Cemento, Cal y Yeso

Las fábricas de la industria del cemento, cal y yeso generan principalmente productos en forma de polvo que con la adición de agua son modelables y, tras un tiempo de reacción dado, endurecen. Para la obtención de los productos son necesarias las siguientes etapas de fabricación: Preparación: transporte, trituración, dosificación de materiales suplementarios, almacenamiento, preparación de las materias primas;

 Cocción;

 Almacenamiento y trituración de los productos calcinados;

 Aportación de aditivos: p. ej. yeso al cemento o agua a la cal;

 Embalaje y envío.

En la industria del cemento se siguen básicamente dos métodos de producción, llamados método húmedo y método seco, para preparar y cocer la materia prima, formada generalmente por una mezcla de piedra caliza y arcilla en la proporción aproximada de 4:1.

En el método húmedo la materia prima se muele con adición de agua hasta formar un lodo que contiene 35 – 40 % de agua. Durante la cocción el agua se evapora. La cantidad de energía requerida viene a ser un 100 % mayor que en el método seco. Por razón del proceso, en el método húmedo la cantidad específica de gas de escape es también mayor. No se fabrican hornos nuevos para el método húmedo, salvo para condiciones extremas de la materia prima. Las instalaciones antiguas son reconvertidas en creciente medida al proceso en seco, con el que se ahorra energía.

En el método seco la materia prima se tritura al tiempo que se seca, en el método a contracorriente se precalienta en un llamado intercambiador térmico por medio de los gases calientes que salen del horno y se cuece normalmente en un horno tubular giratorio a la temperatura de aglomeración requerida de unos 1400 C. Algunas instalaciones modernas poseen capacidades superiores a 5000 t/día, mientras que la capacidad en los hornos húmedos pocas veces supera las 1000 t/día. Los hornos de cuba sólo se utilizan aisladamente en casos especiales por razones del mercado o de la materia prima. Su rendimiento suele ser inferior a 200 t/día.

En la industria de la cal, para la cocción de la piedra caliza se utilizan hornos de cuba y giratorios. La temperatura de cocción es de 850 – 1000 C. A veces se aplican también métodos basados en hornos anulares o de cuba análogos de diseño propio. Las capacidades de las instalaciones de hornos para cal son menores que las de la industria del cemento, superando pocas veces las 1000 t/día. En algunos países se encuentran frecuentemente pequeños fabricantes que producen cal con hornos de cuba sencillos de pocas toneladas anuales de rendimiento.

El yeso se deshidrata parcialmente a temperaturas que van desde 200°C hasta un máximo de 300 C, transformándose de dihidrato en el llamado semihidrato. Para la cocción se utilizan hornos giratorios de flujo continuo, molinos de calcinación o calcinadores y digestores. Las capacidades de las fábricas de yeso modernas oscilan entre 600 y 1100 t/día. A veces las instalaciones son de capacidad relativamente pequeña.

En casi todos los yacimientos se encuentra anhidrita asociada con yeso. La anhidrita es una forma anhidra de sulfato cálcico (CaSO4) que, una vez desmenuzado y clasificado, se utiliza a veces como aglomerante rápidosin tratamiento térmico previo.

Impactos ambientales y medidas de protección

Aire

 Gases de escape/gases de combustión

Durante la extracción y trituración de las materias primas del cemento, cal y yeso (principalmente piedra caliza, yeso y anhidrita), realizadas normalmente en canteras, no se producen gases de escape.

Las materias primas del cemento se suelen secar al mismo tiempo de su preparación y molienda, por lo que la humedad presente se desprende en forma de vapor de agua inocuo. Durante la cocción de las materias primas, u obtención del cemento, tiene lugar, por desprendimiento del dióxido de carbono (CO₂) contenido en la piedra caliza, la transformación de carbonato cálcico en óxido cálcico. Así pues, las emisiones gaseosas de la cocción están formadas por el CO₂ de la descarbonatación, los gases de escape de los combustibles y también vapor de agua en pequeña cantidad. En el gas desprendido pueden aparecer también compuestos de azufre (generalmente en forma de SO₂) y óxidos de nitrógeno (NO_x). Las emisiones de vapor y de cloro y flúor gaseosos se evitan en el proceso normal por adsorción de los contaminantes en el producto combustible.

Las emisiones de vapor de agua y de CO₂ son inherentes al proceso, mientras que la aparición de compuestos de azufre puede reducirse drásticamente con el uso de materias primas y combustibles adecuados y el control del proceso de combustión. Hasta ciertos límites los componentes sulfurados son fijados por la clinca del cemento durante la cocción.

Únicamente bajo condiciones operativas extraordinarias, por ejemplo, con exceso de azufre en la materia prima y en el combustible, o con cocción reductora, puede producirse aisladamente durante corto tiempo la emisión de cantidades de SO₂ dignas de mención.

La temperatura de llama en la fabricación de cemento puede alcanzar hasta 1800 C, con lo que se forman más óxidos de nitrógeno, por oxidación del nitrógeno atmosférico, que en la cocción de cal.

En la industria del cemento se utilizan a menudo, como materiales combustibles complementarios, aceites, disolventes, residuos de pintura, neumáticos viejos u otros residuos combustibles. Estos productos de desecho suelen contener contaminantes, pero normalmente éstos son fijados por la clinca y no pasan al gas de escape. De utilizarse tales combustibles, hay que comprobar la marcha del proceso mediante controles de seguridad especiales, a fin de evitar una emisión de contaminantes adicionales.

En la cocción de cal, efectuada en instalaciones considerablemente más pequeñas que la fabricación del cemento, se emite también CO₂ con el gas de combustión. Sin embargo, la cantidad de gas de escape es mucho menor que en las fábricas de cemento, dado el tamaño de la instalación y las temperaturas de cocción mucho más bajas requeridas por el proceso.

Al apagar la cal, el carbonato cálcico se transforma en hidróxido cálcico por adición de agua. Parte del agua añadida se evacúa de nuevo en forma de vapor de agua, ya que el proceso es exotérmico. Pero este vapor de agua es inocuo.

Durante la cocción del yeso, pasan a la atmósfera vapor de agua y pequeñas cantidades de gas de combustión. Dado que las temperaturas de cocción de 300 – 400 C no son muy altas y los flujos de masason generalmente muy pequeños, también estas instalaciones de cocción producen una contaminación ambiental escasa.

La anhidrita de yacimientos naturales se tritura antes de usarla. La anhidrita procedente de la fabricación de ácido fosfórico ha de secarse antes del uso posterior, con lo que se produce vapor de agua. Sin embargo, esta anhidrita pocas veces es utilizable técnicamente, pues a menudo es tóxica.

Polvo

Durante la obtención y elaboración de cemento, cal y yeso, el proceso produce polvo en diferentes fases de trabajo. En el cemento este polvo es una mezcla de piedra caliza, óxido cálcico, minerales del cemento y a veces también cemento totalmente cocido, mientras que en el yeso es anhidrita y, sobre todo, sulfato cálcico. A excepción del polvo de CaO puro, que aparece en la cocción de la cal, el polvo no es peligroso, pero sí muy molesto. En los distintos grupos de producción y dispositivos de transporte de una fábrica de cemento hay que aspirar y despolvar de 6 a 12 m³ de aire y gas de escape por kg de material. Entre las mayores fuentes de una fábrica están:

 Molienda y mezclado de la materia prima,

 Cocción del cemento,

 Molienda del cemento (clinca + yeso) y

 Apagado de la cal.

Es imprescindible el uso adecuado de instalaciones de aspiración y grupos separadores de polvo eficaces, como precipitadores electrostáticos, filtros textiles, filtros de gravilla y, frecuentemente combinados con estos últimos, ciclones, pues en otro caso no está garantizada una gestión apropiada de la fábrica y los costos por desgaste de las máquinas ascienden drásticamente, al tiempo que el alto porcentaje de polvo afecta a los puestos de trabajo y supone también una pérdida de producción.

La mayor parte del polvo separado se reconduce al proceso, siempre y cuando no se esperen acumulaciones de componentes de metales pesados, como talio, en el gas de escape. Sólo bajo condiciones desfavorables de materia prima y de combustible puede ser necesario separar y desechar parte del polvo, a causa de una alta concentración de componentes perjudiciales en el producto, como los cloruros alcalinos.En algunos casos aislados este polvo puede ser aprovechado en otros sectores industriales. Si el polvo se deposita, dado que algunos de sus componentes son solubles, deben observarse las exigencias de la protección de aguas subterráneas en base a la solubilidad de los distintos componentes.

En la fabricación de cal, la acumulación de polvo es menor, pues sólo en el apagado, embalaje y carga de la cal hay que trabajar con un producto en polvo. En la industria del yeso y de la anhidrita la acumulación de polvo es también escasa.

Filtros de alta calidad (precipitadores electrostáticos o filtros textiles) permiten actualmente en la industria del cemento, cal y yeso obtener aire de escape con un contenido de polvo inferior a 25 mg/Nm³. Las autoridades europeas discuten actualmente valores inferiores a 25 mg/Nm³ para instalaciones nuevas. Por el contrario, los Lineamientos Técnicos Aire alemanes siguen prescribiendo 50 mg/Nm³.

Ruido

Las fábricas de cemento ocasionan un impacto sonoro mucho mayor que las de cal y yeso. Pero también estas últimas tienen sectores de producción cuyos niveles de ruido son considerables.

En la extracción de materias primas pueden producirse durante corto tiempo molestias de ruido a causa de explosiones y las consiguientes sacudidas. Pero con procedimientos de detonación adecuados se pueden reducir en gran medida estas emisiones de ruido.

Durante la preparación surgen ruidos molestos producidos, por ejemplo, por quebrantadoras de impacto y molinos para el desmenuzamiento de materiales duros. Estas instalaciones de trituración y las de preparación asociadas se pueden encapsular para que el medio ambiente quede protegido de impactos sonoros graves. La mayor parte de molinos de materias primas y de cemento producen un ruido tan intenso que han de instalarse en locales insonorizados separados, donde no haya puestos de trabajo permanentes.

Las instalaciones de cocción necesitan numerosos ventiladores de gran tamaño que originan ruidos muy penetrantes, por lo que también aquí hay que tomar medidas contra el ruido, por ejemplo, en forma de encapsulaciones.

Para evitar molestias, las plantas de la industria de cal y de yeso y, sobre todo, del cemento deben estar construidas como mínimo a una distancia de 500 m de las zonas urbanizadas. La inmisión en urbanizaciones próximas no debe sobrepasar 50 hasta 60 dB(A) de día y 35 – 45 dB(A) de noche.

Agua

En el sector minero de la industria de cemento, cal y yeso, el agua residual puede contener materias sedimentables. Para no superar los valores establecidos por la normativa vigente, es preciso pasar el agua surgida en la mina a través de tanques de reposo, y el agua utilizada para lavar la piedra caliza siempre a través de tanques de sedimentación. El agua superficial que surge en el entorno de las minas debe ser descargada aparte.

Las fábricas de cemento y de cal son a veces grandes consumidores de agua, pero el proceso tecnológico no produce contaminación del agua. En las fábricas de cemento se necesitan unos 0,6 m³ de agua por tonelada de cemento para la refrigeración de las máquinas. La mayor parte de este agua se encuentra encirculación, por lo que sólo hay que reponer las pérdidas. En las instalaciones que trabajan con el método seco también se consume agua para la refrigeración de los gases de escape de los hornos, pudiéndose calcular un consumo neto aproximado de 0,4 a 0,6m³ de agua por tonelada de cemento. En las instalaciones que trabajan con el método húmedo se necesita aproximadamente otro m³ por tonelada de cemento para la molienda del lodo. Este agua se desprende de nuevo por evaporación.

En la industria de la cal se necesita agua para el apagado de la cal cocida (aprox. 0,33 m³/t de cal). Algunas fábricas de cal consumen, sobre todo cuando se exigen calidades de gran pureza, otro m³ aprox. de agua por tonelada de cal para el lavado de la piedra caliza bruta. Dependiendo del consumo, este agua de lavado se pasa a tanques de sedimentación o a piscinas de clarificación, donde las partes finas se depositan y el agua residual se evapora, o a veces se reutiliza.

La industria del yeso necesita relativamente poca agua, pues al transcurrir los procesos a temperaturas bajas, no hace falta energía de refrigeración. En la fabricación de placas de escayola, al yeso bruto se añade agua, que permanece en el producto para el fraguado del yeso (transformación del semihidrato en dihidrato).

Se puede conseguir una reducción del consumo de agua aumentando la proporción de agua en circulacióno manteniendo las pérdidas de agua al mínimo posible.

En regiones secas el consumo de agua de refrigeración puede reducirse mediante la instalación de precipitadores electrostáticos especiales, con capacidad de funcionamiento a las altas temperaturas del gas de escape.

El agua sanitaria acumulada requiere conducción y gestión especiales.

Suelo

En las inmediaciones de las fábricas de cemento, cal y yeso, si el mantenimiento de las instalaciones de separación de polvo es insuficiente, los suelos pueden deteriorarse por el polvo que reciben.

Cierto es que en la fabricación del cemento se pueden introducir en el proceso elementos traza con efectos potencialmente negativos sobre el medio ambiente, a través de componentes de materia prima especiales, como mineral de hierro, o actualmente también a través de materiales de desecho combustibles, cada vez más utilizados . No obstante, estos contaminantes son absorbidos casi totalmente en estado fundido por la clinca de cemento, formando enlaces químicos y contrarrestando así su efecto contaminante. Para evitardesde el principio posibles perjuicios con el uso como combustible de componentes de materias primas especiales o de productos de desecho de otras industrias, es preciso efectuar análisis de los elementos traza de relevancia ambiental como plomo (Pb), cadmio (Cd), teluro (Tl), mercurio (Hg), cinc (Zn), que se depositan en el polvo de filtros. Llegado el caso, debe impedirse la acumulación de contaminantes en el proceso con medidas técnicas adecuadas, por ejemplo, la separación del polvo.

Puesto de Trabajo

En las fábricas de cemento, cal y yeso están en funcionamiento numerosas máquinas que, incluso con el estado actual de la técnica, producen niveles de ruido de 90 dB(A). Generalmente se puede conseguir disminuir el ruido por medio de dispositivos estáticos. Los puestos de trabajo permanentes dentro de las instalaciones, por ejemplo, los puestos de mando, deben tener insonorización. Si a pesar de ello se producen niveles continuos de 85 dB(A), debe disponerse de protector de oídos, cuyo uso es imprescindible a partir de un nivel de ruido de 90 dB(A) para evitar lesiones auditivas. También durante estancias cortas en zonas de proceso con ruido intenso está prescrita una protección de los oídos.

En casos excepcionales, por ejemplo, durante reparaciones o eliminación de averías, el personal puede estar expuesto durante mucho tiempo a altas temperaturas y a una gran carga de ruido y polvo. Para estas aplicaciones han de estar previstos equipos y vestimenta de protección adecuados. Además debe limitarse y vigilarse el trabajo en la zona peligrosa.

Ecosistemas

Las fábricas de cemento, cal y yeso necesitan materias primas que se encuentran a flor de tierra, por lo que al extraerlas no se pueden evitar interferencias en el paisaje circundante.

En la elección del emplazamiento de las fábricas de cemento, cal y yeso deben tenerse en cuenta también los aspectos ambientales. Si se trata de emplazamientos en zonas aprovechadas hasta entonces para la agricultura, han de considerarse posibles fuentes de ingresos alternativas, sobre todo para las mujeres afectadas. Además del debido cumplimiento de las normas sobre gas de escape, polvo, ruido y agua, hay que verificar las condiciones del terreno, la integración en el paisaje y la infraestructura del emplazamiento. La infraestructura comprende, por ejemplo, suministro y posibilidades de vivienda para el personal femenino y masculino, sistemas y volumen de tráfico, industrialización existente y planificada de la zona.

Dado que el impacto ambiental no se limita al área de la fábrica, los grupos de población afectados, y sobre todo mujeres y niños, deben tener derecho a atención médica.

En la producción de cemento se necesita alrededor de 1,6 t de materia prima por cada tonelada de cemento, además de yeso, consumiéndose en total 1,65 t aprox. de materia prima. En la producción de cal el consumo de materia prima, con cerca de 1,8 t por tonelada de producto final, es aproximadamente un 10 % mayor que en la fabricación de cemento. En el consumo calculado de materia prima no se ha tenido en cuenta el escombro, que varía mucho de un yacimiento a otro. La mayor parte del consumo de yeso se podría cubrir actualmente en Alemania con el yeso acumulado de las instalaciones de desulfuración de gases de combustión, con lo que la preparación de esta materia prima ya no necesitaría alterar el paisaje.

Para el posterior recultivo de una cantera se recomienda hacer la provisión de fondos ya durante la explotación.