Producción

El proceso utilizado depende fundamentalmente de factores físicos y económicos. Los físicos se refieren al estado de las materias primas como por ejemplo la humedad de la arcilla, calidad de la caliza, etc.; los económicos se basan principalmente en la mayor o menor cantidad de combustible consumido en las operaciones de elaboración.

En la Figura se presenta un esquema de las diferentes operaciones que involucra cada uno de los procesos. A diferencia de lo que ocurre generalmente en otras industrias, una fábrica de cemento debe ejecutar desde la explotación de las materias primas hasta el empacado del producto final.

El proceso de producción del cemento se inicia con la extracción de la piedra caliza y la arcilla de depósitos o canteras naturales, los cuales, dependiendo de la dureza o cohesión que presenten los materiales y de la disposición de los mismos, imponen diferentes sistemas de explotación, desde sencillos taladros manuales hasta complicados sistemas de perforación y voladura. El material así extraído, se carga y transporta, por medio de pesada maquinaria de cantera hasta la planta. En ocasiones, especialmente en zonas de topografía quebrada, se utiliza transporte por medio de cables aéreos; en algunas plantas de proceso húmedo, el transporte se hace por tuberías, las cuales reciben el nombre de pastoductos, (obviamente su utilización hace necesario efectuar en la cantera, algunos procesos de trituración y molienda, y la adición de agua).

Proceso seco	Proceso humedo

El proceso de fabricación propiamente dicho se inicia con la trituración. La materia prima que viene de las canteras en trozos con tamaños que alcanzan los 50 centímetros y aún un metro, es reducida por trituración, en dos o tres etapas, según sus características y tamaño, hasta fragmentos cuyo tamaño máximo esté entre 5 y 10 mm. Se efectúa entonces la premezcla de las materias primas (calizas y arcillas), buscando que el cemento que habrá de resultar, esté acorde con estrictas normas de calidad y tenga la composición adecuada.

La mezcla efectuada en los depósitos de materia prima triturada se lleva generalmente por transportadores de banda a los molinos de crudo, que son grandes cilindros giratorios en los cuales por medio de bolas metálicas se continúa la reducción de tamaño iniciada en las trituradoras, hasta diámetros del orden de medio milímetro. La trituración y la molienda de las materias primas pueden efectuarse también en una sola etapa empleando molinos verticales en los cuales, por medio de grandes rodillos, se realiza la reducción del tamaño en una sola operación. Esta es la etapa donde se establece la primera gran diferencia entre los principales sistemas de producción de cemento: El proceso húmedo y el proceso seco.

En el proceso húmedo, la molienda de las materias primas ya dosificadas, se efectúa con adición de agua al molino, por lo que el material resultante es un lodo que recibe el nombre de pasta y que debe ser manejado por tuberías y homogeneizado (como etapa posterior del proceso) en grandes tanques llamados balsas, en los cuales mediante agitación mecánica se impide la sedimentación.
En la vía seca la dosificación va precedida del secado de los materiales y la molienda se efectúa sin adición de agua, con lo cual el material que sale de los molinos es un polvo que se denomina harina y que se deposita en silos especiales en los cuales se homogeneiza por medio de agitación con aire. La homogeneización pretende que las partículas se distribuyan en la masa buscando una composición lo más uniforme posible del material que pasará al horno.

En el caso del proceso húmedo, sin embargo, el agua que había sido agregada para facilitar las labores de molienda y transporte interno, debe ser extraída al menos parcialmente antes de pasar a la siguiente etapa del proceso. Para tal fin, la pasta se deja sedimentar en grandes tanques (llamados espesadores) y el agua se retira por la parte superior. En ocasiones este lodo aún contiene un exceso de agua, por lo que se debe efectuar un proceso adicional de filtración.

La mezcla de materias primas procedente de los silos de homogenización en el proceso seco, o de balsas en el húmedo, está lista para pasar a la etapa de calcinación. Esta es la fase más importante del proceso pues es allí donde ocurren las transformaciones fundamentales que dan origen al cemento y a sus propiedades de conglomerante hidráulico.

La calcinación se efectúa en hornos rotatorios inclinados, que son grandes cilindros de acero, con diámetros entre tres y cinco metros y una longitud que en ocasiones llega a superar los 150 metros, que giran lentamente alrededor de su eje y que están recubiertos interiormente de material refractario. En estos hornos, la pasta (o harina) se deposita en el extremo superior y desciende lentamente pasando sucesivamente por zonas de mayor temperatura, hasta llegar a la zona final donde se encuentra la llama y donde alcanza la máxima temperatura, unos 1.450 ºC, que se logra quemando algún combustible. En Colombia, se utiliza básicamente carbón o gas, aunque también existen plantas que emplean fuel oíl, petróleo crudo y aún materiales de deshecho, como es el caso de llantas de automóviles, aceites usados o cáscaras de arroz, empleados con buen éxito en algunos países. En los hornos de proceso seco ya que no es necesario eliminar el agua en exceso que se tiene en el proceso húmedo, se emplea el aire caliente que sale del horno para iniciar el calentamiento de las materias primas. Esto se realiza en grandes torres llamadas precalentadores, con lo cual se reduce notablemente el consumo energético que constituye uno de los mayores costos en la producción del cemento y en consecuencia los hornos son más cortos.

En la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes y se forman gránulos de uno a tres centímetros de diámetro, que constituyen lo que se conoce como clínker. Ya en los últimos metros del horno, detrás de la llama, el clínker empieza a perder temperatura, iniciándose la etapa de enfriamiento, proceso que se acelera con equipos especiales de diferente tipo. Además de los enfriadores de parrilla, se utilizan los enfriadores tipo planetario, constituidos por grandes tubos acoplados al horno y por los cuales circula el clínker.

Para poder utilizar el cemento en todo su poder conglomerante, es necesario que se encuentre en forma de polvo fino, pues sólo así puede efectuarse de modo eficiente la hidratación de sus partículas. Esta finura se obtiene por la molienda de clínker en molinos especiales. En esta etapa, se efectúa la adición de pequeños porcentajes de yeso (entre 3 y 10%), con el fin de controlar el tiempo de fraguado del cemento resultante.
Durante el proceso de molienda del clínker, la industria cementera suele moler conjuntamente con el yeso otros materiales (denominadas adiciones) que le proporcionan al cemento características especiales. Se tiene entonces que, según el tipo y la cantidad de los materiales adicionados, el cemento puede recibir diferentes denominaciones y ofrecer una amplia gama de propiedades para distintos usos en la construcción.
El proceso de empaquetado y distribución del cemento se hace en sacos o a granel. Los sacos son de papel compuestos generalmente de 2 ó 3 capas, dependiendo del tipo y longitud del transporte a que será sometido. En ocasiones, cuando el cemento es muy reactivo (tiende a hidratarse fácilmente), los sacos pueden estar compuestos de 3 capas de papel, siendo la intermedia plastificada. Los sacos suelen contener 50 kg. de cemento, aunque en algunas regiones se acostumbra usar sacos de 42,5 kg.

En el caso de transporte a granel, se realiza a través de camiones cisterna (“pipas”), que con la ayuda de un compresor de aire, depositan el material en silos en las plantas donde será usado el cemento. La cantidad de cemento así transportado varía entre 28 y 30 toneladas aproximadamente.