Composição do Cimento

COMPOSIÇÃO

O cimento é formado basicamente por calcário, argila, minério de ferro e gesso. Primeiramente é formada uma mistura de argila e calcário (rocha de carbonato de cálcio), que os fabricantes chamam de "farinha". "Essa mistura é levada ao forno a uma temperatura de 1450ºC, onde fica até os dois elementos se fundirem", afirma o químico Carlos Eduardo Tango, do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), em São Paulo.

O resultado são pequenas bolotas que recebem o nome de clínquer. Elas são acrescidas de gipsita (a matéria-prima do gesso) e, por fim, moídas até virarem pó. Está pronta a fórmula básica do cimento. Para endurecer e ser usado em construções, esse pó precisa receber água, formando uma pasta. As reações químicas que provocam o endurecimento reduzem a água no interior da pasta, sendo que boa parte desse líquido também evapora com o calor gerado pela reação - a perda é tão grande que o cimento pode trincar. A areia entra na mistura para evitar que isso aconteça.

Fórmula química do cimento:

Calcário + argila → clínquer + aditivos → CO2 + cimento

FABRICAÇÃO DO CIMENTO

Sua fabricação é de acordo com as especificações da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. O cimento depende, principalmente, para sua fabricação, dos seguintes materiais: calcário, argila, minério de ferro e gesso. Durante o processo de fabricação, os materiais são analisados por diversas vezes, de forma a alcançar a composição química desejada. A fabricação do cimento envolve as seguintes operações:

a) Dosagem, secagem e homogeneização das matérias-primas

O calcário é a matéria-prima básica, contribui de 85 a 95% na fabricação do clínquer, é constituído basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3) e, dependendo de sua origem geológica, pode conter várias impurezas como magnésio, silício, alumínio e ferro. A rocha calcária é extraída de jazidas com auxílio de explosivos. Os grandes blocos de pedra fragmentadas obtidos através da explosão são submetidos ao processo de britagem, sendo reduzidos ao tamanho de grão menor ou igual a 25 mm. Para melhorar a qualidade do clínquer, o calcário recebe algumas correções complementares de:

• FILITO (argila): este material colabora com o alumínio Al2O3;
• QUARTZITO (material arenoso): este colabora com SiO2;
• MINÉRIO DE FERRO: este colabora com Fe2O3. Este conjunto de materiais é enviado para moagem no moinho vertical de rolos, em proporções pré determinadas, onde se processa o início da mistura íntima, secagem e a homogeneização necessária, formando-se a farinha crua.

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        Este conjunto de materiais é enviado para moagem no moinho vertical de rolos, em proporções pré determinadas, onde se processa o início da mistura íntima, secagem e a homogeneização, formando-se a farinha crua.

b) Clinquerização

A farinha crua moída é calcinada até fusão incipiente, a uma temperatura de 1450º C em um forno rotativo, onde então obtem-se o clínquer.

Etapas da clinquerização:

1)    Evaporação da água livre

Ocorre em temperaturas abaixo de 100°C. Ocorre no primeiro estágio de ciclones.

H2O líquido (100°C) →  H2O vapor (100°C)  - 539,6 cal/g

 

2)    Decomposição do carbonato de magnésio

A decomposição da dolomita em MgO e CO2 tem início em 340°C, porém a medida que o teor de cálcio aumenta, também se eleva a temperatura de decomposição.

MgCO3 (sólido)  (340°C)  → MgO (sólido)  +  CO2 (gasoso)  - 270 cal/g

O MgO liberado vai dissolver-se na fase líquida (fundida), formada durante a queima e em parte formará soluções sólidas com as fases mais importantes do clínquer.

Na temperatura de clinquerização o MgO não se combina com os demais óxidos presentes, ficando livre na forma de periclásio.

 

3)     Decomposição do carbonato de Cálcio 

Esta reação tem início em temperatura acima de 805°C, sendo 894°C a temperatura crítica de dissociação do carbonato de cálcio puro a 1 atm de pressão.

 CaCO3 (sólido) → CaO (sólido)  +  CO2  (gás)  - 393 cal/g

Esta reação de descarbonatação é uma das principais para obtenção do clínquer, devido ao grande consumo de energia necessária à sua realização e à influência sobre a velocidade de deslocamento de material no forno.

Nos fornos com pré-calcinadores cerca de 94% da descarbonatação ocorre no pré-calcinador e o restante no forno.

Em fornos sem pré-calcinadores cerca 60% ocorre nos ciclones IV.

É imprescindível que a descarbonatação esteja completa para que o material penetre na zona de alta temperatura no forno (zona de clinquerização).

4)    DESIDROXILAÇÃO DAS ARGILAS

As primeiras reações de formação do clínquer iniciam-se em 550°C, com a desidroxilação da fração argilosa da farinha (cru).

A argila perde a água combinada, que oscila entre 5 e 7%, dando origem a silicatos de alumínio e ferro altamente reativos com o CaO que está  sendo liberado pela decomposição do calcário.

A reação entre os óxidos liberados da argila e o calcário, é lenta e a princípio os compostos formados contém pouco CaO fixado.

Com o aumento da temperatura a velocidade da reação aumenta e os compostos enriquecem em CaO.

 5)    Formação do 2CaO.SiO2

A formação do 2CaO.SiO2 tem início em temperatura de 900°C onde mesmo sílica livre e CaO já reagem lentamente. Na presença de Ferro e Alumínio esta reação é acelerada.

 2CaO  +  SiO2   (1200°C) →  2CaO.SiO2  = silicato dicálcico

 6)      Formação do  3CaO.SiO2