Processo de produção do cimento – Etapas da Fabricação

POR Pedro Coelho

Publicado: sábado, 11 de fevereiro de 2023

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O cimento é um ingrediente chave na fabricação do concreto, que é usado para construir praticamente de tudo, desde casas e pontes até calçadas e estações de tratamento de água (ou esgoto).

O concreto é feito através da mistura de cimento com agregados (areia, cascalho e água), que forma uma pasta que endurece após certo tempo. Além disso, o cimento necessário no processo é o responsável por para dar ao concreto as propriedades necessárias de ligação, que permitem que ele endureça e forme o material forte e durável que precisamos nas obras de construção civil.

Etapas do Processo de Fabricação de Cimento

O processo de produção do cimento é bem complexo e envolve várias etapas. Cada uma dessas etapas do processo desempenha um papel importante na qualidade do cimento acabado, logo todo cuidado é pouco na fabricação de um produto de acabado de alta qualidade.

Etapas do processo de fabricação do cimento

Existem seis etapas principais nos processos de fabricação do cimento convencional, sendo que isso pode acabar mudando daqui a um tempo, pois novas tecnologias de cimento sustentável estão surgindo para desenvolver um cimento que afete menos o meio ambiente com a produção de gases de efeito estufa que colaboraram com o aquecimento global.

Dentre as etapas de produção do cimento estão:

Etapa 1 - Extração/Pedreira de Matéria -Prima

Os ingredientes brutos que são necessários para a produção de cimento são de calcário (cálcio), areia e argila (silício, alumínio, ferro), xisto, cinzas volantes, carepa de laminação e bauxita.

Mina de calcário, que é um dos principais ingredientes do cimento

Nessa primeira etapa, as rochas desses minérios são extraídas e trituradas em pedaços menores de cerca de 6 polegadas por um triturador primário. Em seguida, os trituradores secundários (ou moinhos de martelo) reduzem esses minérios a um tamanho ainda menor que 3 polegadas. Depois disso, os ingredientes são preparados para piroprocessamento.

Etapa 2 - Moagem, Dosagem e Mistura

Nessa etapa, os ingredientes brutos triturados são preparados para serem colocados no forno, combinando-os com aditivos e moendo-os para garantir uma mistura fina e homogênea. Além disso, a composição do cimento vai depender das propriedades físicas e químicas desejadas pelo fabricante do cimento, logo o fabricante pode produzir o tipo de cimento que atende mais a sua demanda de trabalho.

Correia transportadora transportando calcário para ser moído

Nos processos de produção mais comuns, o cimento é composto por 80% de calcário e os 20% restantes são de argila. Na fábrica de cimento, a mistura bruta é seca até chegar a um teor de umidade menor que 1% para depois ser misturada por rolos pesados do tipo roda e mesas rotativas e, em seguida, esse rolo a tritura em um pó fino para ser armazenado em silos (grandes tanques de armazenamento), para depois alimenta no forno.

Etapa 3 - Pré-Aquecimento da Matéria-Prima

Nessa etapa de pré-aquecimento da prima, a matéria prima é colocada em uma câmara de pré-aquecimento que basicamente consiste em uma série de ciclones industriais que utilizam os gases quentes produzidos no forno para reduzir o consumo de energia e tornar o processo de fabricação de cimento bem mais sustentável.

Torre de pré aquecimento de cimento

As matérias-primas passam por aqui e são transformadas em óxidos para serem queimadas no forno.

Etapa 4 - Fase do Forno

Essa etapa do forno é principal etapa do processo de produção do cimento, pois é nela que é produzido o clínquer, que é basicamente o cimento na sua forma básica de fabricação. O clínquer é produzido a partir da mistura bruta por meio de uma série de reações químicas entre compostos de cálcio e dióxido de silício.

Além disso, nos processos de produção mais sustentáveis onde ocorre o coprocessamento de resíduos plásticos, diferentes tipos de resíduos perigosos e não perigosos, incluindo resíduos de plástico, são utilizados como combustíveis alternativos e matérias-primas alternativas (AFRs) no forno de cimento.

Esse processo tem sido praticado substancialmente em diferentes países como uma opção ambientalmente correta para o gerenciamento de resíduos plásticos. Durante o uso de resíduos plásticos em fornos de cimento como AFRs, o valor de material e energia presente neles é totalmente utilizado no forno de cimento como substituto das matérias-primas fósseis e combustíveis fósseis (derivados do petróleo) que são convencionalmente utilizados no forno.

Além disso, os engenheiros precisam se atentar a volatilidade criada por um maior uso de AFR que traz um risco aumentado de explosões, logo o uso tem que ser bem dosado afim se de se evitar aumento dos custos de produção.

Forno rotativo de cimento

Embora o processo seja complexo, as etapas da produção do clínquer podem ser descritas da seguinte sequência:
Evaporação de água livre.
Evolução da água combinada nos componentes argilosos.
Calcinação do carbonato de cálcio (CaCO ₃ ) a óxido de cálcio (CaO).
A reação de CaO com sílica para formar silicato dicálcico.
A reação do CaO com os constituintes contendo alumínio e ferro forma a fase líquida.
Formação dos nódulos de clínquer.
Evaporação de constituintes voláteis (por exemplo, sódio, potássio, cloretos e sulfatos).
A reação do excesso de CaO com o silicato dicálcico forma o silicato tricálcico.

Nessa etapa ocorrem as seguintes reações químicas (após a evaporação da água livre) entre os reagentes da fase de secagem do processo de fabricação de cimento:

Decomposição da argila :

Si₂ Al₂ O ₅ (OH) ₂ → 2 SiO ₂ + Al ₂ O ₃ + 2 H ₂ O (vapor)
KAlSi₃O₈ (ortoclásio) + 0,5 SO ₂ + 0,25 O ₂ → 3 SiO ₂ + 0,5 Al ₂ O ₃ + 0,5 K ₂ SO₄

 
Decomposição da dolomita (Mineral composto por carbonato de cálcio e magnésio):

CaMg(CO ₃ ) ₂ → CaCO ₃ + MgO + CO ₂
KMg ₃ AlSi ₃O ₁₀ (OH) ₂ + 0,5 SO ₂ + 0,25 O ₂ → 0,5 K ₂ SO ₄ + 3 MgO + 0,5 Al ₂ O ₃ + 3 SiO ₂  +  H ₂ O (vapor)

 
Decomposição de Calcita em Baixa Temperatura:

2 CaCO ₃ + SiO ₂ → Ca ₂ SiO ₄ + 2 CO ₂
2 MgO + SiO ₂ → Mg ₂ SiO ₄
Ca₅ (PO ₄ )3OH + 0,25 SiO ₂ → 1,5 Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 0,25 Ca ₂ SiO ₄+ 0,5 H ₂ O (vapor)

 
Reação de Alumina e Óxido:

12 CaCO ₃ + 7 Al ₂ O ₃ → Ca ₁₂ Al ₁₄ O ₃₃ + 12 CO ₂
4 CaCO ₃ + Al ₂ O ₃+ Fe ₂ O ₃ → Ca ₄ Al ₂ Fe ₂ O ₁₀ + 4 CO ₂
4 CaCO ₃ + Al ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ → Ca ₄ Al ₂ Mn ₂ O ₁₀+ 4 CO₂

 
A reação da Calcita Restante:

CaCO ₃ → CaO + CO ₂

 
Sinterização:

Ca ₂ SiO ₄ + CaO → Ca ₃ SiO ₅

Os eventos acima podem ser condensados ​​em quatro estágios principais com base na mudança de temperatura dentro do forno:

 

• 100°C (212°F): Evaporação de água livre
• 100°C (212°F)-430°C (800°F): Desidratação e formação de óxidos de silício, alumínio e ferro
• 900°C (1650°F)-982°C (1800°F): CO₂ é liberado e CaO é produzido por calcinação
• 1510°C (2750°F): Clínquer de cimento é formado

O forno de clínquer tem um ângulo de 3 graus em relação à horizontal para permitir a passagem do material por ele, durante um período de 20 a 30 minutos. No momento em que a mistura bruta atinge a parte inferior do forno, o clínquer se forma e sai do forno em nódulos do tamanho de mármore.

Etapa 5- Resfriamento e moagem final

Após sair do forno, o clínquer produzido é rapidamente resfriado de 2.000°C a uma temperatura entre 100°C-200°C pela passagem de ar sobre ele. Nesta fase, diversos aditivos são combinados com o clínquer a ser moído para produzir o produto final, o cimento.

Pedras de Clínquer

O gesso moído adicionado ao clínquer regula o tempo de presa e confere a propriedade mais importante do cimento, a resistência à compressão. O gesso também é usado para evita a aglomeração e revestimento do pó na superfície das esferas e paredes do moinho.

Algumas substâncias orgânicas, como a trietanolamina (usada a 0,1% em peso), são adicionadas como auxiliares de moagem para evitar a aglomeração do pó. A trietanolamina é um aditivo de cimento com múltiplas funções como auxiliar de moagem durante o processo de cominuição do cimento e regulador do tempo de presa para hidratações do cimento.

Além disso, alguns outros aditivos como etileno glicol, ácido oleico e dodecil-benzeno sulfonato também são utilizados as vezes para evitar aglomeração.

O calor produzido pelo clínquer circula de volta ao forno para economizar energia. A última etapa da fabricação do cimento é o processo de moagem final. Na fábrica de cimento, existem tambores rotativos equipados com esferas de aço. O clínquer, depois de resfriado, é transferido para esses tambores rotativos e moído em um pó tão fino que cada quilo contém cerca de 150 bilhões de grãos. Este pó é o produto final, o cimento.

Etapa 6 - Embalagem e envio

Nessa etapa final do processo, o cimento é transportado de moinhos para os silos onde será embalado em sacos de 20-50 kg. A maior parte do produto finalizado é enviado em grandes quantidades por caminhões, trens ou navios, e apenas uma pequena quantidade é embalada para clientes que precisam de pequenas quantidades.

Cimento embalado

Referências

• https://civiltoday.com/civil-engineering-materials/cement/106-cement-manufacturing-process (acessado em 02/02/2023 as 19:26)
• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0950061817302702#:~:text=Setting%20time%20accelerating%20chemical%20additive.&text=Triethanolamine%20(TEA)%20is%20the%20main,time%20regulator%20for%20cement%20hydrations. (acessado em 02/02/2023 as 19:38)
• https://gcpat.com.br/pt-br/about/news/blog/economic-demands-sustainable-cement-production (acessado em 02/02/2023 as 19:42)
• https://www.britannica.com/technology/cement-building-material/Extraction-and-processing (acessado em 02/02/2023 as 19:45)
• https://cpcb.nic.in/uploads/plasticwaste/Co-processing_Guidelines_Final_23.05.17.pdf (acessado em 02/02/2023 as 19:49)
• https://stock.adobe.com/sk/search/images?k=cement+factory (acessado em 10/02/2023 as 19:51)
• https://www.youtube.com/watch?v=YlydLfMICU4 (acessado em 10/02/2023 as 19:58)
• https://theconstructor.org/building/manufacture-of-cement/13709/ (acessado em 11/02/2023 as 12:58)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, também sou estudante de engenharia civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)