practica caliza

7/28/2019 Practica Caliza

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO

DEL PERÙ

INFORME DE LA PRACTICA PROCESO DE CALCINACIÓN DE LA CALIZA

CATEDRA: TRANSFERENCIA DE MASA Y CALOR (PRÁCTICA)

CATEDRÁTICO: ING. EDGAR CAMPOSANO CHAMBERGO

SEMESTRE: “VII”

INTEGRANTES: ALVARADO POMAYAY SHIRLEY



INFORME DE PRÁCTICA N° 01

PROCESO PIROMETALÚRGICO DE CALCINACIÓN

1. OBJETIVO Conocer el proceso de calcinación aplicado a la piedra caliza, mediante

pruebas de laboratorio con carbonato de calcio.

2. MARCO TEÓRICO

La piedra caliza es un mineral que se encuentra en forma natural en lanaturaleza y que existe prácticamente en todo el mundo.

Su composición química varía grandemente entre los yacimientos de diferentesregiones y también entre yacimientos de este mineral en una misma región.

Por lo tanto, el producto final para cada depósito de un yacimiento natural serádiferente.

Para que una caliza sea calificada cómo conveniente para un proceso decalcinación, debe contener como mínimo un 50 % de carbonato de calcio.

En general, toda piedra caliza contiene una mezcla de minerales, tales como

CaCO3, MgCO3, CaO, Hierro, Sílice, Alúmina y rastros de otros componentes

Revisar el efecto de todos estos componentes en la conversión de la PiedraCaliza en Cal Viva, está más allá del alcance de este “paper”, sin embargo nos

concentraremos en el mineral principal, - el CaCO3 -.

1) PIEDRA CALIZA NATURAL

A) Impurezas:

Cómo dijimos más arriba, las impurezas en la caliza, afectan la calidadde la Cal Viva final. Típicamente la Cal Viva está compuesta por lossiguientes minerales

Carbonato de Calcio Carbonato de Magnesio Sílice



Alúmina Fierro Azufre y trazas de otros minerales

De los minerales enumerados más arriba, sólo el Carbonato de Calcio y elCarbonato de Magnesio son interesantes. Estos dos mineralesconstituyen el 85 al 90 % del total de la composición de la piedra caliza.

Dos tipos de cal se producen tratando estas piedras calizas, Cal Cálcica y Cal Magnésica

La Piedra Caliza con alto contenido de Calcio, cuando se calcina, tieneentre un 90 y 95% de CaO y un 1 y 2% de MgO.

La Piedra Caliza Magnésica cuando se calcina tiene entre un 60 y 65 %de CaO y un 35 a 40% de MgO. Este tipo de caliza es llamada piedracaliza dolomítica. Nosotros limitaremos nuestra discusión en este“paper” a la Piedra Caliza Cálcica

B) Estructura Cristalina de la RocaLa estructura del cristal afecta el grado de la calcinación y laresistencia interna de la Piedra Caliza también determinan el tamaño delcristal de CaO.

Los cristales pequeños coagulan durante la calcinación, formandocristales más grandes, esto causa una contracción y reducción delvolumen.

A mayor temperatura del horno, mayor coagulación, por lo tanto unmayor contracción del volumen.

C) Densidad de la Piedra Caliza y Estructura del CristalLa densidad de la Piedra Caliza y la Estructura Cristalina están en alguna

forma correlacionada.La forma del cristal determina los espacios entre cristales, y esto ladensidad de la piedra caliza.



Grandes espacios, permitirán alcanzar un gran paso de los gases de CO2durante la calcinación, pero esto también resultará en una reducción delvolumen durante la calcinación.

Algunas piedras calizas, debido a su estructura cristalina, se desaceran

en el proceso de calcinación. Este tipo de piedra caliza no tiene ningúnvalor para el proceso de calcinación.

Otras piedras calizas actuarán al contrario y llegarán a ser tan densasdurante la calcinación que ellos impedirán el escape de CO2 y llegarán aser no porosas. También, este tipo de piedra caliza no es convenientepara el proceso de calcinación.

2) PROCESO DE CALCINACIÓN

A) Temperatura del Horno Calcinador

La temperatura actual requerida para calcinación es deaproximadamente 900 ºC, sin embargo, en la práctica encontramos quela temperatura es mucho mayor, alrededor de los 1350 ºC.

La determinación de la temperatura correcta en el horno calcinador, es

hoy más un arte que una ciencia, y esta dependerá del tamaño de lapiedra caliza, del tipo de horno y el tipo de combustible usado.

El Operador del horno calcinador debe experimentar para determinar latemperatura exacta necesaria, para el tamaño de la piedra caliza que seutiliza.

En general, es mucho mejor usar una temperatura baja con el menortiempo de residencia posible, para lograr la calcinación completa. Una

temperatura alta de calcinación causara un alto encogimiento y unareducción del volumen de la cal.

Una alta temperatura, causará también una re-carbonatación en lasuperficie de la cal en guijarros, la que en presencia de CO2 del



ambiente interior del horno calcinador, hará que la cal no sea porosa, loque no es conveniente para la hidratación.

B) Relación de Incremento de la TemperaturaEl aumento de la temperatura debe ser gradual y uniforme. Esto es

particularmente importante cuando se usan guijarros de piedra caliza deun tamaño grande (4” a 6”).

Cuando se calcina piedra caliza de este tamaño, la piedra caliza quedaráporosa durante el proceso. Mientras la temperatura se incrementa, lacapa exterior de la piedra caliza es calentada a la temperatura dedisociación, donde el CO2 escapará desde la piedra, formando a susalida pasajes capilares, lo que hace que la cal sea porosa.

A medida que el gas escapa, la piedra caliza disminuye su volumen poruna cantidad de 40 %. Esta disminución en volumen restringe el paso delgas desde el centro de la piedra, impidiendo que el gas escape.

Si se incrementa el tiempo de residencia, se combinará el CaO con elCO2 que escapa de la piedra caliza y que permanece en el ambiente delhorno, formando CaCO3 (re-carbonatación) a temperaturas elevadassobre 1350 ºC.

Una buena práctica, es usar piedra caliza que tengan un tamaño entre 1

½” y 2”, en los hornos rotatorios. Este tamaño de piedra caliza, tendráun calentamiento rápido, un corto tiempo de residencia y una mínimacantidad de centros no calcinados.

En conclusión, Los tamaños pequeños de piedra caliza (1 ½” y 2”), son mas

conveniente para la calcinación en hornos rotatorios y permiten untiempo más corto de residencia.

Esta menor temperatura de calcinación, permite también un menor

consumo de combustible. Sin embargo, para hornos verticales de un soloeje y de múltiples ejes, se necesitan tamaños más grandes de piedracaliza y una baja temperatura de calcinación.

Si el incremento de temperatura es muy rápido, la capa exterior de lospedazos de la piedra caliza se calcinaran muy rápidamente. Con elincremento rápido de la temperatura, la superficie de los pedazos de



piedra caliza se encogerá, cerrando los poros creados por el escape deCO2.

Lo anterior dará como resultado, el incremento de la presión interna dela piedra de caliza. Entonces al no poder escapar el CO2 del interior de

la piedra caliza, dará como resultado una explosión de la piedra caliza ysu desintegración, lo que se traduce en una reducción de la calidad delóxido de calcio CaO.

C) Tiempo de Retención en el HornoEl tiempo de retención en un horno, depende del tamaño de la piedracaliza y de la temperatura de calcinación. Lo más crítico es el tamaño dela piedra caliza.

Cuando la piedra caliza entra a los hornos, es expuesta a los gasescaliente dentro del horno. La relación de penetración del calor a lapiedra caliza está basada en el ΔT (Temperatura de la Piedra v/s la

Temperatura de los Gases). Además del ΔT, hay que considerar el

tiempo que toma el calor para penetrar la piedra caliza. Mientras menorsea el tamaño de la piedra, más corto será el tiempo de penetración delcalor. En el caso de piedra caliza pulverizada o en polvo, este tiempo sereduce a menos de un minuto.

Si el tiempo de retención es muy corto, el centro de la piedra caliza semantendrá como Carbonato de Calcio (CaCO3), mientras las capasexteriores se convertirán en óxido de calcio (CaO).

Si el tiempo de retención es muy largo, la superficie de las piedras seencogerán y los poros creados por el escape del CO2 se cerrarán,causando una superficie impermeable, este tipo de piedra caliza esllamada Cal “Hard Burned” (Cal Quemada) ó Dead Burned (Cal muerta).

Esta cal no se transforma en lechada de cal en los slaker Standard.Además, que un largo tiempo de retención produce una disminución de laproducción y altos costo de manufactura.

D) Concentración de CO2 en el HornoA medida que el CO2 escapa del interior de la piedra caliza durante elproceso de calcinación, la concentración de CO2 se incrementa en laatmósfera interior del horno.



Para el proceso propio de calcinación es necesario ventear o extraer elCO2 en forma continua. Si el CO2 no es venteado ó extraído, lacombinación de una alta concentración de CO2 con una alta temperaturade calcinación producirá una re carbonatación del CaO (En la superficie

de las piedras) y se convertirá nuevamente en CaCO3.Además, el CO2 y el CO reaccionarán con las impurezas de la piedracaliza, impurezas que son parte de los componentes inertes de la piedracaliza.

E) Tamaño físico de la Piedra Caliza por tipo de horno

Dependiendo del tipo de horno que se utilizará para la calcinación de la

piedra caliza, el tamaño de la piedra que se cargará será diferente.Horno Vertical.

En este tipo de horno la piedra caliza se mueve hacia abajo, y los gasescalientes hacia arriba a través de la piedra caliza, por esto la piedracaliza debe ser grande para proporcionar las cavidades suficientes paraque el aire caliente suba a través de la piedra en el horno.

Este tipo de horno usa piedra caliza con un tamaño usualmente entre 5”

y 8”. En los hornos verticales el incremento de temperatura debe serlento y por lo tanto el tiempo de residencia es alto.

La temperatura típica de funcionamiento de operación de estos hornosestá entre los 900 y 1000 ºC.

Nota: Las temperaturas dadas en este paper, son aproximadas, y existe

una gran variación de estas Temperaturas en la Industria.

Los Hornos verticales son eficientes en el uso del combustible, pero

están limitados por su capacidad.Horno Horizontal.

En los hornos de tipo vertical, el cuerpo del horno gira (rota),permitiendo que la piedra caliza, ruede y exponga toda su superficie alos gases calientes.



El tamaño típico de piedra caliza a usar en este tipo de horno está entre1 ½” y 2”. Siendo el tamaño ideal para este tipo de horno, una piedra

caliza entre ½” y ¾”.

La uniformidad del tamaño de la piedra caliza es lo más importante para

el proceso de calcinación uniforme, pero desde un punto de vistapráctico, el tamaño pequeño es caro, debido a los múltiples harneadosrequeridos.

Los tamaños pequeños de piedra caliza tales como ¼” y menos con un

cierto porcentaje de finos en un horno vertical, estos, tenderían adepositarse sobre la masa, reduciendo la exposición de las partículas alos gases calientes. Este proceso dará como resultado una exposicióndesigual a los gases calientes, reduciendo la calidad de la cal viva.

En los Hornos verticales la presencia de piedra caliza en polvo,bloqueará los espacios entre las piedras, esto interfiere con el paso delos gases calientes y por lo tanto la transferencia de calor, causando unacalcinación desigual.

Además las partículas pequeñas de piedra caliza, menos de 1/8” tienden

a desintegrarse, generando polvo el que debe ser removido por uncolector de polvo.

F) Tipo de Combustible UsadoLa mayor cantidad de las calcinadoras usan como combustible petróleo,carbón ó gas natural.

Típicamente un horno del tipo vertical usa como combustible petróleo ógas natural y los hornos de tipo horizontal usan carbón.

Sin embargo, los diferentes tipo de horno pueden usar cualquiera de loscombustibles mencionados. El carbón generalmente es pulverizado e

inyectado a la cámara de combustión.Tanto el petróleo como el carbón contienen cierto porcentaje de Azufreo compuestos de Azufre. Estos varían entre 0.5 % y 3 %.

A una temperatura apropiada el Azufre se combina con el CaO,produciendo Sulfuro de Calcio ó Sulfato de Calcio.



Esto sucede generalmente en la superficie de los guijarros de CaO yproducen entonces de que estos guijarros de CaO no sean porosos. Porlo tanto estos guijarros no son apropiados para el proceso de apagado.

Además, el alto porcentaje de ceniza en el carbón dará como resultado

acumulaciones de ceniza en los refractarios del horno, interfiriendo conel flujo de la piedra caliza dentro del horno.

El horno deberá ser periódicamente enfriado y la ceniza depositada enlos refractarios retirada manualmente, lo que es un alto costo deoperación.

El gas natural es el combustible más limpio y es el más usado en loshornos verticales. Para calcinar piedra caliza y obtener cal de grado

alimento, el gas natural debe ser el combustible elegido.G) Pre-Calentamiento y Enfriado

La calcinación de la Piedra Caliza es de un intenso consumo decombustible y las cantidades a usar en el proceso son grandes. La mayorparte del desecho de energía viene de la descarga de los gases delhorno. Para mejorar la eficiencia del consumo de combustible, laindustria ha ideado los siguientes procesos:

Los gases calientes de salida son usados para pre calentar la

piedra caliza antes de entrar al horno. Esto no solorecupera una parte sustancial del calor de los gases desalida (escape), sino que reduce también el tiempo deresidencia dentro del horno, reduciendo el tamaño delhorno.

Cuando la Piedra Caliza ha sido calcinada y sale del horno,esta al rojo vivo y con una temperatura de alrededor de1200 ºC. Esto representa una sustancial fuente de calor.Para recuperar parte de este calor, el aire fresco decombustión se usa para enfriar la Cal Viva, dando como

resultado aire fresco caliente el que es alimentado dentrodel horno. Este aire calentado mejora la eficiencia delconsumo del combustible por la recuperación de parte delcalor de desecho.

La calcinación de la piedra caliza es hecho en una formacontinua, evitando así el calentamiento y enfriamiento delhorno calcinador. Esta calcinación continua reduce el



consumo de combustible y minimiza la degradación de laslíneas refractarias del horno calcinador.

3. MATERIALES Y EQUIPOS Mufla Balanza Crisoles de arcilla Espátulas Cronómetro

2 vasos de precipitaciónde 100 ml

Luna de reloj Carbonato de calcio

4. PROCEDIMIENTO Acondicione la mufla previamente a 900°C

Identifique y registre el peso del crisol a utilizar (Wcrisol)

Pese 10g de carbonato de calcio dentro del crisol (Wcrisol+mineral)



Introduzca el crisol en la mufla y manténgalo a 900°C durante 40minutos, registre las temperaturas cada 5 min de la mufla.

Después de transcurridos los 40 minutos, deje enfriar los crisoles porespacio de 1 hora



Registre el peso del crisol después de la calcinación (W crisol+mineral).

En un vaso de precipitación echar un poquito de este mineral calcinado(CaO) con agua y observar que es lo que sucede.

5. RESULTADOSTabla 1.- Registro de temperaturas vs. Tiempo

Tiempo (minutos) T°C mufla0 8775 893

10 89815 90020 90025 90030 90035 90040 900



Tabla 2.- Balance de masas

Crisol N°

Pesos

VacíoCon CaCO3antes delproceso

Con CaOdespués del

proceso

Cao

Obtenido Teórico

1 90.2g 100.2 95.1g2(mineral) 10g - - 4.9g 5.6

3 94.5g 104,5g 99.9g4(mineral) 10g 5.4g 5.6

5 99.7g 109.7g 106.1g6(mineral) 10g 6.4g 5.6

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS En función de los resultados obtenidos y a la teoría conocida discuta si

la reacción fue completa al 100%.No se pudo determinar con exactitud debido a la falta de materiales.Se observó que el primer crisol con Cao no se calcinó bien, presentaba en lasuperficie un color blanco, pero cuando se desmenuzó se vio un colorplomizo producto de las impurezas que aun quedaban sin calcinar, es por esoque se elevó la temperatura a 1000°C, porque se supuso que la temperaturateórica no era suficiente para eliminar las impurezas de este mineral, yaque era una caliza impura y por lo tanto necesitaba mayor temperatura paracalcinarse por completo.Después de 15 min después de haberlo calcinado a 1000°C se obtuvo CaOmuy blanco que probablemente aun haya guardado impurezas.

Si fuera el caso, porque cree Ud. que no reaccionó todo el carbonatode calcio, si la temperatura era óptima y considerando que el tiempo deresidencia en la mufla fue en exceso suficiente. -Por la composición química y las propiedades de la caliza, es decirdependen de la naturaleza y cantidad de las impurezas de la

piedra original.-Porque la presencia de un 5% o más de materia silícea en unacaliza puede ser perjudicial para el rendimiento en la fabricaciónde cal y para la calidad de cal producida.



De acuerdo a la teoría expuesta que tipo de cal (CaO) hemos obtenido,se produjo sinterización de las partículas.Sí hubo sinterización, las partículas de Cao se aglomeraron en pequeñosgrumos blancos (sinter)

7. CONCLUSIONES La temperatura de calcinación teórica no es siempre igual a la temperatura

a la que se debe calcinar en la práctica ya que todo depende de la pureza dela caliza, y depende también del grado de pureza de CaO que queremosobtener para el determinado uso que se le quiere dar.

El rendimiento de la calcinación depende también de la forma y deltamaño de la caliza.

Al final de la calcinación, siempre quedan partículas de carbonatos de

calcio o de magnesio que no se descompusieron; si esta cantidad departículas es muy grande, la cual será pobre o un producto con poca caldisponible; a esta cantidad se le llama pérdida al fuego del producto

La reacción que se produce del CaO con el agua es exotérmica, es decirlibera calor, es por eso que cuando se produce CaO para comercializarlas,es necesario tomar algunas precauciones para prevenir al “Apagado Aéreo”.

8. BIBLIOGRAFÍA http://www.buenastareas.com/ensayos/Calcinacion-De-

Caliza/1619034.html http://www.docentes.utonet.edu.bo/cvelascoh/wp-content/uploads/Calcinacion.pdf

9. ANEXOS

http://www.buenastareas.com/ensayos/Calcinacion-De-Caliza/1619034.html





http://www.docentes.utonet.edu.bo/cvelascoh/wp-content/uploads/Calcinacion.pdf






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