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Apr 28, 2024

¿Cómo se fabrica el cemento? (Secretos comerciales revelados)

Contenido de este artículo El cemento se fabrica combinando químicamente materias primas como calcio, sílice, aluminio, hierro y otros elementos bajo estrictos controles de fabricación. Además, la piedra caliza,

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El cemento se elabora combinando químicamente materias primas como calcio, sílice, aluminio, hierro y otros elementos bajo estrictos controles de fabricación. Además, la piedra caliza, las conchas y la tiza o marga se combinan frecuentemente con esquisto, arcilla, pizarra, escoria de alto horno, arena de sílice y mineral de hierro para fabricar cemento.

Todo esto depende del tipo de cemento que se utilice como hormigón.

El cemento es uno de los ingredientes esenciales del hormigón, el agente de construcción más producido en masa en el mundo. Esta sustancia es un aglutinante que se origina como un polvo fino y gris.

El cemento es una parte fundamental de muchos tipos de construcción. Sin él, no tendríamos ninguno de nuestros grandes rascacielos, aceras, puentes, carreteras y mucho más.

En 2021, EE. UU. produjo más de 92 millones de toneladas de cemento. Si está interesado, esto es lo que pesa una yarda de hormigón.

Para un recurso tan consumido, crear cemento es más difícil de lo que uno podría pensar. Existen muchos tipos de cemento, siendo el más común el cemento hidráulico.

Este artículo cubrirá el proceso paso a paso que conduce a las bolsas de cemento ampliamente disponibles que vemos en las tiendas hoy en día.

El cemento es una amalgama de minerales. La composición del cemento es principalmente piedra caliza, arcilla, mineral de hierro y yeso. Las empresas obtienen y preparan estos materiales antes del proceso de fabricación para que puedan convertirse en cemento de alta calidad.

La piedra caliza es una roca carbonatada sedimentaria que generalmente se encuentra en cuevas o cerca de aguas marinas poco profundas. Los mineros de piedra caliza desentierran, trituran y muelen la piedra hasta obtener un polvo fino para la producción de cemento. Utah, Michigan y Virginia Occidental son los productores actuales de la mayor parte de la piedra caliza en Estados Unidos.

La arcilla es una sustancia de grano fino que puede ser pegajosa y moldeable pero se seca con la exposición al aire. Al igual que la piedra caliza, los trabajadores triturarán la arcilla hasta convertirla en un polvo fino para la producción de cemento.

Generalmente, la arcilla proviene de rajos abiertos cercanos a las plantas de producción para ayudar a reducir costos. Los depósitos de arcilla más grandes de Estados Unidos se encuentran en Georgia y Carolina del Sur.

Los minerales de hierro son rocas que contienen hierro metálico que las máquinas pueden extraer para obtener sus formas puras. Provienen principalmente de depósitos pequeños y subdesarrollados que venden minerales a empresas cementeras.

California, Minnesota y Michigan son actualmente los mayores vendedores de mineral de hierro en Estados Unidos.

El yeso es un ingrediente común en productos como fertilizantes, paneles de yeso y yeso de París. Es un mineral suave y blanco que proviene del sulfato de calcio dihidrato.

Su forma bruta es un cristal casi opaco que normalmente se forma en condiciones oxidadas. Los mineros extraen yeso en 19 estados de EE. UU., siendo Oklahoma, Nevada, Iowa, Texas y California los principales productores.

Una vez que las empresas cementeras han extraído y recolectado estos materiales, los llevan a la planta de fabricación y los trituran hasta convertirlos en polvo.

El primer paso del proceso es triturar los minerales individuales hasta alcanzar un tamaño de aproximadamente 6 pulgadas. Luego pasan a una etapa de trituración secundaria, reduciéndolos a aproximadamente 3 pulgadas o menos.

Una vez que los minerales son lo suficientemente pequeños, los productores combinan todos los ingredientes excepto el yeso en proporciones exactas. Luego los metieron en el horno de cemento.

El horno de cemento es un gran recipiente de acero con forma de cilindro revestido con un ladrillo refractario especial. Tiene aproximadamente 12 pies de diámetro en promedio y arde a 2700 °F.

El horno está ligeramente inclinado. Los minerales entran al horno por el extremo superior y caen al lado inferior durante el calentamiento. Durante el proceso de calentamiento, muchos minerales se queman, dejando gases.

Se producen varias reacciones químicas a medida que el horno se calienta a esta temperatura increíblemente alta, un proceso que se divide en cuatro etapas principales.

Primero, el agua libre en los polvos se evapora una vez que la temperatura alcanza los 212°F. A 800°F, se produce la deshidratación y la formación de óxidos de silicio, hierro y aluminio.

Alrededor de los 1800°F, se desprende CO2 y la calcinación produce CaO. Finalmente, a 2750°, los minerales restantes se unen y forman clinker. El clinker saldrá del horno en forma de bolas grises del tamaño de una canica.

Después de salir del horno, un ventilador sopla aire frío sobre el clinker para enfriarlo rápidamente. Una vez que esté lo suficientemente frío como para manipularlo, los trabajadores lo mezclarán con pequeñas cantidades de yeso.

El propósito del yeso es aumentar el tiempo antes de que el cemento fragüe para que los constructores tengan tiempo de manipularlo.

Después de combinar el yeso y el clinker, el cemento pasa por un proceso final de molienda. Este proceso normalmente utiliza un molino de bolas, que es una máquina con múltiples cámaras giratorias que albergan bolas de molienda de acero de varios tamaños.

Combina yeso y clínker para obtener cemento en polvo, que luego las empresas entregarán a los almacenes y obras de construcción.

El yeso desempeña un papel fundamental en el endurecimiento del cemento. Regula el tiempo de fraguado y por tanto es un ingrediente imprescindible.

El objetivo principal de agregar yeso al clinker de cemento es retardar el proceso de hidratación del cemento una vez que se mezcla con agua. Cuando el cemento en polvo se mezcla con agua, comienza a reaccionar con el C3A y se solidifica.

La solidificación no tarda mucho, lo que puede resultar problemático al mezclar o transportar cemento. Sin embargo, si agrega yeso a la mezcla, la reacción comienza a formar etringita. La etringita es un mineral de sulfato de calcio y aluminio hidratado.

Durante las reacciones del cemento, se convierte en cristales de grano superfino que recubren las partículas de C3A.

La etringita ralentiza drásticamente el proceso de endurecimiento del cemento, lo que permite a los trabajadores tener tiempo para mezclar, transportar y colocar el cemento sin problemas. Esto puede ser crítico en la composición y trabajabilidad del concreto.

Cada paso del proceso de fabricación de cemento requiere pruebas y monitoreo frecuentes para garantizar que cumpla con los estándares de la industria. El tipo de cemento puede diferir según el proyecto o finalidad del cemento. Aquí hay algunos tipos diferentes de cemento.

El cemento Portland es el cemento más común. Por esta razón también se le conoce como cemento común. Es el ingrediente principal del hormigón, el mortero y la lechada. Joseph Aspdin desarrolló accidentalmente este cemento en el siglo XIX después de calentar piedra caliza en su horno.

El nombre proviene de la similitud de este cemento con la piedra Portland, una formación de piedra caliza. El cemento Portland es estándar en la construcción de puentes, edificios, pasarelas y otras estructuras de cemento comunes.

El cemento de secado rápido, o cemento de endurecimiento rápido, tiene significativamente menos yeso que el cemento ordinario, lo que reduce el tiempo que tarda en endurecerse por completo. Los trabajadores suelen utilizarlo en áreas de mucho tráfico para abrirse al tráfico más rápidamente o para proyectos de eliminación de estructuras. Los contratistas también pueden elegir cemento de secado rápido por su resistencia en las primeras etapas del proceso de secado.

El cemento blanco es precisamente lo que parece; cemento común que sea blanco en lugar de gris. Generalmente, el cemento blanco es habitual para fines ornamentales como jardines, piscinas, esculturas, etc. Las materias primas de este cemento pueden ser más caras de lo habitual y no incluirán óxido de hierro.

Al igual que el cemento blanco, la única diferencia en este cemento es el color. Durante la fabricación, los pigmentos pueden unirse a la mezcla de polvo para crear diferentes colores. Este cemento es principalmente para fines ornamentales, como pisos decorativos.

Los fabricantes pueden producir cemento a baja temperatura manteniendo el contenido de aluminato tricálcico en menos del 6%. Este cemento es más resistente a los sulfatos y menos reactivo que otros cementos. Puede evitar el agrietamiento debido al calor elevado y es una buena opción para proyectos de hormigón en masa.

Sin embargo, el tiempo de fraguado del cemento a baja temperatura es generalmente más rápido que el del cemento común, por lo que puede resultar complicado trabajar con él.

La fabricación de cemento produce una gran cantidad de dióxido de carbono y otros contaminantes que influyen en el calentamiento global. Además, la producción de cemento utiliza grandes cantidades de energía y otros recursos naturales durante el proceso.

El proceso también puede dañar la calidad del aire debido a las partículas de polvo que libera a la atmósfera, lo que puede provocar problemas respiratorios.

Sin duda, la industria del cemento está luchando por reducir su importante huella de carbono. Algunas empresas se han centrado en convertir el dióxido de carbono desperdiciado en algo valioso, como materias primas químicas o combustibles.

El cemento verde es otra posible solución al gran impacto ambiental de la producción de cemento. El cemento verde toma el carbón del horno y agrega o sustituye la mezcla en el espacio abierto del cemento.

Los fabricantes también pueden curar sus productos colocándolos en una habitación con carbono en lugar de agua, reduciendo las emisiones de carbono en un 70 por ciento. Esta versión de cemento curaría más rápido, sería más robusta y requeriría mucha menos energía.

Aunque el cemento está en todas partes, pocas personas conocen su extenso proceso de producción. Los cientos de bolsas en los estantes de Home Depot no nos cuentan la historia de cómo se ha extendido este material o qué le está haciendo a nuestro planeta.

Es crucial entender de dónde viene el cemento para que el proceso sea más sostenible. El cemento es un ingrediente esencial para nuestro mundo tal como lo conocemos, pero su producción tiene margen de crecimiento.

La minería y la extracción de minerales preciosos, el polvo resultante de su molienda y las emisiones de carbono del proceso contribuyen a una desagradable huella de carbono.

Con suerte, las empresas cementeras encontrarán formas de reducir el impacto ambiental en el futuro.

Reciclar productos de desecho como agua y restos de hormigón, asimilar otros subproductos como arena, cenizas y otros materiales de vertederos y reducir el uso de combustibles fósiles son excelentes formas de hacerlo sin obligarnos a deshacernos del cemento por completo.

Dara Brant es la editora gerente de Green Building Elements. Antes de unirse a nosotros, cubrió noticias sobre energías alternativas y desarrollos locales en Your Energy Blog. A Dara le apasiona la vida sostenible y quiere hacer más de lo que le corresponde para ayudar a construir un mañana mejor para las generaciones futuras. Puedes conectarte con Dara en LinkedIn.