Se puede encontrar en esta sección información referente a los procesos, tecnologías y productos propios de la actividad industrial de elaboración de cemento.
En el proceso general de producción de cemento pueden distinguirse básicamente dos modalidades diferentes, según las características de la mezcla con que se alimentan los hornos : en el proceso "vía húmeda" las materias primas se introducen al horno formando una suspensión acuosa o lodo, y en el proceso de "vía seca" la mezcla de caliza y arcilla se procesa sin adición de agua. En Colombia casi todas las plantas utilizan el proceso "vía húmeda" ; pero la tendencia mundial , especialmente después de la crisis del petróleo, es hacia el proceso seco.
Se anota sin embargo, que su aplicabilidad depende, entre otras razones, del contenido de humedad y composición química de la materia prima disponible y, lo que es más importante, de los costos de inversión. La carga térmica por tonelada de cemento en el proceso "vía húmeda" es de 1300-1600 kcal /kg de clinker, mientras en vía seca el consumo térmico por kilogramo de clinker es de 900-1100 kcal.
Un material arcilloso y un material calizo se trituran , mezclan y muelen hasta reducirlos a polvo fino. La composición de esta mezcla debe permanecer constante dentro de unos límites estrechos, pues cualquier alejamiento del punto óptimo redundaría en perjuicio de la calidad del cemento. La mezcla y molido puede efectuarse en seco (vía seca) o con agua (vía húmeda ). De todos modos es esencial, sea cual fuese el método de preparación, que la mezcla tenga la dosificación correcta, esté finamente molida e íntimamente mezclada antes de entrar en el horno. Si los diferentes materiales no están íntimamente mezclados, las reacciones no serán uniformes en toda la masa. Una fracción de partículas de cal puede ser arrastrada tan lejos de otra de componentes ácidos, que aquellos permanezcan en la mezcla en forma de cal libre. Hay que tener en cuenta que el cemento portland no está totalmente fundido, sino solo clinkerizado, y, por tanto, algunas reacciones tienen que tener lugar por difusión. La cal libre que queda como resultado de un mezclado no uniforme es tan peligrosa en la producción de inestabilidad de volumen como la que queda por un exceso de cal en la mezcla. Sólo cuando los componentes están muy íntimamente mezclados y las partículas sean suficientemente pequeñas, existe posibilidad de que las reacciones necesarias tengan lugar durante su permanencia en el horno.
La mezcla pasa entonces al horno rotatorio donde se calienta lentamente hasta el punto de clinkerización . El agua y el anhídrido carbónico, proveniente de los carbonatos han sido expulsados antes de alcanzar la zona de clinkerización. Al acercarse a las regiones más calientes dicha mezcla, se producen las reacciones químicas entre los constituyentes (material arcilloso y calcáreo) de la mezcla cruda. Durante estas reacciones se forman nuevos compuestos como la alita y la belita, algunos de ellos funden, quedando la carga parcialmente fundida.
El clinker obtenido calcinando hasta la fusión incipiente una mezcla íntima y adecuadamente proporcionada de materiales calcáreos y arcillosos, sin adición posterior a la calcinación de ningún material excepto yeso, cae a uno de los diversos tipos de enfriadores, o es vertido en el montón de clinker donde se enfría, algunas veces, con una lluvia de agua. Cuando está frío, se mezcla con una cantidad cuidadosamente calculada de yeso cocido o crudo y la mezcla se muele hasta quedar convertida en un polvo muy fino. En algunos casos se agrega otros materiales como Puzzolanas, escoria de alto horno, para darle algunas propiedades al cemento.
El material que deja los molinos, que es ya cemento terminado, es llevado a silos donde se almacena para darle reposo y homogeneidad al producto, mientras se llevan a cabo los últimos controles de calidad.
Una vez cumplidos los requisitos necesarios el cemento es empacado y llevado a depósitos donde es sometido a un chequeo general de condiciones de calidad , para luego ser despachado.
El cemento portland es un polvo fino de color gris o blanco, que consiste en una mezcla de materiales hidraúlicos comprendidos principalmente de silicatos de calcio , aluminatos y aluminoferritas. El cemento gris es usado en aplicaciones estructurales y es el cemento más comunmente producido. El cemento portland blanco tiene más bajo contenido de hierro y magnesio que el cemento gris y es usado principalmente con propositos decorativos.
En el medio de la construcción y más específicamente en el de la fabricación de concreto para estructuras, es reconocido que al mencionar la palabra cemento, implícitamente ésta se refiere a cemento portland o cemento a base de portland, en el cual tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua.
En Colombia, las normas Icontec sobre cemento están basadas en las normas de la ASTM de los Estados Unidos y en la norma Icontec-30 se da la siguiente clasificación y nomenclatura.
1. Cementos Portland Regulares :
Cemento Portland Tipo 1.
Es el cemento destinado a obras de hormigón en general, al que no se le exigen propiedades especiales.
Cemento Portland Tipo 1-M.
Es el destinado a obras de hormigón en general, al que no se le exigen propiedades especiales pero tiene resistencias superiores a las de tipo 1.
Cemento Portland Tipo 2.
Es el destinado en general a obras de hormigón expuestas a la acción moderada de sulfatos y a obras en donde se requiere moderado calor de hidratación.
Cemento Portland Tipo 3.
Es el que desarrolla altas resistencias iniciales.
Cemento Portland Tipo 4.
Es el que desarrolla bajo calor de hidratación.
Cemento Portland Tipo 5.
Es el que ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos.
Cemento Portland Blanco.
Es el que obtiene con materiales debidamente seleccionados que le confieren una coloración blanca.
Cemento Portland con incorporadores de aire.
Son aquellos a los que se les adiciona un material incorporador de aire durante la pulverización.
Cemento Portland Tipo 1-A.
Es el cemento portland tipo 1 al cual se le adiciona un material incorporador de aire.
Cemento Portland 1-MA.
Es el cemento portland 1-M, al cual se le adiciona un material incorporador de aire.
Cemento Portland Tipo 2-A.
Es el cemento portland tipo 2, de moderado calor de hidratación, al que se le adiciona un material incorporador de aire.
Cemento Portland Tipo 3-A.
Es el cemento portland tipo 3, al cual se le agrega un material incorporador de aire.
2. Cementos Portland Especiales (Clases API). Estos cementos, son muy similares a los cementos portland regulares en cuanto a propiedades físicas como el color, gravedad específica, área superficial, etc. La diferencia principal entre éstos es la composición de los componentes del clinker de cada uno.
Cuando hablamos de cementos especiales nos referimos a los cementos utilizados en el proceso de cementación de pozos petroleros, proceso mediante el cual se mezclan una lechada de cemento con agua, para ser bombeada hacia abajo de un pozo petrolero a través de un casquete de acero hacia puntos críticos en el ánulo alrededor de este. Este casquete servirá como un molde para la lechada de cemento. Las dos principales funciones del proceso de cementación primaria son restringir el movimiento del fluido entre las formaciones del pozo, y limitar y apoyar el casquete.
Además, están:
Aislar el crudo, gas y agua produciendo zonas aisladas.
Proteger el casquete de la corrosión.
Prevenir derrumbes dentro del pozo mediante la rápida formación de un sello.
Proteger al casquete de choques de carga en perforaciones profundas.
Sellar las zonas de circulación pérdida, o zonas en las cuales se presentan fracturas del terreno por donde es posible que haya pérdidas de material.
El cemento en la forma de una lechada debe ser bombeado hasta la posición requerida a menudo a profundidades considerables, y puede estar sujeto a temperaturas mayores de 350ºF, y presiones mayores de 18000 psi. La lechada debe mantener la suficiente fluidez para ser bombeada a tales condiciones por periodos de varias horas y luego endurecerse rápidamente. En algunos casos deben resistir condiciones corrosivas de gases sulfuros o aguas que contengan sales disueltas. El tipo de cemento requerido varia de acuerdo a las condiciones, pero su tiempo de fraguado y la rata de endurecimiento deben ser adecuadamente retardados. Los tipos de cementos utilizados para este fin incluyen los cementos portland de bajo fraguado con una proporción de Al2O3 a Fe2O3 menor de 0.64, cementos puzolánicos, cementos de cal puzolana, cementos plásticos, cementos de yeso, cementos con diesel oil, cementos expansivos, cementos refractarios, cementos de látex, cementos para ambientes árticos y cementos portland ordinarios con retardantes especiales.
Los cementos portland especiales clases API se clasifican en:
Clase A : El producto obtenido por la molienda del clínker de cemento portland, consiste esencialmente de silicatos cálcicos hidráulicos usualmente conteniendo una o más de las formas de sulfato cálcico como una adición en la molienda. Este producto es adecuado para ocasiones en las cuales no se requieren propiedades especiales en un rango de profundidad de 0 a 6000 pies. Disponible únicamente en grado ordinario (O), y es similar a la clase ASTM C 150, Tipo l.
Clase B: Presenta las mismas características que la clase anterior. Disponible en los grados de moderada resistencia a los sulfatos (MSR) y alta resistencia a sulfatos (HSR). Similar a la clase ASTM C 150, Tipo ll.
Clase C: Presenta las mismas características generales de las clases mencionadas anteriormente. Este producto es utilizado cuando se requiere una alta resistencia temprana. Disponible en los grados (O), (MSR) y (HSR). Similar a la clase ASTM C 150, Tipo lll .
Clase D: Apto para trabajar en el rango de profundidades de 6000 a 10000 pies, bajo condiciones de temperatura y presión altas. Disponible en los grados (MSR) y (HSR).
Clase E: Apto para trabajar en el rango de profundidades de 10000 a 14000 pies, bajo condiciones de temperatura y presión altas. Disponible en los grados (MSR) y (HSR).
Clase F: Apto para trabajar en el rango de profundidades de 10000 a 16000 pies, bajo condiciones de temperatura y presión extremadamente altas. Disponible en los grados (MSR) y (HSR).
Clase G: Apto para el uso como un cemento básico de completamiento en el rango de profundidades de 0 a 8000 pies, o puede ser usado con acelerantes o retardantes para cubrir un amplio rango de presiones y temperaturas en los pozos. No se le debe adicionar sino sulfato cálcico o agua, o ambos a la vez durante su manufactura. Disponible en los grados (MSR) y (HSR).
Clase H: Presenta las mismas características de la clase G, diferenciándose únicamente por su granulometría.