Para fazer cimento, é necessário extrair diferentes minerais. O calcário (que contém o mineral calcite), a argila e o gesso constituem a maior parte do cimento. O Serviço Geológico dos EUA observa que as matérias-primas do cimento, especialmente o calcário, são geologicamente difundidas e (felizmente) abundantes. Em 2022, a produção de cimento portland dos EUA aumentou ligeiramente para uma estimativa de 92 milhões de toneladas, e a produção de cimento de alvenaria aumentou para uma estimativa de 2,5 milhões de toneladas, de acordo com o Resumo de Mercadorias Minerais de Cimento do U.S. Geological Survey 2023. O valor global das vendas de cimento foi de cerca de 14,6 mil milhões de dólares, com uma estimativa de 70% a 75% das vendas para produtores de betão pronto, 11% para fabricantes de produtos de betão, 8% a 10% para empreiteiros e 5% a 12% para outros tipos de clientes.
O Resumo dos Minerais referia também que “o cimento não é reciclado, mas quantidades significativas de betão são recicladas para utilização como agregado de construção. Os fornos de cimento podem utilizar combustíveis residuais, poeiras de forno de cimento recicladas e matérias-primas recicladas, como escórias e cinzas volantes. Vários materiais secundários podem ser incorporados como materiais cimentícios suplementares (SCMs) em cimentos misturados e na pasta de cimento em betão.”
Existem mais de vinte tipos de cimento utilizados para fazer várias especialidades de betão, no entanto o mais comum é o cimento Portland.
Como o cimento é fabricado
A fabricação de cimento é um processo complexo que começa com a mineração e, em seguida, com a moagem de matérias-primas, que incluem calcário e argila, até chegar a um pó fino, chamado de farinha bruta, que é então aquecido a uma temperatura de sinterização de até 1450 °C em um forno de cimento. Nesse processo, as ligações químicas das matérias-primas são quebradas e depois recombinadas em novos compostos. O resultado é o chamado clínquer, que são nódulos arredondados com 1 mm a 25 mm de diâmetro. O clínquer é moído até virar um pó fino em um moinho de cimento e misturado com gesso para criar o cimento. O cimento em pó é então misturado com água e agregados para formar o concreto que é usado na construção.
A qualidade do clínquer depende da composição da matéria-prima, que precisa ser monitorada de perto para garantir a qualidade do cimento. O excesso de cal livre, por exemplo, resulta em efeitos indesejáveis, como expansão do volume, aumento do tempo de endurecimento ou redução da resistência. Vários sistemas laboratoriais e on-line podem ser empregados para garantir o controle do processo em cada etapa do processo de fabricação do cimento, incluindo a formação do clínquer.
Como os fabricantes de cimento podem ajudar a garantir a qualidade do cimento
Desde a mina de calcário até a trituração, a mistura, o moinho de cru, o forno e muito mais, a análise elementar é um componente essencial para impulsionar o controle do processo, a eficiência e produtos finais de maior qualidade. Analisadores potentes podem ajudá-lo a entender melhor a composição de suas matérias-primas e proporcionar mais controle sobre os processos de produção posteriores.
Os analisadores portáteis por XRF podem identificar a composição e os contaminantes do material ou obter dados geoquímicos no campo ou em qualquer lugar da fábrica. Os sistemas laboratoriais de fluorescência de raios X (XRF) são usados pelos laboratórios de controle de qualidade de cimento para determinar os óxidos principais e secundários em clínquer, cimento e matérias-primas, como calcário, areia e bauxita.* Os sistemas combinados de fluorescência de raios X (XRF) e difração de raios X (XRD) realizam a análise da fase química para uma caracterização mais completa da amostra. A análise da fase do clínquer garante uma qualidade consistente do clínquer. Essa instrumentação pode ser equipada com vários monocromadores de XRF para a análise dos principais óxidos e um sistema compacto de difração de raios X (XRD) que tem a capacidade de medir o quartzo no farelo bruto, a cal livre (CaO) e as fases do clínquer, bem como a calcita (CaCO3) no cimento.
Os analisadores de correia cruzada baseados na tecnologia Prompt Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA) fornecem análise elementar on-line de alta frequência de todo o fluxo do processo de matéria-prima. Os analisadores que usam PGNAA/PFTNA estão situados diretamente na correia transportadora e penetram em toda a seção transversal da matéria-prima, fornecendo medição uniforme minuto a minuto de todo o fluxo de material, e não apenas uma amostra ou leitura de superfície. Os principais componentes elementares do cimento são cálcio, alumínio, ferro e silício. No entanto, às vezes, elementos indesejados, como óxido de magnésio, e álcalis, como sódio, potássio e enxofre, existem no calcário, na argila e no arenito que são adversos ao processo. Nesses casos, a tecnologia PGNAA permite que o usuário final monitore os níveis de MgO no calcário e faça os ajustes necessários.
A produção precisa de cimento também depende de sistemas de balança de correia para monitorar a produção e o estoque ou regular o carregamento do produto, bem como de detectores de metais para proteger o equipamento e manter a operação funcionando sem problemas. O fluxograma do processo de fabricação de cimento resume em que ponto do processo cada tipo de tecnologia está fazendo a diferença.
Os operadores de cimento também usam esses sistemas de análise para analisar e ajustar a mistura de carvão no fluxo, o que permite que a fábrica reduza o consumo de energia usando exatamente a quantidade de carvão combustível necessária para atender aos valores de aquecimento específicos exigidos para processar materiais no forno e no moinho. O material de alimentação do forno com altas variações químicas requer mais combustível para reagir adequadamente e mais energia no moinho de acabamento para moer o clínquer com reação excessiva.
Recursos adicionais:
Recursos do site: Tecnologia e soluções para melhorar a fabricação de cimento
Nota de Aplicação: Análise de Clínquer e Cimento com o Espectrômetro Sequencial Thermo Scientific ARL OPTIM’X WDXRF para saber por que a XRF é a técnica preferida para análise elementar na indústria de cimento.
Artigo do blog: XRF/XRD Combined Instrumentation Can Provide Complete Quality Control of Clinker and Cement para saber mais sobre a tecnologia que combina as vantagens do XRF e do XRD.
Artigo do blog: PGNAA Improves Process and Quality Control in Cement Production (PGNAA melhora o processo e o controle de qualidade na produção de cimento) para saber o que torna o PGNAA particularmente adequado para a análise de cimento.
Nota do editor: Este artigo foi publicado originalmente em 20/08/15 com o autor Darrell Leetham, mas foi atualizado e atualizado com novas informações.
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