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Análisis elemental del cemento Control de calidad del cemento: desde la trituración/molienda hasta el análisis elemental

Para producir un cemento de alta calidad, es preciso determinar la composición mineralógica y química de las materias primas, así como de los productos intermedios y acabados. En cada etapa de la producción se deben tomar, procesar y analizar muestras para garantizar un control de calidad sin fisuras.

RETSCH ofrece una gama de instrumentos adecuados para la preparación de muestras durante todo el proceso de producción, desde la extracción de las materias primas hasta el producto final. El proceso típico de preparación de muestras incluye la trituración previa, la división de la muestra y la trituración fina antes de que la muestra pueda someterse a análisis adicionales.

Los analizadores elementales que utilizan la tecnología de combustión son ideales para la determinación rápida, exacta y fiable del contenido de carbono y azufre en el cemento. Los analizadores elementales de ELTRA miden las concentraciones de carbono y azufre desde los niveles de ppm hasta el 100%.

División de muestras

Una vez realizada la trituración previa, el material ha de dividirse aún más para obtener una fracción representativa de la muestra. La composición cualitativa de la fracción de muestra debe corresponder lo más posible a la calidad de la muestra original. El número y la cantidad de las fracciones de muestra que deben tomarse dependen de la cantidad total, de su homogeneidad y del tamaño de grano máximo que contiene. El muestreo aleatorio no es aconsejable debido a la elevada tasa de error, de alrededor del 20%. La tasa de error puede reducirse hasta el 0,5% utilizando un divisor de muestras como el divisor de muestras PT 100 o el divisor de tubo rotativo PT 200 de RETSCH. La alimentación automática del material mediante un alimentador sincronizado permite un manejo sencillo y garantiza resultados reproducibles. Los divisores admiten granulometrías de entrada de hasta 10 mm y dividen la muestra en 1-3 ó 6-10 fracciones representativas de la muestra conforme a DIN 51 701.

Molienda fina

Ahora la fracción de la muestra puede molerse a tamaños de 100 μm y menores, ya sea en un molino de bolas o en un molino de discos vibratorio como el RS 200 de RETSCH. Este molino se utiliza normalmente para la preparación de muestras para el análisis XRF y proporciona tamaños de molienda de hasta 100 μm y menores en tan solo 30 a 40 segundos. Los resultados de molienda del RS 200 son altamente reproducibles. La muestra pulverizada puede analizarse ahora mediante fluorescencia de rayos X (FRX) o análisis elemental. Un granulado sólido y de alta calidad es un requisito indispensable para un análisis XRF fiable y significativo.

Con la PP 40, RETSCH ofrece una prensa peletizadora que produce comprimidos resistentes con una superficie lisa.

Determinación del tamaño de las partículas

RETSCH también ofrece una amplia gama de equipos de tamizado que cubren un rango de tamaños de 10 μm a 125 mm, con diversos movimientos de tamizado. En el tamizado vibratorio, la muestra se somete a un movimiento 3D, es decir, un movimiento circular se superpone al movimiento de proyección vertical. Gracias a este movimiento combinado, el material de la muestra se distribuye uniformemente por toda la superficie del tamiz.

Para el tamizado de sustancias en polvo que tienden a aglomerarse, un movimiento 3D no es conveniente. Por ello, RETSCH ha desarrollado la tamizadora a chorro de aire AS 200 para tamizar polvos aglomerantes en un rango de tamaños de 10 μm a 4 mm. El material situado sobre el tamiz se mueve mediante un chorro de aire giratorio: un aspirador que está conectado a la tamizadora genera un vacío dentro de la cámara de tamizado y aspira aire fresco a través de una boquilla de rendija giratoria. Al pasar por la estrecha rendija de la boquilla, el chorro de aire se acelera y es impulsado contra la malla del tamiz, dispersando las partículas. Por encima de la malla, el chorro de aire se distribuye por toda la superficie del tamiz y se aspira a baja velocidad a través de la malla del tamiz. De este modo, las partículas más finas se transportan a través de las aberturas de la malla al aspirador u, opcionalmente, a un ciclón.

RETSCH también ofrece el software EasySieve® para una evaluación y documentación sencillas de los resultados.

Medición de las concentraciones de carbono y azufre

La determinación fiable del contenido de carbono y azufre en el cemento es una parte esencial del proceso de control de calidad. Si el contenido de azufre es demasiado alto, el cemento podría ser destruido como resultado de la reacción química del ácido sulfúrico. El contenido de carbono suele certificarse como CO2 y el de azufre como SO3. En general, los analizadores elementales queman la muestra y miden los gases liberados. Las muestras inorgánicas con un bajo contenido de carbono y azufre, como el cemento, suelen incinerarse en un horno de inducción a temperaturas de hasta 2.200°C. La tabla 1 muestra los resultados típicos de las concentraciones de CO2 y SO3 en una muestra de cemento y también en madera y carbón, que se utilizan como combustibles en muchas fábricas de cemento.

Los resultados se obtuvieron con el analizador CS-i de ELTRA, con desviaciones típicas muy bajas. El sistema funciona de forma fiable y rápida, con un tiempo de medición típico de solo 60 a 120 segundos.

Valores analíticos de 10 mediciones de cemento, madera y carbón
Valores analíticos de 10 mediciones de cemento, madera y carbón

Combustibles secundarios

Un número cada vez mayor de fábricas de cemento no solo utilizan combustibles fósiles para el proceso de combustión del clínker de cemento, sino también combustibles secundarios. Los combustibles secundarios se componen de residuos procedentes de una amplia gama de áreas de fabricación y producción o de residuos con un alto poder calorífico que suelen obtenerse a partir de residuos heterogéneos. Estos combustibles secundarios deben cumplir todos los requisitos de los combustibles primarios en cuanto a calidad del producto y seguridad medioambiental. Por lo tanto, deben prepararse y analizarse de la misma manera y, además, debe analizarse su poder calorífico bruto para garantizar un proceso de combustión estable y reproducible.

Preparación y análisis de muestras

Como los combustibles secundarios suelen ser materiales blandos y elásticos, la trituración previa debe efectuarse con fuerzas de corte y cizallamiento como las que se aplican en los molinos de corte. En este caso, debe seguirse el mismo procedimiento de trituración que para los materiales duros y frágiles: corte previo seguido de división de la muestra y molienda fina. Dado que los combustibles secundarios suelen ser muy heterogéneos, el proceso de muestreo se hace imprescindible para obtener resultados analíticos correctos. El molino de corte para trabajos pesados SM 300 de RETSCH procesa sin problemas materiales de muestra no homogéneos con diferentes propiedades de fractura y su manejo es especialmente seguro. Está disponible con herramientas de molienda libres de metales pesados para preparar muestras para un análisis neutral, lo que lo hace ideal para el procesamiento de combustibles secundarios. Con los tres rotores de corte intercambiables y su accionamiento de alta potencia, las piezas textiles y de cuero, los tapones de plástico y las latas de metal dúctil se cortan con la misma eficacia que la chatarra electrónica abrasiva y las piezas no metálicas de desguace de automóviles. Este mecanismo de corte tiene sus límites, ya que las piezas de acero y hierro deberían ser separadas por un separador magnético antes del proceso de corte. La finura final se determina principalmente mediante tamices de fondo intercambiable con aberturas de malla definidas. Dependiendo del material de la muestra, pueden alcanzarse tamaños finales de partícula < 2 mm. Un ciclón aumenta el caudal de material y ayuda a disipar el calor de la molienda. Para la molienda fina hasta 200 μm, el molino ultracentrífugo ZM 200 de RETSCH es la herramienta ideal. La molienda es extremadamente rápida y, gracias al sistema patentado de cajetín, es muy fácil de limpiar, lo que permite un alto procesamiento de muestras. De nuevo, el tamaño de la muestra se determina mediante un tamiz intercambiable. La experiencia indica que una abertura de malla de 0,5 o 1 mm es totalmente adecuada para obtener la finura analítica. Los materiales muy elásticos, como el caucho, deben fragilizarse con nitrógeno líquido antes del corte previo y la molienda final para evitar que la muestra se derrita.

Debido a su diferente comportamiento de combustión (en comparación con el material inorgánico), los combustibles secundarios no pueden procesarse en un horno de inducción. La opción más adecuada es la medición con un horno de resistencia a una temperatura de 1.300°C. Dado que las cementeras utilizan diferentes tipos de combustibles con distintos poderes caloríficos, es esencial medir el contenido de carbono como indicador perfecto del poder calorífico de un material. El azufre, por su parte, es un parámetro importante para procesar la desulfuración de los gases de combustión. Mientras que el carbón tiene un contenido de azufre bastante elevado, que puede llegar al 5%, en el caso de los combustibles secundarios, como la madera o la biomasa, se sitúa solo en torno al 0,02%. Los analizadores elementales de ELTRA permiten examinar de forma precisa y fiable muestras con contenidos muy variables de azufre.

Muestras de combustibles secundarios
Muestras de combustibles secundarios

Resumen

El control de calidad es un aspecto importante en la producción del cemento. Una parte fundamental es la preparación de muestras, ya que solo un procesamiento representativo y reproducible del material de muestra garantiza unos resultados de análisis fiables y significativos. Retsch ofrece una gama de instrumentos para dividir, triturar, moler y dimensionar todos los materiales que intervienen en el proceso de producción del cemento, incluidos los combustibles secundarios. Para garantizar la correcta elección del instrumento para cada material de muestra, Retsch ofrece realizar pruebas de muestras gratuitas en laboratorios de aplicación en todo el mundo. Los analizadores elementales basados en la tecnología de combustión son un complemento útil del análisis por FRX para el control de calidad del cemento y productos afines, ya que garantizan una determinación rápida, precisa y fiable del carbono y el azufre. Con su oferta de analizadores que utilizan hornos de resistencia, inducción o ambos, ELTRA cubre una amplia gama de aplicaciones para la determinación de C y S en muestras orgánicas e inorgánicas. La gama de productos se adapta perfectamente a la variedad de aplicaciones analíticas de una fábrica de cemento.

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Analizadores Elementales


ELTRA ofrece analizadores elementales para una amplia gama de materiales sólidos.


Nuestro equipo de expertos le asesorará con mucho gusto sobre su aplicación y sobre nuestra gama de productos.