![](3D"12AnalisismicroscopicodeclinkerSantiagoCarrera_archivos/image023.gif")
Análisis microscópico de clinker para optimizar el proceso de clinkerizaci&oac=
ute;n
en una fábrica cementera.
Microscopic analysis of clinker to optimize the clinkerization
process in a cement factory.
Ana Gabriela Flores Huilcapi. [1= ], Luis Santiago Carrera Almendáriz.= [2= ] & Adrián Alejandro Rodríguez Pinos. [3= ]
Reci= bido: 10-11-2019 / Revisado: 05-12-2019 /Aceptado: 22-12-2019/ Publicado: 04-01-2= 020
&=
nbsp; Abstract. =
; &n=
bsp; DOI: https://doi.org/10.33262/cienciadigital.v=
4i1.1090
=
The objective of this research was to optimize the
clinkering process by means of microscopic analysis of clinker, to improve =
its
quality, increasing C3S (alite) and diminishing=
C2S (belite) of its mineralogical composition, in cement
factory. The clinker systematically tested for 12 weeks, was analyzed in the
Quality Control Laboratory by microscopy. The interpretation of the texture,
distribution and quantification of its mineral phases, let us to determine =
the
stages of the clinkering process to be studied, as: Content of CaCO3 in the
pre-homogenization of to the limestone, grinding and homogenization of raw,
cooling temperature of the clinker and speed of the oven. The parameters of=
the
processes were registered statistically by 6 weeks. This monitoring determi=
nes
to adjust the parameters of quality as lime saturation factor on 94,20 and =
the
grinding and homogenization of raw processes that keep on 20,44% Retained M=
:200
and 2,11 std, respectively, which produce a clinker with 56,17% C3S (alite) and 24,08% C2S (belite),
average of mineral phases. As a result of the adjustment to 99,94 lime
saturation factor, 18,25 Retained M:200 and 1,83 std in the grinding and
homogenization of raw processes, respectively, in the following 6 weeks, it
increases in 8 % of C3S and it diminishes in 10,13% C2S in its mineral phas=
es,
improving the quality of the clinker, because it develops better mechanical
resistances of the final product as it is the cement.
Resumen.
=
El objetivo de esta investigación fue optimizar el proceso de clinkerización mediante análisis microscópico de clínker, para mejorar su calidad, aumentando C3S (alita) y disminuyendo C2S (belita) de su composición mineralógica en una fábrica cementera. El clínker muestreado sistemáticamente durante 12 semanas fue analizado en el Laboratorio de Control de Calidad por microscopía. La interpretaci&o= acute;n de la textura, distribución y cuantificación de sus fases minerales, permitieron determinar las etapas del proceso de clinkerización a ser estudiadas como: Contenido de CaCO3 = en la pre-homogenización de la caliza, molturación y homogeneización de crudo, temperatura de enfriamiento del clínker y velocidad del horno. Los parámetro= s de los procesos mencionados son registrados y tratados estadísticamente= por 6 semanas. Este monitoreo determina ajustar los parámetros de calidad como el factor de saturación de cal en promedio de 94,20 y de los procesos de molturación y homogeneización de crudo que mantie= nen 20,44 % Retenido M:200 y 2,11 std respectivamen= te, produciendo un clínker con 56,17 % C3S (alita) y 24,08 % = C2S (belita) promedios de fases minerales. Como resultado del ajuste a 99,94 de factor de saturación de cal, 18,25 % Retenido M:200 y 1,83 std en los procesos de molturación y homogeneización de crudo respectivamente en las siguientes 6 semanas= , se aumenta en 8 % de C3S y se disminuye en 10,13 % C2S en sus fases minerales, mejorando la calidad del clínker, pues desarrol= la mayores resistencias mecánicas tempranas del producto final como es = el cemento.
Palabras claves: Clinker, Microscopía, Alita, Belita.
Introducción.
La
industria del cemento es una de las de mayor crecimiento a nivel mundial. En
los últimos años las empresas han mejorado su línea de
producción mediante la implementación de nuevos sistemas
tecnológicos, con el propósito de disminuir sus costos de
producción, especialmente los energéticos y obtener un produc=
to
de óptima calidad.
El
clinker de cemento Portland se fabrica cociendo una mezcla de piedra caliza,
cuarzo, arcilla y hierro a una temperatura de aproximadamente 1450 °C e=
n un
horno rotatorio de proporciones apropiadas y homogeneizada. La sinterizaci&=
oacute;n
parcial de los componentes minerales da como resultado la formación =
de
los nódulos de clínker, que después del enfriamiento se
trituran con sulfato de calcio (aproximadamente 3% a 5% en peso) para produ=
cir un
cemento Portland. Los cementos mezclados o compuestos pueden contener mayor=
es
cantidades de piedra caliza, escoria, cenizas volantes o puzolanas naturales
según las especificaciones norteamericanas y europeas, ASTM C150, AS=
TM
C595, ASTM C1157 y EN197. El concreto, el producto final utilizado en la
construcción, contiene cemento (7% a 15% en volumen), agua (14% a 18=
%),
aire (4% a 8% en volumen) y agregado (59% a 75% por volumen), y a menudo
materiales cementosos suplementarios, como piedra caliza molida, cenizas
volantes y escoria de alto horno (Hosmatka,
El clínker de cemento se compone de cuatro fases primarias y una serie = de fases menores del proceso de trituración y molienda, que da como resultado el cemento. El silicato tricálcico (Ca3SiO= 5-C3S) es la fase predominante en el clínker moderno, que contribuye aproximadamente del 40% al 75% del volumen (en masa), y es responsable del volumen de la resistencia a la edad temprana (<28 d) del hormigón endurecido. Es comúnmente llamado alita, haciendo referencia a la fo= rma impura que se encuentra en el clínker industrial. La alita es uno de= los minerales principales del clinker, exhibe una sección transversal hexagonal, se presenta como cristales euédricos= a anédricos y puede contener inclusiones= de otras fases. El grabado químico facilita su identificación mediante microscopía de luz reflejada (Campbell, 2012).
Dentro
de las técnicas de control de calidad del cemento portland est&aacut=
e;
la microscopía del clínker. Un método poco costoso y
fácilmente realizable. Los laboratorios de las fábricas de
cemento no han aprovechado plenamente todas las posibilidades que les ofrec=
e la
observación microscópica de los clínkeres para cuantif=
icar
sus diferentes fases minerales.
Mediante
la composición química determinada en el clínker, se
establece matemáticamente el porcentaje de las fases
mineralógicas presentes, pero este cálculo es teórico =
como
bien lo dice Bogue, es un cálculo virtual (Tobón &
López, 2007) (Crumbie, Walenta,
& Füllmann, 2006). Con el análi=
sis
microscópico se determina y cuantifica real y físicamente la
distribución, el tamaño y la cantidad de las fases minerales
presentes en el clínker. La abundancia de fases, la distribuci&oacut=
e;n
y la textura del clínker de cemento reflejan la combinación de
dosificación, molienda y homogeneización de las materias prim=
as,
y el historial de cocción y enfriamiento del proceso de clínk=
er.
(Virella, 1982) La capacidad de visualizar, reg=
istrar
y cuantificar los atributos de composición y textura de fase del
clínker permitió desarrollar una mejor comprensión de =
su
producción y la capacidad de identificar problemas en la
preparación y cocción de las materias primas. Hoy en dí=
;a,
la mayoría de las microscopías utilizan secciones pulidas de
clínker y luz reflejada, y los métodos cuantitativos incluyen=
el
análisis de conteo de puntos, así como el procesamiento y
análisis de imágenes. El desarrollo de materiales de referenc=
ia
de clínker certificados ha facilitado el desarrollo de los primeros =
métodos
de prueba estándar para su microscopía y la difracción=
de
rayos X en polvo. (Zementindustrie, 2011).
El clinker está constituido por minerales como el silicato tricálcico (C3S) comúnmente llamado Alita, el sili= cato bicálcico (C2S), aluminato tricálcico (C3A) y ferroaluminato tetracálcico (C4AF). El principal constituyente es el C3S y se compone de 73% de cal y 26% de ácido silícico. Este mineral presenta formas prismáticas rectangulares o hexagonales bien conformadas, con dimensiones que varían de 15 – a 50 µm,= su formación completa se da cuando la cocción se lleva a una temperatura suficientemente elevada y en un buen tiempo. El C3S contribuye al as resistencias iniciales. El segundo mineral de importancia = en el clinker es el C2S o silicato bicá= lcico, está constituido por un 65 % de cal y un 34 % de ácido silícico; presenta formas redondeadas, cristales anchos de entre 30 = a 50 µm. El desarrollo de sus resistencias es lento, si bien a largo plazo= es capaz de alcanzar resistencias tan grandes por lo menos como la alita. Las fases alumínicas y ferríticas microcristalinas son consideradas frecuentemente como mas intersticial o matriz,. Ambas se forman a partir de la fase líquida o fundida del clínker en el enfriamiento de éste. (Lab= ahn & Kohlhaas, 1983)
La
interpretación de los atributos de composición y textura de l=
os
minerales del clínker permite comprender la efectividad de las
diferentes etapas de fabricación del clinker como la molturaci&oacut=
e;n
del crudo (molienda de arcilla y piedra caliza), homogeneización del
crudo, calentamiento y temperatura de sinterización y enfriamiento d=
el
clinker.
La molturación del crudo se r= efiere al grado de finura que deben tener las materias primas previo al proceso de homogeneización. Para una molturación adecuada se requiere qu= e el tamaño de partículas sea menor a 100 µm, aunque para Sílice se considera que debe ser menor a 45 µm. Una molturación deficiente se caracteriza por presentar: Nidos de C= 2S (belita) con todos sus bordes bien definidos y formas regulares, indicando = la presencia de cuarzo tosco > a 45µm en la alimentación. Los nidos de belita son perjudiciales para la molienda del clínker así también para la resistencia del Cemento. (Zea-Garcia, Santacruz, Aranda, & De la Torre, 2019) L= a homogeneización del crudo&= nbsp; adecuada presenta las fases mineralógicas bien distribuidas. Una homogeneización defectuosa se caracteriza por presentar nidos de algunos componentes mineralógicos como alita, belita, cal libre y periclasa. Los nidos son irregulares a redondeados y de diverso tamaño de 180 a 4000 µm; nidos de cal libre de 90 a 800 µm. Los nidos, al igual que en la molturación, son perjudicial= es, porque gastan mucha energía en la molienda del clinker y tambi&eacut= e;n disminuyen la resistencia del Cemento (Taylor, 1982). El calentamiento dentro del horno se produce entre 1200 y 1300 &de= g;C, antes de la zona de sinterización y puede ser interpretado observand= o el tamaño cristalino de la Belita, determinando un calentamiento adecua= do por cristales de tamaño 20 a 40 µm (60 µm). La temperatura de sinterización puede ser interpretada en base al estudio del tamaño cristalino de la Alita, así:15 - 20 µm excelente, se considera una temperatura = de sinterización muy buenas (1300 a 1450 °C). Nidos de Belita basta= nte grandes y con formas irregulares indican un clínker sobrecosido. El tiempo de Sinterización insuficiente puede ser relacionado con falta= de fundentes, o con una velocidad muy rápida del horno. (Maki, Ito, Tanioka, Ohno, & Fukuda, 1993) El enfriamiento dentro del horno se interpreta básicamente observando la descomposición de los cristales de Alita, aunque también los cristales de Belita y Periclasa pueden servir como parámetros de ayuda. El enfriamiento inadecuado se relaciona con una velocidad del horno inadecuada o también con la formación de anillos.
La
presente investigación en una fábrica cementera consisti&oacu=
te;
en registrar las variables de calidad y de proceso de producción del
clínker y su análisis microscópico textural y cuantita=
tivo
de las principales fases minerales presentes en el clínker como: ali=
ta
(C3S), belita (C2S), aluminato tricálcico (C
Metodología.
El trabajo experimental se realiza durante 12 semanas; cada día se obti= ene una muestra representativa de 2 kg de clinker compuestas por muestras tomad= as cada hora a la salida del horno para determinar parámetros de calidad como composición química de crudo determinada por % de carbon= ato de calcio, módulo de saturación de cal, módulos de sil= icio y módulo de alúmina, contenido de alita y belita calculado y = por análisis microscópico. La muestra representativa de clinker diaria es pulverizada y analizada en un equipo de fluorescencia de rayos X = para cuantificar la cantidad de CaO, SiO2= , Al2O3, Fe2O3 y MgO principalmente para calcular los módulos de clinker.
El
módulo de saturación de cal es un indicador usado en control =
de
calidad del crudo para determinar la cantidad de cal ideal, de tal manera q=
ue
se formen componentes hidráulicos en el mineral de clinker, sin que
quede óxido de calcio libre. Una cantidad adecuada de cal en el cl&i=
acute;nker
permite formar fases que requieren de cal y que tienen propiedades favorabl=
es,
en particular en el desarrollo de resistencias en el producto final como es=
el
cemento. El módulo de saturación de cal a menudo está
entre 90 y 102. (Labahn & Kohlhaas,
1983) y viene dado por la siguiente fórmula:
S.C.=3D100 (CaO + 0,75 MgO) / (2,80 SiO2 + l,18 A12O3 + 0,65= Fe2O3) = &nb= sp; = Ec. 1
El mód= ulo de sílice establece la variación de fase fundida que se desarrolla en el horno durante la clikerización= , es así como módulos altos altera la facilidad de cocció= ;n y por ende la exigencia de una mayor temperatura y energía para su fundición. Sus valores suelen estar entre 1,8 y 3,2. (Labahn & Kohlhaas, 19= 83).
MS= =3D SiO2/(Al2O3 + Fe2O3) = &nb= sp; = &nb= sp; = &nb= sp; = &nb= sp; = &nb= sp; = Ec. 2
El módulo de alúmina es un parámetro que determina la can= tidad de fase fundida que tendrá el clinker. La relación entre el óxido de aluminio y el óxido de hierro influye en las características de la fase líquida del clinker como su viscosidad, cantidad y composición. Su valor suele estar entre 0,7-2= ,5. El incremento en el módulo resulta en un clinker duro, que requiere mayor energía para su molienda. Valores bajos de módulo acele= ran la fragua del cemento. (Chinchón & Sanjuan, 2008)
MA =3D Al2O
Así
también se registra parámetros de proceso como grado de homog=
eneización
(razón desviación estándar de % de carbonato
cálcico de crudo molino vs crudo horno), grado de molturación=
de
crudo (% retenido M:200), temperatura de enfriamiento de clinker y velocida=
d de
horno (RPM) tomados directamente del proceso de fabricación
Para
cuantificar la cantidad de alita y belita se puede realizar un cálcu=
lo
potencial a través de las ecuaciones de Bogue. (Perry, 1982) A parti=
r de
la composición química de un clinker, es posible estimar su
composición mineralógica, o sea su contenido de silicato
tricálcico (alita), silicato bicálcito
(belita), aluminato tricálcico y ferroaluminatotetracálcico, más sin emb=
argo
maneja varios errores:
C3S =3D 4,71 CaO – 7,602 SiO2 – 6,719 Al2O= 3 – 1,430 Fe2O3 = &nb= sp; = Ec. 5
C2S =3D 8,602 SiO2 + 5,068 Al2O3 + 1,079 Fe2O3 = – 3,07 CaO = &nb= sp; = Ec. 6
De tal manera que la técnica de investigación que se va a emplear para determinar la forma, tamaño, distribución y cuantificación de minerales de alita C3S y belita C2= S es microscopía de luz reflejada. Para el análisis microscópico se toman de cada muestra representativa 10 nódul= os de clinker regular y se los coloca en un molde previamente engrasado. Media= nte un equipo de vacío se coloca 28,8 gramos de resina epoxi y 11,2 de endurecedor previamente pesados y mezclados en el molde. Las probetas una v= ez seca, es desmoldada y cortada con el equipo IsoMet Low Speed.
Para
el pulido de la probeta se utilizan diferentes paños siendo los
siguientes:
Tabla 1=
. Paños utilizados para pulir superficies
segmentadas de Clinker
|
Superficie Paño= |
Lubricante |
Abrasivo |
Tiempo min |
Fuerza |
Velocidad RPM |
|
CARBMET |
Metadi
fluid |
SiC – 400 = Grit |
Liso completamente |
7 |
220 - 250 |
|
TEXMET2000 |
Metadi
fluid |
Metadi paste 6 µm<= /span> |
5 |
6 |
120-150 |
|
TEXMET2000 |
Metadi fluid |
Metadi paste 1 µm<= /span> |
4,5 |
5 |
12-150 |
|
MICROCLO TH |
Isoprophyl<= span lang=3DES-TRAD style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%;font-family:"Ti= mes New Roman",serif; color:black;letter-spacing:-.5pt;mso-ansi-language:ES-TRAD'> alcohol |
Micropolish<= /p> |
2,5-3,5 |
3 |
100-120 |
Fuente: Laboratorio de Control de Calidad fábrica cementera
Las secciones pulidas son preparadas c=
on
los siguientes métodos de ataque químico de tal manera que se
obtenga el tono de color deseado para las diferentes fases
mineralógicas. Para lo cual se los coloca en un papel filtro sobre un
vidrio plano, y se lo impregna con el reactivo de ataque por un tiempo
determinado y se seca perfectamente la muestra con una corriente de aire
caliente de 5 a 8 minutos.
Tabla 2. Reactivos químicos de ataque de
superficie de probetas de Clinker
|
Reactivo |
Tipo de ataque |
|
Aire |
Luego de 48 horas se produce un ataque a la cal libre dando un color caf&ea= cute; - amarillento. |
|
Agua destilada |
Durante 5s ataca a =
la
cal libre logrando colores de |
|
Nital= (HNO3 al 1% en Alcohol Etílico) |
Durante 10s ataca a= los silicatos y en menor medida a los aluminatos y ferritos. |
|
Etanol + Agua (1:1)= |
Ataque durante 2 s y
con una disolución al 1% de HC1 en etanol |
|
Agua destilada |
Durante 2 s= , más Nital por 2s y NH4Cl de 30 a 45s se revelan minerales como C3S, C= 2S y C3A. |
Fuente:<=
span
lang=3DES-MX style=3D'font-size:10.0pt;line-height:115%;font-family:"Arial"=
,sans-serif;
color:black;mso-ansi-language:ES-MX'>(Fernández, 2009)(Dorn, 1978)
Resultados.
La
saturación de cal durante las primeras 6 semanas mantienen un promed=
io
de 94,20 considerado en el límite bajo para la formación de l=
as
fases ricas en cal responsables de las resistencias iniciales del cemento p=
or
lo que se ajusta este parámetro en la química del crudo y dur=
ante
las siguientes 6 semanas se sube la saturación de cal promedio a 99,=
94
considerado de alta calidad. El módulo de alúmina decrece de =
1,59
a 1,53 entre los dos períodos proporcionando una mayor cantidad de f=
ase
fundida que resulta en la formación de cristales de tamaño y
bordes regulares.
Tabla 3. Promedio semanal de variables de calidad de composición química de clinker
|
Semana |
%
Carbonato de Calcio |
Saturación
de cal |
Módulo
de Silicio |
Módulo
de Alúmina |
|
1 |
81,77 |
93,23 |
2,9 |
1,60 |
|
2 |
81,76 |
92,31 |
2,74 |
1,63 |
|
3 |
82,06 |
91,87 |
2,78 |
1,68 |
|
4 |
82,36 |
92,73 |
2,82 |
1,57 |
|
5 |
82,42 |
95,61 |
2,57 |
1,55 |
|
6 |
81,85 |
99,47 |
2,65 |
1,49 |
|
7 |
80,62 |
103,44 |
2,78 |
1,48 |
|
8 |
81,78 |
103,86 |
2,58 |
1,50 |
|
9 |
79,30 |
100,86 |
2,49 |
1,56 |
|
10 |
80,01 |
97,33 |
2,73 |
1,58 |
|
11 |
80,16 |
95,81 |
3,02 |
1,57 |
|
12 |
82,68 |
98,31 |
2,89 |
1,50 |
|
std |
1,45 |
4,527 |
0,19 |
0,08 |
Fuente: Elaboración propia
En
las primeras 6 semanas por microscopía se observa la presencia de ni=
dos
de belita con bordes bien definidos en los nódulos de clinker como se
observa en la Fig. 4 , este tipo de alteración mineralógica
está relacionada con procesos poco efectivos en cuanto a
homogeneización y molturación de crudo, según la
Tabla se tiene un promedio de 2,11 std y
20,44% de Retenido M:200 respectivamente, estos datos demuestran que
están sobre el rango óptimo de proceso de manera que se ajusta
estos parámetros en las siguientes 6 semanas bajando el porcentaje de
Retenido M:200 a un promedio de 18,25 % y una homogeneización de 1,8=
3 std en el crudo, inclusive se puede observar que en el
promedio de la semana 7 se baja bruscamente el retenido M:200 a 9,91 debido=
a
que no se logra estandarizar las variables del de operación del moli=
no
de crudo, situación que se controla en las siguientes semanas obteni=
endo
un retenido en M:200 estable.
La
Temperatura de enfriamiento en las primeras semanas está en un prome=
dio
de 80,10 C, valores considerados dentro de lo esperado y contrastado con el
análisis microscópico de clinker se observa que el enfriamien=
to
es rápido ya que se observa alitas con forma romboédricas, bo=
rdes
bien definidos y rectos, mientras que la belita mantiene una forma redondea=
da y
de tamaño pequeño, y no se observa descomposición de
alitas en belitas. Esta variable de proceso en =
las
siguientes 6 semanas se baja a un promedio de 69,91 C de manera que se mejo=
ra
aún más la calidad de los minerales.
Tabla 4. Promedio semanal de minerales de C3= S y C2S calculado y analizado por microscopía de clinker
|
Semana |
C3S calculado Bogue (%) |
C3S cuantificado microscopía (%) |
Tamaño
promedio C3S |
C2S calculado Bogue (%) |
C2S cuantificado microscopía (%) |
Tamaño
promedio C3S |
|
1 |
50,47 |
53,2 |
40,34 |
27,69 |
28,68 |
36,1 |
|
2 |
53,13 |
56,21 |
42,83 |
24,47 |
23,32 |
45,33 |
|
3 |
54,06 |
57,75 |
43,51 |
23,67 |
21,85 |
37,5 |
|
4 |
52,54 |
58,32 |
47,40 |
25,43 |
20,97 |
28,41 |
|
5 |
55,6 |
58,32 |
35,21 |
22,14 |
20,97 |
29,02 |
|
6 |
60,87 |
53,2 |
31,4 |
17 |
28,68 |
23,63 |
|
7 |
67,01 |
70,35 |
26,70 |
9,77 |
8,57 |
35,21 |
|
8 |
62,19 |
65,28 |
28,50 |
11,34 |
10,13 |
38,53 |
|
9 |
63,31 |
66,15 |
31,26 |
12,06 |
11,89 |
39,38 |
|
10 |
61,39 |
63,54 |
28,54 |
15,43 |
12,59 |
48,37 |
|
11 |
59,74 |
58,35 |
36,84 |
17,63 |
16,89 |
38,22 |
|
12 |
59,87 |
61,34 |
34,61 |
17,49 |
16,23 |
37,97 |
|
std |
5,147 |
1,38 |
6,72 |
5,18 |
1,53 |
6,91 |
Fuente: Elaboración propia
La cuantificación de C3S - Alita por el método calculado (bogue) arroja como datos un 2 % menos que lo determinado por microscopía, mientras que la cuantificación de C2S (belita) por el método calculado (bogué) muestra un 2% más que lo cuantificado por microscopía. El C3S y C2S promedio cuantificado por microscopía durante las 6 primeras semanas corresponde al 56, 17 % y 24,08% Al mejorar los parámetros de calida= d de composición de crudo como el Factor de Saturación de Cal, Módulos de silicio y Módulos de alúmina y los parámetros de proceso como molturación de crudo, homogeneización de crudo y temperatura de enfriamiento de clinker se logra en las siguientes 6 semanas subir el C3S promedio a 64,17= % y bajar el C2S promedio a 13,95 %, pues mientras mayor porcentaje se logre de= C3S mejores resistencias iniciales se lograrán en el producto final como= es el cemento. Así las resistencias a la compresión iniciales de cemento promedio de las 6 primeras semanas están en 13,17 MPa, mient= ras que en las 6 semanas siguientes con el aumento de C3S se obtiene unas resistencias a la compresión iniciales de cemento promedio de 15,10 = MPa es decir se logra un aumento de 12,8 % con la mejora de las variables de calidad y de proceso.
![](3D"12AnalisismicroscopicodeclinkerSantiagoCarrera_archivos/image024.gif")
Figura 1. Carta de Control X= -med de C3S calculado y observado
Fuente: Elaboración propia
![](3D"12AnalisismicroscopicodeclinkerSantiagoCarrera_archivos/image025.gif")
= Figura 2. Carta de Control X-me= d C2S observado y calculado clínker horno
Fuente: Elaboración propia
Según
la Figura 1 y la Figura 2 se puede apreciar que a partir de la sépti=
ma
semana se mejora la composición de C3S y se disminuye la
composición de C2S en el clinker. Además, se observa una
diferencia significativa de porcentaje medido entre el método calcul=
ado
(Bogué) y microscopía óptica.
Tabla 5. Promedio semanal de variables de proceso de clinker
|
Semana |
Grado
homogeneización |
Grado
molturación de crudo |
Temperatura
enfriamiento clinker |
Velocidad
de horno |
|
|
|
2,03 |
20,03 |
81,10 |
1,38 |
|
|
2 |
2,27 |
19,94 |
77,89 |
1,41 |
|
|
3 |
2,39 |
21,50 |
84,17 |
1,65 |
|
|
4 |
1,71 |
20,67 |
92,16 |
1,46 |
|
|
5 |
2,13 |
20,72 |
67,38 |
1,38 |
|
|
6 |
2,17 |
19,79 |
77,9 |
1,58 |
|
|
7 |
1,61 |
9,91 |
72,46 |
1,5 |
|
|
8 |
2,24 |
21,04 |
72,54 |
1,29 |
|
|
9 |
2,16 |
19,91 |
60,03 |
1,33 |
|
|
10 |
1,63 |
20,13 |
59,38 |
1,70 |
|
|
11 |
1,33 |
18,46 |
80,62 |
1,70 |
|
|
12 |
2,01 |
20,03 |
73,20 |
1,28 |
|
|
std |
0,69 |
1,49 |
12,80 |
0,18 |
|
Fuente: Elaboración propia
Tabla 6.
Promedio semanal de resistencias a la compresión de cemento <=
/p>
Resistencia
a la compresión Semana 3
días 7
días 28 días 1 10,50 17,38 29,78 2 15,06 20,87 32,65 3 13,27 20,01 29,96 4 11,04 17,83 26,40 5 12,32 19,15 28,14 6 16,84 24,24 33,09 7 15,90 21,19 30,86 8 16,80 21,70 30,20 9 16,64 22,46 30,51 10 13,37 19,11 26,21 11 13,68 20,06 28,99 12 14,23 20,07 26,69 std 2,66 2,90 3,18 Fuente: Elaboración propia=
El
grado de molturación de crudo definido por el retenido en malla 200
según la Tabla 5, en la
semana 7 disminuye en 9,91 %, debido a que se eleva la velocidad en el
separador del molino de crudo, sin embargo, el crudo con una finura tan baja
empieza a generar problemas de atascamiento en la torre de ciclones del
precalentamiento del crudo, por lo que se decide mantener en 19 % de reteni=
do
en M:200, parámetro que se normaliza en 2 semanas. =
=
=
Figura
3. C3S, C2S y
resistencias iniciales a 3 días semanales promedio de clinker analiz=
ado
por microscopía. =
=
Fuente:
Elaboración propia Como
se aprecia en la Figura 3 existe una relación estrecha entre el
porcentaje de C3S cuantificado y las resistencias tempranas a 3 =
y 7
días en el producto final como es el cemento. Como se observa en la
Figura 3 el incremento de C3S a partir de las semanas 7, 8 y 9 de
67,01%, 62,19% y 63,31 % respectivamente, provoca un aumento de las
resistencias tempranas del cemento puzolánico IP a 3 días de
15,90, 16,80 y 16,64 Mpa respectivamente supera=
ndo lo
establecido por la Norma INEN 490:2 para Cementos Hidráulicos compue=
sto
de 13 MPa. (INEN, 2002). Figur=
a 4. Análisis microscópico de clinker =
de
semana 3 resolución 10 X Fuent=
e: Software Omniment de
microscopía óptica Se
observa en la Figura 4 la presencia de nidos de C2S (belita) de
aproximadamente 179,5 µm y C3S de 40,34 µm promedio.=
Figur=
a 5. Análisis microscópico de clinker =
de
semana 7 resolución 10 X Fuent=
e: Software Omniment de
microscopía óptica Figur=
a 6. Análisis microscópico de clinker =
de
semana 12 resolución 10 X Fuent=
e: Software Omniment de
microscopía óptica Una
vez que se ha subido el factor de saturación de cal y se ha mejorado=
la
finura del crudo y su homogeneización en las Figura 5 y 6 se observa
mayor distribución de C3S, un tamaño promedio de 2=
6,70
µm y 34,61 µm respectivamente, y no se aprecia la presencia de
nidos de C2S (belita). Conclusiones. ·
El
factor de saturación de cal sobre 97 es adecuado para la
formación de las fases minerales C3S (alita) y C2S
(belita) del clínker, con módulos de silicio bajo los 2,8 y
módulo de Alúmina alrededor de 1,5 obteniéndose una
distribución en composición, forma y tamaño ideal de C=
3S
y C2S. El desarrollo bajo de las resistencias mecánicas t=
empranas
del cemento se debe a un bajo contenido de C3S (alita) y un alto
porcentaje de C2S (belita) según los resultados mostrados=
. · =
La
deficiencia en el grado de molturación y homogeneización se
evidenció al tener microscopías de clinker que muestran la pr=
esencia
de nidos de belita y cal libre irregulares que resultan perjudiciales porque
gastan mucha energía en su molienda posterior y también
disminuyen la resistencia del cemento. ·
Las
variables de proceso como temperatura del clínker en la etapa de
enfriamiento y la velocidad del horno están controladas y sus valores
son adecuados, ya que se evidencia un bajo porcentaje de silicato bicálcico (belita)
secundaria y una matriz bien cristalizada. ·
Se
cuantifica por microscopía óptica a través del softwar=
e Omniment que el clínker de
la fábrica cementera posee un 60,16 % de C3S y 18,39 % de=
C2S
promedio, concluyéndose que el C3S observado
microscópicamente es mayor en un 2% que el calculado, mientras que C=
2S
observado y calculado tienen resultados aproximadamente iguales. El ajuste
realizado en las variables de calidad como el factor de saturación de
cal y variables de procesos de molturación y homogeneización =
de
crudo permitieron que se suba la proporción de C3S y se
disminuya la cantidad de C2S de sus fases minerales, mejorando la
calidad del clínker. Referencias bibliográficas. Campbell, D.
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Clinker With Optical Microscopy – Case Studies II. Building,
(1), 1–7. PARA CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO. Flo=
res Huilcapi, A. G., Carrera Almend&=
aacute;riz,
L. S., & Rodríguez Pinos, A. A. (2020). Análisis
microscópico de clinker para optimizar el
proceso de clinkerización en una
fábrica cementera. Ciencia Digital, 4(1), 165-181. https://doi.org/=
10.33262/cienciadigital.v4i1.1090 El artículo qu=
e se
publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente
reflejan el pensamiento de la Revi=
sta
Ciencia Digital. El
artículo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su
publicación parcial y/o total en otro medio tiene que ser autorizado=
por
el director de la Revista Ciencia
Digital.
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