Procesos esenciales en la fabricación del cemento Portland: molienda, clinkerización y fraguado

Molienda y trituración

Molienda y trituración: Para que haya una buena cocción del crudo es necesario tener un tamaño de partículas inferior a 0,2 mm. El proceso consta de 2 fases:

• 1. Fase: trituración primaria de la caliza; se obtiene un tamaño entre 80–20 mm.
• 2. Fase: molienda, con tamaño deseado inferior a 0,2 mm.

Dosificación

Dosificación: Para la correcta fabricación del cemento debemos mezclar materias primas cuya composición química nos permita obtener la composición deseada del crudo. Para ello se calculan los siguientes módulos:

• Módulo hidráulico (MH): sirve para calcular el contenido óptimo de cal del crudo y comprobar que no hay cal libre. Si MH < 1,7 tiene baja resistencia; si MH > 2,3 hay exceso de cal libre y se obtiene un cemento expansivo.
• Módulo estándar de cal: determina la cantidad necesaria de cal para que se combine con la sílice, la alúmina y los óxidos férricos, evitando la presencia de cal libre.
• Módulo silíceo (MS): es la relación entre la sílice y la suma de la alúmina y los óxidos férricos. Rango típico: 1,8 < MS < 3.
• Módulo de fundentes (MF): relación entre la alúmina y el óxido férrico. Rango típico: 1,8 < MF < 2,8.

Fase de clinkerización

Clinkerización: La clinkerización es la síntesis propia de la obtención del clinker del Cemento Portland. Para obtener los granos de clinker es necesario que algunos de los componentes reaccionen en estado líquido (fundentes: C4AF, C3A), mientras que los silicatos permanecen en estado sólido (C3S, C2S). Todos ellos reaccionan químicamente dando lugar al clinker del cemento Portland.

Fases térmicas del horno

• Secado (hasta ~350 °C): se elimina el agua libre del crudo.
• Calentamiento (550–900 °C): se elimina el agua químicamente combinada de las arcillas y se descomponen sus compuestos.
• Calcinación (900–1200 °C): el carbonato cálcico (CaCO3) se descompone en CO2 y CaO. Los óxidos procedentes de las arcillas reaccionan con el CaO formando C2S y C4AF.
• Reacciones exotérmicas (~1200–1300 °C): se produce un aumento intenso de temperatura y se desarrolla la fase sólida con formación de C3S y C3A.
• Clinkerización — fase líquida (~1350–1450 °C): es la clinkerización propiamente dicha. C4AF y C3A se funden y continúa la formación de C3S, que es la fase sólida principal.
• Enfriamiento del clínker (entre ~1450–1000 °C): se fijan las fases anhidras. Un enfriamiento rápido evita la descomposición de C3S a C2S + CaO libre y facilita la molienda del clínker.

Molienda del clínker

Molienda del clínker: Tras el enfriamiento, el clínker se muele y se añade un regulador de fraguado —por ejemplo, aljez (piedra de yeso)— para controlar los tiempos de fraguado. Además pueden incorporarse distintas adiciones para obtener cementos con propiedades específicas.

Adiciones opcionales:

• Escoria de horno alto.
• Humo de sílice (silica fume).
• Puzolanas naturales.
• Cenizas volantes.
• Esquistos calcinados.
• Piedra caliza.

Fraguado y endurecimiento

Fraguado: Paso de la pasta desde el estado fluido a sólido por reacción química (reacción exotérmica).

Endurecimiento: Desarrollo progresivo de resistencias mecánicas tras el fraguado. La formación de la tobermorita aporta solidez, durabilidad y resistencia mecánica al cemento.