INDSTRIA DO CIMENTOADRYANNE DOS SANTOS DO MACIEL

ERALDO JUNIOR

FERNANDA R. TORRES DA COSTA

TAIZE SOARES SANTOS

HISTRICO

No Egito Antigo era utilizada um material feito

de gesso calcinado como aglomerante. Entre os gregos e

romanos, eram usados solos vulcnicos das proximidades

de Pozzuoli ou da ilha de Santorini, que endureciam

depois de misturadas com gua.

HISTRICO

Em 1786 o ingls John Smeaton criou uma mistura

resistente atravs da calcinao de calcrios argilosos e

moles. Esse o marco da criao do cimento artificial.

HISTRICO

J em 1818, o francs Vicat obteve resultados

semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes

argilosos e calcrios. Tempos depois, em 1824, o construtor

ingls Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras

calcrias e argila, transformando-as num p fino.

HISTRICO

Foi quando percebeu que obtinha uma mistura que,

aps secar, tornava-se to dura quanto as pedras

empregadas nas construes. A mistura no se dissolvia

em gua.

HISTRICO

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 s rochas da ilha britnica de Portland.

DEFINIO

O cimento (derivada do latim caementu) um

material cermico que, em contato com a gua, produz

reao exotrmica de cristalizao de produtos

hidratados, ganhando assim resistncia mecnica.

o principal material de construo usado

como aglomerante. uma das

principais commodities mundiais, servindo at

mesmo como indicador econmico.

Aglomerante porque tem a propriedade de unir outros

materiais.

Hidrulico porque reage (hidrata) ao se misturar com

gua e depois de endurecido ganha caractersticas de rocha

artificial, mantendo suas propriedades, principalmente se

permanecer imerso em gua por aproximadamente sete dias.

A combinao do cimento com materiais de

diferentes naturezas como areia, pedra, cal, aditivo e

outros, origina a formao das pastas, argamassas e

concretos.

FIGURA 1: JAZIDA FIGURA 2: BRITADOR

COMPOSIO DO CIMENTO

O Cimento composto de clnquer e de adies que

distinguem os diversos tipos existentes, conferindo

diferentes propriedades mecnicas e qumicas a cada um.

As adies tambm so ou no utilizadas em funo de

suas distribuies geogrficas.

Cimento Tipo Clnquer+ Gesso(%)

Escria

siderrgica (%)

Material

pozolnico (%)

Calcrio (%)

CP I Comum 100 - - -

CP I - S Comum 95-99 1-5 1-5 1-5

CP II - E Composto 56-94 6-34 - 0-10

CP II - Z Composto 76-94 - 6-14 0-10

CP II - F Composto 90-94 - - 6-10

CP III Alto-forno 25-65 35-70 - 0-5

CP IV Pozolnico 45-85 - 15-50 0-5

CP V - ARI Alta

resistncia

inicial

95-100 - - 0-5

MATRIAS-PRIMAS:

A. CLNQUER

B. GESSO

C. ESCRIA SIDERRGICA

D. ARGILA POZOLNICA

E. CALCRIO

A) CLNQUER

O clnquer o principal item na composio de cimentos

portland, sendo a fonte de silicato triclcico

(CaO)3SiO2 e silicato diclcico (CaO)2SiO2. Estes compostos

trazem acentuada caracterstica de ligante hidrulico e esto

diretamente relacionados com a resistncia mecnica do

material aps a hidratao.

A produo do clnquer o ncleo do processo de

fabricao de cimento, sendo a etapa mais complexa e

crtica em termos de qualidade e custo.

As matria-primas so abundantemente encontradas

em jazidas de diversas partes do planeta, sendo de 80%

a 95% de calcrio, 5% a 20% de argila e pequenas

quantidades de minrio de ferro.

A slica, alumina, ferro e cal reagem no interior do

forno, dando origem ao clnquer, cujos compostos

principais so os seguintes:

1. 3 CaO.SiO2 Silicato triclcico = (C3S) 18 a 66% no cimento

2. 2 CaO.SiO2 Silicato diclcico = (C2S) 11 a 53% no cimento

3. 3 CaO.Al2O3 Aluminato triclcico = (C3A) 05 a 20% no cimento

4. 4 CaO.Fe2O3.Al2O3 Ferro aluminato tetraclcico =(C4AF) 04 a 14% no cimento

B) GESSO

A gipsita, comumente chamado de gesso (CaSO4 2

H2O) adicionado em quantidades geralmente inferiores

a 3% da massa de clnquer, tem funo de estender

o tempo de pega do cimento (tempo para incio do

endurecimento).

Sem esta adio, o tempo de pega do cimento seria

de poucos minutos, inviabilizando o uso. Devido a isso, o

gesso uma adio obrigatria, presente desde os

primeiros tipos de cimento Portland.

Permite com que o cimento permanea trabalhvel

por pelo menos uma hora e trinta minutos, conforme ABNT.

C) ESCRIA SIDERRGICA

A escria, de aparncia semelhante a areia grossa,

um sub-produto de alto-fornos, reatores que produzem

o ferro gusa a partir de uma carga composta por minrio

de ferro, fonte de Fe, e carvo vegetal ou coque, fonte

de carbono.

Entre diversas impurezas como outros metais, se

concentram na escria silicatos, que apesar de rejeitados

no processo de metalizao, proporcionam-na

caractersticas de ligante hidrulico.

Sendo um sub-produto, este material tem menor custo

em relao ao clnquer e utilizado tambm por elevar a

durabilidade do cimento, principalmente em ambientes

com presena de sulfatos. Porm, a partir de certo grau

de substituio de clnquer a resistncia mecnica passa a

diminuir.

D) ARGILA POZOLNICA

As pozolanas ativadas reagem espontaneamente com

CaO em fase aquosa, por conterem elevado teor de slica

ativa SiO2. Esta caracterstica levou ao uso de pozolanas como

ligante hidrulico complementar ao clnquer, com a

caracterstica de tornar os concretos mais impermeveis o que

til na construo de barragens, por exemplo.

As pozolanas so originalmente argilas contendo

cinzas vulcnicas, encontradas na regio

de Pozzuoli, Italia.

Atualmente, materiais com origens diferentes mas com

composies semelhantes tambm so considerados

pozolnicos.

Tais como as pozolanas ativadas artificialmente e

alguns sub-produtos industriais como cinzas

volantes provenientes da queima de carvo mineral.

A adio de pozolana propicia ao cimento maior

resistncia a meios agressivos como esgotos, gua do mar,

solos sulfurosos e a agregados reativos.

Diminui tambm o calor de hidratao,

permeabilidade, segregao de agregados e

proporciona maior trabalhabilidade e estabilidade de

volume, tornando o cimento pozolnico adequado a

aplicaes que exijam baixo calor de hidratao, como

concretagens de grandes volumes.

O processo de ativao de argilas amplamente

praticado pela prpria indstria de cimentos,

geralmente realizado em fornos rotativos semelhantes

queles utilizados na fabricao de clnquer ou mesmo em

antigos fornos de clnquer adaptados, trabalhando a

temperaturas mais baixas (at 900 C) e menor tempo de

residncia.

Assim como a escria siderrgica, as pozolanas

frequentemente tm menor custo comparadas ao clnquer

e s podem substitu-lo at um determinado grau.

E) CALCRIO

O calcrio composto basicamente de carbonato de clcio

(CaCO3), encontrado abundantemente na natureza.

empregado como elemento de preenchimento,

capaz de penetrar nos interstcios das demais partculas e

agir como lubrificante, tornando o produto mais plstico e

no prejudicando a atuao dos demais elementos.

O calcrio tambm um material de diluio do cimento,

utilizado para reduzir o teor de outros componentes de maior

custo, desde que no ultrapassando os limites de composio

ou reduzindo a resistncia mecnica a nveis inferiores ao que

estabelece a norma ou especificao.

A adio de calcrio finamente modo efetuada

para diminuir a porcentagem de vazios, melhorar a

trabalhabilidade, o acabamento e pode at elevar a

resistncia inicial do cimento.

FABRICAO DO CIMENTO

Sua fabricao de acordo com as especificaes da ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas.

O cimento depende, principalmente, para sua fabricao, dos seguintes materiais: calcrio, argila, minrio de ferro e gesso.

Durante o processo de fabricao, os materiais so analisados por diversas vezes, de forma a alcanar a composio qumica desejada.

FIGURA 3: CALCRIO (PEDRA) FIGURA 4: FILITO (ARGILA)

FIGURA 5: QUARTIZITO

(SAIBRO)

FIGURA 6: MAGNETITA

(MINRIO DE FERRO)

PROCESSOS DE PRODUO

A) Minerao

B) Clnquer

A) MINERAO

As fbricas de cimento tipicamente se instalam ao

lado de jazidas de calcrio e argila de modo a minimizar

os custos de transporte. A extrao destes materiais se

realiza em geral em lavras de superfcie, com auxlio de

explosivos.

As rochas extradas so britadas at atingirem

tamanhos de aproximadamente 200 mm ou menos e

transportadas para a fbrica em transportadores de

correia.

B) CLNQUER

A produo de clnquer envolve uma srie de

processos interdependentes em linha.

H ainda processos de preparao e estocagem de

matrias-primas, moagem de cimento e limpeza de

gases de exausto.

PROCESSOS DO CLNQUER

a. Pr-homogeneizao de matrias-primas

b. Moagem de matrias-primas

c. Pr-aquecimento

d. Clinquerizao

e. Resfriamento

a) Pr-homogeneizao de matrias-primas:

As jazidas de calcrio e argila apresentam variaes

de composio ao longo de suas extenses. Por outro lado,

a qualidade do produto e a estabilidade do processo de

produo requerem materiais quimicamente homogneos.

Para isso, so empregados sistemas de empilhamento

e recarregamento com longas pilhas de material, de modo

a criar camadas horizontais provenientes de diferentes

lotes, que posteriormente so misturadas no prprio

processo de recarregamento.

b) Moagem de matrias-primas:

Os materiais provenientes das pilhas de pr-

homogeneizao so introduzidos em um moinho (ou mais)

para que se misturem e atinjam

granulometria e umidade adequadas aos processos

posteriores.

Este processo, tambm chamado de "moagem de

cru", faz uso de gases quentes residuais do forno de

clinquerizao (descrito adiante), empregados como fonte

de calor para secagem. No jargo da indstria, o produto

da desta moagem chamado de "farinha" e de fato se

assemelha a farinha de trigo com tom bege.

A farinha armazenada em silos que tambm

promovem homogeneizao e absorvem eventuais

assincronias entre o forno e os moinhos de cru.

Os motivos para a reduo de tamanho das

partculas so a homogeneizao e o aumento da

superfcie exposta que intensifica reaes qumicas e

trocas de calor entre as partculas e os gases no interior

do forno.

c) Pr-aquecimento:

Quase a totalidade dos fornos de cimento

atualmente operantes contam com torres de pr-

aquecimento, responsveis por remover a umidade ainda

restante no material (inferior a 1%) e iniciar

a descarbonatao do calcrio.

Os fornos de maior capacidade e mais modernos

contam com torres maiores capazes de completar quese

totalmente o processo de descarbonatao. Quanto mais

eficaz o pr-aquecimento, mais curtos so fornos.

Os pr-aquecedores mais comuns so torres de

ciclones. Dispostos em elevadas estruturas (que

frequntemente ultrapassam 100 metros de altura),

diversos separadores ciclnicos (equipamentos capazes de

retirar partculas slidas de uma corrente de gases) so

interligados entre si atraves de tutos de imeso utilizados

para troca trmica que ocorre em torno de 80% entre a

farinha alimentada e gases quentes provinientes do forno.

Atravs da seqncia de ciclones fluem os gases

quentes provenientes do forno, em contra-corrente com a

matria prima. A medida que esta se mistura com o fluxo

de gases, ocorre transferncia de calor e transferncia de

massa. Nos primeiros trechos do processo, elimina-se

a umidade superficial, enquanto a temperatura

permanece prxima temperatura de ebulio da gua.

A partir deste ponto, o material slido contendo

apenas umidade intergranular passa a ser aquecido

gradativamente. No fim do processo, o material atinge de

700 C a 1000 C, suficiente para a gua esteja

eliminada e para se iniciarem decomposies qumicas da

matria-prima.

Na busca de maior produo e reduo de custo

estudos deram origem a mais um estgio no pr-

aquecedor conhecido como calcinador responsvel por

60% a 95% da calcinao da farinha crua nos fornos

rotativos para cimento baixando a carga tmica na zona

de queima e como consequncia aumentando da vida til

do revestimento refratrio.

d) Clinquerizao:

Parte das reaes de descarbonatao e a

formao de silicatos de clcio e aluminatos de clcio

ocorrem no interior do forno de cimento. Os fornos de

cimento so na maioria rotativos, cilindros horizontais de

at 160 metros de comprimento.

Um leve ngulo de inclinao combinado ao lento

movimento de rotao (de 0,5 a 4,0 rpm) permite que o

material percorra o cilindro medida que desliza pelas

paredes. Internamente, h um revestimento de

material refratrio que protege a carcaa do forno das

altas temperaturas e conserva o calor no seu interior.

A matria prima permanece no forno por um tempo

de aproximadamente 4 horas e atinge temperaturas

clinquerizao de 1.230 C (menor temperatura produz

cal e maior temperatura apenas aumenta o consumo

energtico), suficientes para torna-la incandescente e

pastosa.

A capacidade de produo de um forno mdio

3.000 a 4.000 toneladas por dia, os maiores fornos do

mundo produzem at 10.000t.

e) Resfriamento:

H dois principais tipos de resfriadores empregados

atualmente. Os fornos mais antigos ainda operantes

utilizam resfriadores satlites, cilindros menores solidrios

ao movimento de rotao do forno, acoplados carcaa

do mesmo.

J os fornos construdos a partir da dcada

de 1980 geralmente so dotados de resfriadores de

grelha, com ventilao forada, possibilitando maior taxa

de transferncia de calor entre o clnquer e o ar entrante.

Desta forma, se reduz a temperatura de sada do

material, recuperando parte da energia associada ao

mesmo, aumentando a eficincia do sistema.

Alm da eficincia energtica, os resfriadores tm

suma importncia na qualidade do produto.

O tempo e o perfil de resfriamento do mesmo so

essenciais para a determinao de suas propriedades

qumicas finais. Lentos processos de resfriamento levam

transformao de silicato triclcico, instvel alta

temperatura, em silicato diclcico o que diminui a

resistncia do cimento.

Hoje os resfriadores modernos alm de propiciarem

uma tima troca trmica tambm possibilitam a

recuperao de gases quentes que so reutilizados no

processo de fabricao, que seriam o ar secundrio -

auxiliar na combusto na zona de queima.

Ar tercirio - auxiliar na combusto do calcinador; e

o ar de excesso - em algumas plantas, na troca de calor

do moinho de matria prima. O produto (clnquer) ainda

modo e diludo em gesso, calcrio e/ou escria

siderrgica para se chegar ao produto final.

CIMENTO E O MEIO AMBIENTE

A produo de cimento consome muito combustvel.

Geralmente utiliza-se uma combinao de diversos produtos

como leo, coque de petrleo e resduos industriais. Cerca de

7% das emisses de CO2 no planeta so decorrentes da

produo de cimento, devido combusto e ao processo

de descarbonatao da matria-prima.

Aproveita-se as altas temperaturas e o tempo de

permanncia dos gases no forno para empregar

combustveis de difcil utilizao em queimas, como pneus

picados. Em outras condies, este tipo de combustvel

poderia emitir altas concentraes de substncias

extremamente txicas, (tais como dioxinas e furanos)

devido queima incompleta.

Alm disso, o calcrio e a cal contidos na mistura, tm

a caracterstica de reagir com o enxofre proveniente dos

combustveis, evitando maiores emisses de xidos de

enxofre na atmosfera e prevenindo, por exemplo, a

ocorrncia de chuva cida.

CURIOSIDADES SOBRE O CIMENTO

COPROCESSAMENTO:

O Coprocessamento uma tcnica j h muito tempo utilizada em pases da Europa, Japo e EUA, onde consiste em transformar resduos em combustveis alternativos e/ou substitutos de matria prima, desta forma reduzindo o consumo de combustvel fssil e assim sendo contribuindo com o meio ambiente.

O cimento a granel destina-se a consumidores de

grande porte, normalmente consumidores industriais e

concreteiras, onde suas instalaes so dotadas de silos

da armazenagem. O cimento entregue ao cliente em

caminhes, usualmente conhecidos como cebolo .

O cimento no poder sofrer contaminao, mesmo

que seja com os agregados e outro material que venha a ser

utilizado para obteno do concreto e da argamassa.

Quando o cimento ainda ensacado entra em contato com a

umidade, acaba se hidratando, perdendo as caractersticas

de resistncia, comprometendo seu uso.

Observar o prazo de validade do cimento. Segundo

as normas brasileiras o prazo de validade de noventa

dias. A Itamb adota um prazo de validade de sessenta

dias, atendendo s condies climticas da regio.