MXPA96003786A - Metodo y planta para la fabricacion de escoria decemento portland mineralizada - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para la preparación de un clinker o escoria de cemento Portland mineralizado en un sistema de horno de calcinación, donde el material de alimentación de mezcla en bruto es subsecuentemente sujeto a precalentamiento, calcinación, quemado y finalmente enfriamiento, caracterizado porque el mineralizador se agrega a la corriente del material de alimentación después de que el material de alimentación ha sido alimentado al proceso y antes de que el material de alimentación haya pasado a través de la zona de formación del clinker o escoria.

Description

MÉTODO Y PLANTA PARA LA FABRICACIÓN DE ESCORIA DE CEMENTO PORTLAND MINERALIZADA La presente invención se refiere a un método y a una planta para la preparación de escoria o clinker de cemento Portland mineralizada, en un sistema de horno de calcinación para proceso seco o semiseco, donde el material de alimentación de mezcla de materia prima está siendo sujetado a precalentamiento, calcinación, quemado y finalmente, enfriamiento. Los componentes de óxido principales de la escoria o clinker de cemento Portland (CaO, SiO , AlaO* y Fe„0„) representan normalmente el 96-97% del análisis químico. Los niveles relativos de estos cuatro óxidos controlan las proporciones de los cuatro minerales principales de la escoria, C ^S , C«S, CgA y C.AF, y estas proporciones tienen una influencia fundamental sobre las propiedades del cemento. Sin embargo, los componentes menores que pueden constituir el 3-4% remanente pueden tener una influencia muy significativa sobre el proceso de elaboración de escoria y sobre las propiedades del cemento. En el sistema de cuatro componentes puros, el C„S no se forma por debajo de 1250°C. La presencia de componentes menores puede disminuir esta temperatura, facilitando de este modo la formación de C3S. El término mineralizador se usa para componentes que aumentan la formación de C„S y facilitan la reacciones de sinteri-zación en el horno de calcinación rotatorio.

Un método para la fabricación de escoria mineralizada es conocido a partir de la Patente Británica Na 1,498,057. De acuerdo a este método el flúor y el azufre se agregan durante la preparación de la mezcla de materia prima, usualmente en la forma de fluorita (CaF„) y yeso (CaSO, • 2H2O), siendo la meta principal el lograr una escoria con un contenido de flúor de aproximadamente 0.25% en peso y un contenido de SO- de aproximadamente 2.5% en peso. El método de dicha patente se enfoca a la utilización en un horno de calcinación rotatorio del tipo de proceso en húmedo, el cual fue usado extensamente a la fecha de la publicación en 1975, pero considerado hoy en día como no económico debido a las cantidades substanciales de energía necesarias para el secado, y se ha probado que es extremadamente difícil de transferir el método a sistemas más nuevos de horno de calcinación para proceso en seco o semiseco, más eficientes en energía, que incorporan un precalentador y un calcinador . Así pues, a pesar de los mejoramientos muy subs-tanciales en la calidad del cemento que puede ser logrado (ver, por ejemplo, Moir, Phil Trans Roy Soc Lond . , 1983, A310, 127-138) mediante este método de acuerdo a la Patente Británica Ns 1,498,057, es notorio que el campo de aplicación de este método ha sido muy limitado. Esto es probablemente atribuible a las dificultades operacionales asociadas con la implementación del método, tanto en términos de control de la producción de la escoria, como con respecto a la ocurrencia de bloqueos en los ciclones y en los ductos ascendentes. Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un método y una planta para fabricar escoria o clinker de cemento, mineralizado, donde la planta es construida de modo que el precalentamiento y al menos parte del proceso de calcinación tienen lugar fuera del horno, de una manera tal que son evitados los problemas asociados con la técnica conocida. Una primera dificultad operacional es determinar cómo controlar la entrada del mineralizador y cómo, al mismo tiempo, asegurar el grado necesario de homogeneidad en el material de alimentación de mezcla de materia prima. A partir de la Patente Británica No 1,498,057 parece que el mineralizador se mezcla con el material de alimentación de mezcla de materia prima antes de que éste se queme (página 5, línea 89 - página 6, línea 43).

La adición del mineralizador de esta manera dará como resultado, sin lugar a dudas un alto grado de homogeneidad, pero no será posible realizar una regulación rápida de la entrada del mineralizador con relación a las materias primas, de modo que la operación del horno y las propiedades de la escoria de cemento acabado pueden ser controladas de esta manera, ya que el mineralizador constituye un porcentaje fijo de la cantidad total de las material primas. Particularmente en conjunto con la construcción de escoria mineralizada con un alto contenido de sulfato, es de importancia el controlar las variaciones de temperatura en la zona de formación del clinker o escoria. Esto es debido a la tendencia del sulfato a descomponerse en S0~ en la zona de formación del clinker o escoria, y en condensarse en las regiones más frías del horno. Cuando la temperatura de la zona de formación del clinker es incrementada, la evaporación del S0„ se incrementará, lo cual dará como resultado mayores concentraciones de sulfato en las regiones más frías del horno. La situación puede volverse tan crítica que la operación continua del horno llega a ser imposible debido a las formaciones anulares en el horno o la formación de obstrucciones o bloqueos en el sistema precalentador, a no ser que la entrada del sulfato al material de alimentación de '"l mezcla en bruto sea temporalmente reducida o eliminada conj untamente . De manera contraria, si la temperatura de la zona de formación del clinker o escoria ha disminuido, 5 puede resultar una severa circulación de polvo entre el horno y el enfriador, y la operación continua del horno se volverá imposible, a no ser que la entrada del sulfato sea reducida o eliminada. Mediante el uso del método de acuerdo a la 10 invención, como se indica en la reivindicación 1, estos problemas son evitados ya que es posible usar la cantidad de entrada del mineralizador como un parámetro controlado para la fabricación del clinker o escoria mineralizada durante las condiciones de operación fuera de límites, 15 del horno. Si es apropiado, algo del mineralizador puede ser agregado al material de alimentación de mezcla en bruto antes de la molienda y la homogeneización , mientras que el remanente de la entrada del mineralizador necesario 20 se usa para el control del proceso. En algunos casos, el material de alimentación de mezcla en bruto tendrá un contenido natural del mineralizador, pero, con la condición de que el contenido no sea excesivamente alto, será todavía posible el controlar el proceso completo 25 mediante la adición posterior del mineralizador. Es tam-bien posible agregar dos o más diferentes mineralizadores a diferentes puntos en la línea de proceso, independiente uno del otro, con el fin de controlar el proceso y el producto . Una segunda dificultad operacional que es bien conocida cuando se calcina escoria o clinker ordinario de cemento Portland con un alto contenido de mineralizador, particularmente SO, y F, en el material de alimentación de mezcla en bruto, se refiere a la precipitación de sólidos y a la aparición de bloqueos cuando el material pasa a través de un intervalo de temperatura de aproximadamente 700 a 900°C. Se ha encontrado que en presencia de concentraciones significativas de estos mineralizadores en la zona de precalentamiento, la condensación de cloruros sobre las partículas de material de alimentación del precalentador, da como resultado la formación de una cantidad menor, pero significativa, de una fase de fusión a temperaturas tan bajas como de 680°C la cual, al reaccionar con los componentes de óxido en el material de alimentación a altas presiones parciales de C0~ , pre- valentes en los ciclones precalentadores de suspensión, se solidifica a través de la formación de la espurrita mineral (2C2S-CaCO ). La formación de un exceso de 5% en peso de spurrita en el material de alimentación puede dar como resultado propiedades de flujo deterioradas del material de alimentación, conduciendo a obstrucciones severas y al final a la paralización de la producción. En la Patente Norteamericana N? 5,183,506 el método elegido para resolver este problema involucra el uso de una mezcla especial de yeso. Con el fin de reducir o erradicar los problemas asociados con las obstrucciones en los ciclones precalen-tadores y los ductos ascendentes entre los ciclones, el mineralizador puede ser ventajosamente agregado en una etapa donde la calcinación ha comenzado a tener lugar, por ejemplo, donde el material de alimentación ha sido precalentado a más de 700-750°C, preferentemente a más de 800°C. Tal acción mejorará además la producción al asegurar un flujo suave del material de alimentación a través del precalentador, ya que puede ocurrir un deterioro substancial de las propiedades de flujo del material de alimentación, cuando se agrega el mineralizador, dependiendo del tipo de mineralizador que se seleccione. En una planta de precalcinación con un enfriador separado, como por ejemplo un enfriador de parrilla, puede ser además ventajoso el agregar el mineralizador al ducto de aire terciario, a través del cual el aire caliente es dirigido desde el enfriador hacia el calcinador. El aire en el ducto de aire terciario, en conexión con esta solución, asegurará que el mineralizador sea transportado al calcinador. Si es apropiado, el mineralizador puede ser sujeto a secado previo en exceso de aire proveniente del enfriador, antes de que éste se agregue al ducto de aire terciario. El mineralizador puede ser un producto sulfuróso, y en conjunto con este producto puede ser usado otro componente de mineralización o una substancia auxiliar que contenga flúor u óxido de zinc o de cobre, pero preferentemente, la adición de tal componente o substancia no será necesaria ya que ésta está ya presente en las materias primas. Se ha reconocido que a través de la presencia combinada de los componentes de flúor y de azufre en el clinker o escoria, a concentraciones de al menos 0.15% en peso de F y 1.5% en peso de SO-, se logra la combina- ción temprana en el proceso de calcinación y el desarrollo de resistencia aumentada en el producto acabado. A través de la reducción en el contenido de los componentes mineralizadores en el material de alimentación de mezcla en bruto, y a través de la introducción de los mencionados componentes a la corriente del material de alimentación a una temperatura mayor de 800°C, el contenido de mineralizador en el material de alimentación en la zona de precalentamiento, es reducido, con lo cual se elimina de manera efectiva o al menos se reduce significativamente el riesgo de bloqueos en la zona de precalentamiento, lo cual es importante cuando el mineralizador es un componente que contiene azufre. El grado exacto de reducción en el contenido de mineralizador en el material de alimentación en la zona de precalentamiento, dependerá obviamente del grado de la característica de recirculación del sistema del horno en cuestión, aunque es claro que dicho contenido nunca puede ser menor del contenido correspondiente en el material de alimentación de mezcla en bruto. Sin embargo, las investigaciones han indicado que si el riesgo de bloqueos va a ser eliminado o subsecuentemente reducido, deberían ser observados contenidos de a lo más 1.2% en peso de SO- en una base libre de pérdida a la ignición, o 0.14% en peso de F en una base libre de pérdida a la ignición, o ambos en el material de alimentación en la zona de precalentamiento, y los mismos límites deben por lo tanto aplicar a la composición del material de alimentación de mezcla en bruto . El componente que contiene azufre puede entre otras cosas ser yeso natural (CaSO , • 2H20) , hemihidratado (CaSO, • 1/2H-0) (basanita), anhidrita (CaSO,), langbeinita de calcio o de magnesio, baritas u otros minerales que contienen azufre y que contienen también calcio o magnesio. El componente que contiene azufre podría también ser un producto de desecho, por ejemplo, yeso FGD (Desul-furización de Gas de la Combustión), productos de desul-furización que contienen sulfito o sulfuro, subproductos industriales que contienen sulfato tales como sulfatos de amonio o sulfatos basados en hierro, polvo de horno de calcinación de cemento, combustible que contiene azufre tal como carbón mineral o carbón o aceite con alto contenido de azufre. Los productos de desulfurización son formados cuando los gases de la combustión, por ejemplo provenien-tes de plantas de energía, son limpiados de S0-. La desul-furización del gas de la combustión semiseco produce un subproducto de sulfito de calcio y sulfato de calcio, el cual puede también contener inclusiones de productos finamente divididos y otros constituyentes. Los métodos modernos de desulfurización en proceso húmedo son capaces de producir un yeso muy limpio, que surge inicialmente , no obstante, en la forma de desecho o sedimento húmedo o una torta de filtro. Después de ser sujeto a secado, el producto anteriormente mencionado puede, por ejemplo, encontrar aplicación en la fabricación de fibra prensada de yeso o éste puede reemplazar al yeso natural en la fabricación de cemento, donde éste es conjuntamente molido con el clinker o escoria en el molino para cemento. A su vez, en el presente punto, la gama de aplicaciones para el producto de desulfurización , derivado de la desulfuri-zación semiseca, es muy limitada, y es además un factor complicado el que la eliminación del producto sea difícil debido a las propiedades Teológicas no favorables del producto . Otro subproducto interesante es la anhidrita contaminada con CaF- y H-SO,, formada durante la fabricación del ácido fluorhídrico a partir de espato flúor y ácido sulfúrico. En el futuro, puede surgir otro subproducto el cual involucra la destrucción de los asbestos: un método propuesto abarca la disolución de asbestos en ácido fluorhídrico (HF), seguido por la neutralización con piedra caliza calcinada, con lo cual resulta un producto que consiste de MgO, SiO-, CaF- y una cierta canti-ad de CaSO, * 2H-0. Finalmente, otra opción a ser considerada es el uso de fosfo-yeso (por ejemplo, el yeso que es el subproducto derivado de la fabricación de ácido fosfórico con base en fosfato crudo y ácido sulfúrico). Por medio del método de acuerdo a la invención es ahora posible el emplear estos productos de desecho en el proceso de fabricación de cemento, de una manera apropiada, ya que la experiencia ha mostrado que las dificultades operacionales discutidas anteriormente pueden ser evitadas cuando los productos de desecho no son procesados junto con la materia prima, sino más bien se agregan separadamente al proceso. Los ejemplos de componentes apropiados que contienen flúor son fluorita, apatita de flúor, criolita o subproductos industriales que contienen flúor tales como ácido hexafluorosilícico o tetraf luoruro de silicio, preferentemente fluorita. La invención será ahora explicada con detalle adicional, haciéndolo con referencia al dibujo, el cual muestra una modalidad de la invención. El dibujo muestra una planta de horno de calcinación de cemento del tipo en general conocido, el cual comprende un precalentador 1, el cual en la figura consiste de tres ciclones, un calcinador 2 con un ciclón de separación 3 y un horno rotatorio 4 con enfriador 5 de clinker o escoria. En una planta del tipo anteriormente mencionado, la fabricación de cemento se lleva a cabo de acuerdo a un método donde la materia prima de cemento de introduce en la entrada 13 en la parte superior del precalentador 1, pasando a través del precalentador en contra-corriente 1 con los gases de escape provenientes del horno 4 y el calcinador 2. Los gases de escape son extraídos a través del precalentador 1 y descargados en 14 por medio de un ventilador de gas de escape, no mostrado. La materia 5 prima es transportada a partir del precalentador 1 vía un ducto 7 hacia abajo hacia el calcinador 2, donde éste es calcinado y se hace pasar en suspensión al ciclón de separación 3. Aquí, la materia prima calcinada separada de los gases de escape y transportada por medio de un ducto 6 hacia el horno rotatorio 4 donde, por medio del calor proveniente del quemador 9, la materia prima es quemada hasta convertirse en clinker o escoria. El clinker o escoria cae luego dentro del enfriador 5 donde éste es enfriado con aire. Una parte de aire caliente ^5 producido de este modo pasa hacia el horno rotatorio, otra parte más de dirigida a través del ducto de aire terciario hacia el calcinador. El resto del aire del enfriamiento dirigido hacia el enfriador es desviado en 10. 2o Un mineralizador que no tiene ningún efecto dañino sobre las propiedades de flujo de la materia prima, puede, en principio, ser agregado en cualquier sitio después de que la materia prima ha abandonado el almacén donde la materia prima puede haber sido sujeta a homoge- 25 nei'zación, y después la materia prima ha sido agregada al proceso a través de un aparato de dosificación. Un mineralizador, tal como un componente que contiene azufre, que surge por ejemplo como un subproducto de la desulfurización de gas de la combustión, puede ser ventajosamente alimentado al calcinador ya sea directamente por medio del ducto 12 o mediante la adición del mineralizador al ducto de aire terciario 8, por medio del ducto 11 de modo que el mineralizador es llevado por el aire caliente desde el enfriador hacia el calcínador. De este modo, cuando el mineralizador es dirigido hacia el calcinador y hacia el ciclón de separación subsecuente, el calcinador y el ciclón operarán como un homoge-neizador, facilitando el mezclado perfecto del SO- en la corriente de materia prima. Si el subproducto contiene azufre en un menor estado de oxidación, por ejemplo, sulfito o sulfuro, éste puede ser ventajosamente agregado en 11 ó 12, de modo que estos compuestos de azufre pueden ser oxidados en sulfato en el calcinador. Si se agrega en 13, esto dará como resultado la formación de una pequeña cantidad de SO- que es arrastrado en los gases de escape. Si el secado del mineralizador es requerido antes del uso, será posible extraer aire caliente en exceso del enfriador en 10, para el uso en el aparato de secado convencional. En una modalidad preferida del método donde puede estar presente azufre y flúor, la composición del material de alimentación de mezcla en bruto es tal que el contenido de azufre Xp es a lo más 1.0% en peso, calculado como SO- en una base libre de LOI (Pérdida a la Ignición) o el contenido de flúor Xp es a lo más 0.12% en peso calculado en una base libre de LOI, o estas dos condiciones son cumplidas, en particular que X? se ::a lo más de 0.8% en peso, o Xp sea a lo más 0.10% en peso, o ambos, específicamente, que X? sea a lo más 0.6% en peso, o Xp, sea a lo más 0.08% en peso, o ambos, tal como que Xg sea a lo mas 0.4% en peso o Xp sea a lo más 0.06% en peso, o ambos.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. \Un método para la preparación de un clinker o escoria de cemento Portland mineralizado en un sistema de horno de calcinación, donde el material de alimentación de mezcla en bruto es subsecuentemente sujeto a precalentamiento, calcinación, quemado y finalmente enfriamiento, caracterizado porque el mineralizador se agrega a la corriente del material de alimentación después de que el material de alimentación ha sido alimentado al proceso y antes de que el material de alimentación haya pasad< a través de la zona de formación del clinker

2. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el mineralizador se agrega a la corriente del material de alimentación después de que el material de alimentación ha sido calentado a más de 800°C.

3. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la adición del mineralizador se lleva a cabo en la zona donde el material de alimentación de mezcla en bruto está siendo precalentado.

4. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema es uno que tiene una zona de calcinación especial, y porque el mineralizador se agrega a esta zona.

5. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de horno es uno que tiene una zona de calcinación especial, y porque el mineralizador se agrega a un ducto de aire terciario que conecta el enfriador a la zona de calcinación.

6. Un método de conformidad con las reivindicaciones 1 a la 9, caracterizado porque el mineralizador es un producto que contiene azufre, por ejemplo, yeso natural, hemihidratado (basanita), anhidrita, langbeinita, baritas u otros minerales azufrosos que contienen calcio o magnesio, o porque el mineralizador es un producto de desecho con azufre, seleccionado de sulfatos tales como yeso FGD (Desulfurización de Gas de la Combulsión) productos de desulfurización que contienen sulfito o sulfuro, subproductos industriales que contienen sulfato tales como sulfatos de amonio o sulfatos basados en hierro, polvo de horno de cemento, combustible que contiene azufre tal como carbón mineral o carbón o aceite con alto contenido de azufre.

7. Un método de conformidad con las reivindicaciones 1 a la 9, caracterizado porque el mineralizador es un producto que contiene rlúor, por ejemplo fluorita, apatita de flúor , criolita o subproductos industriales que contienen flúor tales como ácido hexafluorosilícico o tetraf luoruro de silicio, preferentemente fluorita.

8. Un método para la preparación de clinker o escoria de cemento Portland, mineralizado, teniendo dicho clinker un contenido de azufre de al menos 1.5% en peso, calculado como SO- y un contenido de flúor de al menos 0.15% en peso, calculado como F, en un sistema de horno donde la mezcla en bruto es subsecuentemente sujeta a precalentamiento, calcinación, quemado y, final-mente, enfriamiento, en donde la composición del material de mezcla en bruto es tal que se cumplen una o ambas de las siguientes condiciones: 1) el contenido de azufre X? es a lo más 1.2% en peso, calculado como SO- en una base libre de pérdida a la ignición, 2) el contenido de flúor X„ es a lo más de 0.14% en peso, calculado en una base libre de pérdida a la ignición, y en donde un componente que contiene azufre o un compo- nente que contiene flúor, o ambos, es introducido a la corriente del material de alimentación en un punto en el proceso donde la temperatura de la corriente del material de alimentación está por arriba de 800°C, siendo la cantidad del componente que contiene azufre o del componente que contiene flúor, o ambos, suficiente para asegurar que el clinker o escoria de cemento Portland final tenga el contenido requerido de azufre y de flúor.

9. Un método de conformidad con la reivindícación 8, caracterizado porque X es a lo más 0.8% en peso, o Xp es a lo más 0.10% en peso, o ambos.

10. Un método de conformidad con la reivindi-cción 8, caracterizado porque X? es a lo más 0.4% en peso, o X„ es a lo más 0.06% en peso, o ambos.

11. Un método de conformidad con las reivindicaciones 8 a la 10, caracterizado porque la adición del componente que contiene azufre y/o el componente que contiene flúor, o ambos, es llevada a cabo en la zona donde el material de alimentación de la mezcla en bruto está siendo precalentado.

12. Un método de conformidad con las reivin- dicaciones 8 a la 10, caracterizado porque el sistema de horno es uno que tiene una zona de calcinación especial, y porque el componente que contiene azufre y/o el componente que contiene flúor, se agrega a esta zona de calcinación.

13. Una planta para la fabricación de clinker o escoria mineralizada, el cual comprende una entrada para la mezcla en bruto procesada, un precalentador, una zona de calcinación, un horno, y un enfriador, caracterizada la planta porque tiene una entrada para un mineralizador, localizada después de la posición en la cual está siendo alimentada la mezcla en bruto.

14. Una planta de conformidad con la reivindicácación 13, caracterizada porque la entrada para el mineralizador está localizada después del precalentador.

15. Una planta de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque la entrada para el mineralizador está localizada en un punto a lo largo del ducto de aire terciario. EXTRACTO La invención se refiere a un método y a una planta para fabricación de clinker o escoria de cemento Portland mineralizado. El mineralizador puede ser por ejemplo yeso, flúor, o un producto de desecho que contiene éstos u otros mineralizadores. Por medio del método de acuerdo a la invención será posible el evitar algunos de los problemas asociados con la técnica conocida, ya que es posible utilizar la entrada del mineralizador como un parámetro controlable durante la fabricación del clinker o escoria mineralizada . Con el fin de reducir o erradicar los problmdas en términos de obstrucción y bloqueo en los ciclones precalentadores y en los ductos ascendentes entre los ciclones, el mineralizador puede ser ventajosamente agregado después del ciclón, el cual maneja la alimentación al calcinador, por ejemplo, el último ciclón en el precalentador, o la etapa del precalentador más abajo en una planta la cual no incorpora un calcinador. Esto involucra que no existirán problemas al asegurar un flujo suave de materia prima a través del precalentador, ya que puede ocurrir un deterioro substancial de las propiedades de flujo de la materia prima cuando el mine-ralizador se agrega adelante del precalentador, dependiendo del tipo de mineralizador que se seleccione.