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Treinamento técnico processo de moagem do cimento portland
Tipologia: Notas de estudo
Oferta por tempo limitado
Compartilhado em 18/10/2015
4.6
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Fevereiro de 2015 - Bairro da Taka – Benguela - Angola
Fábrica de Cimento Cimenfort LDA.
Robson de Freitas Werling - Técnico de Química Industrial. [email protected] / [email protected] Telemóvel: Angola : +244 928 826 177 - Brasil: +55 (22) 981 458 389
Fábrica de Cimento Cimenfort LDA.
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Ao final deste treinamento os participantes deverão serem capazes de descrever o processo de moagem de cimento, fenômenos de peliculização, pré-hidratação, mistura e adquação do gesso e como evitar problemas potenciais relativos a esse processo.
De acordo com o desenvolvimento observado terá a duração 16:00h a 20:00h.
01:00h Para avaliação auto-instrutiva.
processo.
Seus dados Pessoais:
Nome:____________________________________________________________
Telemóvel:________________________________________________________
E-mail:___________________________________________________________
A história do cimento inicia-se no Egito antigo, Grécia e Roma, onde as grandes obras eram construídas com o uso de certas terras de origem vulcânicas, com propriedades de endurecimento sob a ação da água. Os primeiros aglomerantes usados eram compostos de cal, areia e cinza vulcânica. O cimento Portland é um aglomerante hidráulico fabricado pela moagem do clínquer, compostos de silicato e cálcio hidráulicos.
A denominação “ Cimento Portland ”, foi dada em
1824 por Joseph Aspdin, um químico e construtor
britânico. No mesmo ano, ele 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.
Os silicatos de cálcio são os principais constituintes do cimento Portland, as matérias primas para a fabricação devem possuir cálcio e sílica em proporções adequadas de dosagem. Os materiais que possuem carbonato de cálcio são encontrados naturalmente em pedra calcária, giz, mármore e conchas do mar, a argila e a dolomita (CaMg(CO3)2 são as principais impurezas.
O processo produtivo do cimento Portland inicia-se na produção do clínquer Portland. As etapas do processo de produção do clínquer Portland são:
1ª Extração das Matérias Primas: O calcário e Argilas são extraído conforme suas propriedades químicas. (carbonato de cálcio, sílica, alumínio e minério de ferro).
2º Britagem: O calcário e Argilas são britados a uma granulometria 20mm.
3ª Doseamento e Moagem: O calcário britado, areia, argilas, carepa de laminação, com suas composições químicas previamente analisadas são proporcionalmente moídas para a obtenção uma farinha denominada, “ Cru ”.
4º Homogeneização e Estocagem: A farinha passa por um processo de homogeneização com ar comprimido, logo que é estocada em silos.
5º Clinquerização e Estocagem: Nesta fase a Farinha de Cru passa a ser denominada de “ Farinha de Alimentação ”, é extraída do silo de farinha e conduzida a uma “ Torre de Ciclones ” e descerá a um forno rotativo através de uma torre de ciclones até que no interior do forno, atingindo a temperatura aproximada de 1.500ºC (por uma chama de + 2000ºC), obtendo no final, o clínquer Portland na qual a seguir será estocado.
1ª Moagem e Adições: O clínquer Portland, recebe adições de uma pequena
quantidade de gesso (3 a 5%) para regular como o cimento endurecerá (tempo de
pega). A mistura é então finamente moída para se obter o " cimento puro ".
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Durante esta fase, diferentes materiais minerais ou sub-produtos industriais, chamados de " adições “, são anexados além do gesso. Estas adições em variadas proporções, conferirão ao cimento propriedades específicas, tais como a redução de permeabilidade (porosidade), resistência a sulfatos e a ambientes agressivos, melhor desempenho durabilidade e acabamento.
2º Estocagem: O cimento em seguida é estocado em silos.
3º Expedição: Neste processo o cimento é extraído dos silos sendo despachados aos pontos de vendas Ensacados ou a Granel.
CP-I – Cimento Portland Comum O primeiro cimento portland lançado no mercado brasileiro foi o conhecido CP, correspondendo atualmente ao CP I, um tipo de cimento portland comum sem quaisquer adições além do gesso (utilizado como retardador da pega). Ele acabou sendo considerado na maioria das aplicações usuais como termo de referência para comparação com as características e propriedades dos tipos de cimento posteriormente aparecidos.
CP-II – Cimento Portland Composto É um cimento modificado que pode ser aplicado em todas as fases da construção. Pode ser encontrado com três diferentes subtipos: o CPII–Z, o CPII–E e o CPII–F. O tipo II-Z tem pozolanas (cinzas de usina térmica, cinzas de carvão e outras cinzas ).É muito indicado, por exemplo, para fazer fossa séptica, porque o concreto dele é mais resistente a ácidos. O Cimento II-E tem escória de alto-forno (é o resíduo da produção de ferro nas siderúrgicas) e serve para pisos, lajes e pilares. O II-F tem materiais carbonos (sobras de produtos queimados) e serve para fazer pisos e até tijolos de solo-Cimento. Essas adições que estão no Cimento e a gente não vê, são muito boas, porque ajudam a melhorar o concreto. Além disso, em vez de jogar isso na natureza, eles viram excelente matéria-prima.
CP-III – Cimento Portland de Alto-Forno É menos poroso e mais durável, portanto resiste melhor em ambientes agressivos. O concreto feito com esse Cimento pode ficar exposto a esgoto e a chuva ácida. Usado nas fundações, peças de grandes
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A qualidade do cimento é julgada pelo seu desempenho na reação com a água, por ser um material aglomerante hidráulico e inclui propriedades tais como : 1 - Comportamento de presa (endurecimento do cimento), 2 - Desenvolvimento de resistências ( R1,R2, R3, R7, R28, R91, etc), 3 - Desenvolvimento de calor (Calor de hidratação), 4 - Estabilidade volumétrica (expansibilidade ),
5 - Durabilidade.
A hidratação dos grãos de cimento em contato com a água se faz da superfície para o interior e, deste modo, o grau de moagem influirá sobre a rapidez da hidratação e consequentemente, sobre o desenvolvimento de calor, retração e aumento da resistência com a idade. Como ordem de grandeza, pode-se dizer que o cimento reage com a água a 0,5μ de profundidade nas primeiras 24 horas, 2μ na primeira semana e 4μ no primeiro mês.
Além disso, há muito se sabe que, entre outro fatores, a atividade química de uma substância é diretamente proporcional a sua superfície específica ou ainda sua superfície por unidade de peso.
Deste modo, o cimento produzido à base de clínquer deve ser moído o suficiente para obter os requerimentos para as propriedades de resistências segundo as normas para cimento e betão. O tempo para a determinação da resistência do cimento é muito longo, especialmente aquelas das última idades (R28, R91..), desta forma o controle diário da qualidade do cimento durante a moagem é baseado na finura do cimento. Entretanto, considera-se que é a resistência que determina a finura com que o cimento deve ser moído. A finura do cimento pode ser determinada por vários métodos. Tradicionalmente a superfície específica, por exemplo, é determinada através do permeabilímitro de Blaine ou turbidímetro de Wagner.
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Entretanto, atualmente métodos bem mais acurados tais como os peneiramento aerodinâmico e os granulômetros laser, vem substituindo os tradicionais turbidímetro de Wagner e o peneiramento por via úmida.
A superfície específica , é a área superficial de todas as partículas relativas a determinada quantidade de massa. As figuras seguintes explicam como o aumento da finura para determinada massa de material é diretamente proporcional ao aumento de sua superfície específica
Um cubo perfeitamente de rocha tem lados iguais a 1m ou 100cm Portanto, sua área superficial é igual a:
6 x (100cm) 2 = 60.000 cm
Suponhamos agora que por algum “ efeito mágico ” conseguimos quebrar ou “moer” o bloco inicial em pequenos cubos perfeitos, cada qual com 25cm de arestas. Teríamos gerado exatamente 64 pequenos cubos perfeitos idênticos.
Neste caso , a área superficial total passaria a <=> 64 x 6 x (25) 2 = 240.000 cm
Nosso bloco foi partido em pequenos cubos de rocha de lados iguais de 25cm resultando numa área 4 vezes superior à do cubo primitivo.
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A maioria dos cimentos são moídos a uma finura de Blaine na faixa de 2500cm2/g a 4500cm2/g.
Nesta um aumento da finura de 100m^2 /kg em um cimento , com o seu teor de SO3 otimizado, irá
fazer crescer o valor da resistência (ð ) a uma certa idade entre 0,5 a 1,0 MPa. O efeito tende a decrescer com o aumento da finura.
Um conjunto de amostras de clínquer moído entre as finuras em Blaine de cerca de 200m2/kg para 650m2/kg foram analisadas utilizando a técnica de raios SEM/X. O mesmo clínquer analisado por microscopia para avaliação de sua composição de fases.
Percebe-se claramente as diferenças na finuras e distribuição das fases nas duas imagens. Um cimento moído mais fino ( 650m2/kg) a área superficial adicional é exposta , de forma que a razão entre a área superficial e o volume aumenta.
Imagens comparativas processadas no aparelho SEM/X (2-D) para cimento Portland moídos em finuras diferentes. O aumento da razão entre a área superficial e o volume pelo aumento da finura do cimentos é ilustrado claramente na figura abaixo que mostra que as finuras medidas através do SEM (razão área superficial por volume) correlacionam-se muito bem com a finura medida através do permeabilímetro de Blaine.
O turbidímetro de Wagner consiste essencialmente de uma fonte de luz mantida em intensidade constante e ajustado de forma que os raios de luz aproximadamente paralelos passam através do cimento a ser testado em suspensão e colidem com uma placa sensitiva em uma célula de carga.
A corrente então é medida por um microamperímetro e a medida indicada é em função do grau de turbidez.
A correlação simples entre finura em Blaine e resistência implica que a forma da distribuição granulométrica das partículas do cimento é mantida constante. Este é normalmente o caso quando o cimento é moído por diferentes períodos de tempo em um mesmo moinho. Contudo, quando se comparam cimentos moídos em diferentes sistemas, por exemplo circuito aberto e circuito fechado ou como e sem aditivo de moagem, a finura em Blaine pode ser inadequada como parâmetro para estimar a resistência.
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Em tais casos resíduos de peneiramento ou ainda melhor, uma descrição de toda a distribuição granulometrica darão melhores correlações com os resultados de resistência. A finura pode ser determinada como resíduo em determinada peneira, geralmente a de 45μm ( mesh) ou 38μm(400 mesh) para cimentos.
Entretanto, o peneiramento por via úmida de partículas finas menores que 100μm apresentam muitos problemas, devido a aglomeração e empastamento da superfície da peneira durante a operação.
Por esse motivo é usual utilizar-se de um sistema de peneiramento com jato de ar, tradicionalmente suprido pela empresa Alpine, onde o material sobre a peneira é fluidizado por um fluxo de ar que, suprindo através de uma abertura rotativa, proporciona excelente dispersão.
O método mais acurado atualmente empregado é denominado Analisador de Tamanho de Partículas Laser e consiste em medir o tamanho das partículas (pós e emulsões) utilizando a difração e difusão de um feixe de raios laser.
Difusão = A maioria das superfícies são ásperas; suas irregularidades refletem a luz em diversas direções. Esse tipo de luz refletida se chama luz difusa. É graças a ela que, durante o dia, um cômodo pode ser iluminado pela luz do sol, que se reflete no ar, nas nuvens e nas paredes. Assim as superfícies polidas refletem melhor a luz que as superfícies ásperas.
Difração = Um feixe de luz se desvia ao passar do ar para a água ou vice versa. Para
observar esse efeito basta mergulhar um lápis em um copo com água. Esse desvio se deve a
uma mudança na velocidade da luz ao passar de um meio transparente para outro e chama-se
refração da luz. Índice de refração é uma relação entre a velocidade da luz em um
determinado meio e a velocidade da luz no vácuo. Em meios com índices de refração mais
baixos (próximos a 1) a luz tem velocidade maior (ou seja, próximo a velocidade da luz no vácuo).A
velocidade de propagação da luz no ar depende da freqüência da luz, já que o ar é um meio material. Porém
essa velocidade é quase igual a 1 para todas as cores.
A amostra é dispersa em um meio de transporte, gasoso ou líquido, e passa através de um feixe laser monocromático; a luz é difratada em ângulos diferentes pelas partículas e é medida em um detector de
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Existem duas maneiras de incorporar um roller–press (pré-moinho fabricado pela F.L.Smidth)
Uma das maneiras é num sistema propriamente de pré–moagem. O pré–moinho é utilizado para moer material fresco e certa quantidade de material de recirculação. O material que sai do roller–press é encaminhado para um moinho de bolas para sofrer um processo de acabamento. Excessiva carga de retorno pode causar instabilidade na operação e, na prática, o consumo específico de energia deste equipamento é limitado ( aproximadamente 7 KWh/t ).
A outra maneira é num sistema de produto semi–acabado, o roller–press pode ser melhor utilizado. Neste caso, o roller–press opera em circuito fechado com um desaglomerador e um separador dinâmico. Finos provenientes do roller–press, após separação, são encaminhados a um moinho de bolas monocâmara, para acabamento.
1º - O processo de hidratação do cimento depende de sua finura, porque a hidratação dos grãos de cimento em contato com a água se faz de superfície para o interior. Então o grau de moagem influi sobre a rapidez da hidratação.
2º - A finura de moagem é determinada pela Resistência do Cimento obtida em análises.
3º - Em permeabilímetro de Blaine, a superfície específica é determinada pelo tempo que certo volume de ar leva para atravessar uma determinada amostra.
4º - O método de peneiramento por via úmida onde a amostra possui partículas finas menores que 100μm apresentam muitos problemas, devido a aglomeração e empastamento da superfície da peneira durante a operação.
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5º - Os métodos mais eficientes utilizados para a determinação da finura do cimento, quando se comparam a moagem em circuitos diferentes, é o Peneiramento Alpine e o método de Análises por Difratometria à Laser.
6º - Não se é possível garantir a qualidade do produto fabricado, com apenas um método de análise, e que os mais comuns empregados, são o Peneiramento Alpine e o Blaine
Fenômeno da Aglomeração. A pegadura ou peliculização durante a moagem fina é normalmente antecipada pela formação de aglomerados. Deste modo, um produto moído contém, além das partículas “primárias”, uma larga variedade de partículas “secundárias”. Estas particulas possuem todas as formas de transição, desde camadas mistas soltas até verdadeiros aglomerados que, em casos extremos, podem exibir a mesma resistência das partículas primárias.
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As amostras foram depois caracterizadas por análises de sedimentação. Observou-se que os aglomerados, em todas as frações, consistem de partículas razoavelmente grossas, que são levemente menores que o limite inferior do tamanho da partícula em questão e cerca de 10% em peso ( o que corresponde a 80% a 90% em número) de partículas muito finas, menores que 5μm e 10μm.
Investigações em laboratório (Formação e Dispersão de Aglomerados,W.Scheibe, Instiruto de Pesquisa de Processamento de Materiais, Freiberg) demonstrou que a formação indesejável de aglomerandos se inicia após um período muito curto de moagem e ganha importância com o crescimento da finura do cimento. Seu nível absoluto depende predominantemente da moabilidade do material, pois, uma boa moabilidade significa uma formação rápida de material muito fino. Testes em moinho de duas câmaras (D = 2,0m, L = 12,0m ), utilizado para produção de cimento de alto forno em um circuito aberto, mostrou a diferença na porcentagem de aglomerados no material moído em diferentes posições ao longo do caminho e moagem.
Pode-se estabelecer que a formação de aglomerados inicia-se já na entrada do moinho e, do mesmo modo que a finura aumenta continuamente em direção à saída, podendo chegar entre 8% a 14% em porcentagem do material moído ao final do moinho. Esta quantidade também é variável em função do nível de produção, tipo de revestimento e equilíbrio da carga moedora. Também se determinou que os aglomerados tornam-se mais grosso na direção da saída do moinho.
Embora atualmente praticamente só se empreguem circuitos fechados de moagem, sob condições compraráveis às de um circuito aberto também encontra-se a formação de aglomerados. A formação de um quantidade de aglomerados no material em recirculação no moinho submete o mesmo a uma carga desnecessária de material, pois, parte deste material já tem a finura adequada do produto final,mas, é percebido pelo separador como “grosso” sendo retornado ao moinho com os rejeitos verdadeiro.
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Agentes aditivos de superficies ou aditivos de moagem, tem-se mostrado eficaz para combater o efeito de aglomeração e pegadura causado por partículas ultrafinas, especialmente quando se moe em circuito aberto. Mesmo em moagem de circuito fechado, o uso de aditivo de moagem pode aumentar a taxa de produção de modo a justificar o seu emprego, a pesar do custo adicional envolvido. Aditivos de moagem, moído em conjunto com o clínquer de cimento Portland com taxas de adição relativamente baixas, são geralmente compostos polares de base orgânica. Por causa de sua matureza polar, apresentam uma estrutura asimétrica, com núcleos separados de cargas negativas e positivas. Assim, tais compostos são perfeitamente adsorbidos nos centros ativos das superfícies fraturadas do cimento, rompendo as ligações eletrovalentes e reduzindo as forças de aglomeração.
Alguns pesquisadores também defendem a idéia de que a adsorção de moléculas de aditivos sobre a superfície de materiais duros e as que se fragmentam facilmente (os friáveis) como os grãos de clínquer de cimento, devem também fazer diminuir sua resistência à moabilidade, através da diminuição da energia superficial. A redução resultante destas forças aglomerantes superficiais causa uma “ dispersão seca ” do cimento que, por sua vez, aumenta a fluidez e aumenta significativamente em alguns casos, o tempo de retenção no interior do moinho.
Os seguintes aditivos são comumente utilizados: ▲ Trietanolamina (TEA) ▲ Trietanolamina-acetato
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