue incrementan la tendencia a clnkerol3oriento@ a=o contenido de ,ase luida@ Q 2% M (!S 2'$
>lta SC@ SC >lto contenido de S9%@ S9% &'%
(+alores ro3isionales ue ueden di,erir se;Nn el caso$

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*macto de las bolas de clnker
#emeraturas ecesi3as del clnker a la salida delen,riador
9eracin del en,riador (bloueos$
Factores umicos ue incrementan la tendencia a la
,ormacin de bolas>lto contenido de ,ase luida ( 21 M$ y alta
3iscosidad (>R 2'2$
(+alores ro3isionales ue ueden di,erir se;Nn el caso$

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&' *ntroduccin

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27
!ecanismos de reaccin

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28

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!ecanismos de reaccin =emlos
Reacciones de descomosicin durante la roduccin de clnker
#io slido ;aseoso des8idroilacin de los minerales arcillosos (caolinita: etc'$ descarbonatacin de minerales carbonatos
(ma;nesita: dolomita: calcita: esurrita$
#io slido ;aseoso descomosicin de alita
)o caracterstico de este tio de reaccin es ue
un solo reacti3o se trans,orma en dos roductos'

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Reacciones de combinacin@ Formacin de belita
)a ,ormacin de belita es el resultado de una combinacin entrelos comonentes calcita y slice de la mezcla cruda'
2 CaC9%P Si92 2 C2S P C9200LC

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Formacin de belita
2CaC9% P Si92 C2S P 2C92Calcita Cuarzo elita

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Reaccin de combinacin@ Formacin de alita
)a ,ormacin de alita comienza a una temeratura de &2.0 LC (lmite in,eriorde estabilidad$' > esta temeratura: tambi/n emieza a ,ormarse la ,ase luida'5or consi;uiente: la ,ormacin de alita es una reaccin luido " slido'
)a ,ormacin de alita y su estabilizacin deende: or lo tanto: de laresencia de ,ase luida' )a 3elocidad de reaccin deende de@
la distancia ue deben recorrer los tomos en di,usin la cantidad y 3iscosidad de la ,ase luida
C2S P Ca9 C%S&2.0 LC
*ase lquida

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Formacin de alita
C2S P Ca9 C
%S
&2.0LC
stado slido con ,undente luido>lita estabilizada or >l29%: Fe29%: E29: Da29: etc'
Fundente luido
C2S C%S C%S
Ca9 Fundente luido
F b i i d l k F i d l k

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&' *ntroduccin
.' Cin/tica de la coccin del clnker6' #ermodinmica de la ,ormacin de clnker
!ineralizacin de clnker

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;n mineraliadorcomo la ,luorita (CaF2$ aumenta la 3elocidad de,ormacin de clnker'
)o lo;ra mediante otra 3a de reaccin: ue suone la ,ormacin denue3os minerales intermedios ('e=' %C%S'CaF2$: a temeraturas entre&000 LC y &2.0 LC'
stos minerales transicionales se descomonen ara ,ormar alita'
Si se reduce la ener;a libre de G*S en la ,ormacin de C%S: el
,luoruro estabiliza la alita' ;n *undentecomo la ,luorita tambi/n me=ora la uemabilidad de
mezclas di,ciles de uemar: al incrementar la cantidad de ,ase luidadel clnker y reducir su 3iscosidad' 5or lo tanto: un ,undente se acti3a atemeraturas de zona de sinterizacin'
)a coccin de clnker alto en alita se ,acilita or este e,ecto combinado@la CaF2es un ,undente y al mismo tiemo un mineralizador ara la,ormacin de clnker'

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!ineralizacin alicada actualmente en &0 lantas (de&0& lantas roductoras de clnker$
Reduccin tica de ,actor de clnker lo;rada de aro'.M o ms (ara cementos comuestos$
Reduccin de costos de roduccin de 8asta 2 US

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!ineralizacin de clnker en la lanta #ecomn
Cementos comuestoscon mayor sustitucin declnker y resistencias msele3adas
Reduccin de ener;ael/ctrica de aro' M enmolienda de cemento
Reduccin total de costos de aro' 2 USVt cemento:
rincialmente debida a reduccin de ,actor de clnker en M
9rdinary
Clinker
!ineralized
Clinker)S WMX G6'1 &02'
SR 2'. 2'1
>R &'1 &'6
F WMX 0'22
C%S WMX 60 1-#8' n' W!Yt %-20 %%G.
:ource< 8ol* =>sser? $em- Apasco
ene,icios@
!e=ora de resistencias con mineralizacin de clnker

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40
0
.
& 0
& .
2 0
2 .
% 0
% .
A @ . (D A : )
$
1
'
P8-
:T8
.2
@
T=
(
3 7 2 81
!e=ora de resistencias con mineralizacin de clnker
=emlo de )CDCemento tio *5

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Cuestiones crticas ara la imlementacin@
Suministro rentable de mineralizador Control de la calidad del roducto (dosi,icacin de ,lNor$
Di3el de control del roceso

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Clnker ZnormalJ Clnker mineralizado
elita>lita
>litaelita

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&' *ntroduccin
2' +as de reaccin durante la ,ormacin de clnker%' !ecanismos de reaccin
Cin/tica de la coccin del clnker

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mezcla cruda
(& " $
clnker
k#
RTEa
T Aek =
k#O 3elocidad de reaccin a la temeratura #
# O temeratura de reaccin > O ,actor de ,recuencia
R O constante de los ;ases er,ectos aO ener;a de acti3acin
ecuacin de >rr8enius
$onsecuencias tericas$
disminuye con mayor ener;a de acti3acin ade los
comonentes de la mezcla cruda
> ,in de comensar la ba=a reacti3idad de minerales oco reacti3os:se reuiere una temeratura de coccin ms ele3ada yo un eriodode coccin ms lar;o (zona de clinkerizacin ms lar;a$'

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46
n la rctica: el m/todo ms con3eniente ara 3i;ilar la reaccines medir la 3elocidad con ue disminuye la cal no combinada(esto es: lacal libre$'
sta t/cnica se ilustra en las si;uientes ,i;uras: ue muestrandos mezclas crudas: * y **: con la misma composicin qumica(SC O .: !S O %'2 y !> O 2'2$ y *inura similar(R200 0'.M:R0 1 M y R60 &. M$'
s e3idente ue la di*erencia en mineralogay el tamaBogranular de los cristalesin,luyen en el mecanismo y en la3elocidad de reaccin: esecialmente al rinciio de la ,ormacin
del clnker'

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47
" ,
'ecla cruda 1
'ecla cruda 2
.squisto :
Calcita I &0 M

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48

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&' *ntroduccin
Reacciones endot/rmicas y eot/rmicas

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y
=emlos de reacciones eot/rmicas (liberacin de calor$
Carbn (C$ P 92 C92 Cal (Ca9$ P H29 Ca(9H$2 Cemento P H29 Hidratos de cemento E2S9- luido E2S9- slido
=emlos de reacciones endot/rmicas (absorcin de calor$
H29 (luida$ H29 (3aor$ CaC9% Ca9 P C92
#ermodinmica de la ,ormacin de clnker

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52

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Procesos endotCrmicos Eg clner
des8idratacin de arcillas &10
descarbonatacin de calcita &0calor de ,usin &0.calentamiento de la materia rima de 0 " &-.0L C 20.0Total endotCrmicos &1!
Procesos e,otCrmicos Eg clner
cristalizacin de arcilla des8idratada "-0calor de la ,ormacin de los minerales de clnker "-20cristalizacin de la ,ase luida "&0.en,riamiento del clnker "&-00en,riamiento de C92(e calcita$ ".00en,riamiento de H29 (e arcillas$ ".Total e,otCrmicos %2!!"
$alor neto terico de *ormacin del clner + 1G!
#ermodinmica de la ,ormacin de clnker

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alance calor,ico de 8ornos de 3a seca y 8Nmeda(kYk; clnker[ 3alores aroimados$
=orno va seca =orno vaH5meda
3aoracin de H29 20 (0'6M$ 2&00 (%M$(0:- M 8orno 3a seca y%. M 8orno 3a 8Nmeda$
Calor de reaccin &16. (.-M$ &16. (%2M$
5/rdida de calor or -0 (26M$ &2.0 (2%M$;as: clnker: ol3o: etc'
5/rdidas de calor or radiacin 6.0 (20M$ %60 (1M$
y con3eccin&2! Eg !! Eg

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&' *ntroduccin
nsayo de atitud a la coccin de Holcim

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l ensayo se basa en la coccin isot/rmica de ndulos de 8arina
cruda a &-00 LC durante &. min'
l ensayo ermite determinar la in*luencia relativade losdiversos parmetros del material que se quieren analiar? sin
la in*luencia de alteraciones tecnolgicas del proceso-
.valuacin $al libre 4 muy buena 0 " 2 buena 2 " - moderada - " 6 obre 6 " muy obre

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!odelo ,sico"umico de atitud a la coccin

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ste modelo ermite calcular el contenido de Ca9,eserado como resultado del ensayo de atitud a lacoccin a condicin de ue se 8aya determinado antesla saturacin de cal (SC$: el mdulo de slice (!S$: elorcenta=e de calcita ;ruesa (Cc$ mayor de 0 micrones:y de cuarzo ;rueso (A$ mayor de %2 micrones se;Nn la,rmula@
Ca9,O 0'60 AH%2 mP 0'&1 CcHG0 mP 0'%% SC P &'.6 !S " %%'01
=emlo de modelo ,sico"umico de atitud a lacoccin

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coccin8aI 'eal JurnabilitK
0
&
2
%
-
.
6
1
&0
Ratin; 2002 #est 2002 !odel 200% #est 200% !odel
4*reelime
test Luart M &2 um $alcite M 0" um 6: + :8
200% Eiln Feed(2\.%0!$)S O .'61SR O 2'.
>R O &'1R0m O &2'1M
erK @ood
@ood
'oderate
Poor
erK Poor 2002 Eiln Feed(&\-1U$)S O 6'SR O %'&&
>R O &'&R0m O &%'M
Comaracin de atitud a la coccin enlantas del ;ruo Holcim

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60
lantas del ;ruo Holcim
0'00
&'00
2'00
%'00
-'00
.'00
6'00
1'00
'00
'00
&0'00
&&'00
$alculado
$a1*M
& . &% &1 2& 2. 2 %% %1 -& -. - .% .1 6& 6. 6 1% 11 & . % 1 &0&
$AO$=.'9:
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