APTITUD A LA CLINKERIZACIÓN

Se define como la facilidad o dificultad que presenta una combinación de materiales para convertirse en clinker de buena calidad, cumpliendo las condiciones técnicas y ecónomicas viables.

Se ha establecido, determinar la quemabilidad de la harina cruda en base al óxido de calcio que no ha reaccionado (cal libre), después de haber quemado el material durante cierto tiempo a una temperatura específica. 

Es importante determinar la quemabilidad de una harina, cuando se hacen nuevas mezclas de materias primas, que puedan afectar la operación del horno, la vida de refractarios, el consumo de combustible y la cantidad de clinker producido.

Este método de prueba en la industria del cemento es esencial, sin embargo, no existe una ruta única a seguir para su determinación. Es decir, cada productor de cemento, proveedor de equipo o personas involucradas en esta área , posee su propio método de evaluación, lo cual hace que sus resultados no sean comparables.

Parámetros que afectan la quemabilidad.

• La distribución del tamaño de partícula en la alimentación del horno.

• Finura de la harina cruda.

• Grado de mezcla (homogeneidad)

• Composición mineralógica de las materias primas.

• Segregación, puede suceder después de la homogeneización.

Finura de la harina y contenido de granos gruesos de cuarzo y calcáreo.

La naturaleza mineralógica de las partículas afecta en gran medida la reactividad y el comportamiento durante la quema, se verifica en este sentido, que los granos de calcáreo superiores a 125 micras y los granos de cuarzo superiores a 45 micras no se mezclan perfectamente durante las reacciones de clinkerización, lo que conduce a formaciones de nidos indeseables de cal libre y belita, respectivamente. Además de aumentar el consumo de energía, también tiene implicaciones negativas para la reactividad del Clinker.

Agrupaciones compactas de Cal Libre que mantienen la forma del fragmento calcáreo grueso

( mayor de 125 micras) del cual se originan. 100X.

CLUSTER. Corona  de Belita alrededor de un poro central. Nótese además la ausencia

de fase intersticial entre sus cristales. Este tipo de formación es el indicio de la existencia

de partículas de cuarzo demasiado gruesas (mayores de 45 micras). 100X.

DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE QUEMABILIDAD  (método Polysius)

Se basa en la cuantificacion  del contenido residual de cal libre obtenidos en forma experimental en las muestras de harinas a temperaturas de 1350^oC, 1400^oC, 1450 ^oC y 1500 ^oC.

El indice de quemabilidad (IQ) se define por las formulas que se prsentan a continuacion.

IQ = [ A / B ] x 3.73

dónde:

A= [% cal ibre 1350 ^oC] + [% Cal libre 1400 ^oC] + [2 x % Cal Libre 1450 ^oC] +  [3 x % Cal libre 1500^oC]

B = [% Cal libre 1350 ^oC - % Cal libre 1500 ^oC]^1/4 

Tabla de clasificacion según los índices de quema.

IQ	CLASIFICACIÓN
Hasta 60	Muy fácil
60 a 80	Fácil
80 a 100	Normal
100 a 120	Poco difícil
120 a 140 Difícil	Difícil
Por encima de 160	Extremadamente difícil

Tabla 1. Clasificacion de las harinas según el indice de quema.

Ejemplo práctico

Se toman cuatro muestras de harina alimentacion, en diferentes tiempos durante la operación y según criterio del Ingeniero de proceso.

Realización de ensayos.

• Análisis químico por espectrometría de RX.

• Medición de finura por medio de tamiz aerodinámico.

• Determinación de granos gruesos de cuarzo y calcáreo en harina.

• Determinación de pérdidas al fuego.

• Determinación de cal libre - Etilenglicol.

• Evaluación del óndice de quemabilidad.

RESULTADOS

Resultados de análisis químico de las muestras de  harinas por RX

Composición Química	Contenido (% masa)
		Muestra 1	Muestra 2	Muestra 3	Muestra 4
Óxido de calcio	CaO	43.57	43.77	43.90	43.65
Dióxido de silíceo	SiO2	12.69	12.56	12.96	12.83
Oxido de aluminio	Al2O3	2.97	2.91	2.88	2.88
Óxido de hierro	Fe2O3	2.67	2.75	2.60	2.68
Óxido de azufre	SO3	0.06	0.05	0.07	0.06
Oxido de magnesio	MgO	1.42	1.40	1.25	1.43
Oxido de potasio	K2O	0.19	0.20	0.18	0.19
Óxido de titanio	TiO2	0.25	0.24	0.24	0.24
Óxido de sodio	Na2O	0.03	0.03	0.03	0.03
Óxido de estroncio	SrO	0.02	0.02	0.02	0.02
Óxido de fosforo	P2O5	0.04	0.04	0.04	0.04
Óxido de magnesio	MnO	0.05	0.04	0.05	0.05
Pérdida fuego	P. f	35.65	35.83	35.61	35.65
TOTAL		99.62	99.86	99.82	99.76
MODULOS	FSC	106.65	108.21	105.92	106.11
	MS	2.25	2.22	2.37	2.31
	MA	1.11	1.06	1.11	1.08

Tabla 2. Análisis químico y modulos de dosificación de la harina alimentada al horno.

Resultado de finura de las muestras de harina.

Identificación muestras	Porcentaje acumulado (%)
	# 120	# 170	# 200
MUESTRA 1	4.26	11.35	14.95
MUESTRA 2	4.13	11.14	14.90
MUESTRA 3	3.79	10.73	14.78
MUESTRA 4	4.38	11.64	15.30

Tabla 3. Resultado de los ensayos de tamizado de muestras de harina.

Resultado del contenido de grano grueso de cuarzo y calcáreo.

Identificación muestras	Contenido (% masa harina)
	Cuarzo (mayor a 45 um)	Calcáreo (mayor a 125um)
MUESTRA 1	4.67	2.86
MUESTRA 2	3.54	2.70
MUESTRA 3	4.44	2.42
MUESTRA 4	4.50	2.81

Tabla 4. Resultado del ensayo para determinar contenido de grano grueso.

Valores límites prácticos del contenido de grano grueso en la harina

• 2 % para cuarzo mayor a 45 micras
• 6 % para calcáreo mayor a 125 micras

Resultados  de Índice de quemabilidad y clasificación

Identificación muestras	Contenido cal libre (%)					Clasificación
	1350 oC	1400 oC	1450 oC	1500 oC	IQ
MUESTRA 1	11.42	9.84	8.43	7.47	160	Muy difícil
MUESTRA 2	12.46	10.34	9.31	7.98	168	Extremadamente difícil
MUESTRA 3	11.78	9.53	8.16	6.8	145	Muy difícil
MUESTRA 4	11.54	9.40	8.81	7.19	146	Muy difícil

Tabla 5. Resultado del indice de quemabilidad y la clasificación de las muestras.

CONSIDERACIONES:

Con la informacion obtenida, el equipo de planta debe plantear soluciones que logren mitigar el impacto de tener un crudo de difícil quema.

Pruebas de quemabilidad a nivel de laboratorio serian la clave para posteriormente con el crudo óptmo encontrado, implementarlo a escala industrial.

La ayuda de análisis de clinker por microscopía óptica es clave para encontrar sus objetivos.

También es importante que en planta desarrollen un proyecto que logre mantener o disminuir la variabilidad desde crudo hasta harina entrada a horno.

Con  relación al ejemplo, podemos decir lo siguiente:

• Los resultados de análisis químico de las muestras de harina en estudio, muestran que químicamente son similares, destacando los valores altos en el LSF y valores bajos del modulo de aluminio.

• Los estudios granulométricos arrojaron que la harina es fina, y los que el contenido de grano grueso de la calcita, esta por debajo del límite práctico aceptado de 6%. Por otra parte los resultados para grano grueso de cuarzo sobrepasan el limite práctico fijado en  2%.

• Las cuatro mustras de harina tienen valores altos en la clasificación de la quemabilidad, quema muy difícil, exeptuando la muestra dos que es extremadamente difícil.