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 :)
4 Comentários de "Processo de produção do cimento – Etapas da Fabricação"
Quais são as vantagens e desvantagens do coprocessamento de resíduos no processo de produção do cimento?
Olá anônimo
A vantagem do coprocessamento de resíduos é o destino seguro dos resíduos, o reaproveitamento dos mesmos e consequentemente a diminuição da carga dos aterros sanitários. Já as desvantagens desse processo incluem a emissão de partículas poluentes e a volatização de metais pesados, que podem ser danosos para o meio ambiente caso a empresa não faça o tratamento devido desses gases.
Espero ter sido claro
Um abraço
qual é o papel do instrumestista na fabricação do cimento?
Olá Manuel
Na fabricação do cimento, o instrumentista desempenha um papel crucial para garantir a segurança, eficiência e qualidade da produção. As responsabilidades do instrumentista podem variar dependendo da planta específica e do equipamento disponível.
Durante todo esse processo, o instrumentista pode estar envolvido na operação, manutenção e calibração dos instrumentos usados, garantindo que o equipamento esteja funcionando corretamente e que os padrões de qualidade sejam atendidos. Além disso, eles podem desempenhar um papel na identificação e resolução de problemas técnicos que possam surgir durante o processo de fabricação.
Espero ter ajudado
Um abraço
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