¿Qué es el cemento Portland?

Mucha gente confunde los términos «cemento» y «hormigón». El cemento Portland es un producto manufacturado que es un ingrediente en varios productos de hormigón. El cemento Portland se vende como un polvo fino que se mezcla con agua y áridos para hacer el hormigón de cemento Portland (PCC). El cemento Portland se compone de silicatos de calcio, aluminatos de calcio, aluminoferritos de calcio y normalmente algo de yeso. Cuando se añade agua al cemento, los minerales de calcio se hidratan y forman un gel. Este gel es lo que mantiene unidos los áridos en el hormigón.

Hay ocho tipos de cementos Portland, cada uno con un uso y unos requisitos químicos especiales. El proceso de fabricación, sin embargo, es esencialmente el mismo y es producto de una operación de horno. La fabricación de cemento es un proceso de dos etapas. Materiales como la piedra caliza que contiene óxido de calcio se mezclan con materiales de sílice y alúmina como la arena, el esquisto o la arcilla. Las materias primas suelen secarse y molerse, y luego la mezcla se calienta en un horno rotatorio para formar el clinker. A continuación, el clinker se mezcla con yeso y otros materiales y se muele hasta obtener el polvo fino (tamiz de 200 mallas) conocido como cemento Portland.

¿Cómo se utiliza la arena de fundición en la fabricación del cemento Portland?

La arena de fundición se considera un «material alternativo» que puede sustituir a las materias primas vírgenes. Las materias primas utilizadas en la fabricación de cemento Portland deben contener proporciones adecuadas de óxido de calcio, sílice, alúmina y óxido de hierro. Las mezclas de cemento Portland suelen contener un 10-12% de sílice en peso y óxidos de alúmina y hierro (2-5% en peso). Estos componentes minerales son componentes significativos de la mayoría de las arenas de fundición, que pueden por tanto sustituir a los minerales vírgenes. Según una encuesta realizada en 2008 por la Asociación de Cemento Portland, 13 de los hornos de cemento del país se abastecían de arena de fundición. La escoria de cúpula molida también puede utilizarse como materia prima para la fabricación de cemento.

¿Cómo se comporta el cemento Portland utilizando arena de fundición?

El cemento Portland fabricado con arena de fundición cumple todos los requisitos de calidad y rendimiento del cemento Portland hecho únicamente con materiales vírgenes. Un estudio realizado por la Sociedad Americana de Fundición indicó que el cemento Portland fabricado con arena de fundición puede presentar mayores resistencias a la compresión que el cemento Portland hecho con materias primas convencionales.

La arena de fundición se utiliza como materia prima en la producción de cemento Portland. Los diferentes tipos de cemento Portland tienen diferentes requisitos químicos y físicos debido a los diferentes usos del cemento. La norma ASTM C-150, Standard Specification for Portland Cement, designa los diferentes tipos de cemento Portland.

¿Cuáles son las cuestiones técnicas asociadas a la arena de fundición en la fabricación de cemento Portland?

La consistencia química de las arenas de fundición es más importante que las características físicas para determinar su idoneidad para la fabricación de cemento Portland. El contenido de sílice de las arenas de fundición supera el contenido mínimo de sílice del 80% que requieren los hornos de cemento Portland y la presencia de otros elementos como el hierro y el aluminio es una ventaja. El contenido de arcilla de la arena de fundición puede ser un problema si plantea problemas de fluidez en los hornos de cemento con procesos de mezcla de materias primas en húmedo.

Aunque la arena de fundición puede ser una excelente materia prima para la fabricación de cemento Portland, las distancias de transporte pueden ser un impedimento para abastecer más arenas de fundición para los hornos de cemento Portland. Sólo hay 118 hornos de cemento en Estados Unidos, algunos de los cuales poseen canteras adyacentes en las que se procesa piedra caliza y otros áridos vírgenes para la producción de cemento.

¿Hay alguna cuestión específica de garantía de calidad/control de calidad que deban conocer los proveedores y/o los usuarios finales?

La arena de fundición cribada puede ser un material deseable para la materia prima de la fabricación de cemento si las distancias de transporte no impiden su uso. Los sistemas de alimentación del horno están diseñados para manejar materiales de tamaño de grano y la arena de fundición cribada ya es un agregado fino. Eso significa que el uso de la arena de fundición evita los costes y el impacto medioambiental de la molienda de otras materias primas.

La arena de fundición que se destina a un horno de cemento debe ser cribada para que esté libre de todo tipo de residuos, machos, metal atrapado y materiales extraños. El metal atrapado, en particular, puede dañar los sistemas de alimentación del horno. Los machos se pueden moler y mezclar con otros flujos de arena siempre que se mantenga la consistencia química. Deben evitarse las arenas de fundición de silicato sódico, ya que este tipo de aglutinante cambia la química del cemento. El mayor detrimento para aumentar el uso de la arena de fundición en la fabricación de cemento es la obtención de las cantidades necesarias de arena cribada de forma consistente.

¿Hay algún problema medioambiental específico asociado al uso de la arena de fundición en el cemento Portland?

La Asociación de Cemento Portland ha establecido un programa para hacer más sostenible la fabricación y el uso del cemento Portland. El uso de arena de fundición en el proceso de fabricación del cemento Portland ayuda a crear un producto más sostenible. Se necesitan enormes cantidades de materias primas que contienen cal, sílice, alúmina y óxido de hierro para satisfacer la demanda de cemento Portland. La fabricación de cemento es una actividad industrial que consume mucha energía. Además de reducir el uso de materiales vírgenes, el uso de arena de fundición ahorra energía al evitar la extracción, la trituración y la molienda de materias primas vírgenes hasta su tamaño de grano.