Bibliografia
- Santos, Joaquim Baptista dos; "Introdução ao Processo de Fabrico"; Souselas; Setembro 1992.
- Lucas, António; "Acção de Formação: Processo de Fabrico - Moagem de Cimento - Módulo 1"; CMP - CIMENTOS MACEIRA E PATAIAS; Fevereiro 2000.
- "Manual do operador - Moagem do cru / Normas de condução"; Fábrica Liz; 28 de Maio de 1973.
- Gil, Victor M. S.; "Química 12º ano"; Plátano Editora; Lisboa; 7ª edição; Fevereiro 1999.
Introdução
Objectivos
Metodologia
Cimento
Origem
Definição
Composição
Gesso
Escória Siderúrgica
Argila Pozolânica
Calcário
Processo De Produção
Fornos Utilizados Na Fabricação Do Clínquer
Tipos De Cimento
Tipos De Cimento
Aparelhagem De Produção Do Cimento
Conclusão
Bibliografia
INTRODUÇÃO
O
presente trabalho visa debruçar sobre um tema que diz respeito ao cimento, no
entanto a procura por segurança e durabilidade para as edificações conduziu o
homem à experimentação de diversos materiais aglomerantes. Os romanos chamavam
esses materiais de caementum, termo que originou a palavra cimento, um
aglomerante que endurecesse mesmo em presença de água, de modo a facilitar o
trabalho de construção e em várias tentativas, verificou que uma mistura
calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente
quanto as pedras utilizadas nas construções.
A
importância deste material cresceu em escala geométrica, a partir do concreto
simples, passando ao concreto armado e finalmente, ao concreto pretendido.
Obras cada vez mais arrojadas e indispensáveis, que propiciam conforto,
bem-estar, barragens, pontes, viadutos, edifícios, estações de tratamento de
água, rodovias, portos e aeroportos – e o contínuo surgimento de novos produtos
e aplicações fazem do cimento um dos produtos mais consumidos da actualidade,
conferindo uma dimensão estratégica à sua produção e comercialização. Sendo
assim no seio deste trabalho estão bem destacados os aspectos inerentes ao
cimento.
OBJECTIVOS
Geral
Demonstrar o processamento de cimento
Específicos
Analisar a composição de cimento;
Verificar o processo de produção.
METODOLOGIA
Para a realização deste trabalho recorreu-se a pesquisa bibliográfica, na
qual consultou-se várias obras que dizem respeito ao tema “Cimento”,
recorreu-se também a internet.
CIMENTO
ORIGEM
A palavra CIMENTO é originada do
latim CAEMENTU, que designava na velha Roma espécie de pedra natural de
rochedos e não esquadrejada. A origem do cimento remonta há cerca de 4.500
anos. Os imponentes monumentos do Egito antigo já utilizavam uma liga
constituída por uma mistura de gesso calcinado. As grandes obras gregas e
romanas, como o Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso de solos de
origem vulcânica da ilha grega de Santorino ou das proximidades da cidade
italiana de Pozzuoli, que possuíam propriedades de endurecimento sob a ação da
água.
- Clinquerização
O grande
passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo inglês John Smeaton,
que conseguiu obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de
calcários moles e argilosos. Em 1818, o francês Vicat obteve resultados
semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários.
Ele é considerado o inventor do cimento artificial. Em 1824, o construtor
inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila,
transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar,
tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não
se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome
de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de
durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland.
DEFINIÇÃO
O cimento é um material
cerâmico que, em contacto com a água, produz reacção exotérmica de cristalização de produtos
hidratados, ganhando assim resistência mecânica. É o principal material de
construção usado como aglomerante. É uma das principais commodities mundiais,
servindo até mesmo como indicador económico.
Já no Antigo Egipto era
utilizada um material feito de gesso calcinado como aglomerante. Entre os gregos e
romanos, eram usados solos vulcânicos das proximidades de Pozzuoli ou
da ilha de Santorini, que endureciam depois de misturadas com água.
Em 1786 o inglês John Smeaton criou uma mistura resistente
através da calcinação de calcários argilosos e moles. Esse é o
marco da criação do cimento artificial. Em 1818, o francês Vicat obteve
resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e
calcários. Tempos depois, Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou
conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu
que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras
empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada
pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu
esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez
semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland.
COMPOSIÇÃO
Cimento
|
Tipo
|
Clínquer+ Gesso(%)
|
Escória siderúrgica(%)
|
Material pozolânico(%)
|
Calcário(%)
|
CP I
|
Comum
|
100
|
-
|
-
|
-
|
CP I - S
|
Comum
|
95-99
|
1-5
|
1-5
|
1-5
|
CP II - E
|
Composto
|
56-94
|
6-34
|
-
|
0-10
|
CP II - Z
|
Composto
|
76-94
|
-
|
6-14
|
0-10
|
CP II - F
|
Composto
|
90-94
|
-
|
-
|
6-10
|
CP III
|
Alto-forno
|
25-65
|
35-70
|
-
|
0-5
|
CP IV
|
Pozolânico
|
45-85
|
-
|
15-50
|
0-5
|
CP V - ARI
|
Alta
resistência inicial
|
95-100
|
-
|
-
|
0-5
|
O Cimento é composto de
clínquer e de adições que distinguem os diversos tipos existentes, conferindo
diferentes propriedades mecânicas e químicas a cada um. As adições também são
ou não utilizadas em função de suas distribuições geográficas.
CLÍNQUER
O clínquer é
o principal item na composição de cimentos portland, sendo a fonte de Silicato tricálcico (CaO)3SiO2 eSilicato dicálcico (CaO)2SiO2. Estes compostos trazem acentuada
característica de ligante hidráulico e estão diretamente relacionados com
a resistência mecânica do material após a hidratação.
A produção do clínquer é o núcleo do
processo de fabricação de cimento, sendo a etapa mais complexa e crítica em
termos de qualidade e custo. As matéria-primas são abundantemente encontradas
em jazidas de diversas partes do planeta, sendo de 80% a 95% de calcário, 5% a 20% de argila e pequenas quantidades de minério de ferro.
PRINCIPAIS
COMPOSTOS QUÍMICOS DO CLÍNQUER
Silicato tricálcico (CaO)3SiO2
|
45-75% C3 S (alíta)
|
Silicato dicálcico (CaO)2SiO2
|
7-35% C2 S (belíta)
|
Aluminato tricálcico (CaO)3Al2O3
|
0-13% C3 A (celíta)
|
Ferroaluminato tetracálcico (CaO)4Al2O3Fe2O3
|
0-18% C4A F (brownmilerita)
|
GESSO
O gesso (ou gipsita,
nome mais correcto) (CaSO4 · 2 H2O) é adicionado em
quantidades geralmente inferiores a 3% da massa de clínquer, tem função de
estender o tempo de pega do cimento (tempo para início do endurecimento).
Sem esta adição, o tempo de pega do cimento seria de poucos minutos,
inviabilizando o uso. Devido a isso, o gesso é uma adição obrigatória, presente
desde os primeiros tipos de cimento Portland.
ESCÓRIA SIDERÚRGICA
A escória, de aparência
semelhante a areia grossa, é um sub-produto de alto-fornos,
reactores que produzem o ferro gusa a partir
de uma carga composta por minério de
ferro, fonte de Fe,
e carvão
vegetal ou coque, fonte
de carbono. Entre
diversas impurezas como outros metais, se concentram na escória silicatos, que apesar de
rejeitados no processo de metalização, proporcionam-na características de
ligante hidráulico.
Sendo um sub-produto, este material tem menor custo em relação ao clínquer
e é utilizado também por elevar a durabilidade do cimento, principalmente em
ambientes com presença de sulfatos. Porém, a
partir de certo grau de substituição de clínquer a resistência mecânica passa a
diminuir.
ARGILA
POZOLÂNICA
As pozolanas ativadas reagem espontaneamente com CaO em fase aquosa, por
conterem elevado teor de sílica ativa SiO2. Esta característica
levou ao uso de pozolanas como ligante hidráulico complementar ao clínquer, com
a característica de tornar os concretos mais impermeáveis o que é útil na
construção de barragens, por exemplo.
As pozolanas são
originalmente argilas contendo cinzas vulcânicas, encontradas na região
de Pozzuoli, Italia.
Actualmente, materiais com origens diferentes mas com composições semelhantes
também são considerados pozolânicos, tais como as pozolanas activadas
artificialmente e alguns sub-produtos industriais como cinzas volantes provenientes
da queima de carvão mineral.
O processo de activação de argilas é amplamente praticado pela própria
indústria de cimentos, é geralmente realizado em fornos rotativos semelhantes
àqueles utilizados na fabricação de clínquer ou mesmo em antigos fornos de
clínquer adaptados, trabalhando a temperaturas mais baixas (até 900 °C) e
menor tempo de residência.
Assim como a escória siderúrgica, as pozolanas frequentemente têm menor
custo comparadas ao clínquer e só podem substituí-lo até um determinado grau.
CALCÁRIO
O calcário é
composto basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), encontrado
abundantemente na natureza. É empregado como elemento de preenchimento, capaz
de penetrar nos interstícios das demais partículas e agir como lubrificante,
tornando o produto mais plástico e não prejudicando a actuação dos demais
elementos. O calcário é também um material de diluição do cimento, utilizado
para reduzir o teor de outros componentes de maior custo, desde que não
ultrapassando os limites de composição ou reduzindo a resistência mecânica a
níveis inferiores ao que estabelece a norma ou especificação.
PROCESSO DE PRODUÇÃO
- Mineração
As fábricas de cimento tipicamente se instalam ao lado de jazidas de
calcário e argila de modo a minimizar os custos de transporte. A extracção
destes materiais se realiza em geral em lavras de superfície, com auxílio de explosivos. As rochas extraídas são
britadas até atingirem tamanhos de aproximadamente 200 mm ou menos e transportadas para a fábrica em transportadores de
correia.
- Clínquer
FORNOS UTILIZADOS NA FABRICAÇÃO DO CLÍNQUER
A produção de clínquer envolve uma série de processos interdependentes em
linha.
Há ainda processos de preparação e estocagem de matérias-primas, moagem de
cimento elimpeza de gases de exaustão.
- Pré-homogeneização
de matérias-primas
As jazidas de calcário e argila apresentam variações de composição ao longo
de suas extensões. Por outro lado, a qualidade do produto e a estabilidade do
processo de produção requerem materiais quimicamente homogêneos. Para isso, são
empregados sistemas de empilhamento e recarregamento com longas pilhas de
material, de modo a criar camadas horizontais provenientes de diferentes lotes,
que posteriormente são misturadas no próprio processo de recarregamento.
- Moagem
de matérias-primas
Os materiais provenientes das pilhas de pré-homogeneização são introduzidos
em um moinho (ou mais)
para que se misturem e atinjam granulometria e humidade adequadas
aos processos posteriores. Este processo, também chamado de "moagem de
cru", faz uso de gases quentes residuais do forno de clinquerização
(descrito adiante), empregados como fonte de calor para secagem. No jargão da
indústria, o produto da desta moagem é chamado de "farinha" e de fato
se assemelha a farinha de trigo com tom
bege. A farinha é armazenada em silos que também promovem homogeneização e
absorvem eventuais assincronias entre o forno e os moinhos de cru.
Os motivos para a redução de tamanho das partículas são a homogeneização e
o aumento da superfície exposta que intensifica reacções químicas e trocas de
calor entre as partículas e os gases no interior do forno.
- Pré-aquecimento
Quase a totalidade dos fornos de cimento actualmente operantes contam com
torres de pré-aquecimento, responsáveis por remover a humidade ainda restante
no material (inferior a 1%) e iniciar a descarbonatação do
calcário. Os fornos de maior capacidade e mais modernos contam com torres
maiores capazes de completar quase totalmente o processo de descarbonatação. Quanto mais
eficaz o pré-aquecimento, mais curtos são fornos.
Os pré-aquecedores mais comuns são torres de ciclones. Dispostos em
elevadas estruturas (que frequentemente ultrapassam 100 metros de altura),
diversos separadores
ciclónicos (equipamentos capazes de retirar partículas sólidas de uma corrente
de gases) são interligados entre si através de tutos de imesão utilizados para
troca térmica que ocorre em torno de 80% entre a farinha alimentada e gases
quentes provenientes do forno. Através da sequência de ciclones fluem os gases
quentes provenientes do forno, em contra-corrente com a matéria prima. A medida
que esta se mistura com o fluxo de gases, ocorre transferência de calor e transferência de massa. Nos primeiros trechos do processo, elimina-se
a humidade superficial, enquanto a temperatura permanece próxima à
temperatura de ebulição da água.
A partir deste ponto, o material sólido contendo apenas humidade intergranular passa a ser aquecido gradativamente. No fim do
processo, o material atinge de 700 °C a 1000 °C, suficiente para a
água esteja eliminada e para se iniciarem decomposições químicas da
matéria-prima. Na busca de maior produção e redução de custo estudos deram
origem a mais um estágio no pré-aquecedor conhecido como calcinador responsável
por 60% a 95% da calcinação da farinha crua nos fornos rotativos para cimento
baixando a carga térmica na zona de queima e como consequência aumentando da
vida útil do revestimento refractário.
Parte das reacções de descarbonatação e a
formação de silicatos de cálcio e aluminatos de cálcio ocorrem no interior do forno
de cimento. Os fornos de cimento são na maioria rotativos, cilindros
horizontais de até 160 metros de comprimento. Um leve ângulo de inclinação
combinado ao lento movimento de rotação (de 0,5 a 4,0 rpm) permite que o material percorra o cilindro à medida que desliza pelas
paredes. Internamente, há um revestimento de material refratário que
protege a carcaça do forno das altas temperaturas e conserva o calor no seu
interior. A matéria prima permanece no forno por um tempo de aproximadamente 4
horas e atinge temperaturas clinquerização de 1.230 °C (menor temperatura
produz cal e maior temperatura apenas aumenta o consumo energético),
suficientes para torna-la incandescente e pastosa. A capacidade de produção de
um forno médio é 3.000 a 4.000 toneladas por dia, os maiores fornos do mundo
produzem até 10.000t.
- Resfriamento
Há dois principais tipos de resfriadores empregados actualmente. Os fornos
mais antigos ainda operantes utilizam resfriadores satélites, cilindros menores solidários ao movimento de rotação
do forno, acoplados à carcaça do mesmo. Já os fornos construídos a partir da
década de 1980 geralmente
são dotados de resfriadores de grelha, com ventilação forçada, possibilitando
maior taxa de transferência de calor entre o clínquer e
o ar entrante. Desta forma, se reduz a temperatura de saída do material,
recuperando parte da energia associada ao mesmo, aumentando a eficiência do
sistema.
Além da eficiência energética, os resfriadores têm suma importância na
qualidade do produto. O tempo e o perfil de resfriamento do mesmo são
essenciais para a determinação de suas propriedades químicas finais. Lentos
processos de resfriamento levam à transformação de silicato tricálcico,
instável à alta temperatura, em silicato dicálcico o que diminui a resistência
do cimento.
Hoje os resfriadores modernos além de propiciarem uma óptima troca térmica
também possibilitam a recuperação de gases quentes que são reutilizados no
processo de fabricação, que seriam o ar secundário - auxiliar na combustão na
zona de queima; ar terciário - auxiliar na combustão do calcinador; e o ar de
excesso - em algumas plantas, na troca de calor do moinho de matéria prima. O
produto (clínquer) ainda é moído e diluído em gesso, calcário e/ou
escória siderúrgica para se chegar ao produto final.
- Combustíveis
A produção de cimento consome muito combustível. Geralmente utiliza-se uma
combinação de diversos produtos como óleo, coque de petróleo e resíduos industriais. Cerca de 7% das emissões
de CO2 no
planeta são decorrentes da produção de cimento, devido à combustão e ao
processo de descarbonatação da matéria-prima.
Aproveita-se as altas temperaturas e o tempo de permanência dos gases no
forno para empregar combustíveis de difícil utilização em queimas, como pneus
picados. Em outras condições, este tipo de combustível poderia emitir altas
concentrações de substâncias extremamente tóxicas, (tais como dioxinas e furanos) devido à queima incompleta. Além disso, o calcário e a cal contidos na mistura, têm a característica de reagir com o enxofre
proveniente dos combustíveis, evitando maiores emissões de óxidos de enxofre na
atmosfera e prevenindo, por exemplo, a ocorrência de chuva ácida.
- Coprocessamento
O Coprocessamento é uma
técnica já há muito tempo utilizada em países da Europa, Japão e EUA, onde
consiste em transformar resíduos em combustíveis alternativos e/ou substitutos
de matéria-prima, desta forma reduzindo o consumo de combustível fóssil e assim
sendo contribuindo com o meio ambiente.
TIPOS DE CIMENTO
Já vimos que Cimento é o composto aglomerante do
Concreto e que a Água é a responsável por activar a sua reacção, mas é muito
importante entender também que existem diferenciações entre os Cimentos e que
estas são decorrentes da sua composição.
Para ficar mais fácil compreender, o Cimento é
composto principalmente de CLÍNQUER (calcário, argila e componentes químicos) e
diferenciado conforme a adição dos seguintes materiais:
· GESSO:
Necessário para aumentar o tempo de pega do cimento;
· ESCÓRIA:
Aumenta a durabilidade na presença de sulfato mas em grandes quantidades pode
diminuir a resistência;
· ARGILA
POZOLÂNICA: Confere maior impermeabilidade ao concreto;
· CALCÁRIO:
Utilizado para reduzir o custo do cimento, desde que não prejudique a acção dos
outros materiais.
Logo, existem diferentes tipos de cimento, com diferentes composições, que
conferem ao Concreto maior resistência, trabalhabilidade, durabilidade,
impermeabilidade...
A disponibilidade destes Tipos de Cimento podem ser de acordo com
características Regionais (fabricados conforme as jazidas existentes na região
onde está a Fábrica), mediante as demandas de mercado ou seguindo as
estratégias e directrizes de cada fabricante.
TIPOS DE CIMENTO
APARELHAGEM DE PRODUÇÃO DO CIMENTO
LEGENDA:
1. Perfuradora
2. Pás
Carregadoras
3. Camiões
Basculantes
4. Britador
5. Tremonhas
6. Moinhos
7. Silos
Homo e Armazenamento
8. Torre
de Condicionamento
9. Electrofiltro
10. Forno
11. Arrefecedor
12. Silos para
Carvão
13. Armazém para
Clínquer
14. Filtros de
Mangas
15. Silos para
Cimento
16. Ensacadoras
Rotativas
17. Expedição de
Cimento em Saco
18. Expedição de
Cimento a Granel
19. Paletização
(paletes ou pacotões - embalagem de plástico)
CONCLUSÃO
Após a discussão e compilação do presente trabalho
pude concluir que de uma forma geral, a produção de cimento é o conjunto de
várias etapas, umas em que se processam transformações físicas e outras em que
ocorrem reacções químicas.
Essencialmente, os processos físicos dão-se em todo o
processo, nomeadamente nos extremos da produção, ou seja, na extracção da
matéria-prima, britagem e moagem no início, e moagem com gesso e aditivos no
final do processo.
Em relação aos processos químicos, estes dão-se a
temperatura elevadas chegando a atingir os 1500 ºC.
As fases do processo de fabrico do cimento são:
Extracção da pedreira que fornece a matéria prima; Britagem, Pré-homogeneização,
Moagem e Homogeneização formando "cru"; Desidratação, Calcinação e
Clinquerização e Arrefecimento dando origem ao clinquer; Moagem com gesso
formando-se o produto acabado - o cimento.
BIBLIOGRAFIA
Santos, Joaquim Baptista dos; "Introdução ao Processo de
Fabrico"; Souselas; Setembro 1992.
Lucas, António; "Acção de Formação: Processo de Fabrico - Moagem de
Cimento - Módulo 1"; CMP - CIMENTOS MACEIRA E PATAIAS; Fevereiro 2000.
"Manual do operador - Moagem do cru / Normas de condução";
Fábrica Liz; 28 de Maio de 1973.
Gil, Victor M. S.; "Química 12º ano"; Plátano Editora; Lisboa; 7ª
edição; Fevereiro 1999.
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