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O principal segredo da fabricação de cimento: como o forno de cimento transforma matérias-primas em cimento precioso?
O cimento é um dos materiais indispensáveis na construção moderna, com um volume de produção anual superior a mil milhões de toneladas. Por trás desta glória, o forno de cimento é o núcleo do seu processo de produção e desempenha um papel insubstituível. O processo de fabricação de cimento é complexo e consome muita energia, e os fornos de cimento são grandes consumidores de energia no processo e uma das principais fontes de emissões de dióxido de carbono. Com as expectativas globais de desenvolvimento sustentável, melhorar a eficiência dos fornos de cimento tornou-se uma importante direção de pesquisa na tecnologia de fabricação de cimento.
A função principal de um forno de cimento é converter matérias-primas em clínquer de cimento. A eficácia deste processo está diretamente relacionada à qualidade e ao custo do produto final de cimento.
Processo de fabricação de clínquer de cimento
O processo de fabricação do cimento pode ser dividido em três etapas principais. Primeiro, o calcário e outras argilas ou xistos são moídos para produzir uma fina “mistura de matéria-prima”. A mistura é então aquecida em um forno de cimento a temperaturas de até 1.450°C e finalmente transformada em cimento. Durante este processo, à medida que a temperatura das matérias-primas aumenta gradualmente, uma variedade de reações químicas ocorrem uma após a outra.
De 70 a 110°C, a água evapora, de 400 a 600°C, os minerais da argila se decompõem em seus óxidos, de 650 a 900°C, o carbonato de cálcio reage com o dióxido de silício para formar belita. regenerado em alita, principal componente do cimento Portland.
Esta série de reações acaba por converter a matéria-prima em clínquer, formando partículas com diâmetro entre 1 e 10 mm. Este clínquer quente é então colocado em um resfriador, que recupera com sucesso a maior parte da energia térmica e o resfria até 100°C para posterior armazenamento e processamento.
A história da evolução dos fornos de cimento
Já em 1825, a fabricação de clínquer de cimento Portland havia começado, e a maioria dos equipamentos da época usavam fornos de cal estáticos modificados. Este projeto não mudou significativamente no último meio século. A capacidade é limitada pelo peso das matérias-primas. Normalmente, cada lote só pode produzir até 30 toneladas de clínquer e a produção é de apenas 1.500 toneladas por ano.
Em 1885, surgiu o projeto do forno contínuo, e esse conceito finalmente alcançou um grande avanço em 1890. O desenvolvimento bem-sucedido do forno rotativo melhorou muito a eficiência da produção de cimento.
Princípio de funcionamento do forno rotativo
Hoje, a operação de fornos rotativos melhorou significativamente a eficiência da produção de cimento. O forno consiste em um cilindro de aço revestido com tijolos refratários, com todo o sistema levemente inclinado e girando continuamente. A matéria-prima é alimentada na extremidade superior do forno e a rotação faz com que ela desça gradualmente ao longo do forno. A extremidade inferior do forno está equipada com uma porta de alimentação de combustível, onde o combustível queimará formando uma chama circular que gera uma grande quantidade de calor.
Os primeiros projetos de fornos rotativos bem-sucedidos tiveram origem principalmente na Pensilvânia e, com a evolução da tecnologia, a capacidade de produção dos fornos rotativos modernos aumentou significativamente, atingindo uma produção diária de clínquer de 10.000 toneladas.
Comparação entre métodos úmido e seco
Na fabricação de cimento, existem dois métodos diferentes de processamento para preparação da matéria-prima: método úmido e método seco. O processo úmido tradicionalmente consome mais combustível para evaporar a água da matéria-prima, enquanto o processo seco mistura diretamente o gás com a matéria-prima sólida.
Sistema de pré-aquecimento moderno
Com o avanço da ciência e da tecnologia, a introdução de sistemas de pré-aquecimento melhorou muito a eficiência térmica dos fornos de cimento. Dentre eles, o pré-aquecedor de corrente seca preliminarmente a matéria-prima com maior eficiência e depois entra no forno para posterior calcinação e geração de clínquer.
O pré-aquecedor de suspensão de fluxo de ar utiliza um separador de ciclone para realizar uma troca de calor eficiente no material de alimentação, o que melhora ainda mais o desempenho do forno.
Impacto no meio ambiente e desafios futuros
No entanto, apesar do avanço contínuo da tecnologia de produção de cimento, uma grande quantidade de emissões de dióxido de carbono ainda é gerada no processo, representando aproximadamente 2,5% das emissões globais de carbono não natural. À medida que o mundo atribui grande importância às alterações climáticas, a procura de processos de produção de cimento com baixo teor de carbono tornou-se o foco do desenvolvimento futuro da indústria.
A indústria do cimento precisa explorar mais ativamente combustíveis e materiais alternativos para atender aos requisitos de impacto ambiental da sociedade atual e fazer alterações nos encargos futuros.
O desenvolvimento de fornos de cimento não reflete apenas o progresso da tecnologia industrial, mas também envolve todos os aspectos da proteção ambiental e da gestão sustentável. Ao mesmo tempo que procura métodos de produção mais eficientes e ecológicos, como irá a indústria cimenteira enfrentar este desafio no futuro?
