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• Florencia Beccero

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INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL CAL Es uno de los productos químicos más antiguos conocidos por el hombre. Su producción y usos se han incrementado a través del tiempo y continúa ocupando un lugar esencial en la industria moderna. La misma es empleada en una amplia gama de industrias con diversos fines. La cal proviene del carbonato de calcio (CaCO3), y éste a su vez de la piedra caliza1. Las principales características de este material es que posee una alta alcalinidad (pH 12) y cuenta con propiedades aglomerantes. •

Cal viva (CaO): La fabricación de la cal comienza con la calcinación de piedra caliza, la cual libera dióxido de carbono y se convierte en cal viva u óxido de calcio (CaO), esta cal viva es un producto químicamente inestable Para su obtención interviene fundamentalmente un solo proceso químico: la calcinación del CaCO3, según la siguiente reacción: CaCO3 → CaO + CO2 (Endotérmica)

•

Apagada (Ca(OH)2): Al agregarle agua a la cal viva, en el proceso conocido como hidratación, éste se convierte en hidróxido de calcio Ca(OH)2, comúnmente llamada cal apagada, cal aérea o cal hidratada. Para su obtención intervienen fundamentalmente dos procesos químicos: calcinación, seguida de hidratación. La hidratación comprende la siguiente reacción: CaO + H2O → Ca(OH)2 Exotérmica, ∆Hr = -65,2 kJ/mol CaO

Por lo tanto la fabricación de cales comprende dos procesos químicos: calcinación e hidratación, a las cuales van asociados las operaciones de transporte, trituración y pulverización de la caliza además de la separación por aire y el almacenamiento adecuado de la cal obtenida para evitar los procesos de recarbonatación: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Fundamentaremos nuestro estudio principalmente sobre la cal apagada. Ya que es la forma en que se comercializa mayoritariamente éste producto, debida a su nula reactividad frente al agua, que la diferencia de la cal viva. Éste motivo la hace mucho más segura para su manipulación, transporte y operatividad. De aquí en adelante, salvo aclaración, cuando se mencione la palabra cal, se referirá a la cal apagada. Ciclo de la cal.

1

La caliza es una roca sedimentaria compuesta mayoritariamente por carbonato de calcio (CaCO3), éste último también denominado calcita. Puede contener pequeñas cantidades de minerales como arcilla, hematita, siderita, cuarzo, etc., que modifican (a veces sensiblemente) el color y el grado de coherencia de la roca. El carácter prácticamente monomineral de las calizas permite reconocerlas fácilmente gracias a dos características físicas y químicas fundamentales de la calcita: es menos dura que el cobre (su dureza en la escala de Mohs es de 3) y reacciona con efervescencia en presencia de ácidos tales como el ácido clorhídrico.

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL

La cal hidratada es un hidróxido que en solución de agua es alcalino, disminuye el valor del pH absorbiendo iones de hidrógeno. Durante el proceso de hidratación o apagado, la cal libera rápidamente una gran cantidad de calor. Una vez apagada, la misma reacciona con el dióxido de carbono del aire (CO2), proceso que se denomina recarbonatación, y vuelve a formar carbonato de calcio adquiriendo las propiedades que poseía originalmente como piedra (la calcinación es una reacción reversible). Tipos de cales. Dentro de las cales hidratadas, se pueden definir dos tipos principales: • •

Cal hidráulica: después de amasadas con agua, se endurecen al aire, y también en agua, siendo esta última propiedad la que las caracteriza. Cal aérea: tiene la propiedad de endurecerse únicamente al aire, después de amasado con agua, por la acción del anhídrido carbónico.

La cal viva no merece algún tipo especial de clasificación, sólo se mencionará que existen las cales cálcicas, cuya composición mayoritaria es CaO, y las dolomíticas. Éstas últimas se caracterizan por ser obtenidas mediante la calcinación de piedras calizas con contenido de magnesianas (dolomitas, MgCO3), pueden contener hasta un 50 % de óxido de magnesio (MgO) pero sólo un 10 % de éste óxido es suficiente para lograr una cal dolomítica. De acuerdo al origen de las calizas pueden también contener arcilla. Su característica principal es la presencia de oxido de magnesio y su hidratación más lenta. Composiciones típicas comerciales •

COMPOSICIÓN DE CAL VIVA - OXIDO DE CALCIO

CaO - Oxido de calcio: 92% / 94% MgO - Oxido de magnesio: 0,7% / 1,5% R2O3 - Oxidos metálicos: 0,3% / 0,5% Insolubles en HCl (Silicatos): 1,5% / 2,5% P.P.C.- Pérdidas por calcinación: 3% / 5% OXIDO DE CALCIO ACTIVO (CaO) : 84% - 87%.

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL •

CAL HIDRATADA - HIDRÓXIDO DE CALCIO

ANALISIS QUIMICO CUANTITATIVO, COMPOSICIÓN QUÍMICA MEDIA PONDERADA

DIFERENTES USOS DE LA CAL EN LA INDUSTRIA

Industria Minera. Tanto la cal viva como la hidratada son ampliamente utilizadas en la extracción de minerales no ferrosos. Por ejemplo: en el proceso de flotación del cobre, la cal actúa como agente estabilizador y mantiene la alcalinidad en niveles adecuados; en la extracción del mercurio, la cal se usa para eliminar el azufre; ; en la extracción de oro y plata, la cal es utilizada para disminuir las pérdidas de los agentes flotantes y el control del pH; tanto en la extracción de zinc como de níquel y plomo, entre otros minerales, también se emplea cal Industria del Acero. La cal viva cálcica y la cal viva dolomítica son comúnmente utilizadas en hornos convertidores de oxígeno (BOF) y hornos eléctricos (EAF), donde ayudan a la formación de escoria para eliminar impurezas como silicón y fosfuros. La cal también se utiliza para mejorar la productividad en el proceso de aglomeración del mineral. Industria del Papel.

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL La cal es utilizada en la reconstitución de la solución de soda cáustica durante el proceso de elaboración de la pulpa. Se emplea también como reactivo en el proceso de suavizado de agua de proceso. La Cal es también utilizada en el proceso de fabricación de carbonato de calcio precipitado, este es un aditivo utilizado en la fabricación de papel para realzar su blancura y textura. Industria Alimenticia. En los procesos de almacenamiento de frutas y vegetales frescos, los mismos son colocados en recipientes con cal hidratada dentro de cámaras de refrigeración con el objeto de absorber el dióxido de carbono que estas exudan tales. De esta forma se mantienen las cámaras con un ambiente rico en oxígeno y bajo en dióxido de carbono que permite conservar frescos los alimentos por períodos más largos En la producción de azúcar de caña, el crudo de los jugos de azúcar se reactiva mediante el uso de cal, formando un sucarato de calcio insoluble, el cual luego es filtrado para retirar materiales fosfáticos y ácidos orgánicos. Posteriormente el sucarato de calcio reacciona con dióxido de carbono produciéndose sacarosa y carbonato de calcio. Industria del Vidrio. En la industria del vidrio se utiliza cal dolomítica de alta pureza, como fuente de magnesio, la misma actúa como estabilizador mejorando la resistencia del vidrio al ataque químico y del medio ambiente. Industria de la Pintura. La cal se utiliza en la mayoría de las composiciones de pinturas a base de agua. Posee además diversos usos en la fabricación de pinturas, ya sea como agente protector, componente de pigmento, reactivo químico o aglutinante. Asimismo, es utilizada en la producción de diversos pigmentos. Industria de Curtiembre. En las curtiembres la utilización de cal viva es fundamental en el proceso de pelambre, se emplea cal viva y sulfuro de sodio para eliminar la epidermis de la piel, además del pelo que la recubre. La cal devuelve el estado húmedo inicial a aquellas pieles que se conservaron antes de ser llevadas a la curtiembre y permite la limpieza y desinfección de las mismas. En esta etapa las aguas de efluente presentan un elevado pH. Industria Química. La cal tiene numerosas aplicaciones en la industria química gracias a sus propiedades y precio competitivo. Se emplea en la producción de químicos tales como óxido de propileno, carbonato de sodio y glicerina, así como reactivo en la producción de compuestos a base de calcio y en procesos donde se requieren cambios de pH. La mayoría de las aguas de proceso en la industria química requieren de tratamientos con cal para corregir su pH y contenido de minerales. Las aguas residuales ácidas también pueden ser tratadas con cal antes de ser recicladas o desechadas. Agroindustria. Diversas mezclas de cal, piedra caliza y dolomita son utilizadas en la agricultura y el tratamiento de bosques. En ambos casos mediante su utilización, se regula la acidez de los suelos y aportan nutrientes tales como magnesio y calcio. Estos nutrientes son esenciales tanto para el saludable crecimiento de las plantas como para incrementar el rendimiento de las explotaciones agrícolas.

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL Neutralización de Ácidos. En los procesos industriales se generan desperdicios ácidos, que requieren su posterior neutralización. Para lograr esto, la neutralización con cal es la mejor solución. La neutralización de desperdicios ácidos, requiere elevar el pH, usualmente mediante la adición de un químico alcalino como la cal. Aunque existen otros productos químicos que pueden ser utilizados, estos presentan algunos problemas tales como su alto costo, compleja manipulación, alta cantidad de sólidos disueltos en los efluentes, etc. Por tales razones es que la cal es el material de neutralización más utilizado. En el siguiente cuadro, puede observarse una comparación de distintos agentes neutralizantes, donde la cal, por su bajo costo y la baja cantidad de sólidos disueltos, es la opción mas utilizada en la neutralización de ácidos.

Residuos químicos, orgánicos y radioactivos. La cal es utilizada en el tratamiento de residuos de ácidos orgánicos e inorgánicos y en la producción de productos químicos y farmacéuticos, los cuales son neutralizados antes de su deposición. Asimismo, la cal es también utilizada para el tratamiento de animales muertos que hayan tenido contacto con radiación. Residuos Peligrosos. La cal se emplea en el tratamiento de una amplia variedad de desechos peligrosos, como agente neutralizante y/o precipitante de metales pesados. Deshidratación.

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL Las cales vivas reaccionan ante el contacto con el agua incrementando la temperatura y consumiendo la misma. Por su parte, las cales hidratadas poseen un alto poder de absorción de la humedad. Ambos tipos de cales son utilizados en diversos procesos productivos para deshidratación. DEFINICINICIONES SEGÚN NORMA IRAM 1646: CALES: 1. Clasificación de las Cales. CLASE

TIPOS COMERCIALES Grasa

CAL AREA

Árida Fuerte Débilmente

Medianamente CAL HIDRAULICA Propiamente Eminentemente

TIEMPO FRAGUADO

DE

Mas de 30 días 16 a 30 días 10 a 15 días 5 a 9 días 2 a 4 días

MEDIO EN QUE FRAGUAN Solo al aire seco

ÍNDICE DE HIDRAULICIDAD 0,00 al 0,05 0,00 al 0,05

En un medio algo húmedo 0,05 al 0,10 0,10 al 0,16 Tanto en aire seco, si se las mantiene húmedas, 0,16 al 0,31 como en 0,31 al 0,42 agua. 0,42 al 0,50

2. Cales Aéreas: Fórmulas Químicas, Mineral, Producto (Mecanismo de Endurecimiento). La cal aérea en estado de pureza es Oxido de Calcio (CaO) y se obtiene por calcinación de las piedras calizas, constituidas por carbonato de calcio (Ca CO3), de la que se elimina el anhídrido carbónico, la reacción es: CO3 Ca + φ (3,15 MJ por kg de cal )→ Ca O + CO2 ↑ , 900 -1000 ° C CaCO3 + calor ⇆CaO + CO2 (gas) ∆Hr= 1.778,6 kJ/kg CaCO3 Reversible, la recarbonatación se produce aumentandola presión parcial de CO2 y aumentando la temperatura Según la naturaleza del yacimiento, se obtienen los distinto tipos de cales aéreas, denominadas: Cal Grasa, Cal Árida y Cal Fuerte, cuando la caliza es casi pura, con algo de magnesio o arcillosa respectivamente. Las cales aéreas no endurecen si no están en contacto con el aire o se encuentran en ambientes muy húmedos. El endurecimiento se produce por la acción simultanea de tres procesos: Desecación, Absorción del anhídrido carbónico del aire (CaO + CO2 → CO3Ca, para formar la piedra original) y por la Acción lenta sobre la cal de la sílice contenida en la arena. 3. Diferencia entre cal viva y cal apagada. El oxido de calcio en estado anhídrido (CaO) se denomina Cal Viva, si en este estado se le agrega agua, comienza su “apagado”, se observa un gran desprendimiento de calor y vapor de agua, la temperatura de eleva a mas de 150 ºC de temperatura; por este proceso se transforma a la cal viva en Cal Apagada o Cal Hidratada, que en esencia es hidróxido de calcio (Ca (OH)2). 4. Propiedades físicas de las cales aéreas (Norma IRAM 1626). La norma IRAM 1626 establece las características, propiedades o requisitos que debe cumplir la cal aérea hidratada, en polvo para construcción, a la que define como “el producto obtenido de la cal viva aérea en

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polvo, por un proceso de hidratación, que endurece al aire por un proceso de desecación, cristalización y carbonatación.

Finura

REQUISITOS

TIPO I

UNIDAD

Material retenido en el tamiz IRAM 600 µ (Nº 30) Material retenido en el tamiz IRAM 150 µ (Nº 100) g / 100 g Material retenido en el tamiz IRAM 74 µ (Nº 200)

Plasticidad Emley Expansión en Autoclave

mm mm

/

100

TIPO II

MÉTODO

MIN.

MÁX.

MIN.

MÁX.

–

0.5

–

1.5

–

5

–

–

–

15

–

20

180

–

150

–

–

2

–

2

DE

ENSAYO

IRAM 1695

5. Propiedades físicas de las cales hidráulicas (Norma IRAM 1508). La norma IRAM 1508 establece las características, propiedades o requisitos que debe cumplir la cal natural hidráulica cálcica hidratada, en polvo. Define a esta como “el producto obtenido por un proceso de hidratación que transforma la cal viva en un polvo seco constituido en su mayor proporción por hidróxido de calcio [Ca(OH)2] y cantidades apropiadas de compuestos silicoaluminosos, que aseguran el endurecimiento bajo el agua de los morteros que con él se preparen”.

REQUISITOS FÍSICOS Finura

Material retenido en el tamiz IRAM 297µ Material retenido en el tamiz IRAM 177 µ Material retenido en el tamiz IRAM 74 µ 7 días Resistencia a la compresión 28 días Expansión en Autoclave

UNIDAD

g / 100 g

MPa mm mm

/100

MÉTODO CLASE A CLASE B CLASE C MÁX MÁX MÁX DE MIN. MIN. MIN. ENSAYO . . . – 1 – 1 – 1 – 7 – 7 – 7 – 15 – 15 – 15 IRAM 1.5 – 1.0 – 0.5 – 1695 Igual o mayor que a los 7 días. –

1

–

1

–

1

PROCESO PRODUCTIVO YACIMIENTO El proceso de producción de la cal comienza desde la selección de la materia prima requerida, piedra caliza, carbonato de calcio (CaCO3) de elevada pureza, que proviene de la explotación de yacimientos. Estudios geológicos de detalle efectuados sobre el mismo permiten determinar las reservas medidas, en toneladas, con su correspondiente ley media ponderada (%) de carbonato de calcio.

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TRITURACIÓN El material obtenido de la explotación de los yacimientos es sometido a un proceso de trituración primaria mediante triturador de mandíbulas, para luego proceder a su clasificación granulométrica en zaranda vibratoria, a efectos de lograr uniformidad de tamaño y una curva granulométrica "cerrada" en respuesta a requerimientos cualitativos de su posterior proceso de calcinación. CALCINACIÓN La piedra caliza es transformada en cal viva en hornos verticales, utilizando en el proceso de calcinación el sistema de lecho mixto, mediante el uso de carbón residual de petróleo como combustible. La operación logra, a través del control de la ventilación forzada a que se somete la unidad, dominio de las diferentes ocurrencias durante las etapas o zonas de precalentamiento, calcinación, terminación y enfriamiento, en que se clasifican los procesos y de extremada importancia en la correcta calcinación con la tecnología empleada. la cal viva obtenida de los hornos, es retirada y vendida como tal en cierta proporción, el resto es sometido a hidratación. Proceso de calcinado El proceso de calcinación de la caliza ocurre en hornos del tipo rotatorio y vertical, pero la caliza que se introduce a estos hornos no puede ser cualquier caliza: •

La caliza no puede ser muy porosa o muy húmeda debido a que esto aumenta la demanda de combustible.

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La caliza utilizada no debe tener impurezas del tipo partículas de Si debido a que esta reacciona con el CaO formando silicatos, los cuales se acumulan en el fondo de los hornos, obstruyendo el paso del material

Ejemplos de hornos de calcinado. Los hornos utilizados son de distinto tipo, estos pueden ser: •

Rotativos.

Usados generalmente para calcinar una caliza con un tamaño pequeño de partícula (6-60 mm). Equipados generalmente con calentadores previos y refrigerantes. Están mejor equipados para la obtención de una cal de calidad debido a su instrumentación. Produce una cantidad máxima de cal por hombre-hora. Su gran desventaja es su alto consumo de combustible. Más del 50% de la cal que se produce en EEUU se realiza en este tipo de hornos.

•

Horno rotatorio con precalentador

El horno rotatorio con precalentador se utiliza preferentemente para la calcinación de caliza y dolomita cuando se dan las siguientes premisas: Elevadas producciones de horno: >1000 t/d. Reducido tamaño de alimentación, por ejemplo 15 á 45 mm. Máxima flexibilidad a la hora de seleccionar el combustible. La producción de cales con bajo contenido de azufre, utilizando combustibles baratos altamente sulfurosos.

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El rendimiento de un horno rotatorio aumenta claramente cuando se utiliza junto a un precalentador, que usa los gases de escape del horno para precalentar y desacidificar parcialmente la caliza. El precalentador de diseño modular desarrollado por Polysius y Maerz combina la eficaz transmisión del calor con una óptima accesibilidad para realizar trabajos de mantenimiento con la instalación en marcha. Nuestra tecnología se centra en el Know-how conjunto de Polysius y Maerz: Polysius aporta su larga experiencia en la construcción de hornos rotatorios y su gran capacidad en I&D, mientras que Maerz contribuye con su profundo conocimiento sobre el proceso de fabricación de la cal, como por ejemplo sobre las corrientes de gas en amontonamientos de material, o sobre el tratamiento de las formaciones de polvo y adherencias en la fabricación de cal viva. Singular es el bypass de azufre desarrollado por Polysius. El mismo permite la fabricación de una cal pobre en azufre a partir de combustibles baratos y frecuentemente muy ricos en azufre, para ser utilizada por ejemplo en la industria del acero. En este innovador sistema se separan la corriente de material y la corriente de gas de escape entre el cabeza del horno y el precalentador, siendo así que el material es sometido a un tamizado en caliente y consiguiente clasificación a fin de separar la fracción fina con el alto contenido de azufre. Factores que influyen en las propiedades de la cal obtenida: Muchas de las propiedades de la cal dependen de la calidad de la caliza utilizada como también del proceso de calcinado, y de estas propiedades, dependen los usos que se le de a la cal aquí hay un breve resumen de estos factores que influyen en las propiedades de la cal obtenida: La dureza de la cal obtenida, depende de las impurezas de la caliza utilizada como también de la temperatura de calcinación, una impura, da una cal dura si se calcina a temperaturas elevadas. La porosidad - y como consecuencia la densidad – de las cales también depende de la temperatura de calcinación, a mayor temperatura menor porosidad y por lo tanto una mayor densidad, como consecuencia de esto a mayor temperatura, la cal va perdiendo actividad química, es por esta razón

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL que conviene sintetizar la cal a temperaturas lo mas cercanas a la temperatura de disociación de la caliza. Las calizas que contienen entre un 15 – 30 % de materia arcillosa produce cales altamente hidráulicas (cales cementicias). A altas temperatura además se forma una costra que no permite el flujo de CO2 al exterior de la partícula. •

Verticales.

Diseño y Funcionamiento: Un horno de cal es una construcción en la cual la piedra caliza es calentada a una temperatura tal que libere el CO2, convirtiendo la piedra en cal viva. El calor es proporcionado por combustibles2 adecuados que pueden ser colocados en capas entre la piedra caliza o mezclados con ésta, para éste procedimiento el combustible utilizado preferentemente es carbón (sólido). Alternativamente, pueden adaptarse para utilizar combustibles gaseosos o líquidos. Éstos son inyectados por los lados del horno o quemados en cámaras adyacentes, desde las cuales los gases calientes ingresan al horno. Es necesario un control cuidadoso para mantener la temperatura correcta el tiempo suficiente como para calcinar completamente la piedra. La piedra caliza subhorneada no se hidratará, mientras que el material sobrehorneado es muy duro y denso para apagarse, o se hidrata muy lentamente. Como la variedad de tipos de horno es muy amplia, aquí sólo los describiremos en términos generales. Los más sofisticados (ejem. hornos con lechos fluidos y rotatorios) no serán tratados, aunque en ciertas situaciones su empleo pueda ser valioso de tomar en cuenta. •

De cuba simple.

Pueden utilizarse para régimen de trabajo del tipo intermitente o por lotes, y continuos. Generalmente son empleados en lugares remotos, en donde se encuentra el yacimiento (para abaratar costos de traslado). Los del primer tipo son cargados con piedra caliza y encendidos hasta que toda la piedra ha sido cocida. Luego de enfriar, se extrae la cal viva, se vuelve a cargar con piedra caliza y nuevamente se enciende el horno. La eficiencia del combustible naturalmente es muy baja, ya que las paredes del horno tienen que ser recalentadas cada vez que se enciende un nuevo lote. Por otro lado, necesita muy poca atención durante el quemado. El combustible se quema debajo de la piedra caliza (en hornos de llama o de tiro de aire superior) o dentro del lote completo (en hornos de alimentación combinada). En los casos donde puede asegurarse una producción continua, se prefiere a la intermitente: la piedra, alimentada por la parte superior, cae gradualmente en la zona de cocción, luego en la zona de enfriamiento, y finalmente es extraída por abajo, dejando sitio para la siguiente carga, y así sucesivamente. La capa superior es precalentada por los gases de evacuación y el aire que ingresa por dedujo es precalentado por la cal viva en enfriamiento, obteniendo así, el máximo uso

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Es fundamental conocer el poder calorífico (PC) de un combustible. Éste dato proporciona la cantidad de energía por unidad de masa ó volumen que libera el combustible al ser quemado. Con ésta información, y la estequiometría de reacción se estima el costo de calcinación, y se tiene una referencia para conocer la producción de cal viva respecto a la unidad de combustible utilizado (masa o volumen).

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL del calor disponible. El régimen continuo minimiza el consumo de combustible para calentamiento y adecuación del horno propiamente dicho. Las principales características del diseño y consideraciones del funcionamiento son: Cimientos y base del horno: construido sobre un terreno firme y con las dimensiones adecuadas para soportar al fuste y al contenido del horno; es necesaria la asesoría de un ingeniero. Forma y dimensiones del fuste: el área de la sección transversal está relacionada a la producción deseada (regla del pulgar: 1 m2 produce aproximadamente 2,5 t /d); una planta circular proporciona una mejor distribución del calor; la relación entre altura y diámetro debe ser al menos de 6:1 para un flujo de gas óptimo; la altura debe estar relacionada al tipo de piedra caliza, ya que las piedras suaves tienden a molerse bajo la presión, restringiendo así el flujo del gas (los hornos para tiza blanda no deben exceder de 5 m de alto); los fustes que se adelgazan hacia la parte superior (a un ángulo aproximadamente. de 3°C) minimizan las «piezas colgantes» (piedras que se adhieren a los lados y forman arcos). Paredes estructurales: deben soportar la presión lateral de la piedra caliza (proporcionando un mayor grosor de la pared en la base, o contrafuertes, o mediante bandas de tracción de acero a intervalos de 80 cm., tal como los desarrollados por la Khadi and Village Industries Commission, Bombay); deben resistir el agrietamiento que podrían ocasionar la expansión del calor (empleando pequeños ladrillos en lugar de bloques grandes, y mortero de arena y cal en juntas angostas); espesor de la pared de 50 cm. como mínimo para un buen comportamiento térmico; material resistente a los agentes atmosféricos (piedra natural o ladrillos bien cocidos) al menos para las hiladas del muro superior. Revestimiento: espesor de 22 cm como mínimo, en la parte superior del horno, resistente a la erosión (ejem. piedra dura o ladrillos azules especiales); en la zona de cocción y debajo, resistente al calor y a la acción química (ladrillos refractarios duros, de textura fina colocados con juntas muy finas de mortero de arcilla cocida). Aislación: usualmente de 5 a 10 cm. de espesor, entre la pared y el revestimiento para retener el calor en el horno, especialmente alrededor de la zona de calcinación; hay diferentes aislantes (ejem. vacíos de aire, ceniza de cáscara de arroz u otra puzolana, árido ligero, lana mineral).

Aberturas para gases de evacuación: Ubicada en la parte superior (la misma que para la alimentación de caliza), preferiblemente con tapa y una chimenea más allá de abertura. En la parte inferior para que el aire fluya hacia adentro y para retirar la cal viva enfriada, por lo que con una abertura simple en el centro (de tipo hacia adentro) el control del tiro de aire es más fácil que con dos o más aberturas (de tipo hacia afuera); alrededor del horno a diferentes niveles como orificios para atizar e inspeccionar, usualmente del tamaño de un ladrillo (el cual es empleado para cerrar), para aflojar regularmente los terrones de caliza amontonados y para controlar la temperatura dentro del horno. Chimenea: entre 2,5 y 6 m. de altura, para mejorar el tiro de aire y proporcionar así suficiente oxigeno para la combustión, para enfriar la cal viva, y para alejar los gases de evacuación de los operarios que cargan el horno.

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL

Actualmente existen hornos más modernos. •

-De cuba doble. Flujo en paralelo.

Este tipo de horno se caracteriza por poseer dos cubas paralelas unidas entre sí por un canal de flujo. Esta disposición permite la calcinación en corriente paralela, es decir, el flujo paralelo del material alimentado y de los gases de combustión en una de las cubas y el precalentamiento regenerativo del material alimentado en la otra cuba por efecto de la mezcla de gases de combustión y aire de refrigeración. El principio de flujo paralelo crea unas condiciones perfectas para la fabricación de cal viva altamente reactiva y dolomita calcinada. Los hornos PFR (por sus siglas en inglés Parallel Flow Regenerative) están disponibles para producciones entre 100 y 850 t/d, pudiendo utilizarse combustibles gaseosos, líquidos o pulverizados para el calentamiento. El consumo térmico se sitúa en valores alrededor de 3600 kJ/kg de cal (850 kcal/kg o 3,1 MM BTU/t) siendo así los más bajos de entre todos los hornos de cal. Las granulometrías de la caliza ó de la dolomita a calcinar se sitúan normalmente entre 25 y 180 mm (1 y 7). El esquema a continuación muestra el modo de funcionamiento de un horno PFR, ilustrando las dos fases del flujo de gas. Dos cubas, señaladas con 1 y 2, reciben el material a calcinar. No vienen representados en este esquema el sistema de alimentación de las piedras, las compuertas de reversión para el combustible, el aire de combustión y los gases de escape, así como tampoco el sistema de descarga de la cal. En función de la capacidad del horno, las cubas son alimentadas simultánea o alternativamente con las piedras.

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL

La cal es descargada de forma continua en la parte inferior de ambas cubas. El combustible es alimentado, sin embargo, solo a una de las dos cubas. En el esquema representado el combustible se aporta a la cuba 1, la cuba de combustión, mientras que la cuba 2 actúa como cuba sin proceso de combustión o cuba de gas de escape. El combustible es aportado a través de varias lanzas de quemador, que se encuentran montadas verticalmente en el material amontonado en la zona de precalentamiento. El extremo inferior de los tubos de las lanzas marca el final de la zona de precalentamiento y el comienzo de la zona de calcinación. El combustible aportado a través de estos tubos de lanzas se distribuye uniformemente sobre toda la sección de la cuba. El aire de combustión se aporta bajo presión desde el extremo superior de la zona de precalentamiento sobre las piedras amontonadas. Todo el conjunto del horno se encuentra bajo presión. El aire de combustión recibe un calentamiento por las piedras en la zona de precalentamiento, el regenerador, antes de mezclarse con el combustible en el extremo inferior de las lanzas. La llama del combustible está en contacto directo con el material a calcinar, mientras que los gases de combustión y el material fluyen por la zona de combustión de arriba a abajo (calentamiento de flujo paralelo). Los gases de escape fluyen a través del canal de flujo ó conexión desde la cuba de combustión a la cuba que no está en combustión, donde son conducidos hacia arriba en contracorriente del material. Los gases de escape transmiten su calor a las piedras amontonadas, contribuyendo además en una pequeña medida al proceso de calcinación. Cada una de las cubas sufre períodos de combustión y de contracorriente de aprox. 12 á 15 minutos de duración. La conmutación de cuba de combustión a cuba de gas de escape se denomina reversión. La cal calcinada se descarga de forma continuada durante todo el tiempo de combustión desde las dos cubas con ayuda de platos de descarga a una tolva que está bajo presión. Igualmente de forma continuada se aporta aire de refrigeración por el extremo inferior de ambas cubas, para reducir la temperatura del producto calcinado antes de pasar a la tolva de descarga. Durante los tiempos de reversión, cuando el horno está despresurizado, el producto calcinado es descargado desde las tolvas debajo de los platos de descarga a una tolva común situada debajo, y desde allí continua el proceso de transporte mediante transportador vibrante y bandas transportadoras.

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL

Un gran horno diseño Maerz el más grande del país, en Los Berros; funciona a gas y a carbón. HIDRATACIÓN Obtenida la cal viva, parte de su producción es derivada a la fabricación de cal hidratada o hidróxido de calcio, proceso que requiere de una molienda previa de la cal viva para su posterior prehidratación como primera etapa de apagado de la cal mediante la inyección de cantidades precisas de agua respondiendo a dosificación según balance químico de reacción y bajo condiciones térmicas específicas atendiendo a lo exotérmica de la reacción mencionada. Una 2ª etapa, consiste en el tratamiento del material resultante en el hidratador. El cual puede ser atmosférico (por rebalse) ó a presión: •

•

Hidratador por rebalse: la cal viva ingresando por un extremo del equipo, mientras un transportador helicoidal situado en el fondo transporta el producto a la salida a medida que va reaccionando, generando corrientes de avance-retroceso (retromezclado) obteniendo la cal hidratada por el extremo opuesto a la alimentación. Es un recipiente atmosférico, es decir, está abierto a la atmósfera, y la presión reinante en el sistema es la atmosférica. Hidratador a presión: Una bomba de desplazamiento positivo toma el producto semihidratado Es un equipo cerrado, éste sistema aprovecha el calor desprendido en la hidratación, acumulando presión debido al vapor de agua que se genera durante la hidratación. El sistema es agitado con un complejo sistema de agitación con retromezclado (paletas fijas en el cuerpo del hidratador y móviles de forma helicoidal). De ésta manera le producto hidratado es expulsado por un orificio a altas velocidades (debido a la presión imperante dentro del reactor a presión). El flujo de cal hidratada más los restos de agua es impactado contra una pantalla situada dentro de un separador de vapor (secador), donde el agua en exceso que posee el producto es desprendida de la cal hidratada por diferencias de presión (la presión reinante dentro del secador es la atmosférica).

En estos equipos es donde se concluye la reacción y formación del compuesto químico resultante Ca(OH)2, (hidróxido de calcio). CLASIFICACIÓN

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL La cal hidratada resultante del proceso químico como un polvo finamente dividido y extremadamente blanco, es sometida a transporte, clasificación granulométrica en separador aéreo mecánico (separador centrífugo), el que permite un ajuste controlado de la granulometría requerida separando los gruesos y reprocesándolos a través de un molino de bolas, obteniéndose al final los productos que responden a diferentes calidades químicas, en función de su cal viva origen, y en función de la clasificación granulométrica obtenida en el separador. Los distintos productos obtenidos en función de la granulometría y la composición es almacenado en silos para su posterior embolsado (en caso que así sea vendido) y despacho. CONTROL DE CALIDAD Las diferentes etapas descriptas en el proceso, son monitoreadas por personal capacitado y entrenado del Departamento de Control de Calidad.A través de muestreos aleatorios y sistemáticos y la disponibilidad de un laboratorio propio, para la realización de los análisis químicos y físicos requeridos, normaliza según procedimientos específicos, un permanente seguimiento y control de la totalidad de productos involucrados en las diferentes etapas del proceso, dirigidos a asegurar la plena satisfacción de nuestros clientes.

DESPACHO La tecnología de avanzada utilizada en los procesos productivos generan una importante capacidad de producción, que debe conjugarse con amplitud de depósitos cerrados que permiten disponer de un importante stock, en forma permanente para toda la línea de productos, los que apoyados por una importante estructura de montacargas / autoelevadores, que conjuntamente a la flota de transporte de cargas propios ó camiones contratados, posibilita la satisfacción del cliente, según requerimientos en tiempo y forma.

EQUIPAMIENTO UTILIZADO EN LAS OPERACIONES INTERMEDIAS PARA LA OBTENCIÓN DE CAL

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL Elevador a cangilones

Triturador de mandíbulas

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL

Molino de martillos

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL

Separador centrífugo

Molino de bolas

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL

Bomba de desplazamiento positivo:

INTEGRACIÓN I – PRODUCCIÓN DE CAL