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Produccin de cal JUSTIFICACION Hoy en da, la industria moderna
difcilmente podra existir sin el uso de la cal y los materiales
derivados de la piedra caliza. Literalmente se puede decir que casi
todos los objetos que existen en el hogar de los seres humanos, han
requerido el uso de la cal o de la piedra caliza en su fabricacin,
es decir, ya sea como materia prima o como un material necesario
para el proceso de su produccin.
PRINCIPALES APLICACIONES DE LA CAL1.-Industria
Qumica2.-Produccin de Alimentos3.-Usos IndustrialesMiscelneosde la
Cal
4.-Industria Metalrgica
5.-Industria de laConstruccin
COSTOS DE PRODUCCIN DE CAL
FUNDAMENTOS DEL PROCESOLa pulpa de cal hidratada (lechada de
cal) y la caliza se usa para controlar el pH y darle alcalinidad a
las soluciones o pulpas. Cada reactivo tiene una funcin en una
parte especfica de la planta, la caliza se usa para regular el pH y
darle alcalinidad a las soluciones o pulpas y para estabilizar la
solucin, en las reas de molienda y flotacin.
1 silos de almacenamiento 2 sopladores 2 vlvulas rotatorias1
transportadores de arrastre1 molino vertical 2 colectores de polvo2
cajones de descarga del molino de bolas La planta de cal consta de
los siguientes equipos: 2 tanques de apagado de cal1 tanque de
traspaso2 bombas verticales 1 cajn distribuidor 2 tanques de
almacenamiento de lechada de cal 1 tanque de almacenamiento y
distribucin de lechada de cal del rea de moliendaPREPARACIONLa cal
se descarga de los silos de almacenamiento por 01 transportadores
de arrastre que alimentan en paralelo a un molino vertical de bolas
a esto se les adiciona agua de proceso para la preparacin de la
lechada de cal. En el molino vertical es donde se produce la mezcla
de la cal con el agua y obtener la granulometra requerida El
underflow del lime slaker retorna al molino vertical , mientras que
el overflow alimenta a los tanques de apagado de cal, el rebose de
estos tanques alimenta al tanque de traspaso donde se encuentra
instalados 2 bombas verticales que impulsan la lechada de cal con
un porcentaje de solidos de 20% hacia el cajn distribuidor. para
ser repartida alternadamente a dos tanques de almacenamiento de
lechada de cal para distribuirlos a los siguientes anillos de
adicin del proceso.
Diagrama del proceso
CAL Y CALIZA La caliza, es un mineral no metlico formado
principalmente por calcita o carbonato de calcio CaCO3, presenta
dureza Mohs 3, exfoliacin perfecta, color claro y brillo vtreo, es
la roca sedimentara de origen qumico ms abundante del planeta. Se
presenta en la naturaleza junto con algunas impurezas lo cual hace
que se puede clasificar de acuerdo a esas impurezas que en
determinados casos pueden cambiar la caliza a otro tipo de roca.
Segn el contenido de arcillas podemos clasificarla como se ve en la
siguiente Tabla
Tambin puede producirse sustituciones de cal por magnesio,
usualmente cuando esto sucede se da una combinacin de dolomita
(CaMg(CO3)2 )y calcita (CaCO3) que forman la matriz de la roca,
dependiendo de los porcentajes de dolomita y calcita se puede
clasificar la caliza como se ve en la siguiente Tabla .
Las calizas naturales casi nunca son la especie qumica carbonato
de calcio pura, pues le acompaan otros cuerpos como la arcilla,
magnesia, hierro, azufre, lcalis y materias orgnicas, las cuales al
calcinarse, de no volatilizarse, comunican a la cal propiedades que
dependen de la proporcin en que entran a formar parte en la piedra
caliza. La caliza se convierte en cal mediante una reaccin a ms de
900C realizada en hornos que suelen ser rotatorios, segn la
siguiente reaccin: CaCO3 + calor = CO2 + CaO El carbonato de calcio
CaCO3 se descompone, dando dixido de carbono gaseoso CO2 que se
desprende junto con los humos del combustible y el xido de calcio
CaO slido conocido como cal viva. El xido de calcio es un producto
slido, de color blanco, amorfo aparentemente, con un peso especfico
en torno a 3.18 - 3.40, segn sea cocido a baja o alta temperatura,
respectivamente, es una sustancia higroscpica, se clasifica en
cales grasas, magras e hidrulicas.
Cal grasa.
Cal ridas o magras,
Es la que procede de calizas que, aun teniendo menos del 5% de
arcilla, contiene, adems magnesia en proporcin superior al 10%
(dolomitas). Al aadirle agua forman una pasta gris poco trabada,
que se entumece menos y desprende ms calor que la cal grasa. Al
secarse en el aire se reduce a polvo, y en el agua disuelven.
procede de la calcinacin de calizas que contienen ms del 5% de
arcilla; da un producto que rene, adems de las propiedades de la
cal grasa, la de poderse endurecer y consolidar en sitios hmedos y
debajo del agua. Cal hidrulicaLa caliza (CaCO3), en el proceso se
usa como pulpa con 30% de slidos, se adiciona a travs de los
anillos de distribucin a las etapas de molienda (molinos de bolas)
y a la etapa de neutralizacin (reactores de neutralizacin), el uso
de la pulpa de caliza en neutralizacin es para ir acondicionando la
pulpa (y aumentando lentamente el pH) para la adicin de lechada de
cal en el proceso y lograr aumentar el pH desde 3,5 hasta 6,5. La
caliza aparte de brindar un aumento del pH en el proceso, tambin
otorga la capacidad de buffer o tampn, que consiste en darle
alcalinidad a las soluciones (es decir darle la capacidad de
absorber protones H+ sin que vare el pH). Otro punto a considerar
para el uso de la caliza es el tema econmico, ya que la tonelada de
caliza es usualmente 4 a 5 veces menos costosa que la tonelada de
la cal apagada (de donde se obtiene la lechada de cal). La lechada
de cal se agrega en el proceso en las etapas de molienda, en los
chutes de alimentacin de los molinos y de manera opcional a los
cajones de alimentacin de las celdas rougher, en el proceso de
mantener el ph requerido
APAGADO DE LA CAL La lechada de cal es una suspensin de Ca(OH)2,
denominada cal apagada, se prepara normalmente por la mezcla de cal
viva (CaO) con el agua . La lechada consiste de dos fases, una fase
slida de Ca(OH)2 en suspensin y un lquido saturado en Ca(OH)2, con
una concentracin usualmente del orden de 1 gpl de Ca en solucin,
debido a la baja solubilidad de la cal apagada en el agua. Esta
disolucin da como resultado un pH mximo de 12,6 independiente de la
cantidad de Ca(OH)2 slida en suspensin, ya que el pH de la solucin
viene dado slo por la concentracin de iones H+, la cual depende a
su vez de la concentracin de iones OH- en solucin El xido de calcio
reacciona con el agua segn la reaccin exotrmica: CaO + H2O =
Ca(OH)2 + 15.000 caloras 40 + 16 + 1+1+16 = 40+(16+1)*2 56 + 18 =
40+34 74 = 74 De esto deducimos que 56 unidades de CaO + 18
unidades de H2O resultan en 74 unidades de Ca(OH)2 o bien 1 Kg de
CaO + 0,32 Kg de agua, producen 1,32 kilogramos de lechada de cal.
Esta es la cantidad mnima de agua requerida para la reaccin qumica,
as el hidrxido de calcio contiene 75,7% de CaO y 24,3% de agua. El
proceso de adicin de agua al xido de calcio para producir hidrxido
de calcio se conoce como hidratacin de la cal viva. El proceso de
hidratacin de la cal es un proceso de tipo exotrmico, y que genera
una gran cantidad de calor. El proceso de hidratacin cuando se hace
con la cantidad de agua justa se llama hidratacin seca. En este
caso de hidratacin el producto es un polvo seco. Cuando se usa un
exceso de agua en la hidratacin el proceso se llama apagado, en
este caso el producto resultante de la hidratacin tiene la forma de
una lechada. El proceso de apagado normalmente se hace con una gran
cantidad de agua en exceso variando desde 2 a 6 partes de agua por
1 parte de CaO. Aparte de lo ya dicho la formacin de hidrxido de
calcio Ca(OH)2 o cal apagada afecta a la cal pulverizndola y
aumentando considerablemente de volumen aparente. La cal tiene gran
afinidad con el agua a tal punto que absorbe el vapor de agua de la
atmsfera y la de las sustancias orgnicas, produciendo efectos
custicos. El hidrxido de calcio es un cuerpo slido, blanco, amorfo,
polvoriento, soluble en el agua (185kg/m3 a 20C), a la que comunica
un color blanco (agua de cal o lechada), y en mayor cantidad forma
con ella una pasta muy trabada, fluida y untuosa, llamada cal
apagada. La cal apagada en pasta tiene la propiedad de endurecerse
lentamente en el aire, enlazando los cuerpos slidos, por lo cual se
emplea como aglomerante. El factor ms importante que afecta el
proceso de apagado de cal es el rea especfica superficial de
partcula del hidrxido de calcio. Un mayor tamao del rea superficial
especfica de hidratacin, da una mayor superficie para la reaccin,
por lo tanto, una mayor eficiencia de reaccin y menor consumo de
CaO. El rango tpico de la superficie especfica del hidrxido de
calcio est entre 8.000 y 58.000 cm/gr. Los siguientes factores
afectan la eficiencia del apagado por el efecto de la superficie
especfica del hidrxido de calcio, directa o indirectamente. Tipo de
caliza usada en la calcinacin Proceso de calcinacin para producir
CaO Temperatura de Apagado Relacin Agua CaO Grado de agitacin
durante el apagado Viscosidad de la lechada Tiempo de Apagado
Temperatura del agua Apagado areo Proceso de calcinacin Los
parmetros de temperatura y tiempo de retencin deben ser bien
controlados en el proceso de calcinacin de la caliza, porque si no
es as puede generar problemas en las partculas de cal viva
producidas, el problema ms comn es que se pasiva la superficie de
las partculas de la cal viva debido a la formacin de una fina capa
impermeable, esta capa impermeable debe ser retirada mediante una
agitacin vigorosa o reduciendo de tamao las partculas, pero aade
gasto y tiempo extra en el proceso, puede llegar a disminuir hasta
en 50% la capacidad de tratamiento de apagado de cal. Temperatura
de apagadoLa temperatura de apagado es un parmetro importante en el
proceso de apagado de la cal viva ya que si la temperatura es alta
como 98 C o cerca de la temperatura de ebullicin del agua
generaremos puntos hmedos dentro de la masa de cal viva, eso
generar partculas de cal aglomeradas entre si reduciendo
drsticamente su rea superficial especfica. En el proceso de apagado
temperaturas entre 71.7C y 85C son las ms prcticas para una
operacin ptima Relacin agua-cal
La relacin agua cal tambin afecta el tiempo de apagado por
efecto de la temperatura de apagado. Mientras ms alta es la
temperatura del proceso de apagado, ms corto es el tiempo de
apagado. Controlando constantemente la relacin agua cal, el proceso
de apagado no garantiza una temperatura constante. La temperatura
variar de acuerdo a la variacin de la temperatura del agua, la
reactividad de la cal, y la calidad del agua, lo que requiere que
el operador la est frecuentemente ajustando.
Grado de agitacin
El grado de agitacin durante el proceso de apagado tiene impacto
en el producto final. Una agitacin dbil (bajo rpm) da como
resultado temperaturas disparejas, lo que produce en el reactor de
apagado partculas fras y partculas calientes. Las partculas
calientes resultan cuando el apagado se hizo a una temperatura
superior a 100C. Apagar a estas temperaturas da como resultado
cristales hexagonales de gran tamao y una reducida rea superficial,
y aglomeracin de las partculas y las partculas fras dan como
resultados partculas de cal sin hidratar
Viscosidad de la lechada, El aumento de la viscosidad de la
lechada de cal afecta aumentando el tiempo de sedimentacin de la
cal.
El tiempo de apagado, es el tiempo requerido para completar el
proceso de hidratacin. Este tiempo vara de una cal a otra. Una cal
de reactividad media se hidrata completamente en 5 10 minutos. Una
cal de baja reactividad, y con presencia de magnesio se hidrata en
15 30 minutos. Tiempo de apagado,Temperatura del aguaLa temperatura
del agua de apagado tiene gran influencia en el proceso de apagado
y la superficie especfica y del hidratado de las partculas. El agua
fra, no toma contacto con la cal seca en el apagador.Composicin
qumica del agua. La presencia de ciertos productos qumicos en la
composicin del agua de apagado, pueden acelerar a retardar el
proceso de apagado. El agua con alto contenido de slidos disueltos
causan generalmente excesiva espuma, lo que motiva problemas
operacionales. El agua que contiene sobre 500 Mg/litro de sulfatos
o sulfitos son inadecuadas para el proceso de apagado.
