23 - Cimentos (b)

Clinquerização

O processo de clinquerização pode ser observado  nas estapas abaixo:

 farinha                                                                                              clinquer

                            1 + 2                3               4 + 5             6

gás de combustão                                                                                ar frio

1)     secagem - evaporação da água do material ( 100 - 120°C )

2)     desidratação do material - extração da água de cristalização

3)     calcinação - liberação do CO₂ do carbonato de cálcio, formando o óxido de cálcio, início da formação do clinquer.

4)     zona de transição - aumento de temperatura do material ( 1300°C )

5)     clinquerização - a temperatura da massa sobe até 1500°C , cerca de 20% encontra-se no estado líquido.

6)     zona de resfriamento dos grânulos de clinquer.

O clinquer é um produto granulado obtido por um tratamento controlado da mistura crúa em forno ( 1400-1500°C ).

·      tratamento térmico ( clinquerização ) constitui um conjunto de reações física e químicas que conduzem a formação de quatro componentes essenciais  ( visto anteriormente ), o silicato tricálcico, o aluminato tricálcico, o silicato bicálcico, o ferro aluminato tetracálcico, e eventualmente o cal livre, periclásio ( óxido de magnésio ), sulfatos, sulfetos e ferro metálico.

·      As reações químicas no interior do forno são processadas em função das temperaturas.

·      - Decomposição do carbonato de magnésio ( 340°C ).

- Desidroxiliação de materiais argilosos ( 500° ) a fração argilosa perde a água combinada, originando mistura de óxidos de silício, ferro e alumínio, que com o aumento de temperatura fixam o óxido de cálcio.

- Decomposição do carbonato de cálcio ( 800°C ) consome grande quantidade de energia térmica, inicia na torre de ciclones terminando no interior do forno.  A descarbonatação deve estar completa antes do material chegar na zona de queima.

-         A partir desta última fase ocorre a “clinquerização” ( 900 a 1450°C ) .

A clinquerização pode ser observada também nas seguintes fases:-

1.  A partir de 900°C a formação de silicato bicálcico tem uma velocidade apreciável e a 1200°C toda a sílica está combinada nessa forma.

2.   Acima de 1000°C os óxidos de cálcio, alumínio e ferro começam a se transformar em aluminato tricálcico e ferro aluminato tetracálcico.

3.   Entre 1250°C e 1280°C aparece a fase líquida com o progressivo desaparecimento do cal livre.

4.  Em 1450°C completa-se o consumo de praticamente todo o cal livre.

 Envolvimento térmico na clinquerização:-

No processo de clinquerização existem várias reações que são de natureza endotérmica

ou exotérmicas, conforme absorção ou desprendimento de calor.

Até 100°C                 evaporação da água livre                                      endotérmica

500°C                                    desidroxilação dos minerais argilosos                endotérmica

800°C                                    decomposição dos calcários                                endotérmica

900°C                                    recristalização dos minerais de argila                   exotérmica

900-1200°C              reação do CaO com os alumino silicatos              exotérmica

1200-1280°C                       início de formação da fase líquida endotérmica

1280°C                      formação de silicato bicálcico                                 exotérmica

1280-1330°C           formação de fase líquida e silicato tricálcico    endotérmica

1330-1450°C           crescimento de cristais do silicato bi e tricálcico exotérmica

1200°                         cristalização da fase líquida                                    exotérmica

1200-200°                 resfriamento do clinquer                                           exotérmica

Resfriamento do clinquer

O clinquer sai do forno como massas granulares duras, com dimensões de 3 a 19 mm.

É descarregado do forno para arrefecedores pneumáticos , que abaixam rapidamente a temperatura até 100-200°C, gerando correntes de ar quente utilizados no pré-calcinador e no sistema de ciclones.

O resfriamento ainda faz parte da formação do clinquer, pois a maneira como o clinquer é resfriado altera sensivelmente suas propriedades.

São dois os tipos de resfriamento:-

 O primeiro ocorre entre a zona de queima e a boca de saída do forno, e quando adequado, condiciona a estabilidade dos silicatos.

O segundo, ocorre em um resfriador industrial e condiciona principalmente a cristalização e a intensidade da fase intersticial e do periclásio.

O resfriamento do clinquer, influencia diretamente a estrutura cristalina, composição mineralógica e a moabilidade do clinquer e consequentemente a qualidade do cimento produzido.

Razões do resfriamento do clinquer

·      O clinquer deve ser resfriado, pois em temperaturas altas provoca problemas de transporte.

·      O clinquer com temperaturas mais baixas facilita a moagem.

·      O calor recuperado no resfriamento reduz os custos de produção.

·      Um resfriamento rápido evita a transformação de periclásio.

Resfriador de clinquer

O sistema de resfriamento do clinquer, baseia-se obviamente, em troca térmica

Os equipamentos utilizados usam como meio de condução, um sistema com água ( o qual não é prático e econômico ) e o ar, que possibilita a recuperação de grande parte da energia térmica.

O equipamento tradicional, consiste em um sistema de grelhas composto por conjunto de gralhas fixas e conjunto de grelhas móveis, superpostas e que permitem a passagem de ar fornecido por ventiladores que se localizam em câmaras abaixo do sistema de grelhas.

Na saída do resfriador, existe um britador de martelos que diminui a granulometria do clinquer até média de duas polegadas, facilitando a estocagem e manuseio, bem como servindo de pré-moagem.

Após passagem pelo britador o clinquer é conduzido por meio sistema transportador até o pavilhão de armazenagem, ou silo de embarque.

O ar injetado no resfriador, após passagem pelo clinquer, é dividido em fluxos diferentes, seguindo parte para o sistema de ciclones, parte para o pré-calcinador , parte para o forno (usado como ar de combustão), e ainda parte é usada como gás de arraste de partículas e que após passar por sistema de ciclones e filtro eletrostático é liberado para a atmosfera.

Moagem do clinquer e aditivação

Os materiais que formam o cimento, no caso o clinquer e o gêsso, são moídos, reduzidos a partículas finas para que alcancem as propriedades requeridas.

A fina granulometria da moagem caracteriza-se pela alta superfície específica, e distribuição dos tamanhos das partículas.

Durante a moagem uma grande quantidade de calor é liberada , a temperatura do moinho, aumenta consideravelmente, e a temperatura de moagem juntamente com a granulometria tem efeito intenso sobre as características do cimento.

Uma temperatura muito alta devido ao calor gerado pelo choque entre as bolas, e entre o material e o revestimento da parede do moinho, pode ocasionar a desidratação do gêsso, condição em que pequenas quantidade de águas são injetadas ao moinho.

Uma baixa temperatura também é inconveniente, pois provoca retenção do material nas câmaras de moagem, aumentando o grau de enchimento e dificultando o processo de moagem.

Dos silos de clinquer, o material é conduzido a balanças dosadoras onde  é adicionado  com os aditivos ( gêsso , calcário, cinza pozolânica etc ).

A composição, passa em seguida por um moinho homogeneizador, que reduz sua granulometria,  sendo conduzida para moinho de bolas.

O material moído passa por separadores dinâmico, sendo os grossos com retorno ao moinho e os finos conduzidos aos silos de estoque , para ensacamento ou disposição a granel.

 Algumas indústrias conduzem o cimento para sistema de silos multicâmaras, onde armazenam  diferentes tipos de cimento, com possibilidade de realizar misturas entre eles (blend ) de modo a obter cimentos com características diferentes e desejadas.