MINERATES INDUJTR'AIEJ DEt PTRU

- -:

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CAPITIILO tr

CEunNTo Y CnuT'Ls

ü lndustria delcemento en el Perú

n Materias primas para la fabricación de cementos Norte Pacasmayo

Ú La caliza Para Cementos Lima S'A'

ü yacimientos no metálic's en er área cuculí (Moro-chimbote)

l

tlPlanta de Cal China Linda

r0l

.-,NSTITUTO MARIO SAMAME BOGGIO

L

I

L

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I

f

j

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lndustria del cemento en el Perú

lng. lsno Abram Caballerino '

I desarrollo de la industria de minerales no metálicos en el

Peru, es muy modeslo. El Perú posee importantes reservas

naturales de caliza, yeso, fosfatos y sales de sodio y potasio'

habiéndose desarrollado de modo significativo solamente la

industriadelcementocuyasprincipalesmateriasprimassonlascalizas,las arcillas Y el Yeso'

LaindustriadelcemenloenelPerúestaconstituidaporcincocompa.ñíasquedisponendecentrosdeproduccióndistribuidosentodoelterrito.rio nacional. La más importante es Cementos Lima cuya capacidad de

producción actuales equivalente a aproximadamente 4 millones de tone-

ladas de cemento. Cementos'Pacasmayo S'A' A' que opera en el norte

delpaísycuentaconunacapacidaddel.3millonesdetoneladasdecemento.CementoAndinoS.A.queopetaenlasierracentralconunacapacidad de aproximadamente 800,000 toneladas de cemento' Cemen-

tos Yura S.A. cuya capacidad es de aproximadamente unas 550'000 to-

neladas de cemento y Cemento Sur S'A' cuya capacidad es de 150'000

toneladas de cemento.

I

La industria cle cemento en el Perú utiliza procesos tecnológicos varia-

dosquevandesdelautilizaciÓndelprocesodevíahúmedaenCementoSur,lautilizacióndehornoverticaldelecnologíachinaenRioja,hastaloshomosrotatoriosdetecnologíadepuntaanivelmundial'comoelreciente-mente construido por Cemenlos Lima'

Lacapacidaddisponibleporlafabricadecementotieneampliasholgu-ras para atender el crecimiento de la demanda' tal como se mueslra en el

cuadro siguiente:

' De Cementos PacasmaYoS.A.A. lngeniero químico

(U.N.M.S.M. 1968). Magister en

Administración de Negocios,ESAN 1970. E.iecutivo en Minero

Perú, Cofide, TintaYa, MineraPativilca, Arcala. Gerente general

de Cemenlos PacasmaYo Y

Director de M. Hochschild Y Cía.

* 102

M'NER/{ITS INDUsTRIAITS DEL PERU

TM. CEMENTO /ANO

3'600,000

550,000

150,000

800,000

1'300,000

6'400,000

CEfulENTOS LIMA

CEMENTOSYURA

CEMENTO SUR

CEMENTO ANDINO

CEMENTO PACASMAYO

TOTAL

DEMANDA ACTUAL 4'200,000 TM. / ANO

Elcosto de inversión para una fabrica de cemento es

aproximadamente de $ 100/TM ' de capacidad anual'

de los cuales se requieren aproximadamente $ BS/TM'

de capacidad anual para la fabricación de clínker y $

1s/TM. de capacidad anual para la molienda del ce-

mento. Es decir, el costo de inversión de la industria

de cemento en el Perú (a valores de reposición)' es de

aproximadamente $ 640 millones.

Aparte de los materiales requeridos en el proceso'

los insumos mas importantes son la energía eléctrica

y los combustibles-

De lo indicado se desprende que los costos significa-

tivos en la fabricación de cemento son la depreciación

y los costos de energía. Los costos de la depreciación

dependen principalmente del tamaño de la fabrica y

los costos de la energía dependen delcombustible uti-

lizado y de la tecnología. Cementos Lima' con su nue-

va fabrica combina adecuadamente estos recursos

constituyéndose en una de las mas eficientes del mun-

do.

Flespecto al tipo de combustible utilizado cabe men-

cionarse que Cementos Lima, Cementos Pacasmayo

y Cemento Andino utilizan carbÓn bituminoso importa-

do de Colombia, cuyo coslo en el punto de combus-

tión es equivalente a $10 por cada millón de Kcal'

Cemento Yura y Cemento Sur utilizan petróleo resi'

dual, cuyo costo en el punto de combuslión es aproxi-

madamente S14 por cada millón de Kcal'

Respecto a los productos ofrecidos por las compa-

ñías cementeras al mercado, se destaca que cemen-

tos Lima destina la mayor parte de su producción (90

%) al cemento Tipo 1 y secundariamente alcemento

puzolánico.

Cemento Andino fabrica los Tipos l, ll, y V, Cemento

Yura fabrica cementos puzolánicos, Cementos Sur fa-

brica cemento Tipo I y Cementos Pacasmayo fabrica

cementos TiPo l, V, MS, 1CO Y 1P'

La razón que explica la diversidad de tipos de cemen-

tos producidos en el Peru proviene de las característi-

cas de materias primas utilizadas y de la disponibili-

dad de recursos naturales o subproductos industriales

que poseen propiedades hidráulicas y que aportan pro-

piedades especiales a los cementos' Específicamen-

te en la zona sur de país existen abundantes cenizab'

volcánicas de muy buena calidad., lo que ha permitido

a Cementos Yura destinar su producción a los cemen-

tos puzolánicos.

En la zona norte no existen cenizas volcánicas, pero

Cemenlos Pacasmayo ha recurrido a la utilizacién del

subproducto obtenido en la escorificación en el alio

horno de SiderPeru , para la producción del cemento

Tipo MS, que especialmente resistente a la agresión

química por sulfato. También Cementos Pacasmayo'

ha identificado un yacimiento de zeolitas en las proxi-

midades de Bagua, las cuales son utilizadas como

adición al cemento producido en su fábrica de Flioja'

este cemento previene la expansión y fisuración del

concreto que puede ser ocasionada cuando los agre-

gados contienen sílice reactiva.

Dado que las adiciones de puzolanas naturales o ar'

tificiales reducen la aplicación delclínker en la fabrica-

ción del cemento generan consecuentemenle reduc-

ciones en los consumos de energía eléctrica y com-

bustibles así como permiten disponer de capacidades

de producción que exceden la capacidad de los hor-

nos de clinkerización. Naturalmente, este hecho impli-

ca reducir los impactos ambientales provenientes de

la descomposición de las calizas y del uso de com-

bustibles.

Un aspecto de particular importancia del cemento

peruano, es la motivación que existe para utilizar car-

bón de producción nacional en reemplazo delcarbón

importado. Cementos Lima, Cemento Andino y Cemen-

tos Pacasmayo están realizando esfuerzos conjuntos

t03

7-

\rusr¡ruto i,t.\Rlo SAMAMI Bocclo

rtI-

I

rr'r

rrl-

F

r

para desarrollar la cuenca carbonífera de Oyón donde

*¡isten carbones bituminosos con bajo conlenido vo-

_ iil.

.-Cemenlos Pacasmayo lleva adelante investigaciones

para el uso de antracitas y bituminosos de bajo volátil

ubicados en la cuenca del Chicama y en Cajamarca

respectivamente; también realizan investigaciones para

eldesarrollo de carbones con alto contenido volátil ubi-

cados en eldepartamento de San Martín.

Empresas Combustible Consumo de Calor/Kilo Cemento

Cementr:s l-ima S.A.

Tipo I

Puzolánico

lemenlo Andino S.A.

i-ipo I

Cementos Pacasmayo S.A.A.

Iipo I

Tipo V

Tipo MS

Tipo 1 CO

iipo 1P

Cementos Yura S.A.

fipo 1P

Cemento Sur S.A.

Tipo I

Carbón

Bituminoso

lmpoñado

Carbón

Bituminoso lmportado

Carbón

Bituminoso

lmportado

900 Kcal. (Fábrica Rioja)

Petróleo

Residual

Petróleo

Residual

71 5 Kcal

525 Kcal

850 Kcal

810 Kcal

51 0 Kcal

680 Kcal

710 Kcal

1,700 Kcal

r04

M¡NERAI¿J INDU'TR j"4.LES DEL PERU

Materias primas para la fabricación

de Cementos Norte Pacasmayo

/.

lng. Rómuto Mucho Mamani *

lng. PedroT Gandarillas Barriga **

BREVE DESCRIPCION DE L.A

INDUSTRIA DEL CEMENTO

1.1 Generalidades

La fabricación de cemento se basa en un proceso industrial de una

serie de materias primas y, por tanto, básicamente es un proceso de

actividad minera No METALICA. En consecuencia, elconocimiento de

la calidad, reseryas, planificación de la explotación y el control de las

mismas,sonobjetodeunconocimientogeológicoyminerosimilaracualquier actividad minera-

Entre las materias primas, la caliza es el constituyente de mayor aporle

(80-g5%), debido a su elevado contenido de carbonato de calcio que sé

produce por el quemado de un alto porcentaje de CaO que se combina

con minerales de otras materias primas y lormar las bases del cemento.

La caliza, a diferencia de otras materias primas, es abundante en la na-

turaleza y su utilización en el cemento a nivel mundial va en aumento.

Ahora en nuestro país el consumo de cemento está directamente liga-

do al PBI: si el Perú crece, que esperamos asf será, también la produc.

ción de cemento crecerá. Por ahora somos casi los últimos en consumo

per cápita (140 Kg./rrabitante) respecto a otros países lalinoamericanos.

El cemento es un produclo artificial que se obliene de la transformación

demateriasprimasquepuedenestarcompueslasdecalizas,arcillasyotros minerales, donde los elementos minerales principales que debe

contener son el calcio, la sÍlice, el aluminio y elfierro' Esta materia prima

fundamentalmente molida y homogeneizada, es llevada a altas tempera-

turas (1450.c) a través de un horno rotalivo o verlical, para obtener unr De Pevoex del Perú S.A.C.Gerente General.

r05

.ISTITUTO MAR,IO SAMAME BOCCIO

.oducto llamado clínker el cual, finamente molido conl,rededor de 5% en peso de yeso, se obliene el ce-

'nento y, al agregarle agua ya sea sólo o mezclado

con otras materias como arena, grava, asbeslos, tie-

,"e la propiedad de f raguar tanto en el aire como en el

JUa y formar una masa endurecida.

r-a industria cementera presenta su propia compleji-

dad tecnológica que no es el lin de este traba.io. Esta

uomplejidad está relacionada a su diseño, capacidad de

".,oducción, tamaño y tipo de equipos, tipo de combusti-

es disponibles, aprovechamiento energético, auloma-''ación de la planta y especificaciones de mercado que

j"fluyen directamente en la rigurosa selección y control

rle materias primas que se deben utilizar.

1.2 Materias primas

a) Componenles calcáreos

Calizas con 80 a 90% de CaCO.

b) Componentes arcillosos

Minerales que contienen sílice (SiO?),

alúmina (Al2O3) e hierro (Fe2O.).

c) Componentes correclores

Calizas de alto grado (para CaO), cuaao

- (para SiOr), bauxita (para Al2Os), mineral

- de hierro o ceniza de pirita (para Fe2O.).

d)Aditivos- Yeso o anhidrita se agrega al clínker en la

etapa de la molienda para regular el

f raguado. Si al clínker se le agrega ¡:uzolana

- natural, escoria de alto horno o cenizas

volantes, se obtienen varios tipos de

.Cemenlos mezclados".

1.3 Diseño dé Ia mezcla cruda

:xisten varios mélodos de cálculo de la proporción

i las materias primasll).

- - Cálculos manuales- Métodos gráficos

- - Utilizando calculado programable

Programa de optimizaciÓn por computadora

- En CNP las proporciones están en los rangos:

tó

1.4 Control de calidad de materias primas

y delclínker

Existen mÓdulos empíricos que ayudan a dosificar

el crudo. El lactor de Crudo/Clínker en CNP es - 1'55'

% sio= 1.9 - 3.6Módulo de sílice =

Caliza

Arcilla

ArenaMineralhierro

82 - 85"/"

7 -9"k5 -7%6 - 2"/"

Y" Al2O3+ "/" Fe2O3

% Al20^MódulodeAlúmina =

* =1.0-11.0q/"Fe2O3

100 x CaOSaturación de Cal = 90' 100%

2. BSi0, + I. 18A1,0, + 0.65% Fe203

1.5 Composición química de los principales

elementos de clínker

Este sistema no toma en cuenta olros elementos que

se encuentran presenles en pequeñas concentracio-

nes, pero que tienen importancia como el MgO (0.1 -

5.5%), Na2O - K2O (0"5 - 1.3"/"), SO3 (1 - 3%) y otros.

1.6 Variabtes impoftantes que afectan en el

proceso de quemado delclínker

Compuesto

Alcalino

HORNO

'geomelría

velocidad

pendienle

' conliguración del

precalcinador

' caracteríslicas del

enkiador

Compuestos

Acidos

MATERIA PRIMA

' composición mineralogica

' dislribución del tamaño de parlícula

' grado de calcinación

COMBUSTlBIE

' composición

contenido de ceniza

' mezcla aire-combuslible

' caracleríslicas del

quemado

' lorma de la llama

'lambda

MINERAITS ¡NDU'TRNII.s DEt PERU

i La estrategia trazada por CNP es incrementar y me-

lorar la gama de sus productos y servicios' siguiendo

It l"t" ,,La innovación, un factor clave del éxito" y

lue satistaga las necesidades del consumidor y los

profesionales de la construcción'

2. POLITICA DEINNOVACION, INVESTIGACION

Y DESARBOLLO

minables por 90 M de t con ley promedio de 90'5% de

CaCO. (3). Ahora, si descontamos 6 M al tonelaje ini-

cial, deberían quedar 84 M de t de caliza. Sin embar-

go, ante el reto que nos depara el futuro, creemos

que la información es insuficiente, por lo tanto, debe-

mos conocer mejor su forma y posición, su valor eco-

nómico, su calidad de terreno, su relación mineral/

desmonte, de tal manera que nos permita hacer una

planificación modema en términos de calidad, ya no

sólo en base a CaCo. como lo hacíamos anteriormen-

te, sino en base a todos sus elementos constituyen-

tes y eso también nos permitirá aprovechar mejor

nuestra cantera(a).

4. CANTERA

La cantera, que consisle en un open pit propiamente

dicho, ubicado a 65 km- de la planta, opera B horas

por día, 6 días por semanas. Los frentes de explota-

ción se encuentran a 700 - 900 m. de la chancadora

primaria. Se perfora, dispara, carga y transporta en

volquetes de 60 t y se tritura en una chancadora gira-

toria un promedio de 4,500 tpd. Elmétodo de explota-

ción Corte por Derribo o cortes en tajadas de arriba

hacia abajo por medio de banqueo y limpieza con trac-

tos, nos han dado un buen resultado en términos de

productividad, seguridad y costos. Pero aún se pre-

sentan nuevas ideas, tecnologías que iremos adap-

tando a nuestra realidad. Tenemos 12 hombres en el

mismo tajo, 6 en mantenimiento y 7 trabajadores co-

laterales{3}.

La relación de nueslro equipo principal es la siguien-

te:

1 Trackdrill hidráulico Tamrock CHA 1100' para

4" diámetro

1 Pala hidráulica O&K RH40D, 6 m. cuchara

1 Cargador f rontalCAT 9BSF HL, 5.8 m, cuchara

2 Volquetes EUCLID R60, 60 t capacidad

1 Volquete CAT 769C, 35 t caPacidad

1 Trituradora de cono ALLIS Chalmers' 36-55

1 Martillo hidráulico Teledyne, TM 25XHff8975X

1 GrizzlY Comessa, 2200/5000

1 Bulldozers Komatsu D155AX-Super y

1554-2

1 Cisterna Terez, de 13 m. de capacidad.

ñir tigación y desarrollo nos ayuda a responder me-

ili jor las expectativas de la industria de la cons-

ll trucción.

i . Ofrecer nuevos productos y servicios'- La inves-

. Favorecer elaprovechamiento de los no metáli-

cos exislentes o búsqueda constante de los mis-

mos.

. Atender el reto de la calidad'- Mejorando perma-

nentemente la calidad, será beneficioso para la

construcción.

' Mejorar la tecnología de su planta, en materia

de competitividad, medio ambiente, calidad del

producto, etc.

3. GEOLOGIA Y BESERVAS DE LA CANTERA

DE TEMBLADERA

El yacimiento de caliza se encuentra en sedimentos

cretáceos en forma de estratos paralelos y plegados'

que pertenecen a la formación Cajamarca' La cante-

ra misma se halla en un gran sinclinal formado por el

espesor completo de calizas. Su paralelismo repre-

senta una fuerte herramienta para su definición es-

tructural. Los pliegues pequeños en elcorazón del sin-

clinal aumentan su complejidad estructural(2)'

laní¡ién presenta fallas transversales y diques de

andesita que comptican su explotación' Estas calizas

sobreyacen a las lutitas de la formación Ouilquiñán;

estas lutitas son también materia prima para el ce-

mento como materiales arcillosos'

Para determinar las reservas y calidad delyacimien-

to, se tienen cinco (5) perforaciones diamantinas con

1.139 m. De acuerdo a la geometría y su topografía'

Minconsult S.R.L. cubicó en agosto de 1993 reservas

r07

.STITUTO MARIO SAMAMT BOGGIO

4.1 Meioramienta en tritunción

lvidentemenle, se podía aumentar la capacidad de

_ chancadora'

.-.o Separando menores de 3.1/2" de diámetro' por

- inlermedio de un Grizzly o precribador'

, lnslalando un marlillo hidráulico estacionario'

4.2 Meioramienlo en perloración y voladura

'- o Se han probado y evaluado a través de los años

diferentes mallas de perforación, desde 3 m' x 4

m. a 4 m. x 5 m., resultando el mejor de 3'5 m' x

4.5 m. con una mejor fragmentación y un factor

de carga aceptable. Se estima que la pedronería

que requiere perforación y voladura secundaria

se ha reducido a un 3 a 4"/"'

Se han probado y evaluado diferentes tipos de

explosivos y accesorios, desde anfos, anfos alu-- minizados, anfos pesados, iniciadores HDP' ini-

. ciadores NCN, retardos convencionales, no eléc-

tricos de profundidad' tapones de aire para pre-

corte, etc., hasta obtener el punto éptimo entre

rendimiento versus economía'

- 4.3 Meioramiento en carguío y acarreo

. La pala hidráulica de 6 m. ha reducido los ciclos

de carga, dando una alta productividad, tiene

como apoyo un cargador f rontal'

. Los camiones de 60 t, modernos y veloces, ha-

- cen un buen acople con el equipo de carguío eli-

minando vacíos.

4.4 freducción del impacto ambiental

El objetivo fue reducir los impactos ambientales al

-mínimo posible.

. Mitigar la emisión de polvo en la estación de chan-

cado.

- Primero proyectamos el uso del RAM, reduc-

ción por acción molecular, según antecedenles

r0B

de uso en fábrica, con resultados no muy salis'

laclorios, lo descartamos'

- Luego proyectamos un sislema completo de

despolvorización, separando finos de gruesos'

Debido a su alto costo de inversión y operación'

también quedó descartado'

- Finalmente, recurrimos a la solución más sim-

ple posible. Rociado con agua a presiÓn la caliza

después de cada voladura' Esto ha mitigado a

un 10% la emisión de polvo sin afectar con la

humedad a la caliza (Anexo 1)'

. Minimizar el impacto de las voladuras: con nive-

les de vibración < 50 mm/s controlados con un

sismÓgrafo lnstantel Blasmate lll' evitar voladü-

ras en horarios molestos, fijando una hora (15'00

horas), hacer menos disparos en lo posible' ya

que se pueden hacer clisparos más grandes sin

aumentar niveles de vibración'

. Relaciones públicas: apoyo permanente alpue-

blo para una buena convivencia con la comuni-

dad-

5. PROYECTO DE EXPANSION

5.1 Requerim¡ento de materias primas

Hemos hecho unas proyecciones optimistas hasta

el2O2O.A partir de 2001, la cantera Tembladera de-

berá producir 1'5 M de tpa y en el 2020 deberá eslar

en capacidad de producir 4'5 M de tpa' El consumo

de 1997 y el proyectado se observa en los cuadros

siguientes 1 Y 2.

Cuadro N" 1

MATEBIAS PRIMAS UTILIZADAS EN 1998

Materia Prima

Caliza

Arcilla

ArenaHierro

Yeso

Carbón

TM Utilizadas

950,000

73,000

105,00013,00049,000

93,000

Cuadro N'2REQUERIMIENTOS DE MATERIAS PRIMAS

PARA CNP EN LOS PROXIMOS 21 AÑOS

Materia Prima

Caliza

Arcilla

Arena

Hierro

Yeso

Carbón

Puzolana (')

TM Flequeridas

60'000,0009'000,000

3'500,000

900,000

2'600,000

5'600,000

4'000,000

(') En caso de encontrarse en un área cercano a fábrica"

5.2 Planeamiento computarizado de la cantera

Hemos tomado la decisión de reforzar y/o definir el

punto 3. Para ello se requiere lo siguiente: (2)y (5):

- Conocer mejor nuestro yacimiento, con un ma-

peo geológico detallado, delinicién de eslructu-

ras y una campaña de sondaje diamantino de B

taladros con 2.000 m.

- Preparar banco de datos digitales para la topo-

graf ía, estructura geológica (en eiecución) y los

análisis químicos de los sondajes'

- Calcular un modelo de bloques e inventario de

reservas de caliza en función a su calidad'

MINTRAITS INDUÍNIAII DEI. PERU

- Aplicarunsoftwareparadeterminarelplaneamien-to a corto plazo, mediano y largo plazo, ya sea el

QSO (Quarry Scheduling Optimisation) de Hol-

derbank u otro que estamos evaluando' Todos

estos trabaios tienen un presupuesto no mayor

de US$ 230.000.

5.3 tnstalación de una chancadora semimóvil

en e! Cerro Este (in Pit crushing)

Como la cantera estará tozada a incremenlar su

producción, debido a las razones expuestas anterior-

mente y, de acuerdo a las condiciones de trabaio acl

tuales, será necesario el traslado de la chancadora

cerca al frente de la cantera y lransporte de la caliza

chancada por: faja transportadora, reduciendo al míni-

mo la utilización de camiones, debido a las siguientes -

razones:

. Naturales.- La chancadora estaba ubicada para

la explotación de la cantera Cerro Oeste ya ago-

tada. Ahora se requiere acercar a la nueva can-

tera Cerro Este-

. Tecnológicas.- La ubicación de una chancadora

cerca de los f rentes de explotación. Es una ten-

dencia cada vez más creciente en la rhinería (6)'

. Seguridad.- Mejora parcialmente de alguna ma-

nera la seguridad, ya que siempre existe un ries-

go latente con los camiones.

cAPAcIDADDEPRoDUccloNDEcEMENTERASPERUANAS

COMPAÑIA UBICACION lNlcloCAPACIDAD

ACTUAL

(.)AMPLIACION

PARTICIPACION

EN VENTAS (%)

Cementos Lima ,Lima 1916 2.-9 4.5 43

Cementos Norte PacasmaYo La Libertad 1 957 1.3 2.3 22

Cemento Andino Junín 1 958 0.8 2.4 1B

Cemento Yura Arequipa r 958 0.6 ND 14

Cemento Sur Puno 1 963 o.2 ND 4

En millones de TM de cemenlo ,

Fuente: Banex Prisma. Diario Gestión' :

t09

(')

.''\TIÍUTO MARIO SAMAME BOcCIO

Costo. Ouizás el aspecto más interesanie' Hoy'

el coslo de acarreo y chancado es de US$ 0'61/

- t, avanzando la explotación' En el futuro éste lle-

- garía a US$ 1.204 con chancadora semimóvil y

ia.ia transportadora. Se reducirá de US$ 0'30/t a

US$ 0.404, consiguiéndose un ahorro conserya-

dor de US$ 10 M, para 21 años de vida de la can-

tera.

-i.4 Elección de un sistema de lransporle entre

Tembladera Y Planta

Nuestra ubicaciÓn es un caso atípico en la industria

cementera a nivel mundial' Creo que no existe una

cantera ubicada tan lejos de su fábrica'

,En situaciones actuales ocupamos casi un 60% del

tráfico de la carretera entre Tembladera y Pacasma-

yo. Con el incremento de caliza a transporlar' nos obli-'gará

alomar otras alternativas que ya se han encar-

gado a esPecialistas, entre ellos:

- Ferrocarril - Faja transporladora

- Carretera independiente - Transporte combinado

PRODUCCION DE CEMENTO EN AMERICA 1996/1995

(en toneladas métricas)

IrIrrrT

rT

Ir

r

T

I

I

I

II1

II

I

-l

'l

't

I

Canadá

EE.UU.

MéxicoGuatemalaHonduras

ElSalvadorNicaragua

Costa Rica

PanamáCuba

Rep. Dominicana

Haití

Jamaica

Trinidad & Tobago

Barbados

Martinica Y

GuadaluPeSurinam

VenezuelaColombiaEcuador

PerúBolivia

Chile

Argentina

ParaguayUruguayBrasil

Total

Consumo 1996

kg/hab.

242

360

231

132180

181

90

25024s

91

25089

223225340

630200

170

179

205158

134

264146

132194

183

+4,7+3,2

+13,5-5,4

+32,O

+6,5+8,0-4,1

+5,2-4,9

+27,5_

+6,0

+10,4

+42,0

*t,O_

+0,4-11,3

+0,4+1,5

+4,8

+'l 1,0

-1,0

-2,4

+'14,2

+22,6

+502.000

+2.498.000

+3.300.000-62.000

+231.000

+58.200

+26.000-35.000

+32.000-71.300

+475.000

+31.500

+58.000

+31.500

+5.000

+25.000-1.060.700

+11.000+56.400

+42,5OO

+359.600-329.800

-15.000

+85.000

+6.372.300

10.603.000

78.320.000

24.200.000

1.152.000

72'1.000

890.000

324.000

865.000

615.000

1.524.400

1.600.000

523.500

559.000

75.000

490.000

60.000

7.67?.AA0

9.406.600

2.666.000

3.792.000

891.800

3.2.74.400

5.447.100

635.000600.000

28.224.7A0

11 .105.000

80.818.000

27.500.000

1.090.000

952.000

s48.200

350.000

830.000

647.000

1 .453.100

1.075.000

555.000

617.000

106.500

495.00060.000

7.700.000

8.345.900

2.677.O00

3.848.400

934.300

3.634.000

5.117.300

620.000

685.000

34.597.000

184-771-500

:10

MINERAI.fJ'NDUSN j#.T[S DEL P ERU

'+UU{PFOPOtrtlot.¡l}¡G

SILOS

CLINKER & GYPSUMSILOSv

RAW MATERIALSSTORAGE

PREHEATHER/PHECALCINER

CLINKERCOOLEFv

KLN DRIVEBOTARY K¡LN

FINISH GRINDING MILL CEMENT STOBAGE

ilt

1.?

1

o.2

{ o.s

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É.

0.6a

C)j

0.4

:TITI.ITO MARIO SAMAMT EOCCIO

PRODUCCION DE CALIZA(coN DATOS HASTA 1s97)

'1965 1970 1975 1980 1985 19m 1995 2000

EVOLUCION DE LAS VENTAS DE CEMENTOVENTAS DEL PAIS VS. VENTAS C.N.P.S.A.

4500000

4000000

3500000

3000000

g 25oooooo5u¡

6 zooooooI

1s00000

1 000000

500000

I

I

69 70 71 72 73 74 7s -16 Tl 78 79 80 8t 82 83 84 85 86 87 88 89 90 9l 92 E3 94 95 96 97

--.- VENTAS EN EL PAIS --¿- vENfAS C.N.P.S.A

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{

M'NEM¿Ts INDUSÍR IAIES DEL PERU

La calizapara Cementos Lima S.A'lng. Darío Zegarra Macchiavelo '

ESUMEN

La industria delcemento es una industria que depende de las

materias primas. Todas las materias primas se forman de

manera natural y varían considerablemente desde el punto de vista quí-

mico, mineralógico y f ísico. Dependiendo de las propiedades de las dis-

tintas materias primas empleadas y de la composición de la mezcla bru-

ta, el grado de éxito y rentabilidad varía de una planta a otra"

El presente documento trata de las características generales de las

materias primas para la fabricación del cemento así como la importancia

queseledaalahomogeneizacióndelcrudodealimentaciónalhomoenCementos Lima S.A- para garantizar un cemento Portland tipo 1'

INTRODUCCION

La industria del cemento depende en principio de diversas materias

primas.Laseleccióndelaubicacióndelaplantasebasa'entreotrascosas, en la ubicación de cantidades abundanles de materia prima cu-

yaspropiedadesquímicas,mineralógicasyfísicaspermitandeunama-nera económica satisfacer los requerimientos para la fabricación del ce-

mento dado que la selección de los procesos desde las canleras hasta la

molienda del clínker se basa en éstas propiedades'

Virtualmente, el cien por cienlo de las materias primas empleadas por

las plantas de cemenro en todo elmundo se forman naturalmente. Por lo

general,nohaydosdepósitosqueseanidénticosqufmica,mineralÓgicayrisicamente.Aunenelcasoqueseañadieraunmaterialcorreclivoocompensador, la variación se sucede momento a momento; es de espe-

rarinclusoUnagranvariaciÓndentrodeunmismodepósitodemateriaprima.

gt

ti3

r De Cementos Lima S.A.

INSTITUTO MARIO SAMAME EOGCIO

El diseño de la mezcla y la alimentación del homo

.,ara cada planta de cemento son consideradas las

elaves para el éxito y la rentabilidad de la operación'

.,ada planta de cemento debe conocer lo mejor eco-

.ómicamenle posible las propiedades físicas y quími-

rs de sus depósitos. Por tanto, es preferible y reco-

rendable explorar, investigar y estudiar los depÓsitos

.le maleria prima cuidadosamenle y seleccionar aque-

flos que van a brindar una operación económica de la

planta de cemenlo.

En el caso de Cementos Lima, se cuenta con un

{epósito que en su estado natural cuenta con la com-

i'rosición quÍmica necesaria para obtener clínker de

cemento -salvo pequeñas adiciones de sílice que no

dxceden el2 "/"- lo que permite lener costos bastan-

.;s competitivos en el rubro de materia prima; sin

nbargo la heterogeneidad del depósito en lo que se

-:fiere a la distribución espacial de los contenidos

.ruímicos exige un conlrol de calidad (ore control) bas-

rante cuidadoso en todas las etapas de la explolación

-"¡e la canlera.

Apoyados de herramientas estadísticas y computa-

-ionales se logra conocer la distribución espacial

lgeométrica y estadística) de la caliza en los distintos

sectores de la cantera, en busca de maximizar el uso

-e la variedad de calizas (composición química) que

eslán presentes, aslcomo garantizar la viabilidad de la

mezcla en multiPeríodos'

1" Materias Primas

1.1 Utilización en la fabricación de cemento

Los componentes principales disponibles para la fa-

bricación de cemento son, las margas calizas (apor-

tadoras de CaO, SiOz, Al2O3 y Fe2O3)' No solamente

es decisiva la composición global de la mezcla, sino

también la homogeneidad de las materias primas y

de las mezclas de las mismas -elcrudo-, dado que las

reacciones durante el proceso de cocción transcurren

entre las fases individuales presentes en dicho mate-

rial crudo. A mayor homogeneidad de distribución de

las fases minerales en el mismo, corresponden ma-

yores velocidades de las reacciones entre sólidos por

difusión, que en el caso del crudo más deficiente (con

menor homogeneidad)'

La materia prima para cemento posee un conlenido

cle CaCO. comprendido entre 74 y 79 7" en masa'

aproximadamenle. Las calizas contienen además do-

lomita [CaMg(CO.)rl, con lo cual aportan éxido mag-

nésico (MSO) alcrudo. La misma marga caliza aporta

SiOz, AlzO3 y FerO.. estos componenles introducen

en el crudo, en algunos casos, concentraciones per-

CAO

AL203

FE203

sr02

s03

MGO

K20

NA2O

N

Statistic

2678

2678

2678

2678

2677

2678

2678

2658

Range

Statislic

46.16

18.84

19.89

54.32

6.75

Minimum

Statislic

7.58

0.47

0.42

0.36

-0.05

19.31

20.31

54.68

5.9s

7.05

3.07

2.21

5.21

2.69

15.06

0.90

2.18

0.79

o.2'l

3"40

2.59

8.78

0.51

0.56

0.37

0.16

6.70

77.07

0.26

0,13

0.03

Maximum Mean Std' Deviation

Statistic Statislic Stalislic

53.74 41.08 7.46

Variance Skewness Kurtosis

Statistic Statistic Statistic

55.65 -1.50 2.32

-0.8

0.8

1.74 2.97

3.49 14.65

1.70 2.91

8.46

1.67 7.81

1.00 2.81

4.24 33.13

6.25

3.12

2.42I

I

DESCBIPTIVE STATISTICS

Tabla 1: variación de los distintos elemenlos componentes de las calizas atocongo'

114

Mf NERAIJS INDUSTR'AI.Es DEL PERU

iudiciales de compuestos, pafticularmente de álcalis

(KrO, NarO), expresados en generalcomo NarO equi-

vaiente (NarO + 0,658 KrO); o de sulfatos (como' por

ejemplo, yeso CaSOo' 2H 2C),expresados usualmen-

te como SO.; Estos compuestos ocasionan dificulta-

des durante la cocción, a causa de la intensificación

de ciertos procesos cíclicos y de la formación de ani-

llos en el horno-

Cuando no es posible alcanzar la composición quí-

mica deseada para elcrudo, es necesario añadir pe-

queñas cantidades de otras materias primas de co-

rrección. Estas deben contener concentraciones rela-

tivamente altas de los óxidos partícularmente preci-

sos para lograr aquella composicién, y que son los

que faltan en el crudo; pero no deben introducir pro-

porciones porcentuales apreciables de óxidos perju-

diciales (como, por ejemplo, MgO y KrO)' Sirven así

para aiustar la composición química del crudo y para

mejorar su aptitud para la sinterización'

A este respecto se suelen añadir, especialmente los

siguientes materiales: sílice granular con un prome-

dio de 95% de SiO, arena cuarzosa con un contenido

mínimo de SiO, de 80 % aproximadamente, para ele-

var la proporción de SiO, en el crudo; cenizas proce-

dentes de la tostación de piritas o mineral de hierro

con un contenido aproximado de FerO. de 25 "/', para

aumentar la proporción de FerO, del crudo' También

se añaden otros materiales correctores, según las

necesidades y disponibilidades locales'

Si se utilizan combustibles sólidos en el proceso de

cocción es preciso tener en cuenta las cenizas que se

incorporan al crudo, al calcular la composición y dosi-

ficación de éste.

1.2 Parámetros químicos

Módulo de sílice

sio,M.S.

AlrO, + FerO,

El módulo de sílice (M.S.) es de gran importancia ya

que afecta el comportamiento de la mezcla bruta en el

homo y la calidad delclínker. Un incremento de SiO, a

costa del Al2O3 y FerO. produce una mezcla de difícil

quemado, eleva elconsumo de combustible y requiere

temperatura más elevada para el quemado a medida

que la sinterización se hace más difícil. Asimismo, la

mezcla bruta con un módulo de sílice alto desgasta y

deteriora los revestimientos en el homo, tiende a produ-

cir poco fraguado y endurecimiento con un incremento

más lento de la resistencia (mejor progreso con la edad)

y -a menos que el.contenido de sílice sea molido fina'

menle (que incrementa elcosto de producción)- podría

haber una tendencia a volumen variable (alto contenido

de callibre). Estos factores afectan la comercialización

delcemento Producido.

.- Las mezclas brutas con M-S. baio sinterizan más fácil,

tienden a formar anillos de clínker y producir un Ge-

mento de endurecimiento rápido, lo cual desarrolla su

resistencia en una edad temprana con poco progleso

con el incremento de la edad- Las mezclas brutas con

un M.S. muy bajo pueden formar un anillo de clínker,

el cual puede obstaculizar el homo y conducir a una

seria reducción de la producción de clfnker'

Prácticamenle, no hay una cifra ideal para el M'S',

sin embargo, por lo general, puede variar entre el 2'3

y 2.7. Hay muchas plantas de cemento que queman

sus materias primas en forma econémica con un M'S'

menor o mayor a estos límites; esto depende princi-

palmente de la composición mineralógica de la mez-

cla bruta y los otros parámetros químicos'

Módulo de aluminioo

Al2Q3

M.F.

Fero,

Un módulo de aluminio (M.F.) bajo facilita la forma-

ción de los compuestos delcemento a una menor tem-

peralura. Un M.F. más elevado produce un quemado

más difícil y un mayor consumo de combustible' El

hierro, por lo general, presenta una influencia favora-

ble sobre la formación de los compuestos delcemen'

lo, es decir, un mayor contenido de hierro conduce a

un quemado más fácil y a una reducción del costo'

Una mezcla cruda con allo contenido de aluminio tien-

de a producir cemento de fraguado rápido y fuerte a

il5

/^

'STITUTO MARIO SAMAME BOCGIO

dades tempranas. La susiitución de FerO. porAlrOrol,n incremenlo en el contenido de FerO., reduce la pro-

oorción de C.A 1 e incrementa la de C4AF2.

La mezcla cruda con un bajo mÓdulo de aluminio

:duce la lemperatura de formación de clínker y el

-onsumo de combustible incrementa la fase líquida y

ra producción del horno, y ayuda a producir un alto

contenido de CrS sin demasiada cal libre'

Factor de saturación de cal

CaO

F.S.C.= :

2.8 SiOa + 1.18 412O3+ 0'65 FerO.

El CaO deberá estar proporcionado ctlidadosamen-

? con referencia a los otros constituyentes de la mez-

^la bruta. La alimentación del horno corl alto conteni-

clo de cal es difícil de quemar, tiende a producir ce-

mento de volumen variable e inaceptable, y presenta

ln fraguado lento con alta resistencia en las edades

:mpranas. Las mezclas crudas con bajo contenido

le cal producirán cemento de menor resistencia con

bajo contenido de C.S 3 (silicato tricálcico) y ya sea de

.16

{, .. t !cT.+.tr.ü,*,*, s. },1,(

sr02

AlrO" FerO)

fraguado lento (sila mezcla es sobrecalcinada) o fra-

guado rápido (si la mezcla es subcalcinada)'

Las mezclas brutas con F.S.C bajos corresponden a

un alto C.S, mientras que todo el SiO, presente en un

F.S.C. alto corresponde a C.S. Las mezclas brutas

con un L.S.F. bajo también producen cemento de mala

calidad que contiene sílice y aluminio en exceso' Una

mezcla bruta con un F.S.C' alto requiere una tempe-

ratura elevada para el quemado y el clínker resultante

tendrá un alto contenido de cal libre' Una reducción

en el CaO y un incremento en el SiO, reducen la re-

sistencia delcemenio.

2. HOMOGENEIDAD

El grado de homogeneidad de la materia prima en la

alimentación del horno es uno de los factores básicos

para una exitosa sinterización de la mezcla bruta del

cemento. Es difícil controlar el funcionamiento del

horno cuando se procesa mezcla bruta preparada de

materiales complejos no homogéneos'

Un sistema de premezclaclo cuenta con equipos cos-

tosos que incrementan el costo de la planta y el costo

0oroio{ordq{úqe,\q

1.' r. t. tt ao rr¡ lro rta rlt rt0

MINERAI"É' INDU'IR¿AI.Es DEL PERI,I

de producción por tonelada. Elcircuito de retroalimen-

tación desde el analizador hasta la alimentación de

los hornos debe ser sensible y debe responder rápi-

damente. de manera que se puedan corregir al ins-

lante las grandes fluctuaciones en las materias pri-

mas para producir un producto relativamente homo-

géneo.

Para reducir el consumo de energía y producir un

cemento de calidad homogénea, se recomienda me-

jorar la desviación química de las materias primas

antes de la molienda, ajustar la composición de la

mezcla cruda durante la molienda y mezclar y combi-

nar íntimamente la alimentación del horno antes del

quemado. La operaciÓn de mezclado refina lai des-

viaciones y proporciona una alimentación del homo

con composición y propiedades uniformes"

Una fluctuación en la alimentación del horno medida

como porcentaje de CaCO. no debe ser mayor que

0.2% desde el punto de retención' Un incremento de

4"/, deCaCO. incrementará el C.S en un 13% y redu-

cirá el CrSo án un 11.5% aproximadamente' La no

homogeneidad de la alimentación delhorno causaría

disturbios en el proceso de quemado así como en la

calidad delclínker. Elfactor de mezclado varía de una

planta a otra y esto depende de las fluctuaciones en

el producto del molino.

La homogeneización de la alimentación del horno es

una operación importante en lafabricación delcemento

ya que a{ecta la calidad del clínker y del cemento así

como las características econémicas de las principa-

les unidades de Producción.

El esfuerzo de homogeneización de la mezcla de

cruclo parte desde la cantera y aun antes de la misma

exploración donde mediante bases de datos histÓricas

logramos conocer hasta donde la información lo

permite los rangos de desviación de la caliza en sus

distintos comPonentes (tabla 1)

En las figuras 2 y 3 podemos observar la distribución

estadfstica de algunos de los elemenlos ( CaO, SiOr'

Al2O3, y FerO.) en su forma natural, como se presentan

en eldepósito minero; luego de un cuidadoso muestreo

e identificación de frentes de trabajo; así como de la

dosificación necesaria de toneladas por hora de cada

f rente de operaciones se logra distribuciones bastante

mas homogéneas como las que se muestran en las

n7

I' TITUTO MARIO SAMAMT BOCGIO

f,- rras 5 donde se logra incremenlos de homogeneidad

r rsiderables de 8.7 de desviaciÓn estándar a

s- 'isfaclorios 1 .14 en el caso del óxido de calcio.

Luego de esta primera etapa de homogeneización,

lq ¡"n€Zclá es sujeta a dos fases mas con las que se

L ;ca no solo garantizar una correcta mezcla desde

e runto de vista químico, sino además en la distribu-

c'<n deltamaño de partícula con lo que finalmente se

loqra una disminución en el uso de materiales correc-

livos, incremento en la certeza de las mezclas, mejor

aorovechamiento del poder calÓrico de los combusti-

I s, un mayor rendimiento en las distintas etapas de

r rminución, mayorvida del revestimiento refractario

C^l homo y en general menores costos unitarios por

uñ mejor aprovechamienlo de los recursos.

.EFERENCIAS

' CrA abreviaciÓn de la fase alumínica o aluminato

t'icálcico aportador de propiedades técnicas en el ce-

mento tales como hidratación rápida. Calor de hidra-

t.ción elevado, lo cual proporciona resislencias tem-

L-Jnas. Fleacción con los sulfatos con aumento de

' 'ui-nen.

2 C.AF abreviación con la que se representa la fase

ferrítica o ferrito-aluminato tetracálcico. Apenas contri-

buye al desarrollo de las resistencias.

3 C.S es la abreviaciÓn del silicato tricálcico o alita'

respónsable en elcemenlo de una hidrataciÓn rápida'

Resislencias iniciales altas y finales buenas' Principal

aportador de resistencias mecánicas al cemento Por-

tland.

'CrS es la abreviaciÓn delsilicato bicálcico o belita

alguñas de las propiedades técnicas que aporta al

cemento son el de una hidratación lenta y resisten-

cias finales buenas.

1. Planeamiento del Corto Plazo - Herramientas

CAD, .Sottware Minero y Técnicas Matemáticas'

Zegarra D. INFOMINA 1998.

2. Modelación y Controlen la lndustria Minera'

Zegarra D., Frías O. Congreso nacionalde Mi-

nería, 1998.

3: Prontuario delCemento' Labahn O., Kohlhaas =

8.. 1985.

4. Clínker y Cemento Portland' Seminario de Ce-

mento Holdebank, Lima 1979.

M'NERAIIJ INDI,ISTR'{I,¡J DEL P ERU

\_-

l

Planta de cal China Lindalng. Enrique Winkelfíeld V,argas *

I Proyecto Calera China Linda se sustenla en una creciente

demanda de cal, debido principalmente alauge de la minería

en el Departamento de Cajamarca, teniéndose como condi'

ciones generales:

+ La presencia de caliza de buena calidad en el área escogida' per-

I mite la instalacién de una planta de cal, principalmenle para uso

minero.

+ La necesidad de los productos mineros de la zona del proyecto de

contar con un abastecimiento de cal de buena calidad y seguro

antecondicionesclimáticasextremasenlafranjacostera.

_Elcompromisodeunadecuadomanejoambientalllevaalproyec-toabuscartecnologiasdealtaeficienciaymínimoniveldeconta-minación.

I

A la escala de producción proyectada de 45'000 TM por año' tenemos

operativamente:

. El costo de inversión en la tecnología del horno se verá compen-

sado con el ahorro en combustible y un menor costo operativo'

. Los subproductos de la operación de preparación mecánica po-

drán ser comercializados' meiorando de esta manera los ingresos

proYeclados

El proyecto of recerá en la zona aledaña a Caiamarca la disponibi-

lidad de cal para nuevas operaciones mineras o para proyectos de

mitigación de impactos al medio ambiente'

Desde elpunto de vista económico tenemos:

t,

\'r

j

1

' De Buenaventura lngenierosS.A. lngeniero de Minas (PUC). Ha

sido Gerente de Minería en

Baribent S.A., SuPervisor Generalen Minera Yanacocha Y desde

1995 se desemPeña comoEncargado de Construcción de la

Planla de Cal China Linda,además de ser Gerenle de

Operaciones de Mina Caudalosa.

129

STITUTO MAR,IO SAMAME BOCCIO

J

!

Resultados económicos positivos, generándo-

se utilidades duranle todos los años de produc-

ción evaluados, incluyendo gastos de financia-

miento.

Una tasa de rentabilidad superior a los niveles

de oportunidad que ofrece el sistema financie-

ro nacional.

ElperÍodo de retorno de la inversión se estima

en 5 años.

Los costos de operación en eltiempo variarán

entre el 90% y el 60% del precio de venta, dis' "

minuyendo por efeclos de amortización de la

depreciaciÓn e intangibles.

DEMANDA ACTUAL

+ El actualimpulso económico que experimenta el

pafs, en el sector minero y especialmente en el

Departamento de Cajamarca, se ve en la ejecu-

ción de proyectos de explotación minera de de-

pósitos de oro, lo cual plantea la necesidad del

abastecimienlo de calviva de buena calidad y a

bajos precios, la que se utiliza para regular la al-

calinidad de las soluciones cianurantes o como

depresor en los procesos de flotación'

- La cal requerida para estos fines debe satisfa-

cer cuando. menos un conten¡do de óxido de

calcio disponible de 75"/"y estar exenta de ele-

mentos nocivos tales como cobre, mercurio'

J

E stabilizacionSuolos

4y"

Tralanrienlo deD esechos

1 B"/"

Befinacion de Azucar

LA CAL Y SUS USOS

Olros Usos't 8%

Vidrio.AlcalisYC onstruccion

5%

Siderurgia Y

Hofractarios31%

Procesamienlo deMinerales

6"4

de

PapelYCelulosaTralamiento deAguas Acidas

$ El análisis de sensibilidad efectuado sobre los

principales parámetros, volumen, precios y cos-

tos, señalan que el proyecto es económicamen-

te estable y capaz de soportar ccndiciones de

trabajo más exigentes, lo cual es poco proba-

ble por el incremento en la demanda de cal en

la zona de Cajamarca.

La caly elhidrato de calconstituyen dos de los com-

bonentes esenciales en el desarrollo industrial y tiene

iln uso generalizado en las más diversas aplicacio-

-,res, entre las cuales destacan:

arsénico, antimonio y carbón libre'

+ Actualmente en el Departamenlo de Cajamarca

se vienen explotando los depósitos auríferos de

Yanacocha y Sipán, los que demandan una can-

tidad importante de cal, que podría llegar a ser

de unas 42,000 TM anuales de calviva'

MEHCADO FUTURO DE LA CAL

Se ubica alrededor:

5 78"27 ' Longitud oeste

S 6"55' Latitud sur

.30

M'NERAIJS ¡NDUSTR TAIES DEL P ERU

Elacceso a la zona del proyecto, desde la ciudad de

Cajamarca se puede realizar siguiendo las siguientes

rutas:

. Cajamarca - La Pajuela - Yanacocha - Cushuro-

bamba. Cajamarca - La Pajuela - La Shoclla - Cushuro-

bamba. Cajamarca - Otuzco - Combayo - Cushurobamba

La distancia a recorrer por cualesquiera de las rutas

es similar, aproximadamente 60 Km., pero por las con-

diciones del mantenimiento de los caminos, la mejor

ruta es la que pasa por las instalaciones de Minera

Yanacocha S.A.

La ubicación, los accesos y las referencias geográfi-

cas de esta zona se muestran en la lámina siguiente'

El proyecto está emplazado entre los 3,900 y los

4,200 m.s.n.m., en la Región Sunio Jalca, ocupando

los espacios más elevados de la Cordillera de los An-

des en el norte del País.

GEOLOGIA

El yacimiento de calizas de China Linda, geológica-

mente, se encuentra emplazado en las calizas del

Grupo Puillucana delcretáceo medio, en lq parte cen-

tralde la Cuenca Cajamarca, al NE del Dist¡ilo hái¡re¡ro

de Yanacoctla en las coordenadas UTM aproxittradas

N 9'234,000 Y E7B2,4OO

El yacimiento se encuentra estratígráficamenle en

las calizas que conforman los 2 pisos, superior e infe-

rior, delGrupo Puillucana antes mencionado" El piso

inferior (Fs-Mi-Pi) o catizas picota (KS3) y el piso su--

perior (Fs-Mi-Ps) o caliza chína linda (Kso), tienen un

afloramiento de 2,500 m. con el mismo rumbo fl-OP y

un buzamiento de 50" sur. Estos pisos tienen 50 m' y

190 m. respectivamente como potencia promedio'

Se lra reconocido en la zona la existencia de diques

volcánicos del tipo andesítico porfirítico de color gris,

con rumbo N-S y buzamiento vertical, con potencias

entre 5 y 10 m., los cuales geométricamente han con-

\ .-L" v.*.Contumlt¡ila¿a P '.,-\

-I J \-r

Éa]-F;¡¡:.-

t3l

'..rsilTUTO MARIO SAMAMT BOGCIO

ibuido a dividir los bloques de calizas, permitiendo

-ierta facilidad en el controlde calidad.

Por ser las calizas del Grupo Puillucana de alto con-

.enido de carbonatos y estables bajo condiciones

.retamórlicas, éstas han sufrido pocos cambios, ra-

ón por la cual los drques volcánicos que las intruyen'

.casionalmente han recocido y endurecido a las cali-

zas que colindan con las paredes de los dikes, pu-

oiéndose notar cierta silicificación y dolomitización'

ESTIMACION DE HESERVAS

Las calizas que tienen mayor interés económico, tan-

to por su calidad como por la accesibilidad, son aque-

llas que se ubican entre las coordenadas UTM E

780,800 y E 781,500, y sobre los 3,990 m's'n'm'

Como la homogeneidad de los materiales tiene suma

importancia en un proyecto para la obtención de cal,

es por razones de control de calidad que se busca el

ordenamiento de las reservas en forma que concuer-

den con el orden de minado'

Esta calificaciÓn nos otorga una reserva de 2'697,600

TM de calizas útiles y 497,000 TM de materiales de

desecho, según:

NrvEL(MSNM) CALIZAS UTILESTII MATEhNL DE DESECHOTM TOTAL MATERIALESTM

4035

4029

4023

4017

4011

4005

3999

TOTAL

DISTRIBUCION

65,000

162,200

238.000

331,000

464,000

583,000

854,400

2'697,60084.AA%

17,000

40,000

55,000

70,000

93,000

104,000

118,000

497,00016.00%

82,000

202,200

293,000

401,000

557,000

687,000

972,400

3,194,600100.00%

LA CALIDAD DE LAS CALIZAS

El número de muestras y los análisis realizados so-

¿re las calizas consideradas como reservas, nos han

.¡ermitido determinar que ellas tienen la siguiente ca-''dad promedio:

EL MINADO

+ La explotación de la cantera se hará por me-

dio de un tajo abierto.

+ Se utilizará perforación neumática y la vola-

dura se hará con anfo.

+ El carguío y acarreo se hará con cargadores

f rontales y volquetes.

=+ El talud final del tajo será de 45", similar al

talud natural de las calizas.

:+ En la operación de acarreo los caminos se

regarán para mitigar el Polvo-

=r Los desmontes serán convenientemente dis-

puestos en canchas cuyos taludes no serán mayores

a22".+ , La capa de tierra orgánica se almacenará para

ser utilizada al cierre.

:+ La ausencia de sulfuros y la naturaleza cal'

cárea de los desmontes no generará aguas ácidas'

Carbonato de calcio

Carbonalo de magnesio

Sílice como

A,luminio como

Fierro como

Sodio como

Potasio como

Azufre

Manganeso como

Titanio como

Fósforo como

Cromo como

Pérdidas por calcinaciÓn

Dióxido de carbono residual

'32

CaCO.

MgCO.

S¡O,

Al2o3

Fero,Na.O

KrO

J

MnO

IO,Prou

cLo.PxCCor@

94.30%

1.58%

2.93%o.5a%

'0.36%

<0.05%

<O.07"/"

<O.O2"/"

<0.05%

<O.A4"/"

<O.02"/"

<0.01"/"

41.20%1 00%

M¡NERAIf5 INDUSTRIAI,fS DEI PERU

LA PLANTA

:) PreParación mecánica

) Chancado Primario

4 Chancado secundario

- Planta de calcinación

4 Sistema cje alimentación al horno

á Sistema de izaje de la caliza

* Horno

+ Sistema de extracción

- Sistema de combustión

=) Sistema de aire de combustión

) Sistema de aire de enfriamiento

=) Planta de molienda Y desPacho

=) Almacenamiento de cal gruesa y molienda

- Moliendaj Envasado

+ DesPacho

+ Planta de fuerza

LOS PRODUCTOS

- CALIZA CHANCADA de 50 a 100 mm - Alimento al Hor-

no os de cons-+ CALIZA CHANCADA de 20 a 50 mm - Aridr

trucción I

$ CALIZA CHANCADA de 10 a 20 mm - Aridos de Cons-

trucción

:+ CALIZA CHANCADA de 0 a 10 mm - Material para me-

ioramiento de Caminos

+ CAL GHUESA de 50 a 100 mm' Envasada y a Granel

= CAL MOLIDA FINA de 0 a 10 mm - Envasada y a Gra-

nel

EL HORNO

Horno verticalde doble cuba regenerativo

:+ Producción Diaria 120 tPd

+ Tamaño de Alimentación 50 - 100 mm

:+ CO, Residual menos que 27"

+ Cal DisPonible Predecible l

89% AProxímadamente

= TemPeratura de trabajo

entre 900"C Y 1,050"C

= Reactividad de la Cal

lncremento de 25"C en 30"

r Consumo de combustiblemenos que 880 Kcal/Kg de Cal

= llpo de Combustible Petróleo Residual6

:+ Consumo de Energía 30 Kwh/t de Cal

=) EmisiÓn de Gases

igualo menor que 50 mg/Nm3

AVANCE DE INGENIERIA

PL,ANOS

'Agosto de 1999

SECCION ESTIMADOS REALIZ.ADOS

Layout general 18

Accesos 11

Edificaciones 24

Drenaje 6

Sistema de abasteci-

miento de agua 6

Planta de chancado 62

Horno 250

Planta de molienda

y almacenamiento 17

Planta de ensacado .19

Estructuras civiles

en concreto 38

18

114l¿+

18

12

BO

340

3321

6t

Suminislro de energía

eléctricaI nstalaciones eléctricas

Controles, automati-

zación y comunicaciones

25 18

30 76

30 49

Total número de Planos 536 767

rt33

]I .ITUTO MARIO SAMAME BOGCIO

Horas Hombre Acumuladas

DescriPción

. lngeniería Y SuPervisión BISA

- lngeniería Cía. Buenaventura

., Obras en Curso

-, Contratistas Terceros

=r Alquiler EquiPo Pesado

Total Horas ProYecto

Total Julio1999

2,828404

35,387988

2,628

42,235

TotalAcumulado

24,3924,5?O

266,49312,024

8,824

316,253

134

MINERAIEJ INDUSIR'ATTs DEt PERU$rY#'

I

$,s'i:

üisirir|:

r,.,,

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CAPITULO V

IxnUSTRHL TT,l\CrÓX DE A{INERALES

I{O METALICOS

Ú Materiales refractarios para la industria

ú Metalurgia de carburo de calcio

ú Obtención de arena limpia para la fabricación de vidrio

o uso industrial de minerales no metálicos y su micronizaciónl

tl Beneficio de sulfato de sodio

ú Beneficio integral de los minerales de una pegmatita

t69

INSTITUTO M,\'R¡I,) SAMAMT BOGCIO

tv.ilateriales refractarios para Ia industriaM. Sc, lng. César E. Calle Casusol '

O ESUMEN

J1/ Los materiares refractarios son productos fabricados con agre-

gadosdemineralesnometálicos,refractariostambién,cuyo fin es almacenar el calor de combustión o de reacción y proteger a

lacarcasadefierrodeloshomosmetalúrgicoseindustrialesdelataquede los metales, de tas escorias fundidas y de los gases de reacciÓn' así

como también, de los gases y cenizas producto de la combustiÓn' ade-

más, de evitar la pérdida de calor a lravés de las paredes de dichos

homos o de cualquier otro equipo industrial'

Enelpasadolosrefractariosfueronconsideradoscomomaterialescru.dos y tradicionales, hoy en día éstos son considerados como productos

altamentecomplejosyextremacJamentesofisticados,cuyomicroestruc-tUraesmuydinámicadebidoaqUesevamodificandoconstantementeaaltas temperaturas durante todo su liempo de vida en operación' Por tal

molivo,demandandelosprofesionalessobrelamateriaelevadoscono-cimientossobrecienciadelosmateriales,métodosdeprocesamienlo,caracterización de propiedades y evaluación de su rendimiento'

* De Refractarios Peruanos S'A'lngeniero quimico (Universidad

- Nacional de Truiillo, 1972). Masterde Clencias en Metalurgia, con

- estudios en Control de Calidad en

el Stevens lnstitute of Technologyde New Jersey. Desde 1990 se

:flcorgd de la SuPerintendencia de

Control de Calidad y Desarrollo'

-í70

!NTRODUCCION

Los materiales refractarios son muy conocidos en el mundo como "el

soldado desconocido de la industria" clebido a que nadie les presta ma-

yoratencióneneldesarrollodelosnuevosprocesosindustrialesnienlaoperación de los procesos de alta temperatura; sin embargo' su impor-

tanciavamásalládeloinimaginable,puessinelloslamodernidadnoexistiría; no habrían aviones, barcos, automóviles' edificios antisísmi-

cos, antenas y satélites para las telecomunicaciones' viajes interespa-

ciales, etc. y, ni siquiera, habrían utensilios de cocina para preparar los

alimentos ni material quirúrgico para salvar vidas humanas'

M¡NERAIIJ ¡NDU'IR W.Es DEL P ERU

Todo ello es posible porque los hornos que se em-

plean para fundir los metales que se usan para los

fines previamenle mencionados tienen' indispensable-

mente, que ser revestidos con los materiales refracta-

rios que correspondan, para llevar a cabo su protec-

ción debida y hacer que los procesos sean viables y

económicos'

HISTORIA

La historia de la manufactura de alta temperatura y

de la tecnología de los refractarios comienza el día en

que elhombre primitivo descubrió elfuego'

Los primeros refractarios usados fueron crisoles de '

roca donde los metales fueron fundidos y luego forja-

dos para obtener las herramientas que cinco milaños

más tarde todavía conocemos' Hoy en día' los refrac-

tarios son fabricados de diferentes materias primas y

en cientos de formas para almacenar el calor y resistir

las altas temperaturas en la manufactura de metales'

vidrios, cemento, cerámica y aún de productos quími-

cos.

Fue la industria del acero la que más inf luenció en el

desarrollo de los materiales refractarios' pues tuvo que

responder rápidamente con el desarrollo de la nueva

tecnologíadeloshomosdehogarabiertoquedejóatrás la tecnología del convertidor Bessmer' con so-

plado de aire, tanto en capacidad como en incremen-

to de temperaturas a niveles sin precedentes'

La capacidad de los ladrillos tradicionales de arcilla

para mantener su estabilidad física y su identidad quí-

mica a tan altas temperaturas de fusión del acero eran

suficientes para calificar las bondades de los materia-

les ref ractarios en ese entonces' pero las nuevas con-

diciones de operación de los hornos de hogar abierto

y la agresividad de las escorias obligaron a la búsque-

da de otros maleriales más resistentes'

Los ladrillos de silice reunieron esas condiciones' te-

niendo, junto con su elevado punto de fusión' más

durabilidad y mejores propiedades' Sin embargo' es-

tos ladrillos tampoco podían resistir el ataque de las

escorias básicas, de allí que aparecieron los ladrillos

de dolomita, magnesita y cromita sólo o combinados;

siendo los dos últimos los que meiores resultados han

dado en los hornos de hogar abierto de acero y' lam-

bién, en los hornos de fusión de cobre'

En la década de 1950, con la aparición del proceso

de conversión de acero vía oxigenación para la pro-

ducción de acero refinado, se dio un gran avance tec-

nológico en el mundo, construyéndose enormes hor-

nos de 50 hasta 300 t, con temperaturas de operación

que superaban los 1650"C' Para ello' los fabricantes

ie refractarios también tuvieron que ponerse a la van-

guardia, manufacturando productos que resistieran

dichas exigencias-

Décadas más tarde, el método de colada continua

delacero demandó también de refractarios de diseño

especial basados en materiales,'tales como: grafito'

aurbón, carburo de silicio, sialón' circón' circona' do-

lomila, sílice electrofundida y espinela de alúmina-

magnesita.

En casi una centuria, los productos refractarios han

mejorado tremendamente en calidad y servicio debi-

do, rambién, a la exigencia de los avances en los pro-

cesosindustriales,enespecial,delospirclrtletalúrgi.cos e, irónicamente, su consumo ha ido dec¡'eciendo

más y más dada su alta competitividad'

Muy a menudo, los refractarios son considerados

como materiales cerámicos tradicionales' sin embar-

go, esta es una definicién muy restringida dado que

Jon materiales verdaderamente técnicos y' algunas

veces, materiales muy sofisticados puesto que no sólo

son usados para revestir los homos' sino tanrbién para

fabricar turbinas, elementos de calentamiento' filtros

y varios elementos estructurales que se emplean para

operar a elevadas temperaturas'

¿OUE SE ESPERA DE LOS MATERIATES

REFRACTARIOS?

Oue of rezcan garantfa y seguridad y que tengan ele-

vaclo renclimiento y baio precio; sin embatgo' dada la

alta competitividad, el consumo de matcriales refrac'

tarios por tonelada de metal fundido ha declinado os-

tensiblemente en el tiempo, a tal punto <1ue muchas

fábricas de refractarios en el mundo han terminado

por desaparecer y otras han tenido que asociarse para

mantenerse en el mercado' No obstante' muchas de

t7t

INSTITUTO MARIO SAMAME 8O6GIO

éstas no han lenido olra opción más que modernizar-

se para poder sobrevivir. Por tal motivo' el elemento

humano involucrado tiene que estar bien preparado y

capacitado en las nuevas tecnologfas para asimilar

con pront¡tud los cambios y las nuevas necesidades

de los usuarios. De igualforma, debiclo a la reorgani'

zación comercial y econÓmica del mundo en un con-

texto altamente globalizado y competitivo y con antici-

pación a la llegada delpróximo milenio, es necesario

y valioso hacer un análisis y una evaluación sobre el

nivel de producción, de investigaciÓn y de enseñanza

de los minerales no metálicos y de los materiales re-

fractarios y cerámicos de alta tecnología que nos per-

mitan salir del subdesarrollo en este campo de tanta '-

trascendencia para la satisfacción de las necesida-

des humanas y para elfuturo delpaís'

Es menester recordar que las industrias del acero'

de la fundición no ferrosa, del vidrio y de la cerámica'

asícomo en hornos industriales de transformación y

calentamiento son, todas ellas, dependientes de la

buena calidad de los productos refractarios y de la

capacidad de innovación de la industria refractaria'

Es el mercado dinámico de refractarios de hoy en

día el que demanda extremadamente el empleo de la

innovación y genera la necesidad de profesionales con

un conocimiento elevado sobre la materia para llevar

a cabo el desarrollo de nuevas materias primas' pro-

ductos de liga y aditivos, formulaciones, procesos in-

dustriales, evaluación y aplicación de ref ractarios'

Por ello, la industria de los refractarios debe mantener

(') Alta ref ractariedad

172

el paso con el patrÓn cambiante de requerimientos de

lasindustriasdelusuario,quieneselqueponeénfasisen la garantfa de la calidad y en el rendimiento del pro-

ducto a nivel satisfactorio' Debido a esto' es necesario

que exista una interacción continua entre las institucio-

nes académicas y la industria de los refractarios para

identificar los tópicos que requieren más énfasis en la

enseñanza y la investigación' En este senlido' deberia-

mos seguir el ejemplo de Brasil, uno de los líderes en

este camPo en América.Y en el mundo'

PBODUCTOS REFRACTARIOS

Refractarios Peruanos S"A', es la empresa más im-

portante del país en este rubro y una de las más im-

portantes de América y-del mundo, no por su volumen

de producción que es baio (12'000 Vaño) debido al

bajo volumen de fabricación nacional de metales' ce-

menlo, cerámica, vidrio, petroquÍmica' etc'' compara-

do a otros países, sino a su elevada tecnología' com-

plejidad, y variedad de sus productos que son de alta

calidad y que, de acuerdo a ciertas categorías' satis-

lacen las necesidades del mercado'

Esta empresa es propietaria de minas con minera-

les de sílice, de arciltas plásticas y duras' de caolín'

de andalucita, de cromita y serpentina distribuidos en

todo el país.. Es la única empresa en el mundo que

emplea la serpentina en su estado natural como re-

fractario (1).

Todos estos minerales son explotados regularmente

para uso propio de la contpañía en la fabricación de

Tablal.AnálisisquímicosdelasmateriasprimasnacionalesdeREPSA

Caolín Andalucita Cromita SerpentinaOiido Fórmula Arcilla H.D.'1 Arcilla H.D.*2 Arcilla H.D.t*

Sillca si0, 65,5 60,0

33,9

57,6 56,7 39,4 5,6-10,7 46.5

38,0 38,8 58,8 17,7-25,9 0.7Alúmina At20. 29,8

TltaniaTiO" 1,5 1,2 1.1 a.7 0,2 0,2'0,6 <0,01

0,5 tt 0,85 14,8- 17,8 5,5Oxido Férrico Fe2O^ 1,4 I,B

0,1.0,5 <0,01CalciaCaO 0,4 0,r 0,4 0,4 ^')

Magnesia Mgo 0,2 0,7 0,2 0,4 0,2 18,1-21,2 46,5

30,7-31,8 0,2Oxido Crómico C¿O.

0,4 1,4 0,4 0,03Alcalis ',1a20+K20+1i20

1,4 2,2

36PCE 31,5 31,5 JJ 34

(") Superior ref ractariedad PCE: Cono Purométrico Equivalente

1,,

rl

si¡,,

¡$I

MINTRAI.ES ¡NDUSIR IATE,S DEL P ERU

cierta categoría y forma de productos; sin embargo,

también tiene que importar minerales procesados de

otros países como bauxitas, magnesitas, cromitas y

materiales más elaborados corno espinelas, alúminas,

cementos refractarios, etc., para fabricar productos

de más alla categoría y de mayor coslo' Si se descu-

brieran yacimientos de estos minerales sería un gran

logro para el país, pues las divisas por exportaciones

se elevarían tremendamente debido a que estos ma-

teriales tienen altos volúmenes de consumo en el

mundo. En la Tabla 2 se muestran los análisis de los

minerales imPortados-

Los productos refractarios'fabricados por REPSA'

muchos de ellos con licencia de Harbison-Walker

Refractories (2), son los siguientes:

1. Refractarios de sílíce

Son productos de reacción ácida y son manufactu-

rados con cuarcita nacional seleccionada y se usan

principalmente en las bóvedas de los hornos de vidrio

y en hornos de coque. Su lecnología de fabricación

es muy especial y costosa y se tiene mucho cuidado

en su control para mantener su calidad con buena pro-

ductividad (3). Su temperatura máxima de operación

es de 1700"C.

2. Refractariossílico-aluminosos

Fabricados a partir de arcillas refractarias naciona-

les de mediana, alta y superior refractariedad y son

recomendados para usarse en diferentes condiciones

de operación hasta 1400"C, como: en cámaras de

combustión, calderas, incineradores y en hornos me-

talúrgicos, de cemento, vidrio y cerámica' Se labrican

en la forma de ladrillos convencionales y resistentes a

la abrasión y a los ácidos y como especialidades con

un contenido de Al2O. de 40"/"máximo'

3. Refractariosaluminosos

Son productos cuyo contenido de Al2O.varía desde

50 hasta 90%. Son más refractarios que los materia-

les de arcilla y sus propiedades varían de acuerdo al

contenido de alúmina (Al2O3), pudiendo resistir entre

1500 y 1750"C. Se usan en la construcción de rege-

neradores de calor, calderos, refinerias de petróleo'

homos de forja y recalentamienlo, hornos de fundi-

ción, homos rotativos de cal y cemento y hornos eléc-

tricos.

Estos productos son fabricados sobre la base de

bauxitas ímportadas y arcillas nacionales, por lo que

su costo de fabricación es mucho más alto.

4. Refractariosbásicos

Son productos de más alta categoría que los ante-

riores y pueden operar hasta 1800"C- Son de reac-

ción básica y son fabricados sobe la base de mínera-

les oxidados de magnesita y cromita y'de magnesita y

serpentina u.olivina'sintética. Pueden ser fabricados

sólos o como una mezclade ellos en distintas propor-

ciones según sea su aplicación. Se usan en hornos

metalúrgicos de acero, cobre, plomo, etc., en tanques

de distribución de acero para colada continua, en hor-

nos de cemento, regeneradores de hornos de vidrio y

homos eléctricos.

PRESENTACION DE LOS PBODUCTOS

REFRACTARIOS

Todos estos productos refraclarios se presentan en

forma de ladrillos o especialidades'

A. Ladrillos

Estos productos se fabrican con técnicas muy avan-

zadas pues deben tener una mezcla muy especial,

una distribución granulomélrica específica para la apli-

cación que se le va a dar, una forma y compactación

adecuada durante el prensado para que el ladrillo ad-

quiera la densidad requerida y una temperatura de que-

ma o decocción apropiada para que el producto ob-

tenga las características de calidad ofrecidas en las

especificaciones técnicas y aquellas requeridas por el

usuario. REPSA of rece, actualmente, cerca de 10'000

formatos de distintas calidades y dimensiones que van

desde formas rectas, arcos, cuñas, llaves, combina-

dos (EFR), biseles, arranques, divididos, jabones, es-

peciales, ISOS y RKB, anclajes, ranurados, machih-

embrado, mirillas, quemadores, toberas, $ortatoberas,

troneras, placas, jambas, circulares, traslapados, sus-

pendidos, ahuecados para sangrado, dinteles, rom-

pellamas, anillos, porlabuzas, caldereros, universales,

173

Tabla 2. Anátisis químicos de las materias primas importadas por REPSA

Ovidn Fórmula Bauxita 1 Bauxlta 2 Maqnesita 1 Magnesita 2 Cromita 1 Cromlta 2 Cromlta 3

S¡O" 7,3 6,9 t,5 0.5 5,5 J,¿ 0,8

nlúmina Al2O. 87,9 88,2 05 0,2 27,9 27,9 16,3

0.2 0,2 0,4ilrnir TrO^ 3,1 3,1 0,02

Fe2O, 1.1 1,4 2,4 0,8 t5, l 15,6 22,3

Ca0 0,01 0,03 0,5 0,7 NA 0,3 a,2

[,,lSO 0,04 0,05 95,0 98,0 17,0 17,9 11,6

Oxido Crómico cao. 0.2 32,3 34,6 48,4

¡lcalis Na2O+MO+LiZO 0,1

.STITUTO MARIO SAMAME BOGGIO

rauxilas 1 y 2: de China Y do GuaYana Magnes'rlas 1 Y 2: de Brasil Cromitas 1 Y 2: de FiliPinas Cmmita 3: de Sudáfrica

bos, tapas, conos, termopares, etc' y cualquier otra

' rma especial requerida por el usuario'

B. Especialidades

--.vlezclas de agregados ref ractarios y aditivos especia-

s. Cumplen una determinada función en operación'

^: presentan como morleros' concretos, apisonables'

nroyectables, recubrimientos aislantes de protección

v plásticos, en bolsas de papel multipliegos de 40 kg'

,vs 5 primeros y en cajas de cartón de 50 kg' el Último'

3.1 Mo¡leros

' Son mezclas de materiales finos y superfinos que se

emplean para asentar los ladrillos refractarios' Se fa-

-¡ ican de acuerdo a la calidad del ladrillÓ a asentar y

-¡n de dos tipos: morteros de fragua térmica y morte-

s de fragua en frío-

B-2 Concretos

I-ambién se les llaman caslables y son mezclas de

- gregados ref ractarios con cementos aluminosos, si-:';atos u otros aditivos. Son productos de fragua hi-

iráulica con los que se hacen construcciones monolí-

trcas y son muy láciles de usar y se instalan por vacia-

wo, bombeado o con badilejo. Son exhaustivamenle

. - ruestreados y controlados duranle su fabricación para

--:nseguir que su calidad sea consistente con las es-

_-ecificaciones requeridas (4).

- 8.3 Apisonables

. Son masas granulares diseñadas para ser instala-

74

das por apisonamiento manual o con martillos neu-

máticos para desarrollar estructuras monolfticas den-

sas, fuertes Y seguras-

8.4 ProYectable

Son masas parecidas a los concrelos o a los apiso-

nables pero que se instalan mediante proyección con

pistola neumálica sobre la superficie de las paredes

iref ractarias de los homos o de los equipos a proteger'

8.5 Revestimientos aislantes

Son masas preparadas especialmente para aislar y

proteger temporalmente la pared permanente que ge-

neralmente son ladrillos o concretos vaciados' Se apli-

can con badilejo o Por rociado'

8.6 Plásticos

Son masas refractarias de consistencia plástica' idea-

les para instalaciones o reparaciones rápidas por api-

sonamiento manual o neumático'

En la Tabla 3 se podrá observar el lipo de mineral

usado, la clase, el tipo de producto y las calidades de

ladrillos y especialidades fabricadas en REPSA'

APLICACION DE LOS MATERIALES

REFRACTARIOS

Varias industrias dependen de los refractarios para

ref inar o procesar minerales a altas temperaturas' Una

lista de esas industrias incluye las pirometalúrgicas

del aluminio, plomo, cobre, lierro, acero, etc' (4)' y las

MINERA¿T.Í

'NDU'IR'A Tf' DEL P EAU

de la manufactura del cemento y del vidrio, entre otras'

1. INDUSTRIA DEL ALUMINIO

Las plantas de moldeo de lirrgotes de aluminio pri-

mario y secundario usan hornos de fusión y retención

de tipo reverbero. El horno de fusión típicamente reci-

be lingotes de materialreciclado, como los proceden-

tes de bebidas enlatadas, que producen un ataque

mecánico y químico más severo en los hornos de fu-

sión que en los de retención.

Para la construcción del revestimiento en las zonas

de contaclo con el metal en los hornos de fusión, se

emplean ladrillos de liga {osfatada de 85% Al2O. (Co-

ral P y Coral BP), los que deben ofrecer una alta re-

sistencia al abuso mecánico y al ataque químico, y

una buena resistencia al choque térmico' Actualmen-

te, se emplea tarnbién tlna nueva generación de ladri-

llos fosfatados de 85% Al2O. resistentes a la penetra-

ción (Alcor), proveen una vicJa más larga del revesti-

miento aún en las condiciones más severas de ata-

que del metaly del óxido metálico ("dross")'

En las parecles superiores y en el techo de los hor-

nos de fusión se pueden emplear ladrillos de 50-70"/"

Al2O. (Dialite, Anchor, Alusite), plásticos de 50-85%

Al2O. (SuPer a Coral Plastic) y castabies de baio ce-

mento cle 50% Al2O. (Versaflow 45 ó 50)'

En los hornos de retención, para elfondo y las pare-

des baias, tanto los plásticos fosfatados (Coral y Al-

cor Plastic) como los castables de bajo cemento de

85% Al2O3 (Versaflow 85) dair un excelente servicio

en condiciones de operación menos severas' Cuan-

do el revestimiento se construye con ladrillos se em-

plean sus equivalenles a los monolíticos (Coral P y

Alcor).

En las paredes altas y en los techos de los hornos

cJe retención se emplean ladrillos de arcilla de refrac-

tariedad superior (Varnon) o ladrillos de 50& Al2O,

(Dialite, Aladino 50), plásticos (Kala Plastic, Aladino

60) o castables (Kalacast AR, 2-71 o Alta Alúmina) de

50-60% Al2Or.

El revestimiento de seguridad ("backup") para la

zona de trabaio debe proveer las características de-

seadas para que elmetal líquido no traspase su plarto

máximo de solidificación. Los castables, basándose

en arcilla con agregados grueso (HW ES Castable C,

Harcast BF), son generalmente usados; sin embargo,

para conseguir un plano de solidificación adicíonal de

protección, algunas veces se usan castables de 70-

90% Al2O3 (Castable Alusa o Castolast G) debido a

su mayor conductividad térmica- Estos son preferidos

cuando se procesan aleaciones de bajo punto de fu-

sión.

En la zona deltecho y de la pared superior, se em-

plean castables aislantes con una temperatura máxi-

ma'de servicio-de 1 - 205:C y de, aproximadamente,

4g"/" Al2O3(H-W Lightweight Castable22)' Ladrillos y

planchas aislantes son utilizados.también para apli-

caciones de seguridad.

Para las canatetas de transporte de melal lfquido del

horno de fusión alde retención se emplean castables

y plásticos densos y de alta resistencia, los que resis-

len el impacto y la abrasión ocasionados por la alta

velocidad del metalfundido. Las canalelas que salen

del homo de retención a los moldes son protegidas

con castables basados en sílice (Fusil Castable 820 I

Al o Visil ES Castable Al) y planchas aislantes' Para el

manipuleo de metalfundido en crisoles, los mismos

materiales con un buen balance de resistencia y ais-

lamiento Pueden ser usados.

2. INDUSTRIA DEL PLOMO

Los altos hornos para producción de plomo primario

no usan refractarios en la zona alta debido a que ésta

es normalmente enfriada con agua, pero elcrísol, es

cJecir, la zona baia del homo, requiere de un revesti-

miento refractario denso- Ladrillos de cromo-magnesita

(Chromex BG o CB-20) o de magnesita-cromo (Nu-

con 60) son comúnmente usados, en especial el se-

gundo.

Los reverberos convencionales usan ladrillos de70"/"

Al2O. (Aladino 70, Alusa o Alusite) en el fondo o, si se

prefiere, se puede usar un castable denso de 94"/o

Al2O, basado en alúmina de alta pureza y con libras

especiales para que no reviente durante el calenta'

miento (Castolast GC Adtech) o un castable de bajo

cemento de 85% Al2Orcon agregado de bauxita (Des-

t75

NiÍITUTo MAR]O 5^MAMT BOGGIO

{1 Es exporta como calcina

li\

Tabla 3. Productos más importantes fabricados por HEPSA

Jtneral ClaseTipo de Producto

Ladrillos Morteros Concretos Apisonables Proyectables Becub. Aisl. Plásticos

,c .\lt¡ relmclaiedad

Supor mkaclariedad

$rVEa

DB Slica

Vegabond

Gnnos&O.talcib Kudomix

,_rlla Meda relnclariedad

A.lta relractariedad

Supet rehaclariedad (')

^nüáclJoKero

Bepsa

Ahrn

Vanm

TBna heln.

Pers€al

Sr+er

Hepsa

Exlra

Super

llarcasl

Ven¡i. 45 Adt

Trlst¡ol U Super

Super CS

tuú

, ¡ina

50%

60%

80%

&5%

90%

9s%

Alúmina-Carbon

Alúmina-Cromo

üahe

Ard[r

lüsite

Alaúo 70

Alaúno 80

Conlte

KorwdajlGL

Cord BP

Kon¡dai XD

ltármmbmd

Ankorile 65

Ankorile 80AS

Veaafl. €O Adl

túla alumina

2-n

2-97

Versall. 70 Adt

Versafl. 80 Adt

Ve¡sall. 85 Adt

Cadolast C

Versafl. 90 Adt

Caslolast B

Castolasl G

Coralile Ramming Mir

Harmix Cu (")

&adp

fuaca CS

Coralite

Coral ("')

Korundal ("')

Apa$ite(")

1$e4B f ')

L--.rc0s Magnesrta

Magnesita{romo

Maganesita-Carbon

Magnesita.Espinela

Magnesila-0lMna

Magnesita.Serpentina

Cromo-Magnesita

Cromo

Be¡nag B

Nucon 60

Nucm 80

No,rs20

MaEnx

OnlneKP

Ndine 10

Ndine 15

Magnel

Magnel RS

Magrcl HSV

ChmmexBG

c8-20

D€ magnes¡ta

Magnabmci

ftermolith Ch¡omepak

Cmmo

Cromo ES

Granos de magnes¡ta

Magnamix F

Magnamix 363

Perimix

Maglos 85F

B0F Gunning Mix

Chromepak G

Magfos 88.76

(") Poduclos gral¡lados ("') Productos foslalados

,q{,e1¡

$'l!

ft'li!t

MINERAIfS ¡NDUSTRI,ATEs DEI PERU

conb AB5, Versaflow 85) y de muy buena resistencia

al choque térmico.

Se usan ref ractarios densos y de baja porosidad' de-

bido a que como el plomo es un metal de bajo punto

de f usión (327"C) es muy Íluido y tiende a penetrar en

los ladrillos muy profundamente y su plano de solidifi-

cación está cerca de la cara fría del ladrillo y de la

carcasa del horno.

Las paredes superiores y el techo del horno son

generalmente atacados por muchos óxidos' en es-

pecial el óxido de plomo, el que forma fases de baio

punto de fusión con la sílice que reblandece elladri-

llo. Por otro lado, en la línea de escorias' éstas y el

óxido de plomo reaccionan con la sílice' la alúmina y

la cal presentes en el ladrillo, formando una costra

que expande y contrae durante los cambios cíclicos

de temperatura, produciendo la desintegración es-

tructural del ladrillo ("spalling") y, para evitar ello' se

requiere un ladrillo de baja porosidad y de buena re-

sistencia al ataque químico' Con este propósito se

emplean los ladrillos de7o"/"Al2O3(Aladino 70' Alu-

site) instalados con un rnortero fosfatado de 85"/"

AlrO. (Phoxbond).

En recientes instalaciones se están usando ladrillos

básicos de nueva generación, cuya baja porosidad re-

duce la penetración del metal y de las escorias' y

cuyo baio contenido de sílice y alto contenido de óxi-

do crómico (Novus 20, Novus 20SR) les permiten re-

sistir mejor el ataque químico' En las zonas de mayor

ataque, es decir, la línea de escorias, se prefiere usar

ladrillos de muy baja porositlad a partir de espinela

electrofundida de magnesita-cromita' Las paredes ba-

jas pueden ser revestidas con ladrillos de magnesita-

cromo de 60% MgO (Nucon 60) unidos con un morte-

ro de cromit ade32"/"C(2O3fl'hermolith)' Puesto que

las juntas son las zonas nlás débiles en los hornos de

plomo, se puede usar un mortero de alta pureza y de

51"/o Qr2Or(Copurbond)' Para ambientes muy agre-

sivos y para condiciones de operación severas se

puede usar un mortero sobre la base de alúmina-cro-

mo de alta pureza de 84% elrOr(RubY Mortar)'

Para rellenar huecos en las paredes y emparejar la

boca de los ladrillos para quemadores se emplean

plásticos refractarios de alúmina y óxido de cromo de

i

alta pureza como los de74%y 84% Al2O3(Ruby Plastic

20 y Ruby Plastic). El primero por su alto contenido de

Cr2Ores más resistente alataque de los fundentes y

del óxido de Plomo.

3. INDUSTRIA DEL COBRE

.En hornos de f usión primaria (de fusión instantánea'

reverberos y hornos de arco eléctrico), los refracta-

rios están sujetos al ataque de las escorias y de los

gases sulfurosos. Todas las reacciones produc;en ex-

pansiones que causan rajaduras en el ladrillo, las que

eventualmente lo terminan desintegrando'

Ladrillos de cromo-magnesita de 35% MgO y 25%

C(zO3de liga silicatada (Chromex BG) primero y' des-

pués, ladrillos de magnesita-cromo de liga directa de

60% MgO (Nucon 60) han sido empleados para cum-'

plir con este fin; empero, ladrillos de última tecnología

de magnesita-cromo de liga directa de 60% MgO (No-

vus 20 SR) han demostrado ser mucho más exitosos

que los anteriores. La mayor cantidad de liga directa

entre la magnesita y la cromita mejora la resistencia a

la erosiÓn y alchoque térmico a las temperaturas ele-

vadas.

De igual forma, estos ladrillos de cromo-magnesita

de liga directa (Novus 20 SR y Nucon 60) son emplea-

dos para revestir los convertidores, dado que las esco-

rias y los gases producidos son similares a los de los

homos primarios y el mismo tipo de desgaste es oca-

sionado. Asimismo, en los homos de moldeo de ánodos'

en los que existen pequeñas cantidades de escorias'

estos ladrillos funcionan muy bien' Aun cuando tam-

bién son penetrados porel metalfundido, especialmente

en la presencia de óxido cuproso (Cu2O) o cuando la

penetraciÓn genera rajaduras por la diferencia entre el

coeficiente de dilataciÓn térmica del metal y del mate-

rial refractario o cuando el óxido reacciona con la sflice

de la matriz del ladrillo para formarfases de baio punto

de fusión que son fácilmente erosionables' estos ladri-

llos trabalan a satisfacciÓn del usuario'

Cuando los homos son sometidos a alto desgaste por

abrasión antes que a ataque químico, son usados ladri'

llos basados en espinela electrofundida de óxídos de

magnesio+romo (MgO, Cr2OJ de alta purezayaltamente

resistenles a la abrasión (Guidon y Guidon LS)'

t77

INSTITUTO M^RIO SAHAMT BOCCIO

Para los hornos de inducciÓn es suficiente ulilizar un

materialapisonable de70% Al2O. a base de bauxita

que lleva en su matriz un aditivo anti-mojado de esco-

rias (Harmix Cu) o un refractario vibrable en seco de

85% Al2O3 (Vibtech Cu) también con aditivo. La ven-

taja de este último producto es que no necesita secar-

se como tos apisonables húmedos o los castables de

bajo cemento.

Para las áreas difíciles de rellenar, en todos estos

hornos se emplea un plástico de alúmina-cromo de

alta pureza de74"/" Al2O3y 2A"/o CrZOrde liga fosfa-

tada (Ruby Plastic 20). Las juntas entre ladrillos, por

ser las zonas más débiles y por donde pueden pene-

trar tanto el metal como las escorias, se sellan con un

mortero alto en óxido crómico y bajo en sílice (Copur'

bond).

4. INDUSTRIA DEL HIERRO Y EL ACERO

Alto Horno

Los ref ractarios de un alto horno deben ser densos y

de baja porosidad y permeabilidad. Los de la parte

alta del horno deben resistir el impacto y la abrasiÓn

causatlos por las materias primas cargadas. Los re-

fractarios interiores están sujetos al ataque de mo-

nóxido cle carbono, de materiales alcalinos volátiles y

de escorias, lo mismo que a choque térmico por cam'

bios cíclicos de temperatura. Los de la zona de fusión

deben soportar altas temperaturas y corrosión y pe-

netración de escorias calientes'

El revestimiento inleriorse divide típicamente en tres

zonas: inferior, media y superior. En la zona inferior se

emplean ladrillos de 60% Al2O.impregnados en brea

(Ufata T'l). Cuando se requiera alternativas más resis-

tenles pero más caras y sus costos se justifiquen se

pueden usar ladrillos de 90% Al2O.de alta pureza (Ko-

runclal Xt-)). En la zona medias, debido a las condicio-

nes menos severas de trabajo, son usados ladrillos

superduty (Varnon), pero cuando se desea poner ma-

yor protección se pueden emplear ladrillos de 50%

alúmina de cocción elevada (Kala). En la zona alta, si

prevalecen los problemas de abrasiÓn, es convenien-

te utilizar un ladrillo fosfatado de75"/" se pueden em-

plear (Aladino 75 BP, H-W 3-75).

En la zona vacía de más alta lemperatura ('bosch"),

inmediatamente debajo de la pared inferior, para las

condiciones más duras de operaciÓn y para incremen-

tar la vida del revestimiento, se usan ladrillos de 90%

Al2O. de alta pureza (Korundal XD). Si esta zona tie'

ne chaquetas o duchas de enf riamiento exterior, elem-

pleo de un revestimiento de ladrillos de carbón es lo

más común.

En la zona del crisol, el revestimiento consiste de

carbón o de una mezcla de carbón con grafito en el

fondo y, en la parte superior, se puede emplear un

ladrillo Superduty de 40"/" Al2O.de quema alta (Var'

non), un ladrillo de 50% Al2O.de quema alta también

pero que sea resistente a la carga de altas temperatu-

ras (Kala) o uno de 60% Al2O3 (Ufala). En la línea de

toberas o tuyeres se emplea carbón. En los hornos

modernos y de alta producción, los huecos para san-

grado sirven para purgar'la escoria y el metal, por lo

que los tapones tienen que ser de un plástico ref rac-

tario, fácilmente extruible, de alta alúmina, ligado con

carbón y con inhibidores anti-mojado de escorias, ex-

tremadamente luerte y resistente a las altas tempera-

turas, la erosión, corrosión y absorción de escorias

(Hartap XL o Hartap L). En eltope del horno, común-

mente se emplean ladrillos de arcilla (Repsa) y casta-

bles de alta resistencia basados en agregados de ar-

cilla de quema alta y de cemento de bajo contenido

de fierro (Fl-W ES Castable Ll o Harcast ES)'

CARROS TORPEDO

Estos carros transfieren, vía rieles, el metalfundido

del alto horno a las cucharas que están en el área del

Proceso de oxigenaciÓn Básica BoP ("Basic oxigen

Process,). La práctica moderna utiliza comúnmenle

laclrillos de7O"A Al2Orimpregnados con brea (Alusa

Tl o Aladino 70 Tl) para resistir la penetración y corro-

sión del metalfundido y de las escorias.

Las zonas cle mayor desgaste por impacto deben uti-

lizar ladrillos de B0% Al2Ortambién impregnados con

brea (Aladino 80Tl). Si en el carro torpedo se llevara a

cabo la desulfuración del metal fundido, entonces es

necesario usar un ladrillo de alúmina-grafito de liga de

carbón (A|2O3-SiC-C) con aditivos anti-mojado de es-

corias (H-W 25-86 o H-W 26-86) para combatir el ata-

que químico severo. Para cenar las juntas de los ladri-

t7B

MINERAIÍJ TNDUJTT.hI.€J DTI. PEX U

llos que son las zonas críticas del revestimiento, se

emptean morteros de alto grado, resistentes a la corro-

sión. Para ladrillos impregnaclos con brea se emplea

un mortero cle fragua en caliente de 65% Al2O. (Anko-

rite 65); para ladrillos no impregnados se emplea un

mortero de liga fosf atada de 75"/" Al2O. (Phoxbond) y

para ladrillos de alúmina-grafito se emplea un mortero

de f ragua en lrío de 60% Al2O. (Ankorbond C)' Para

minimizar daños en el revestimiento y aumentar las

campañas de producción, los proyectables refractarios

son empleados para el mantenimiento de las paredes

internas del carro y, en este caso, se puede utilizar un

proyectable de 50% Al2O.de liga de cemento (Hargun

BF).

PROCESO DE OXIGENACION BASICA

DE ACEFO (BOP)

Este proceso es predominante para fabricar elacero

del hierro f undido. Al horno convertidor que lleva a cabo

este proceso se le denomina BOF ('rBasic Orygen

Furnace") o también LD.

Electric Arc Furnace

(Refractory Sidewalls and Roof)

En el proceso BOP se carga sobre el hierro líquido

de 15 a 30% de chatarra ("scraP"). Para refinar la

carga se inyecta oxígeno de alta pureza a una veloci-

dad supersónica a través de una lanza refrigerada con

agua y posicionada verticalmente al baño metálico'

La considerable turbulencia proyecta partículas de

metal y escoria sobre las paredes del homo provo-

cando una fuerte erosión por frotamiento al revesti-

miento, en especial, de la cara caliente del homo. Mien-

tras más reinyecciones de oxígeno se hagan más daño

se hará al revestimiento.

Secciones del horno como elde los ejes de los mu-

ñones (.trunnions,,) son los más vulnerables debido

a que no llegan a estar protegidos por las escorias

durante la rotación del homo- La sección delcono trun-

cado superior está totalmente expuesta a la erosión

de altos volúmenes de gases que salen a elevadas

temperaturas y a la fuerza mecánica aplicada durante

la remoción de las partículas adheridas por la proyec-

ción del metaldurante el soplado de aire-

El silicio, el manganeso y elcarbón, que son las prin-

cipales impurezas del hierro, son oxidados y las reac-

ciones son altamente exotérmicas cuyo calor ayuda a

fundir el <scráp> y eleva la temperatura a los niveles

requeridos (1 - 700'C). Para reducir los contenidos de

azuf re y fósforo, se agrega cal para tener una escoria

básica con una relación CaO/SiO, de 3/1- Toda esta

operación deteriora fuertemente los refractarios.

Para solucionar los problemas de desgaste del reves-

timiento del homo BOP se ha desarrollado una gama

de ladrillos de magnesita-carbón al5% (Oxiline KLP) o

con grafito que va desde 5% hasta 30% (Nutine R-5 a

Nuline R-30), ligados con resina o con brea (Oxiline KL

y Harline), y ladrillos de magnesita quemados y luego

impregnados con brea (Oxiline B). Actualmente, se les

está agregando aditivos metálicos como aluminio, sili-

cio (Nuline R-10A, Nuline R-20A, Nuline R-10SA, Nuli-

ne R-20 SA) y magnesio, los que funcionan como pro-

tectores contra la oxidación del carbón dada su eleva-

da avidez por el oxí6jeno. Asimismo, últimamente se

está agregando a los ladrillos distintas proporciones de

magnesita electrofundida de tamaño decristal elevado

para incrementar la resistencia al ataque de las esco-

rias de acero (HW 15-85, HW 19-86, HW 32-86, HW

51-87).

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t79

INSTITUTO H^RIO 5AM^MT BOCGIO

-HORNO DE ARCO ELECTRICO

Este horno normalmente es cargado con chatarra,

cal dolomítica quemada, como principallormador de

escoria básica, un elevador de carbón y espato flúor

para fluidificar las escoria. La relación cal/sílice debe

ser mantenida en al menos 211 . La basicidad alta de

la escoria y el metal lundido tiene la función de oxidar

el carbón y remover el azuf re y el fósforo del acero.

La remoción del carbón se lleva a cabo soplando

oxígeno, que genera una reacción exotérmica que per-

mite economizar energía y cuando el metal alcanza el

nivel requerido de carbón se produce el escorificado y

el agregado de ferrosilicio para desoxidar el acero.

Luego se quita la energía y el metal es vaciado entre

1-600y1-700'C.

Tal como se observa, el proceso es altamente des-

tructivo del revestimiento refractario, por lo que para

optimizar su peformance se requiere de una revisión

detallada de las variables de operación y del patrón

de desgaste del refractario para decidir zonificar el

horno y balancear el revestimiento de acuerdo a lacalidad y espesor de los materiales refractarios para

extender su tiempo de vida.

Comenzando con elfondo del horno, ladrillos de mag-

nesita de 94"/o MgO (Repmag B, Perecon) o de 98%

(Harklase) pueden usarse como revestimiento de se-

guridad ("backup"). Ambos tienen buena resistencia

a la hidratación lo que puede ser necesario si elfondo

de trabajo requiere un material monolílico húmedo.

Elfondo de trabajo debe resistir el impacto de la car-

ga y la acción corrosiva y erosiva del metal y de laescoria. A menudo se emplean apisonables húmedos

de alto contenido de MgO (Magfos B5F, Magnamix F,

Magnamix 95) pero, apisonables secos para vibrado

(Magnamix DV) de granulometría estricta y finamente

calculada para obtener un alto grado de compacta-

ción, son mayormente utilizados en la actualidad de-

bido a que permiten una instalación y reinstalación

mucho más rápida. Aunque requieren mucho más

tiempo para ser instalados, muchos usuarios prefie-

ren ladrillos de buena densidad y resistencia mecáni-

ca para que elfondo resista mejor al desgaste y, ge-

neralmente, tenga menos mantenimiento. En este

lB0

caso, se emplean ladriilos quemados de magnesila

de 96% MgO y luego impregnados con brea (Oxiline

B) debido a su alta resistencia en caliente y resisten-

cia a las escorias.

Para las paredes del horno, los ladrillos quemados

de magnesita de 96% MgO e impregnados con brea

(Oxiline B)son mayormente usados en la parte baja y

también en la línea de escorias si se desea una op-

ción más económica. En la mayoría de los hornos de

alta y ultra-alta potencia, la línea de escorias y el área

de la pared debajo de los paneles refrigerados con

agua están expuestos á un ataque severo de las es-

corias y a elevadas temperaturas por lo que se nece-

sita usar un revestim¡ento zon¡ficado con ladrillos de

magnesita-carbón de 20"/. C (Nuline R-20) en la ma-

yor parte de la línea de escorias. En los puntos calien-

les opuestos a los electrodos tienen que emplearse

ladrillos de magnesita- carbón, pero que contengan

magnesita electrofundida en diferentes porciones (H-

W 15-85 o H-W 32-86). En la parte alta de las pare-

des delhorno, generalmente, se emplean ladrillos de

magnesita-cromo de liga directa de 60% MgO (Nucon

60) para resistir el choque térmico por cambios cícli-

cos de temperatura, erosión de los gases cargados

de polvo, impacto de la chatarra, etc. ,

ttEn eltecho, la mayoría de hornos'de'alta producción

emplean enfriadores de agua limitando la presencia

de los ref ractarios a la zona del delta, formada por los

electrodos. La configuración de esta zona favorece el

uso de los refractarios monolíticos. Para resistir las

altas temperaturas, la corrosión y abrasión de los ga-

ses y elchoque térmico se emplea un castable de ba-jo cemento de7O"/" Al2O. (Versaflow 70 Adtech), pre-

viamente secado de preferencia o también castables

especiales de alta alúmina de 85% y 98"/" Al2O, (Des-

con AB5 o Descon A9B) altamente resistentes a laabrasión. Para aumentar su tiempo de vida y en las

condiciones más severas de operación se usan plás-

ticos o apisonables fosfatados de alúmina y cromo de

elevada pureza (Ruby Plastic o Ruby Ramming Mix).

CUCHARAS DE ACEIlO

Las cucharas de acero son los recipientes de trans-

ferencia del metal del homo de fusión a la estación de

vaciado.

MINIRAI¡J INDUsTRlÁttJ DfI PIXU

Como revestimiento cle protección de la carcasa de

las cucharas (.backup") se emplean ladrillos de 50 0

60% Al2O3 (Dialite, Anchor, Aladino 50 o Aladino 60)

que pueden resistir más de una colada caso que el

ladrillo de trabalo falle.

El revestimiento de trabajo, generalmente, es zonifi-

cado con ladrillos de 70, B0 u 85% Al2O. (Aladino 70,

80 u 85) en las paredes y en elfondo de la cuchara'

Para reducir el abuso físico y eliminar la erosión en

las juntas y la penetración del metal en las zonas de

impacto es conveniente usar ladrillos fosfatados de

85% Al2O3(Aladino 85 Bq Hargate A85 P)' castables

sin cemento (NovacÓn 85), de ultra-bajo cemento de

al menos 807" alúmina o con composiciones de alú-

mina-cromo. En Japón se ha difundido mucho el em-

pleo de los castables de ultra-baio cemento de 90%

Al2O, con arlición de espinela alúmina-magnesita, en

el fondo y en las paredes de trabajo de las cucharas'

Para los portabuzas y portatoberas se emplean la

drillos fosfatados de 85% Al2O. (Aladino 85 BP, Coral

BP, Hargate AB5 P), de 90% Al2O, (Korundal XD) o

de 90% A|2O3-Cr2O. (RubV).

En la línea de escorias, se produce el más alto gra-

do de corrosión y erosión debido al ataque químico y

a la agitación creada por los gases agregados' Cuan-

do las escorias son altamente básicas se emplean

ladrillos básicos de magnesita-cromo de liga directa

de 60% MgO (Nucon 60 o Novus 20 LC) los que, ade-

más, agregan los más bajos niveles de oxÍgeno y síli-

ce al acero. Cuando las escorias son altamente fuidi-

ficadas con aluminatos de calcio o espato flúor y per-

manecen muy calientes por el empleo de tapas en las

cucharas se recomienda usar ladrillos de magnesita-

carbón ligadas con resina (Harcon R, Nuline R-l0 y

Nuline R-10A) o ligadas con brea (Harline). Otros la-

drillos como los de dolomita o dolomita-carbón pue-

den ser usados en esta zona por su alta coqnpatibilí-

dad con la composición de las escorias.

HORNOS CUCHARA PARA LA

REFINACION DE ACERO

Estas cucharas se emplean para realizar operacio-

nes secundarias en la fabricaciÓn de acero, tales como:

desoxidación, desulfuración, desgasificado de hidrÓ-

geno, agitación, limpieza, agregado de aleantes y con-

trol de inclusiones en el acero. Además, abastecen

de calor al acero mediante el empleo de electrodos

de arco eléctrico. Por tal motivo, estas cucharas re-

quieren ladrillos de más alta refractariedad y de más

alto costo.

Para revestir la línea de escorias, generalmente,,.se

recomiendan ladrillos de magnesita ligadas con brea

(Harline) y magnesita-carbón (serie Nuline). Para el

revestimiento de seguridad de la carcasa se recomien-

da usar ladrillos de magnesita-cromo de ligas directa

de 60% MgO (Nucón 60).

Para la zona de trabajo de las paredes y fondo se

recomiendan ladrillos de B0% AlrO. (Aladino B0) o la-

drillos básicos de dolomita, magnesita ligada con brea

o magnesitacromo de liga directa. Para el revestimien-

to de seguridad se recomiendan ladrillos de 70% AlrO.

(Alusite).

Para evitar la pérdida de calor se emplean ladrillos

aislantes de 40% AlrO. (Lotherm ES), en contacto con

la carcasa de las paredes de la cuchara. Planchas o

fibras son usadas cuando no se quiere perder volu-

men en las cucharas.

TANQUES DE D¡STRIBUCION PAHA

COLADA COI'lTlNUA

Una de las especialidades desarrolladas y probadas

con éxito en la industria del acero en REPSA es un

revestimiento aislante (Magfos R8-76) renovable que

es un producto basado en serpenlina natural acom-

pañada de magnesita y fibras que liene en su compo-

sición química74"/" MgO y es instalado en forma de

pasta o como proyectable para proteger la pared per-

manente de los tanques de distribución para la colada

del acero. Este revestimiento no se adhiere fuertemen-

te a las paredes de estos tanques en la operación y

se desprende fácilmente durante el enfriamiento de-

bido a su elevada contracción dimensional. Asimis-

mo, ha reemplazado totalmente a las placas frfas tra-

dicionales fabricadas con sílice pura en la colada de

aceros especiales (1).

5. TNDUSTRIA DEL CEMENTO

Elcemento Portland es un aglutinante mineral pro-

t8l

INSTITUTO MARIO SAMAME BOCCIO

ducido sobre la base de escoria (clínker) molida que

contiene silicalos de calcio hidráulico. El clínker es pro-

ducido en hornos rotativos cuando la alimentación rica

en cal, lo que incluye sílice, arcilla y óxido de fierro, es

calentado a aproximadamenle 1450"C.

Existen dos procesos lundamentales para la manu-

facturas del cemento: proceso húmedo y proceso seco'

A partir de la crisis del petrÓleo en '1970, la mayoría de

los hornos de cemenlo fueron convertidos a combus-

tión de carbÓn y, otros, también emplean desperdi-

cios combustibles, los que producen un gran deterio-

ro de los materiales refractarios.

Los hornos de proceso seco incluyen precalentado-

res suspendidos y precalcinadores que también son

revestidos con ladrillos ref raclarios de 50% AlrO. (Dia-

lite, Aladin 50 o Kala). Puesto que el método de insta-

lación por proyección es el más rápido, proyectables

de 40 a 55% Al2O3 (Hargun PT, Hargun ES y Tufshot

Ll) son muy usados sobre elaislamiento de la carca-

sa (11-W Lightweight Gun Mix 22y 16). Para las zonas

de los precalentadores sometidas a impacto y eleva-

da abrasión se emplea un castable de 94% AlrO, (Cas-

tolast G). Concretos de bajo cemento de 70% (Ver-

saflow 70) y alta densidad se instalan en la parte baja

del precalentador y en el chute de alimentación para

protegerlos del ataque de los álcalis que tienden a acu-

mularse en esas zonas y para facilitar su limpieza'

Los hornos que no cuentan con precalentadores son

diseñados con un sistema de cadenas protegidas con

concretos de agregados gruesos de 45"/" (Kilncast-

26). La sección larga de precalentamiento del homo

es generalmente revestido con ladrillos de 50% AlrO.

(Dialite, Aladino 50, Kala) resistente a los álcalis o con

ladrillos semi-aislantes de 40% AlrO. (Lctherm RK)'

En la sección de calcinación delhorno, donde existen

más altas temperaturas, se emplean ladrillos de 7o a

B0% Al,O3 (Alusite, Aladino 70, Aladino B0)'

La zona de quemado del clínker se divide en tres

partes: de transición alta, de sinterizaciÓn y de tran-

sición baja. En estas zonas los ladrillos de alta alú-

mina reaccionan con ta cal del clínker entre 1180 y

1260"C Y, Por ello, se tienen que emplear ladrillos

básicos de magnesita-cromo de 60% MgO (Nucon

60) o ladrillos de magnesita-espinela de B0% MgO

r82

(Magnel RS). Estos últimos son preleridos por cues-

tiones de control ambientaly por su mejor resisten-

cia al ataque de los álcalis y al choque térmico' La

zona de transición baja es la zona de atraque más

severo, pueslo que aquf está presente el clínker en

estado fluido, las temperaturas son más altas y la

coslra de clínker que protege a los ladrillos es ines-

table y muY delgada.

En la zona de descarga se emplean ladrillos de mag-

nesita-espinela de 80% MgO (Magnel RS) o ladrillos

de B0% AlrO. (Aladino B0)' En el anillo de descarga

no se usan ladrillos porque se aflojan y en vez de ello

se emplean especialidades monolíticas de alta resis-

tencia a la abrasión de 45 a 94o/" Al2Ar(Kilncast-26,

Harcast ES, Castolast G, Coral Plastic) acompaña-

dos o no de fibras de acero inoxidable según sea la

severidad deldesgaste. En la cámara de descarga se

emplean plásticos de 40 a 80% Al2O3 (Super, Coral),

Iadrillos de 40 a 50% AlrO3 (Varnon, Dialite) o proyec-

tables de 45% AlrO, fiufshot Ll). En la última etapa'

que es el enfriador del clínker, se emplean castables

resistentes a la abrasiÓn que van desde 40 a 70"/"

Alro3.

6. TNDUSTR¡A DEL VIDRIO

Con el avance de la tecnología de la manufactura

del vidrio para obtener un producto de más alta cali-

dad y de bajo costo, se ha incrementado la severidad

de las condiciones de oper:ación que los refractarios

tienen que soportar. La temperatura de operación se

ha elevado y la corrosividad de los fundentes volátiles

también se ha incrementado. La cal, soda cáustica,

sulfato de sodio, fluoruros, óxido de plomo, bórax, sí-

lice y otros constituyentes reaccionan con los mate-

riales ref ractarios a elevadas temperaturas' Los álca-

lis volátiles penetran los poros del ladrillo atacándolo

rápidamente.

Para la construcción de la bóveda del horno se em-

plean ladrillos de sílice (Star, Vega) que son los están-

dares universales por su alla resistencia a la carga y a

la deformación. Para unir los ladrillos se emplean un

mortero a base de sílice también de 90% SiO, (Vega-

bond). Para aislar la bóveda, ahorrar consumo de com-

bustible y reducir los agujeros producidos por los ga-

ses alcalinos que penetran las juntas de la bóveda y

MINETAITS ¡NDUÍIRIAT¡5 DTt PERU

luego condensan, se emplea un ladrillo aislante de sí-

lice de 96% S¡O2 (Vegaline)' Este aislante hace que la

condensaciÓn se lleve a cabo fuera de la bóveda y el

perforado no se lleve a cabo.

Los regeneradores que utilizan los hornos üe vidrio'

para recuperar el calor cle los gases que pasan a tra-

vés de ductos formados por jaquelados de ladrillos

(,,Checkers'), están revestidos con ladrillos de 98%

MgO (Topex S, Oxibak HG) que deben tener alta re-

s¡stencia a la abrasiÓn del polvo, alcambio cíclico de

temperatura, al cambio cíclico de reacciones de oxi-

dación-reducción y a la condensación de los álcalis'

La parte alta y el techo de los regeneradores están

sujetos al impacto de altas temperaturas que superan

los 15.10'C y, por ello, requieren ladrillos de 50 o de

98% MgO (Nucon 50, Oxibak HG) de alta resistencia

a la deformación por aplastamiento' La parte media

del jaquelado se reviste con ladrillos de 95% MgO

(Thermag HG, Thermag SG) resistentes a las tempe-

raturas elevadas y al movimiento de los condensados

hacia el área inferior. En la parte baja del jaquelado

condensan sulfatos alcalinos y compuestos de boro y

flúor causando rajaduras debido al cambio cíclico de

la temperatura y a las reacciones químicas con la

magnesita y los silicatos del refractario' Por tal moti-

vo, se emplean ladrillos de liga directa de cromo-mag-

nesita de 50% MgO (Nucon 50)'

CONCLUSIONES

La evolución de los relractarios en la última centuria

ha dependido en buena cuenta de la evolución de los

procesos de alta temperatura y de la habilidad de la

industria de estos materiales para responder con pre-

mura a dichos cambios.

Los productos refractarios, llámense ladrillos' morte-

ros, concretos, plásticos, apisonables' proyectables y

recubrimientos aislantes, han meiorado substancialmen-

te en calidad y servicio debido también a la exigencia

de los avances en los procesos industriales e' irónica-

mente, su consumo ha ido decreciendo más y más dada

su alta competitividad y a la aparición de otros materia'

les refractarios de elevada y supedecnología que son

más caros, pero, debido a su mayor tiempo de vida, a la

larga resultan siendo más económicos'

Para que se lleve a cabo un uso óptimo de los mate-

riales refractarios es necesario realizar un estudio con-

cienzudo deldiseño del horno, una evaluación deta-

llada de las condiciones de operaciÓn y un conoci-

miento en extenso de los productos refractarios dis-

ponibles que sirvan para el propósito requerido'

En el Perú, los minerales no metálicos propios que

se usan con fines refractarios son: la roca de sílice'

las arcillas de alta y superior ref ractariedad, el caolín'

la cromita y la serpentina; próximamente lo será la

andalucita. Sin embargo, el mayor consumo es de los

minerales importados como la magnesita, la cromita

y la bauxita. Siexistieran yacimientos de estos mine-

rales en el país y se procesararl con la calidad debida'

los ingresos de divisas por expodaciones se incremen-

tarían tremendamente debido a que su consumo mun-

dial es muY elevado'

REFERENCIAS

1. C. Calle: .Serpentina: El refractario olvidado'' Con-

greso Alafar (Asoc. Latinoamericana de Refracta-

ristas). Dic. 3-6 1995, Cartagena, Colombia'

2. Harbison-Walker Refractories: "Modem Refractory

Practice". Fofth Edition 1992. U'S.4.

3- C. Calle: "lndices de calidad: Nuevo método para

optimizar los procesos y la calidad de los ladrillos

refractarios,,. Congreso Alafar" Nov' 15-18 1998'

Lima, PeÚ.

4. C. Calle: "Quick sampling & testing of castables''

UNITECR'93 Congress' Oct. 31-Nov' 3 1993' Sao

Paulo, Brasil.

5. C. Calle: "Ref ractarios para la pirometalurgia"' Ta-

ller de Pirometalurgia, TECSUP. Junio 26-27 1997'

Lima, Peru.

t83

INSTITUTO ] i l ; it lüti6lO

Metalurgia de carburo de calciotng. David W- Carhuaz Silvestre *

l

I presente es un trabajo de consolidación de conceptos y da-

tos técnicos de las tres empresas que existen y existieron de

carburo de calcio en el Perú'

Es un trabajo técnico que está en proceso de ejecución para un manual

de enseñanza dentro de un item de HORNOS INDUSTRIALES que se

dictan en las universidades del Perú'

EnestaocasiÓnpresentoestetrabajoparadisertaciónsobreindustria-lización de los minerales industriales y aplicaciones'

Espero, que este materialsea útil para las especialidades de lngeniería

Metalúrgica, lndustrial, Química' Energética y otros'

CONTENIDO

l.- Historia del carburo de calcio

ll.- Definiciones y características generales

lll.- Metalurgia del carburo de calcio

0.l Materia Prima

0.2PreParación de la carga

0.3Horno eléctrico

0.4Proceso de fabricación delcaÓuro de calcio

0.5Análisis delcarburo de calcio

0.6Rendimiento de materiales y energía

(balance)

lV.- Conclusiones y recomendaciones

I HISTORIA DEL CARBURO DE CALCIO

" 1802, er estadounidense ROBERT HARE produjo aCcidentalmente al

* Consultor metalúrgico Y

ambiental. lngeniero metalurgisla- iÚr'ronc CJrro de Pasco, 1985)'

Postqrado en gestión ambiental en

ia UniversitY of Kent' lnglaterra

t992. Maestría en Minería Y MedioAmbiente en la UNI' Se ha

desemPeñado en diversas

emPresas Y entidades como

rB4

iusionut mezcla de cal, magnesia y antracita con un

soptete oxY-hidrógeno-

" 1836, DAVY, obtuvo una masa f undida de Ca y C'

al contacto con el agua producía gas mal oliente'

.,'1g02, Wóhler obtiene carburo de calcio, al calen-

iur "on

carbón una aleación de cinc y calcio'

" 1892,29 de Agosto el canadiense

lng. THOMAS L. W¡LSON al tratar de

obtener calcio metálico, obtuvo carbu-

ro fundido a partir de la mezcla cal y

carbón mediante la poderosa tempera-

tura del arco eléctrico.

" 1892,12 de Diciembre elfrancés Moissan alefec-

tuar trabajos metÓdicos sobre hornos eléctricos tam-

bién f undiendo la mezcla caly carbón'

" 1956, 21 de Febrero, Produce CAR-

BURO DE CALCIO Por Primera vez en

el Perú la emPresa "ELECTROMETA-

LURGICA HORNOS ELECTRICOS

PERUANOS S.A'ubicado en la Carre-

tera Central Km 65, San Jerónimo de

Surco, Prov. Huarochirí, Departamento

de Lima, diseñado y construido por el

francés lng. Metalúrgico André Boi-

teux. Cap- inicial 3TMD (1 horno), ac-

tual 12 TMD (4 hornos).

o 1963, 7 de Abril, entra en oPeración

la segunda empresa electrometalúrgi-

ca en el Perú ubicado en la Carretera

Panamericana Norte Km 422, en la ciu-

dad de Chimbote, "ElectrometalÚrgica

Nacional S.A.'del GruPo Dibós, tam-

bién diseñado y construido por el lng'

André Boiteux. Para f abricar carburo de calcio, fenoa-

leaciones, cal, oxígeno, acetileno y otros con una ca-

pacidad 10 veces mayor que HEPSA' Cap' inicial y

actual (2 Hornos modernizados) 30TMD'

" 1982, se instala la tercera industria de carburo de

calcio en Lurín - Lima en plena Carretera Panameri-

cana Sur, la empresa CARBOTERMICA S'A' Cap'

inicial 3TMD (1 horno) y actual 6TMD (2 hornos)'

MINERAIJS INDU'I"RI^TI5 ffT PÉP U

DEFINICIONES Y CARACTERISTICAS

GENERALES

2.1 Carburo de calcio

Es el producto que se obtiene de la fusión de una

mezcla de carbón y cal viva (Oxido de Calcio) a una

alta temperatura entre 1800 a 22OO"C en un horno de

arco eléctrico y que, en contacto con agua' genera

gas acetileno (Etino).

2.2 Rendimiento

Es el número de litros de acetileno producidos por

kilogramo de carburo de calcio sumergido en exceso

de agua saturada de acetileno, referidos a 20'C y 760

mmHg sin corrección por la tensión de vapor de agua

correspondiente a dicha temperatura. De acuerdo a

la ubicación geográfica de la empresa variará la alti-

tud s.n.m., temperatura y presión, para dicha correc-

ción utilizarán factor de corrección K.

R=VxK

x ={zoo - N12.4) xo.3BSSr(27"*,1}

Donde; R = Rendimiento en litros de acetileno /Kg de CaC,

V = Volumen se lee directamente en la regla.

K = Factor de corrección, cuando se efectúa

el ensayo a 20eC y 760 mmHg es igual a 1

Nota: Ver diagramas: - Valor de carburo

- Corrección delvolumen de CrH,

2.3 Característícasfísicas

En eslado puro es una masa incolora, transparente cris-

talina. Como producto industrial contiene generalmente

impurezas propias de la materia prima; el color va entre

el gris de grafito y amarillo roiizo pardusco, de calidad

extra; muestra irisaciones. El carburo tiene siempre frac-

tura cristalina presentando superficies recientes y tan pron-

to se altera al aire perdiendo brillo y se cubre con una "

capa de cal polvorienta; de color gris y blanco'

El carburo de calcio enfriado lentamente tiene una

estructura cristalina gruesa con planos de crucero muy

rB5

INSTITUTO 4^HO S^H^HI 8OCCto

bien definidos, y elenfriado rápidamente es muy den_so y finamente cristalino.

El carburo de calcio es insoluble en todos los sol-ventes lradicionales (kerosene, gasolina, elc.), a ex-cepción delagua.

2.4 Sistema CaCr-CaO, punto de fusión

Por exlrapolación de los dos extremos de la curva, sedeterminó los puntos de fusión de los dos compuestos,CaC, y CaO, en 2300'C y 2500"C. El nláximo en el cen-tro de la curva a 1980.C corresponde a un contenido de52.60% de CaC' teniendo en cuenta el promedio de2% de impurezas y al hacer los cálculos para un siste-ma puro, se obtuvo 59.60% de CaC' cifra muy próximaa533% que corresponde alcompuesto CaCr.CaO hastaahora no descrito. Los dos mínimos a 1250"C y 1800.C,con las abscisas en 68% y AS% de CaC' indican quehay dos eutéclicas que el nuevo compuesto forma conCaCry CaO, respectivamente, conespondientes a 69.4%y 36.3% de CaC, para elproducto puro. Se puede decirque la reacción comienza a una temperatura alta de1850"C siendo totalmente endotérmico y arriba de2300"C el CaC, se disocia en carbón y vapor de calcio.La adición de cal en exceso a la mezcla disminuye elpunto de fusión; permitiendo un carburo de TO a BS7":7O-80% calidad Hepsa y Carbotérmica y de 80-85% ca-lidad Ensa.

2.5 Peso específico

A mayor pureza de CaC, menor peso específico.Ejemplo: 5?.0% de CaC, <> p.e. 2.54, BOy" <> Z.gZ,80"/" CaCrlíquido a 2000eC <>p.e.1.84

2.6 Conductivídad eléctríca

Elcarburo de calcio posee alta conductividad eléctri-ca mientras la cal no.

Elcompuesto CaCr.CaO con 52%deCaC, tiene unaresistividad de 0.30 ohmios/cm/cm2y corr B0"A de CaC,a 25"/" es 6 ohmios/cm/cm2.

2.7 Dureza

Las mezclas eutécticas tienen una dureza máxima.

IBó

Elproducto de 80% de CaCr liene una dureza Brinellde 80.

2.8 Composición

El examen microscópico revela claramente tres com_pueslos, CaC. CaCr.CaO y CaO en forma de crista-les negros sobre el fondo más claro de las eutécticas.

2.9 Datostermoquímicos

Calor de formación a 25eC para 100% de CaC, es _14.1 Kcal/mol, de CaO es -.t51.6 Kcal/mol y de COes -26.42 Kcalimol. Donde la ecuación fundamentalde la fabricación de carburo de calcio es endotérmicocomo sigue:

Cal+ Carbón = Carburo de calcio +

Monéxido de carbono (gas)

2.10 Príncipales reaccíones químicas del CaCZ

a.- Con ague: se obtiene el gas acetileno, me_diante reacción exotérmica:

b.- Con nitrógeno: se forma cianamida de calcio (ni-trocal) reacción exotérmica, es una masa aglutinaday dura de color gris negro producido entre 1100 a1200sC. El producto contiene 10"/. de grafito.

c.- Otras reacciones: como acción reductora enla fabricación de siliciuro de calcio.

J\1;

Además en la obtención del magnesio por el proce-

so Murex:

III METALURGIA DEL CARBURO DE CALC¡O

0.1 Materia Prima

Se requiere de una cal de buena calidad' fuente apro-

piada de carbén, energía eléctrica abundante y barato

(es recomendable tener su propia generación eléctri-

ca; hidráulica para ello debe estar ubica cerca a un río)'

a.- Cal (CaO): llamada también como cal viva u

óxido de calcio: es recomendable producir su

propia cal, a fin de que llegue al horno sin ha-

ber sido alectado por la humedad y otras cau-

sas de formación de polvo, como el manejo re-

Petido durante el transPorte'

Características:

Físicas: Granulometría; 19 - 75 mm

Ouímicas: CaO = BO -97%lmpurezas: FerO., forma ferrosilicio y rebaja su

valor comercial.

MgO y AlrOr; ocasiona colada pastosa y viscosa'

FeS, FeSr; el S imPurifica alcarburo'

P; en el acetileno como PH. provoca inflama-

ciones esPontáneas-

As y Sb; en el acetileno ocasionan inflamacio-

nes Y toxicidad.

MgO; 1 .75"/" máx'

SiOr; 2.00% máx.

FerO. + AlrO,; 1.00%

S;0.02% máx.

P; 0.05% máx.

Ratio; 850 -950 Kg/TM de CaC,

b.- Reductor Y aleante

Como fuente de carbono para la reacción' aleación

y resistividad se utiliza diversos materiales' entre ellos

M¡NERA1I5 INDU5TR IATfs DELPERU

se encuenlriñ-coke metalúrgico, coke de petróleo,

carbón vegetal, antracita, etc. La elección depende

principalmente del precio, impurezas y proximidad a

la planta.

b.1 Coke:Elcoke de petróleo es un material de

primera clase, por su bajo contenido de ceni-

zas y su alta resistividad, no se utiliza por alto

precio.

Pero se viene utilizando el coke metalúrgico"

donde posee buena conductividad eléctrica y

propaga mucho el calor, humedad máximo

aceptable 2%, pues de lo contrario apaga a la

caly provoca la formación de polvo, el tamaño

recomendable es 50 - 60o/o menor de la cal' La

elección para su utilización depende de las con-

diciones locales, precio de energía eléctrica e

impurezas de la cal.

Características:

Físicas: Granulometría 8 - 25 mm

Características Químicas: Carbén fijo; 85 - 90%

Cenizas; 10 - 12%

Materia volátil; 1.5 % máx-

S;0.9% max.

Ratio: 550 - 670 Kg/TM CaCr.

b.2 Carbón vegetal: El carbón vegetal es mal

conductor de electricidad, reconcentra mucho

elcalor, circunstancia que resulta favorable para

los hornos de pequeña y mediana capacidad'

Este material ocasiona gran porosidad en la car-

ga, dando asl mezclas sueltas que facilitan el

rápido escape de los gases. La desventaja es

que ocupa mucho espacio y arde con facilidad

en la boca del homo causando desajuste en

los cálculos delbalance metalúrgico y se tiene

que aumentar para compensar. Tenemos una

variedad de carbón vegetal como; algarrobo,

zapote, huarango, etc-, síendo el mejor; alga-

rrobo. Pero por manlener nuestro ecosistema y

evitar tala de árboles no se está utilizando ac-

tualmente. HEPSA utiliza carbonilla (restos de

carbón que utilizan en las pollerfas) en un ran-

go 5 a 10% del coke cuando es necesario'

Caracteríslicas:

tB7

INSTITUTO MAR.IO S^MAHI EOGGIO

Físicas: Granulometría; ligeramenre mayor quJ

la cal 1 I 2-5"(25-1 25mm).

Químicas; carbón fijo: 60%

Humedad: 5% máximo.

Materia volátil: 25"/" máx.

Cenizas: 7% máximo

P: O.1"A

S:0.1%

b.3 Antracita.'Es menos conduclora, pero su

gran densidad hace que los hornos pequeños y

medianos funcionen con cierta irregularidad, for-

man escorias.

Para los Hornos grandes resulta muy apropia-

do la antracita que no contenga más de 5% de

cenizas y 6% de materia volátil'

Características:Físicas: Granulometría; 1lB" a /^" (3 - 7mm)

Químicas: Carbón fiio; 7 O%

Cenizas:12"4Materia volátil: B%

Humedad:5%

3.2 Preparación de Ia carga

Antiguamente, se preocupaban que la cal y el car-

bón, debían ser molidas lo mas finamente posible, para

tener en el horno eléctrico una masa fundida unifor-

me, causó durante mucho tiempo grandes dificulta-

des. El polvo finamente molido cubría los electrodos y

ponían obstáculos al desprendimiento de CO produ-

cido por la reacción.

Era necesario abrir los pasos alCO, hurgando conti-

nuamente la masa. Descuidos en este trabajo provo-

caron desastrosas explosiones, pues el monÓxido de

carbono (CO) arrastraba a menudo grandes masas de

carburo caliente, que a veces producían graves daños

a los operarios. Otra consecuencia dc este inconve-

niente consistía en que debiendo desprenderse el CO

siempre a presión, proyectaban cantidades notables de

polvo fino de mezcla de caly carbón, como polvo vo-

lante.

La mezcla resultante resultaba empobrecida en car-

bón y enriquecida en cambio de impurezas.

Pues, siendo peligro latente para la persona y la es-

tructura de protección, además provocando mayor

consumo de material para el proceso. Realizando

muchas investigaciones se concluye que la granulo'

metría del materialdebe ser ampliada, siendo la mez-

cla de caly carbón en fragmentos de 2 a 3 pulgadas'

Si el reductor es coke, la granulometría debe ser de 1/

4 a 1 pulgada.

Para evitar que la cal se apague y se haga fino es

recomendable mantener alamacenado en tolvas ce-

rradas; como tolva'Trompo', de la cual se extrae lo

necesario para echar al horno eléctrico"

3.3 Horno eléctrico

Debido a los grandes progresos el equipamiento del

horno eléctrico ha variado ligeramente con referencia

al inicio de fabricación del carburo de calcio.

Se ha adoptado la corriente trifásica y un diseño per-

feccionado de los conductores que llevan la corriente

secundaria desde los lransformadores a los electro-

dos, que reduce enormemente pérdidas por reactan-

cia.

Otro desarrollo es el horno de sangría y en determi-

nados casos de sangría continua, la invención del

horno *cerrado" en elcualtodo el CO producido por

la reacción en elhomo es recogido y utilizado, y el uso

general de los electrodos continuos SÓoderberg que

se cuecen solo en el homo durante el proceso.

Algunos de estos perfeccionamientos han hecho po-

sible elconslante aumento en la capacidad del horno'

Desde los primeros homos del tipo de "bloque" de

200-300 Kw hasta los grandes hornos trifásicos ac-

tuales de 25.000 Kw que dan una producción aproxi-

mada de 180 TM de carburo de calcio por día

Aunque elhorno de carburo se ha desarrollado par-

tiendo del horno de arco usual, como se emplea en la

fabricación del acero, no es en realidad un horno de

arco, el horno de carburo con los extremos de elec-

trodos colocados a distancia de 30 cm a 90 cm por

debajo de ta superficie de la carga del horno, esto es

de arco sumergido y una gran parte de calentamiento

se debe a la resistencia que ofrece la carga al paso

IBB

H'NT¡,AITS INDUÍN 1#'I.ES DELPERU

de la corriente. Se emplean voltajes relativamente

bajas (50 a 250 voltios, según el tamaño del horno)' y

corrientes de gran densidad (35.000 a 100'000 ampe-

rios), el factor de potencia, comprendidos entre 0'80 y

0.90 ENSA cuenta con dos hornos monofásicos de

2500 Kw. Trabaja con voltaje de 60-70 voltios, intensi-

dad promedio 40.000 amp- 0-BB factor de potencia'

con capacidad de producción real 1STM/día' c/u' El

horno propiamente dicho tiene una construcción muy

sencilla. Las paredes laterales son de acero revesti-

das con una capa de ladrillos refractarios ordinarios'

la base también es de acero y está cubierto con una

solera. Los orificios para la sangría a través de las

paredes laterales están colocadas encima de solera'

La forma de protección, <<casco> del horno puede ser

rectangular o circular, según la disposición de los elec-

trodos. Para los hornos de pequeña capacidad' diga-

mos de potencias inferior a 5000 Kw, la disposición

mas ventajosa es talvez la monofásica' En estos hor-

nos pueden estar colocados de dos maneras: dos elec-

trodos suspendidos verticalmente o un electrodo ver-

tical y otro en el fondo, que actúa al mismo tiempo

como solera.

Casi todos los hornos grandes usan corriente trifási-

ca y tienen electrodos verticales suspendidos' Los

hornos mas antiguos tienen electrodos en línea y los

de construcción mas moderna tienen colocados en

forma triangular, siendo casi equilátero' En el primer

caso el horno es rectangular y en el segundo caso el

horno es circular o triangular con los ángulos redon-

deados. Casi todo la reacción se produce alrededor

de cada electrodo y debajo de él; hasta una distancia

un poco mayor de 30-40 cm de los electrodos y 30-50

cm por debaio de é1.

En consecuencia, el resto de la carga del homo' com-

prendida entre una zona de reacción y revestimiento

de ladrillos, es la mezcla que ha reaccionado parcial-

mente o no ha reaccionado y actúa como el principal

ref ractorio y aislante calorífico en el horno' Las dimen-

siones del horno dependen, por consiguiente de la can-

tidad de éste materialnecesaria para aislamiento' dada

la capacidad del horno.

En cuanto a tipos de hornos, existen dos:

a) Et homo abiefto.-En elcual el CO formando en

la reacción arde en contacto con el aire en la

parte superior de la carga del horno y se con-

vierte en CO, Que se pierde por la chimenea'

Suele colocaise una campana encima del hor-

no y conectarla a una chimenea para conducir

fuera los gases calienles y el polvo.

b) Horno cerrado.- En el cual se excluye el aire en

la parte superior de la carga y se recogen en

cantidades variables de CO para utilizar poste-

riormente. El tipo de horno cerrado mas mo-

dema se asemeja altipo abierto, salvo que por

encima de la parte superior de ladriltos y una

cubierta enfriada por agua, para excluir el aire

y proporcionar espacio para recogery conducir

fuera el CO.

Con respecto al electrodo, lo ideal, es usar electrodo

continuo Sóoderberg, que se e cuecen por si solos'

Estos electrodos con de carbón rodeada por una en-

voltura de lámina de acero delgada y por lo general

refozada con aletas del mismo material gue se ex-

tienden radialmente desde la envoltura y penetran en

la masa de carbón.

llene 6 a 10 metros de largo, y eltramo inferior de

solo 1.20 a 1.80m que está por debajo de las morda-

zas de contacto (placas y coronas), con un diámetro

de (ENSA 1 m, HEPSA 0.80 m y CARBOTERMICA"

0.80m) varfa de acuerdo a la capacidad del horno'

Los electrodos Sóoderberg se prepara con un tipo

especial de pasta que el fabricante de carburo com'

pra o la produce en caso de ENSA compra de Francia

o Alemania. La pasta está constituida de coke meta-

lúrgico, antracita, brea y alquitrán.

La pasta se alimenta por la parte superior de la cami-

sa de los electrodos, por presión de la columna de la

pasta. El calor producido por el electrodo mas el calor

procedente de la parte superior de la carga del homo,

la pasta se hace mas densa y se va cociendo lenta-

mente a medida que se acerm a las mordazas de con-

tacto.

Por debaio de las placas el eleclrodo es una rnasa

maciza y densa de gran tenacidad.

A medida que se consume el extremo delelectródo

t89

INSTITUTO MARIO SAMAM[, BOCCIO

sumergido, se hace descender 10 cm' cada 8 horas

de trabajo, empleando 1O-15 minutos en cada oportu-

nidad (Ensa) m, B-10 minulos Hepsa y Carbotérmica'

con el fin de mantener sumergida la longitud conve-

niente del electrodo. Al hacer esto, se va soldando la

envoltura de acero en la parte superior del electrodo y

se añade más pasta en bruto. Para descender el elec-

troódo se aflojan los pernos de la mordaza (placas y

coronas) previamenle apagando el homo; una vez con-

cluído se vuelven a apretar las mordazas de conlacto

y se prende el homo tomando poco a poco la potencia

normal para evitar un posible corto circuito entre el

electrodo y las placas; por mal ajuste o pasta f resca'

Para mantener un contacto limpio entre las morda-

zas y la envoltura del electrodo se coloca alrededor

de esta a un espacio de 80 cm por encima de la mor-

cJaza un escudo de polvo, envoltura concéntrica por el

cual se hace circular aire para impedir que el polvo

procedente de la carga del horno se concentren en

los dos cables conectados a torno (equipo Secheron)'

Estos mueven todo el electrodo y pueden operarse

por medio de botones de presión manual o de control

automático mediante reóstatos y transformadores para

mantener un arco eléctrico constante de cada elec-

trodo. ltlterruptores de límite superior e inferior evitan

averías por el movimiento excesivo de los electrodos'

La corriente eléctrica se lleva desde los transforma-

dores, rltte transforman de 13.500 voltios a 60-70 vol-

tios, al horno medianle las barras colectoras de cobre

y la compensación se realiza por el arreglo de los con-

ductores flexibles, que van desde las barras colecto-

ras hasta las mordazas delcontacto de los electrodos

(placas cle electrodos), el anillo que sujeta las morda-

zas (coronas), placas de solera, suelen lener refrige-

ración de agua a razón de 15 litros/minutos |f = 8"C)'

l-as barras colectoras, los radiadores del transfor'

marlttr (lleno de aceite) con enfriamiento con aire fil-

track> vale aclarar que el horno es monofásico' con Iplacas cle electrodos y B placas de solera'

3.4 Proceso de fabricación del

carburo de calcio

a) Diagrama del proceso de fabricación

b) Carguío

En los hornos de gran capacidad la mezcla de caly

carbón es introducido mediante:

Dispositivos mediante una carretilla primero para la

cal, luego el carbón y deja en la boca superior del hor'

no o crisol. Y luego el otro obrero (cargador) provisto

de una palana debe ir introduciendo la carga con todo'

cuidado, cubriendo inmediatamente con mezcla reac'

cionante aquellos sitios donde observe pequeñas lla-

mas mientras donde aquellos otros haya una acumu'

lación de mezcla debe remover la masa con una larga

pala (pértiga), casi siernpre se hace el nuevo carguio

después de la colada (cada hora)'

Por lo general, durante la manipulación que sufren

entre los bísculos definidos de mezcla que hay enci-

ma de los homos, se mezclan en grado suficiente para

que no sea necesario equipo mezclador especial"

La ecuación teórica exige las proporciones de 56 par-

tes de CO por 36 partes de C, pero de cuando en

cuando se modifica la composicién de la carga según

la naturaleza y la pureza de las materias primas' la

proporciÓn ideal práctico es 60 partes de cal por 50

partes de carbón vegetal.

En otros homos, elnivelde la carga delhomo, puesto

mediante una tubería alimentadora que va desde el

depósito de almacenamiento colocado encima del

horno, puesto que la única parte de la carga que llega

a la zona de reacción es la que los electrodos la mezcla

tiene que rastrillarse alrededor de éstos para el

reemplazo. En algunos hornos Qerrados no es

necesario rastrillar la mezcla, porque esta se coloca

discretamente en lorma adecuada con la tubería de

alimentación.

c.- Fusión

La fabricación de carburo de calcio es un proceso

electrotérmico donde entra en consideración alefecto

JOULE.

A medida que la carga desciende va adquiriéndolo

la temperatura de fusión de la cal y esta empieza a

reaccionar con el carbón formando carburo' La nece-

s¡dad mantener una temperatura suf icientemente alta

I90

MINTRAIfS INDUSTR INTS DEL P ERU

se manifiesta en el diagrama de temperatura de fu-

sión y composición del sistema CaCr'CaO' Por otro

lado, una temperatura demasiado alta puede causar

la disociación de una parle del carburo en vapor de

calcio y carbono por encima de 2300"C' La tempe-

ratura probable en la zona de reacción es 2000-

22OO"C, pero la reacción puede empezar a 1850"C'

obteniendo una reducción completa del CaO por el C

según el diagrama de Ellinghan es a 2160"C'

En el núcleo del arco eléctrico llega a una tempera-

tura de 2600"C, en los extrenros delelectrodo de2200-

2400"C, y en los laterales cle 1800-200"C, (a 50 cm

del extremo inferior). Cálculos basados en modelos

matemáticos. Porconsiguiente, el buen funcionamien-

to del horno depende de que se mantgnga cierta con-

centración del calor; esta concentración óptima deter-

mina la intensidad de la corriente y el voltaje por lo

diferentes tipos y también de la distancia entre elec-

trodos y del sistema empleado para manejar el horno

(colada).

Normalmente se fabrica el producto de 80-85% de

CaC, si bien en algunos casos se ha obtenido un pro-

ducto con 95% de CaCr.

Si la carga contiene un exceso de cal el horno fun-

ciona muy bien, la cal rebaja el punto de fusión; las

escorias se disuelven, el horno marcha silenciosamen-

te, el carburo resulta de color amarillo pardusco, de

baja calidad.

Pero con objeto de obtener un carburo de mejor ca-

lidad, para evitar el desgaste de los electrodos (que

son caros); entonces elfuncionamiento del horno es

irregular se forma un carburo viscoso. Para normali-

zar la marcha se añade mas cal o carbÓn y se regula

el voltaie. Suponiendo sin embargo, que las materias

primas es de buena calidad. Puede también ocurrir

una reparación de los componentes de la carga'

Fundiendo la calen los electrodos y manteniéndose

suspendido de los electrodos delcarbón, infusible' sin

llegar al foco de la reacción. Cerciorarse esto por la

marcha y agregando cal se puede seleccionar esto'

Con pequeñas densidades de corriente y baia tem-

peratura asl causadas, se presenta inclusiones de car-

buro a medio formar, que se reconocen por la presen-

cia de gránulos negros en la lechada de cal, una vez

descompuesto el CaC, Por el agua'

El CO asciende a través de la carga del horno y la

calienta. La carga debe ser lo bastante porosa para

que el gas escape su presión normal. De otra mane-

ra, la fusión del gas aumenta hasta el punto en que

vence la resistencia y esto origina bufadas en el hor-

no.

Eslas masas de gas violentamente expulsadas, acom-

pañada quizás por una pérdida brusca de calor, que

altera en las condiciones existentes en la zona de reac-

ción. A veces la bufadas son tan violentas, en especial

ni los electrodos no están suficientemente introducidos

en la masa, que por la parte superior del homo es arro-

jado carburo fundido lo cual puede causar graves acci-

dentes en el personal o averías en el equipo. La causa

de ese fenómeno es la presencia en la carga demasia-

do material fino o polvo. A veces es necesario zaran-

dar la materia prima para separa el polvo; si se obser-

va grandes perturbaciones, en funcionamiento del hor-

no.

La reacción química princiPal es:

cuo,",*3c,,, I| cuc,t,l+cotnl

Al-l = 111.08 Kcal

Según el principio de Le Chatelier la reacción es de

izquierda a derecha que es favorecida manteniendo

una elevada temperatura (por ser reacción endotér-

mica) y una mayor presión (menor volumen molar de

los productos), durante el proceso hay que tener pre-

sente lo siguiente:

1. Cuando mas alto es la temperatura del horno,

mas puro será elcarburo obtenido.

2. La temperatura no debe pasar de 2300"C ya

que a esta te.mperatura la disociaciÓn del car-

buro y la volatización delcalcio son muy eleva-

das

3. Se debe mantener en el homo una presión ma-

yor que la atmÓsfera

4. Se puede añadir siempre en pequeño exceso

de cargo ya que de esta manera, por la con-

t9t

INSTITUTO MARIO SAHAHI 3OCCIO

centrac¡ón favorece la reacción hacia la dere-

cha.

Para conseguir determinada temperatura en el hor-

no debe aumentar la densidad de corriente al crecer

la lensión y disminuir si ésta disminuye.

En conclusión, la producción del carburo de calcio

es esencia de un proceso de arco eléctrico, aunque

también desempeñen en él; cierto papel de calefac-

ción de por resislencia.

Por esto la caída de tensión más esencial y elverda-

dero foco de la reacción hay que buscarlos en la zona

de arco que ocupa un espacio de poca altura debajo

del electrodos. Siendo muy importante la temperatura

y la acción de las masas, donde es posible las siguien-

les reacciones:

CaO + 3C: CaC, + CO

CaO+C<---: Ca+CO

y la disociación CaC, €:? Ca +-2c

d) Sangría

El carguío que se efectúa al homo es más o menos

continua, el carburo formado suele recargarse del hor-

no con interminencias.

Las frecuencias de las sangrías. Colada depende delta-

maño del horno (cada media hora en los homos de más de

1 0,000-1 2,000 Kw. y cada hora en los hornos de pequeña

y mediana potencia) y de la cantidad extraída.

En Europa se sangran algunos hornos trifásicos por

medio de tres piqueros o agujeros de colada, uno si-

tuado frente a cada electrodo, pero lo más general es

tener solamente un orificio de colada.

Se emplea elsistema de sangría eléctrico: un peque-

ño electrodo de coloda está conectado por medio de

flexibles y barra colectora al transformador del horno

y se sujeta en un portaelectrodo colocado en un ex-

tremo de una larga pértiga metálica. El electrodo tie-

ne un diámetro de 6cm,€, BOcm. de largo, enrosca-

ble, de 4 Kg. de peso, de material electrografito en lu-

gar de carbón cocido, a fin de que su tamaño sea pe-

queño y con una buena resislencia mecánica. El con-

192

junto electrodo-pértiga se mueve fácilmente para acer-

car a la piquera (boca) de,colada o alejar de ella. Cuan-

do se coloca elextremo delelectrodo sobre elagujero

de colada, se obtiene un pequeño arco eléclrico con

los electrodos del horno. El calor así producido lunde

en unos cuantos minutos el carburo macizo que llena

la piquera y el carburo f undido sale del horno, en ple-

na colada el colador introduce varilla de hierro para

ayudar su salida. El agujero de colada suele abrirse

hasta un diámetro de 20 cm y el carburo líquido se

deja correr durante 5-10 minutos; depende de la flui-

dez del carburo. Para tapar el agujero de colada se

espera que salga una lengua de llama por éste y será

señalque no hay más carburo fundido dentro del hor-

no, y luego se procede a tapar lanzando contra él unas

palanadas de carburo lrío triturado, una barra de me-

tal redondeada en la punta, denominado "sello". En

lugar de este procedimiento, algunas fábricas usan

un tapén cónico enfriado por agua para colada. Un

procedimiento más reciente consiste en hacer f uncio-

nar el electrodo de sangría desde un pequeño trans-

formador separado.

Cuando se tiene eleclrodo de electrografito, se utili-

za barras de hierro, en su defecto gas oxígeno inyec-

tados con tubo de hierro de Yz".

Pero los resultados no son satisfactorios operacional-

mente, ni económicamente, y, mas aún, con el último

se corre el riesgo a explosiones.

En cada colada de hora en hora (ENSA) se obtiene

500-700 kg" de carburo de calcio, vaciándose en lin-

goteros de hierro fundido de capacidad de 100 Kg'

aprox. c/u, para su fácil desplazamiento se encuen-

tran sobre rieles, se ubica cerca de la zona de chan-

cado, después de media hora de enfriamiento se des-

carga con la ayuda de una polea rodante y tecle (1TM)

a un lugaradyacente altriturador, cabe mencionarque

el carburo sale del homo con una temperatura de 1800

- 2000"C, pero por su pequeñísima conductividad tér-

mica se puede verter en los recipientes indicados.

Si la cal está en notable exceso, el carburo resulta

bastante fluido, su solidificación en la lingotera es cón-

cavo; pero la calidad baja. Mientras predomina elcar-

bón, elcarburo es de consistencia pastosa, forma de

solidificación convexa; calidad alta.

MINEX.AI.E INDUSTRIAI.€J DfI PT¡ U

Ahora bien si poco antes de vaciar el crisol se hace

actuar una corriente muy intensa, el carburo se hace

más fluido, no obstante, ni el paso de la corriente es

demasiado grande, el horno desprende gran cantidad

de vapores y el carburo se hace mal conductor, por-

que la elevada temperatura las descompone. A veces

la operación del sangrado es dificultoso por especial-

mente por la alúmina, magnesia, sílice y además, por

la falta de cuidado en la operación. Pues elcarburo se

solidifica en la piquera del horno (boca de colada),

siendo necesario después emplear toda clase de úti-

les para extraer la masa.

e) Gases

Un progreso considerabie, en lo que a esto se refie-

re, fue el cubrir el crisol con una bóveda donde sólo

queda libre para el paso del electrodo y para la carga

(en ENSA bóveda a B0 cm. arriba de la boca delcrisol

o cuba); los gases son aspirados lateralmente, oca-

La composición típica de los gases es la siguiente:

Además en la fabricación de 1TM de CaC, de 85%de pureza, se pierde por la chimenea 121 Kg. de cal y

23K9. de polvillo de coke o carbón que representa de

3.5 a 5.5% de la carga (materia prima). Eltamaño de

las partículas es menor de 10 micras.

La cantidad de gas liberado es de 15,000 piess

(25Nm3) pro tonelada de carburo producido, y su po-

dercalorífico es aproximadamente 300 Btn/pies3 (1670

Kcal/Nm3).

f) Trituración, Cribado y Envasado

Esta es la etapa final de la manufactura del carburode calcio, todos los bloques "panesn descargados de

los ligontes que se encuentran junto a la chancadorade quijada tipo "Blake" se deja de 3 a 6 horas.

Luego de percatarse su enfriamiento se procede a

COMPOSICION CENTESIMAL DE LOS GASES DEL HORNO DE CAHBURO(Aspirador lateralmente a 10 cm. de los electrodos)

MUESTREO DEL GAS CO, co

65.8

t*

H2

10.8

;

cHn

2.8

IN2

9.2

^

a2

2.4

;

OTROS

5.9Junto a la superficie 3.1

A 30 cm. de profundidad 1.0 0.1

ANAL¡SIS OUIMICO DEL POLVILLO OUE SE DESPRENDE DEL HORNOS DE CARBURO

COMPUESTO o//o

CaO 56.68

sio, 4.00

Al2o3 8.00

FerO. 6.00

sionado por un buen tiro por efecto de una chimenea

de B m. de altura. En otras fábricas antes de dejarlo

en libertad a los gases. Son purificados, filtrándolos

en los canales de tiro, o lavándoles en agua a pesar

de todo el polvillo muy fino de cal y carbón no se pue-

de recoger y escapa. La finalidad perseguiUa al aspi-

rar los gases y dependen del homo, es la de utilizar su

fuerza calorífica y de dar mayor confort a los trabaja-

dores.

COMPUESTO of/o

CaSO. 1.6

C 11.4

HrO 0.4

OTROS 11"92

chancarcon la quebrantadora previamente chancado

manualmente en trozos de 5 a B', la descarga es reci-

bido en un elevador de canjilones con una operación

inclinación de 50'y que alimenta a un TrommelScreenque realiza la siguiente clasificación de acuerdo a la

norma British Estándar 642: 1951.

- Gruesos B0 - 12 (generalmente se rechaza)

- Passing. Clasif. 50 - 80 "

r93

INSTITUTO HARIO SAMAHI BOCCIO

- Passing. Clasif. 25 - 50 "

- Passing. Clasif. 25 - 50 "

Finos < 1Smm (pasan a una zaranda vibratoria de 3'

x 6'de donde se obtiene CaC, de la siguiente

- Passing. Clasif. 7 - 15 mm

- Passing. Clasif. 4 -7 mm

- Passing. Clasif. 1 -4 mm

- Passing. Clasif. 14ND

Finos de rechazo POLVO (sirve para madurar fru-

tas). El carburo triturado y tamizado de granulometría

indicada se envasan en unos cilindros (tambores) de

50 Kg. de capacidad, el tambor pesa 2 Kg, tiene 40

cm ,€ y 60 cm. de altura, hechos en la misma fábrica'

Luego el material envasado se guarda en un lugar

f resco, evitando en lo posible el contacto con el agua'

Se tiene de este modo listo para su comercialización

nacional y de importación.

3.5 Análisis de carburo de calcio

Actualmente, casi lodas las fábricas analizan, por

medio de un barómetro, por ser económica y versátil'

En nuestro caso es de fabricación francesa.

La muestra se saca con una varilla de hierro durante

la sangría, de diferentes lingoteras de donde a simple

vista (por práctica) se deduce si la calidad es alta, me-

dia o baja. Por las formas de depositarse en las lingo-

teras, además si la colada es lluida o viscosa (pasto-

sa).

También se deduce su calidad pro la lorma de frac-

tu-ral si se observa gruesos cristales de color amarillo

latón, con irizaciones azules y rojizas, es buena' Di-

cha muestra obtenida se tritura a una granulometría

de 5-10 mm; se pesan 100 gramos y se introduce len-

tamente en un barómetro de acetileno medio lleno de

agua, dejándolo caer del frasco de hojalata a través

deltubo perfectamente ajustado. El gas pasa primero

por f rasco lavador y luego se mide en un contador de

agua (en ensayos). Para hacer la medida indepen-

diente de la inexactitud del contador, se emplea un

barómetro cuya campana se va elevando pro medio

t94

del manubrio, a medida que se desprende el acetile-

no. Como el desprendimiento ocurre bajo cierto gra-

do de vacío, una vez terminado el desprendimiento

se hace que quede el gas a la fusión atmosférica, aten-

diendo a las indicaciones delmanómetro aplicado ala

campa ( Regla: 1 mm/lt. CrHr/RgCr. Entonces se lee

temperatura y altura barométrica, y se deduce el volu'

men realen Lt. De C, HrlKg. CaCr.

Ejemplo:

Lectura regla : 300

Temperatura : 17"C

Presión (altura barométrica ) = 764 mmHg

Factor fl-abla T Y P) = 1.015

Volumen real = 300 x 1 .015 =3.04.5 litros CrHrlKgCaC,

Apréciase elcarburo pro su destino. El carburo co-

mercial especialmente destinado a la producción del

acetileno, debe dar origen a determinada cantidad de

gas, y, éste debe reunir ciertas condiciones referente

al máximo de impurezas perjudiciales y el mínimo del

acetileno.

Las impurezas pasan en parte alacetileno, obte-

nido del carburo como; hidrógeno fosforado (PH.)e

hidróge-rro siliciado y amoniaco. La existencia de

SH, se prueba mecliante una disolución de aceta-

to de plomo, y de fosfina (PH.) por tratamiento de

una disolución clorohÍ-drica de ClrHg (este ensa-

yo debe realizarse después de haber eliminado el

SHr) o por medio de un papel adquiere un color

pardo hasta negro. La determinación cuantitativa

de S y P se hace oxidando con una disolución al-

calina de bromo y determinado luego los ácidos

H2SO1 ó H3PO. formados. La especificación de

Bristsh Standard es:

S, expresado como HrS f 0.15 (volumen).

P, expresado como PH3 [ 0.06 % (volumen)

As, expresado como ASH3 t 0-001 % (volumen)

N, expresado como NH3 t 0.10 % (volumen)

Cuando entra en contacto el CaC, con el HrO, se pro-

duce los acetileno de alta pureza de acuerdo a la reac'

ción:

Cacr+ 2H2o * CrHr+ Ca(OH),

HINTRAIfJ TNDUSTRI,AI.¡s DTt PER.U

AH = -29.80 Kca.

La reacción química es exotérmica, y el volu-

men del acetileno generado es una medida del

carburo en la industrial preferentemente por el

porcentaje de CaCr. Este volumen procede ser

expendido en : Pie.ilb o lt/Kg. en condiciones nor-

males de temperatura y presión especialmente a

60'F (15.55'C) y 30 pulgadas de Hg' (762 mm

Hg) El carburo comercial produce gasá acetileno

de 4.8 pies3/lb (alrededor de 3OO lt/Kg' Equivale

un 80-85% de CaCr.

Teniendo la densidad estándar del gas acetileno

14.38 pies3/lb, la relaciÓn entre "/. CaCrla producción

del gas acetileno a762 mm. Hg. Y 16"C, según Bri-

tish Standar, se ilustra la siguiente tabla:

Pie3/lb LUKg "/" CaC,

5.841 364.8 100.00

5.0 312.2 85.61

4.9 306.0 83.89

4.8 299.7 82.17

4.7 293.5 80.46

4.6 287.3 78.75

4.5 280.9 77.03

4.4 274.8 75.34

4.3 268.s 73.62

4.2 262.3 71.90

4.1 256.1 70.20

4.0 249.8 68.48

Cabe resaltar, que a menor densidad del CaC, y ma-

yor pureza del CaC, y mayor rendimiento gaseoso'

Durante el análisis en el gasógeno la reacciÓn y ge-

neración del gas es más violenta cuanto más alto es

la pureza del CaC, (Eiernplo de 360 lt CrHrlKg CaC,

reacciona en Yz -3').

Finalmente British Standar indica el rendimiento ga-

seoso del carburo de acuerdo a su granulometría a

16"C y 762 mm Hg.

Teóricamente, 1 kg, de CaC, puro debería producir

349 litros de acetileno (a 0'C solo 760 mm Hg) pero

un buen carburo comercialsolo 300 litros (1 6"Cy762

mm Hg). El Hidrógeno actuando sobre CaC, a tem-

peratura inferiores a220O"C produce cantidades no-

tables de C.Hr.

Elcarburo de calcio puro está formado por 62-5"/"y

37 .5%C. El carbu ro comercial contiene ge neralmente

10-18% de ímpurezas, especialmente con exceso de

cal, como a continuación se muestra:

CaC,CaOCaSi

carP,CaSFeSi

clndeterminable

82.30%14.60%0.06%0.13%0.13%0.72"/"

1-2O"/"

0,80%

3.6 Rendimiento de materiales y energía

(batance)

3.6.1 Análisis químico de la carga

de materiales delhomo

Granulometría BENDIMIENTO

Pie3/lb

tolerancia - 5 7o

GASEOSO

LUkg

15 al 120

7 al 15

4 al7

2 al4

1 al2

4.80

4.64

4.42

4.21

3.98

300

290

277

263

248

olo PASTA

COMPUESTO CAL COKE ELECTROOO

Sio" 1.40 2.61 2.80

Fe,O. 0.41 2.-13 1.50

Arp. 0.41 2.06 _____ lj9CaO 92.73 1.13 0.33

MgO 0.70 0,19__-9 i!sq - 0.99 0'25

S - 0.63 o'€P, o" - o.og o'12

r95

INSTITUIO i ': ', SAI'IAHt BOCCIO

M.i/ 0.69 17.75

82.29 14.98 Kcal/TM CaC, =

0.22 0.22

1000 Kg mol-Kg

1TM 64 KgCaC,

b) Consun'to de energía eléctrica

para producción

CaC, de 82.71"/"

= 0.8271(2018.17)

Kw-hTMCaC, (82.71%)

= 1669.23 Kw-h/TM CaC,

c) Consumo de energía eléctrica para

producir 100% de CaC,

Kcal kw - h

c.Í-.lnde.ter:"

C{1,.

J.O. t'

M.v. :

C.F. :

":1000 kg.:

4.30

Dislribución de la carga de

materiales Para oblener 1 TM

de carburo de catcio,

calculados en base al cuadra anlerior

Materia VolátilCarbono fijo.Oxígeno tomado de la almósfera

1TM

( 11 r.oB kcat )

lTdr.s J1735.625 Kcal/TM CaC, /

E-lcalI cokeI Pasta cJe t'

I Camiscta,' I Energía ek

[:,:::::::

J.O.,7" Ratio típico de la fabricación del

carburo delcalcio, para obtener 1 TM

(KsJl TM) (Ks/Kg)

e Eilectrodo

ta tje Acero

Leléctricade electrodo

913.6

574.3

27.4

1.4

3300 kwh/m

23.26

0.9136

0.5743

0.0270

0.0014

3.30 kwM(go.02326

1735.625 t" a"t, t

_201BKw-hTM CAC,

b.l Consideramos gasto E.E- para llevar

de 25"C a temPeratura de fusión Yreducción de la matería Prima:45% delteóríco Parcial

0.45 x 1669.23 = 151.15 Kw - h /TM CaC,

Además:

b.2 Pérdida por radíación, convección,

conductividad, calor sensible de los

gases Y sangría

s94.00 Kw-h/TM CaC,

b.3 Pérdida en los transfonnadoresprimarios

87.62Kw-hlTM CaC,

kw-h

0.860 kcalTM CAC,

Calidad cl; carburo

82.71"/" CaC, (300 lt CrHzlKg CaCr)

Pérdida del C Por la chimenea(58-8/512-6) 100 = 11'47Vo

Pérdida del CaO Por la chimenea *

(1.61547 '2lr 100 = 0'19%. Bajo, por tener Cal y Coke muyfino y horno

bien cargad

3.6.4 Rendimiento energético

Tenemos la reaccíón PrincíPal

CaO + 3C ---> CaC, + CO

Entalpía:- 1515 o -14.1 -26-42

a) Cálculo de consumo de Kcalen 1 TM

OaC,

196

1"

MINERAÍT5 INDU'IRI,AÍT5 DTt PERU

PROCESO KwH OBSERVACIONES

Fusión 2420.38 73.34 Eficiencia del horno

Pérdidas por radiación, convención, conduc-

tividad, calor sensible de los gases y sangría' 534.00 't 8.00

Pérdida en el transformador (bobina primaria

y secundaria) 87.62 2.66

Pérdida por voltaje, transporte desde el

transformador hasta el horno. 198.00 6.00

CONSUMO TOTAL (Práctico) 3300.00 100

CLASIFICAC¡ON DEL CARBURO DE CALCIO DE ACUERDO

AL TAMIZ ITINTEC

GRANULOMETRIA (mm)

Passing Tamiz; Tolerancia 5%

Retenido por el tamiz; Tolerancia 15%

Rendimiento Promedio

litros CrHrll(g CaC, Tolerancia +- 7"/o

r*t-o tCo,.¡o nioroge* tosforado) determinado por el gas acetileno, % en volumen máximo; 006'

b.4 Pérdída por vottaie, conduccíón

secundaria o transporle de la coriente

(barras, tubos , fusibles Y Placas):

198.00 Kw-h/TM CaC,

Total : b + b.1 + b.2 + b-3 + b'4 = 3300

Kw - h/ TM CaC,

Resumen delconsumo de energía eléctrica total para

producir 1 TM de CaC, de calidad B2-i1%-

197

INST¡TUTO MARIO S^HAMg BOGGIO

Obtención de arena limpia

para la fabricación de vidriolng. Luis Goyena Olivera *

llratamiento de los minerales no metálicos sigue siendo un

área que no ha tenido el auge que debería tener en el Perú, y

esperamos que esto se vaya revirtiendo. Svedala tiene su

mayor ingreso proveniente de la producción de equipos para

el tratamiento de minerales no metálicos que de la minería metálica pro-

piamente dicha. Estamos tratando, como corporaciÓn, aquí en el Perú

(en el resto del mundo no es así) de dar una mayor conciencia de los

potenciales que tenemos en esta área-

Los recursos minerales de arena para la fabricación de vidrio pueden

variar desde rocas consolidadas, lales como tegmatitas o cuarcitas, de-

pósitos semiconsolidados de areniscas o arenas no consolidadas. Por lo

tanto, la preparación del materialdeltamaño correcto (la mayor parte de

los granos de arena debe caer en un rango de 125 a 500 micrones)

puede involucrar desde molienda, control del tamaño del producto para

materiales consolidados a una simple clasificación hidráulica de las are-

nas consolidadas, aunque podría requerirse cierta molienda, aún para

estos materiales no consolidados a fin de incrementar una determinada

fracción de tamaño.

Desde el punto de vista de calidad química de la arena, los depósitos

naturates que c¡"rmplen con las diferentes calidades requeridas son muy

escasos, En este sentido, casi siempre se necesita eliminar algún tipo de

impureza, la cual no se logra mediante los siguientes procedimientos

más comunes:

El primero, es un lavado por fricción para la remosión de cobertura

coloreada de fierro recubierta de materialfino consolidado- Esto básica-

mente se aplica en el caso que se trate yacimientos o pozos de arena

que pueden tener cobertura de material ferroso o de otro tipo de materia-

les o de pigmentos que recubren la superficie de los granos de arena'

t9B

+ De Svedala-Fima.

MINERAIfS INDUÍTRru,E5 DfT PTR U

lnvolucra, en la mayoria de los casos, la utilización de

molienda o de chancado o de algún tratamiento de

fricción conminución del material para lograr disten-

der esta superficie que pueda generar ciertos proble-

mas en el tratamiento, sobre todo en la fabricación de

vidrio u otros Procesos.

En el segundo caso la flotación para la remoción de

micas en unidades coloreadas de feldespatos' En este

caso siempre uno de los elementos presentes en la

mayoría de los yacimientos en todo tipo de yacimien-

tos metálicos o no metálicos, son las micas, los felde-

spatos y otros tipos de micas, los cuales para hacer

una limpieza en la arena en su estado natural y poder

obtener un mayor grado de pureza quitando el ele-

mento contaminante por el peso específico que tiene'

se somete siempre a un proceso de flotación'

En el tercer caso, la separación magnética para la

eliminación de minerales residuales fuertes o débil-

mente magnéticos. Este es otro de los métodos' Es

una forma de eliminar algún elemento contaminante

que pueda ser ferroso o que pueda tener un efecto

negativo en la utilización de los minerales de las are-

nas ya sea en la fabricación de vidrios, o en otro tipo

de aplicación, como puede ser las briquetas para al-

tos hornos, para el uso en altas temperaturas, y otras

de las separaciones electrostáticos y para el acabado

del producto final. En el caso este es una aplicación

cuando se quiere tener un producto altamente fino y

altamente puro para aplicaciones especiales muy

específicas o industriales o de otro tipo'

La selección de las técnicas de separación depen-

derá significativamente de la mineralogía del material

inventado, debiendo, por lo tanto, registrarse varios

procesamientos. La presente exposición ilustra los

diagramas que son empleados en los casos de remo-

sión de ciertas imPurezas.

En el caso específico de la producción de arenas

para la fabricación de vidrio. Hay una serie de dístri-

bución sobre los porcentajes que se necesitan para

tener una buena calidad de vidrio' Generalmente' el

óxido de silicio, en este caso, el cuarzo que es elele-

mento principal, debe tener un 99'5% de pureza para

obtener un producto de muy buena calidad, debe te-

ner un óxido mlnimo de 0'16%, que es un porcentaie

muy bajo, el óxido de fierro no debe pasar de 0.23"/"'

y otros elementos como el cromo' calcio, magnesio,

sodio, deben tener un porcentaje muy reducido.

Esto básicamente porque, por cada impureza que

se pueda encontrar en la combinación al momento de

la elaboración del vidrio, puede generar dos cosas:

- Un elemento de mala calidad, donde no sea mane-

jable, no sea manuable y eleve elcosto de producción

al momento de la fabricación delvidrio.

- Que no sea de la calidad adecuada en cuanto a

resistencia, dureza y a la flexibilidad del material.

En el caso, entrando altratamiento en sí, tocando el

tema de flotación, básicamente encontramos una cel-

da de flotación que tiene mucha similitud y es muy "

parecido a las celdas de flotación de minerales metá-

licos, en el caso de cobre, zinc o plomo o plata' Es

una celda de flotación donde entra la mezcla del mi-

neral ya sea con cierta granulogía, donde la mezcla

que entra es dura. En este caso básicamente es para

tratar de flotar los elementos de baja densidad o de

bajo peso específico. En la parte de la columna cen-

tral hay una inyección de aire y en la parte de la base

hay un cursor difusor que genera una uniformización

de toda la mezcla y, obviamente, con los aditivos y

químicos, esto va a generar una espuma muy densa

y en la parte superior van a separarse los elementos

de bajo peso específico y, la arena ya más o menos

limpia, sale por una cámara de descargar por donde

pasará a un posterior lavado.

En el caso del potasio hay dos celdas de flotaciÓn

primaria, dos celdas donde ingresa la mezcla del ma-

terialde la arena con otros elementos contáminantes'

Hay una flotación y una separación primaria de los

elementos de baia densidad. Posteriormente hay una

limpieza con un clasificador en espiral que, en la me-

dida que ese sistema que va girando y va separando

los elementos de mayor peso específico que es la sf-

lice, y esta pasa a una tercera etapa, donde nueva-

mente se separan los residuales que puedan haber'

En ese caso pasa básicamente para el lavado de mi-

neral de potasio.

El caso de la arena es muy similar, salvo que hay

una etapa previa antes de considerar un material fino

t99

lfis;liUTO i'l;\i lt) J;\MAHE BOCCIO

o limpio, (r) ir,:r llay una celda de f lotación donde ingre'

sa el matori¡l ()ontaminado de sílice u otros maleria'

les. Esta ,l !.t rltapa primaria para flotar los elemen-

los de $i r rr¡¡r5iflad. Hay un clasificador intermedio

donde s 'i lriln los elementos más pesados' Hay

una segr ' r' l,' rlotaciÓfi para quitar los residuales y' fi-

nalmenl, ' .-' tln lavado de arena. Este lavador de

arena e.J r;i i¡rte más usamos en el Perú' Por ejemplo'

para la ;; . i.¡rlción de arena para los agregados de

conslrLlr ' lr;le es un elemento muy común que se

usa en i : l()s proyeclos de conslrucción civil' Hay

un clasii:' r:,, i'.ri (l€ arena y un lavador de arena que es

de tipo ti:,1;ii'ii, que es ligeramente diferente al de cla-

silicación cl{) metales pesados, pero que cumple la

misma lrr,lr;iriil: bota un producto bastante uniforme'

baslantr.' irilil) y con alta resistencia a la compresión'

Finalmeittrl. toilemos la cancha de almacenamiento

para su ¡rosterior uso

Hay otros sistemas de flotación' El de celdas conti-

nuas, cit.t.] son dos etapas diferentes' Una primaria

para boi;li ltls elementos ligeros y otra para quitar ele-

mentos r¡rtÍitticos o soluciones que pudiera contener

la are¡lt itl ilt()lnento que se encuentra en estado na-

turai" {,trrti:i:in puede habertratamiento químico' Ob-

viarncrtlrr, r)ste es un proceso más caro, al intervenir

elemeilt()s c¡uímicos.

En rll r;itso cle la arena fina para cristal o vidrio de

alt¿l c,rll¡ltrt.l iilvolucra una mezcla de estos procesos'

Ol¡v'i;ti rlr-ttltc', el mater¡al es más caro, pero las necesi-

darjes ile caliclad en cuanlo a la producción de arena

lo reqliir-l¡'en así. Hay una flotación de metales o ele-

menlos ligeros o livianos, una clasificación de mate-

riales pesados, hay unos acondicionadores antes del

ingreso de soluciones químicas que pueden contami-

nar al mornento de la fabricación del vidrio'

Hay una clistribución típica de una planta de trata-

miento cle arena. Hay varios modelos' Tenemos una

tolva de alimentación primaria, donde el mineral in-

gresa, en esle caso puede ser de una mina' La pro-

ducción de sílice no necesariamente es de depósitos

aluviales o de olro tipo, puede ser de roca intacta don-

de hay que producir voladuras' Si la calidad del mate-

rial lo justifica la operación, obviamente, sígue ade-

lante. En esle caso se lrata de un material grueso'

donde hay una clasificaciÓn primaria en una zaranda'

donde se separan los elementos finos del grueso' arri-

ba de 2 pulgadas' Esto es en realidad variable en un

esquema general. lngresa a una lriluradora primaria

donde hay una reducciÓn primaria del material' Entra

a una zaranda para sacar el material grueso y entrar a

un segundo ciclo de chancado que puede ser una lri-

turadora de cono' Esa mezcla' reducida a menos 1

pasa a un tratamiento de moliendo' Es un esquema

para cualquier tipo de material' Hay elementos que se

pueden quitar dependiendo del material'

Luego de la molienda entra a una clasificación más

fina y el elemento ya clasificado y puro puede pasar a

una pila de almacenamiento. Luego a una clasifica-

ción secundaria y hay una remolienda en caso de ne-

cesidad de material mucho más fino y hay clasifica-

dor de espiral para el caso que se requiera mayor

pureza del material con clasificadores hidráulicos'

Luego otro espiral para un nuevo tratamiento de ele-

mentos pesados y, finalmente, otra pila'

Hay otro tipo de modelo que existe aquí y en Colom-

bia para la fabricaciÓn de arena para vidrio' Hay una

tolva de alimentación, una clasificación primaria del

material. Ya reducido, pasa a una clasificación en es-

piral. Esta mezcla se envía luego a otra zaranda de

clasificación. Hay una serie de clasificaciones inter-

medias para quitar los elementos gruesos y finalmen-

te hay un citrón que separa la arena de otros elemen-

tos.

Otro de los tratamientos de Svedala consiste en una

clasificación primaria que separa o desecha los ele-

mentos contaminantes con la finalidad de no incré-

mentar el costo. No hace tratamiento de chancado o

molienda. Se da en los yacimientos de arena de ta-

maño uniforme. De aquí pasa la arena a unas celdas

de flotación, donde realiza dos etapas de flotación

seguidas para quitartodos los elementos de baja den'

sidad y de ahf pasa a una bomba que enviará alclasi-

ficador en espiral para poder quitar los elementos pe-

sados y, finalmente, a unos tanques de almacenamien:

to antes de Pasar a un secador'

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