-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
1/171
INFLUNCIA
DAS
CARACTERISTICAS
DAS
MATRIAS
-
PRIMAS
NO PROCESSO
DE
SINTERIZAO
DO
CLNOUER
PORTLAND
Srgio
Luiz
Centurione
Orientador:
Prof.
Dr.
Yuehiro
Kihars
DISSERTAAO
DE
cottlsso
-,uLGADoRA
UNIVERSIDADE
INSTITUTO
DE
DE
SAO
PAULO
GEOCINCIAS
'1
,i'/
(..
') \''
Presidente:
Examlnadoros:
MESTRADO
nomo
Dn.
Y. K ihana
Dr.
J.G.Djarriki.rn
Dn.
H. Kahn
5O
PAULO
1993
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
2/171
DEDALUS-Acervo-lGC
I
ffil |ilil
llill
lill lllil
llil
lil
llil
llil llil il|il
llil llil
30900004740
ItO
sabor
dos
frutos
de
uma
rvore
no
depende
do
aspecto
-da
paisagem
que a
cerca,
mas
-
da
riqueza
invisfvel
do
terrenorl
PAUL
VLERY
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
3/171
l
SUURIO
AGRDECIMENTOS
..
I
RESUMO I].IBSTRCT iV
forcn
DE
FrcuRs
...
...... .
v
ftorcn DE ForoMrcRoGRFfs
ix
fl.Iprcr
DE
euADRos
xi
ftnrcn
DE
TABELAS
xii
r. TNTRODUO
...
01
2 HISTRICO
DO CIMENTO
....
2.L o cinento Portland no Brasil
o4
10
3 o
cLNeuER
PoRTLND
13
3.1-
Apresentao
....
13
3.2 constitufntes Mineralgicos
Principais
do
cl-fnquer
Portand
1"4
3.3 constitufntes
Miner:aIgicos
secundrios
do
cffnquer Portfand
20
4
pRocESSo
DE FBRrco
oo cr,NeuER PoRTLAND
....
22
4.r ceneral-idades ,..
22
4.2
Matrias-Primas
.
23
4.3 o
Processo
de Fabricao
... .
24
4.3.1 Extrao, britagen e
pr-honogeneizao da
matria-Prima
...
25
4.3.2
Dosagem,
moagem e hornogeneizao
da
farinha
25
4.3.3
o
processo
de
clinquerizao
26
s
PTIDO
Cr.rNQUnnrZo
DE FRTNHAS
DE CLNQUER
PORTLND
33
5.1
Generalidades
...
33
5.2
Fatores
que
Influem
na
ptido
Clinqueri-
zao de uma
Farinha
35
5.2.L
Efeitos
da composio
qulmica
35
5.2.2 Efeitos
da
conposio
nineral-gica
.
46
5.2.3 Efeitos
da
granufometria
.
50
5.2.4 Efeitos
da
homogeneizao
da
farinha
. 54
6 TCNICA MICROSCPIC
APLICD O
ESTUDO
DO
CLNQUER PORTLAND
6
.1,
ceneralidades
...
6.2
Metodologia
de
Estudo
6.2,l mostragem
6.2.2
Preparao de
anostra
6.2.3
tagues
qurnicos
6.2,4
Estudo microscpico
qualitativo
..,
6-2.5
Previso
da moabilidade
e resistncia
rnec-
56
56
58
58
58
60
60
nica
do
clnquer por nicroscopia .
69
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
4/171
7 PRTE EXPERTMENTAL ....
../...
79
7.1-
Introduo
79
7.2
Localizao das Unidades
Produtoras
....
80
7.2.I
Fbrica
de Ribeiro Grande
-
SP
(unidade
) ......
80
7.2.2
Fbrica
de
Cachoeiro
do
ltapemirin -
ES
(unidade
B) ...
81
7.3 Anostragem
A2
7.4 Metodologia
de Estudo . A4
7.5 Mtodos
de
Ensaios
A4
7.5.L
Etapa 1
-
estudos
qumicos,
minera]-gticos
das
farinhas industrias
...
84
7.5-2
Etapa
2
-
estudos
dos cllnqueres experi-
nentais
89
7.5.3
Etapa
3
-
estudos
qulmicos,
mineralgicos
e ffsicos dos clfnqueres industriais . 92
7.6
Instrumentao
Utilizada
...
. 99
7
-7
presentao dos Resultados
e Discusso
1ol
7.7.L
Etapa
1
- farinhas industriais
lo1,
7.7.2
Etapa
2
-
'pelets'
sinterizados en
labo-
ratrio
118
7.7.3
Etapa 3
-
clfnqueres
industriais ...
]-29
8 CONSIDER.AES
FINIS L44
REFERNCIS BIBLIOGzu(FICAS
..
L47
\.,'r
+
15
5
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
5/171
GRDECIUENTOS
A
eLaborao
dessa
dissertao, fruto de
algurnas
boas
horas
de trabalho, foi
posslvel graas
colaborao
e ao
apoio de diversas
pessoas
arnigas e
instituies, s
quais
gostaria
de
tornar
pblico
os rneus agradecimentos.
Inicio
pelo
Prof.
Dr.
Yushiro
Kihara, orientador
desse
trabalho,
pelas
sugesLes
cientfficas e
pel-a
contfnua
contrbuio
minha forrnao
profissional.
ltabira Agro Industrial S.4., en especial ao
Engn
Valdir
Macdo
de breu, superintendente industrial
,
pela
inportante
cofaborao
prestada
quanto
ao fornecimento
das
anostras e eventuais
informaes
necessrias
el-aborao
dessa
pesquisa.
Esses agradecimentos
so
extensivos tambm
aos
engenheiros
,fos
Lenil-do
Cabral
e
Francisco
chaves
Junior
da
unidade
produtora
de Ribeiro
crande
-
sP e
Enge
fnaldo
cueiros
da
fbrica
de cachoeiro do
ltapemirim
-
ES.
gradeo
ssociao
Brasileira de cimento
Portland
(BcP)
por permitir
e
promover
as
condies
necessrias
realizao desse estudo.
o brilhante trabalho efetuado
por
tcnicos dos
departanentos
de
cimento
(DECIM)
e d
ffsico-
qufnica
(DEFIQ)
dssa Associao
constituram
um
irnportante
apoio
no desenvolvimento
dessa
pesquisa.
gradeo
irnensamente
aos geiogos e amigos valdir
parecido
Zarnpieri, Arnaldo
Forti
Battagin
e
Everafdo Marciano
Junior
pelas proveitosas
sugestes,
que
contriburam
signif
icativamente
para
o
enriquecirnento
desse trabafho.
gradecimentos
especiais ao
ValareLli e Prof. Dr. Jorge
Kazuo
importantes sugestes,
auxiliaram
apropriado
dessa
dissertao.
Prof. Dr. Jos
vicente
Yamanoto,
e,
com suas
no
direcionanento
mais
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
6/171
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
7/171
.L.11
CENTIJRIONE,
Srgio Luiz. Influncia das caracterlsticas
das
rnatrias-primas
no
processo
de sinterizao
do clfnquer
portland.
So Paulo,
l-993.
1,55p.
R-EST]I{O
o
studo
nineral,gico do cJ.fnquer
portland,
ben
como
do
material de
partida para
a sua fabricao contribu
signifi
cativamente
para
a
meLhora
da
gualidade
do
produto
final e
para
a reduo
do consumo
especffico
de combustvel-
na
produo.
Nesse trabalho
foran
anal-isadas
doze amostras
de
clfnquer e
doze
de farinha,
provenientes
de
duas unidades
produtoras
de cimento, sob o
ponto
de vista da aptido
clinquerizao, sendo apresentadas
algumas
sugestes
de
alteraes
possfveis
na
dosagen
e na finura das natrias-
primas,
visando
a
obteno de
urn
produto
de
nelhor
qualidade
com os custos de
produo
otimizados.
Foram
utilizados
ntodos
experimentais,
baseados
em
dados microscpicos e de
queimabiLidade
de farinha
en
Iaboratrio,
para
a
previso
do cornportanento
das natrias-
primas
frente ao
processo
de fabricao e sua
influncia
na
qualidade
do
produto
final.
Verificou-se que a granulometria das
fases
rnneralgicas da farinha
(
sobretudo do quartzo e
do
calcrio)
e o seu
quinisno
so os fatores
rnais
significativos
para
a fabricao do cimento
portland.
Os
teores
de
gros
grosseiros
de
calcrio
(>L25pm)
e
de
guartzo
(>45n)
no
deven
exceder,
respectivamente,
a 68 e 28
para
que
no
seja cornpronetida a
queirnabilidade
da farinha.
Mtodos
de
previso
da resistncia
mecnica
do
cirnento
aos 28
dias e do
grau
de
coninuio
do clfnquer
portland,
fundanentados
no
contedo
de sil"icatos e na
dimenso dos
cristais
de alita,
mostraram correlaes
muito
boas com
os
vaLores determinados
experirnentalmente.
Os resuLtados
obtidos
mostran
a importncia das
tcnicas ffsico-qufnicas,
em
particular
da
microseopia
ptica,
na
previso
e
acornpanhamento
da
qualidade
e consumo
energtico
de
produo
do
cimento
portland.
PALVRS-CHAVE:
Cllnquer Portlandt
Cinento Portlandt
Matrias-Prinas
;
Processo de Fabricao
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
8/171
IV
BSTR.,CT
The
nineralogicat study
of both
Portl-and cement
cl.inker
and
the raw material
used
for
its rnanufacture
contributes
in
a
great
extent to
improve
the
quality
of the final
product
and for
reduce
the specific
energy
consurnption
during
the
process.
In this
hrork,
tvJelve samples
of
cfinker and
twelve
sampl-es
of raw mix f ron tro
cement
plants
rtere
analysed
regarding
their burnability. Some
suggestions
were
presented
concernng
possible
changes
in chemical- composition
and
fineness of
rahr
materials in order to obtain a
product
of
better quality
and
optimized
production
costs.
Experimental
methods brere
carried out, based
on
microscopic and
laboratory
rarrr
nix burnability data
airning
the evaluation of the
behavior
of the
raw
materials in view
of the
nanufacturing
process
and
its effect on
the
quality
of the fi
nal
product.
It vJas found that the
grain
size of the
mineralogical
phases of
raw
mix
(mainly
those
of
quartz
and limestone)
and
the
chemical
composition
thereof are the
rnost
significant
factors for the manufacture of Portland
cement. The
coarse
qrain contents of limestone
(>125frn)
and quartz
(>45ln)
should not
exceed
respectively
6U
and 2Z
because
it
can
impair the raw nix burnability.
Methods fo4
-
estimating the mechanical strength
of
cernent on
the
zath
aay
and
ornminution
of
Portland
clinker,
based on the content
of
sificates
and
on
the size of alite
crystals
showed very
good
correlations with
the
experirnentally determined values.
Resul-ts
obtained showed the inportance of the
physical-
chemicaf techniques,
particul-arly
of
optical
microscopy
for
control-
and
j-mprovement
of
quality
and
energty
consurnption
inthe
Portland
cement
production.
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
9/171
fxprcr
DE
FTGI]RAS
FIGURA
01
-
Seo
hexagonal
da
al-ita
(MKI
,
l-986)
FIGUR.A
02
-
Esquena
simplificado da fabricao
do
clnquer
portland
(KIHAR
et aIii,
199o)
FfGUR
03
-
Variao
do
teor de CaCO3 de uma
farinha
antes e aps
a homogeneizao
(DUD,
1977)
FIGURA 04
-
Esquma de
um forno
rotativo via
seca,
corn
pr-aquecedores
e resfriador
de sat-
l-ite
(DUD,
L977
)
FIGURA 05
-
corte transversal
de
um forno
nostrando
a
carcaa, os
tijolos
refratrios,
a
camada
de
colagem
e o leito
de
materal- snteri-
zado
FIGUR
06
-
Desenvolvirnento
das fases
mineragicas
do
clfnquer
nas
cinco
zonas
principais
de
un forno con
sisterna de
pr-aquecedores
(quatro
r-i
r-l
on,.'c
\
r.
sem
nr:-cacinarjor
(
'oLTER,
19
85
)
FIGURA
07
-
Taxa de
formao
dos
cristais
de
alita
nas
vrias
zonas
do
forno
(MILLER,
1980)
FTGURA
08
- PerfI
das temperaturas
dos gases e
dos
nateriais
ern
relao
s
diversas
zonas
do
forno
e
guantidade de
fase lfquida
corres-
pondente
(JOHNSEN,
l-977
)
FfGURA
09
-
Influncia
do
nduLo de
sflica
na tempera-
tura de
ctinquerizao da farinha
(GoUD'
L978
)
FIGUR l-o
-
Rel-ao
entre
o
contedo
de fase llquida
do cllnquer
e a
temperatura,
com
valores
fixos de
MS
(2,6)
e
FSC
(95)
(MTLLER,
198o
)
F IGIJR 1l-
-
Inf
l-unca
do
ndulo de
afumina
na tempe-
ratura de clinquerizao
da
farinha
(GOUD,
L978
)
FIGIJRA 12
-
Esquema
simplificado
para a
preparao
de
amostra mdia
de
cllnquer
para
fins
quan-
titativos
(
MRCIANo
et alii, L9A7)
FIGUR
13
-
Reconstituio
das condies de
fabrica-
o
do
clfnquer
portland
por
microscopia
de
l-uz refletida
(baseado
en ABCP'
1984)
FIGUR
L4
-
Local,izao
das unidades
produtoras
(Ribeiro
Grande
-
SP)
e B
(Cachoeiro
do
rtapenirirn
-
ES)
I4
22
26
27
29
30
33.
39
40
59
70
8L
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
10/171
vt-
FIGUR
15
-
Fluxograma
de
ensaios
efetuados
na
etapa
L
(estudo
das
farinhas
industriais)
FIGUR 16
-
Fluxograma
de
ensaios
efetuados
na
etapa
2 (estudo de 'pe.ets' sinterizados
ern
laboratrio
)
'IGUR
17
-
Fluxograna
de
ensaios
efetuados
na
etapa
3
(estudo
dos
cllnqueres
industriais)
FIGUR.
18
-
Esquema
da
seqncia
dos
ensaios
de
quei-
na
efetuados
em l-aboratrio
FfcUR
19
-
Espectro
de
EDS
obtido
para
o
cristal
de
alita
indicado
na
foto
01
'
FIGURA
20
- Espectro
de
EDS
obtido
para
o
cristal
d
bel-ta
indicado
na
foto
02.
FIGUR
2L
-
Espectro
de EDS
obtido
para
a
fase
ca
indicada
na
foto
03.
FIGI
R.A 22
-
Espectro
de EDS
obtido
para
a
fase
C4F
indicada
na
foto
03.
FIGUR
23
-
Espectro
de
EDS
obtido
para
cristais
de cal-
l-ivre
mostrados
na
foto
o1 .
FIGUR
24
-
Espectro
de
EDS
obtido
para
o crital
de
periclsio
indicado
na
foto
(}4.
FIGUR
25
-
Conposio
potencial de
Bogue
para as
anostras
de cInqures
industriais
FIGUR.A
26
-
curvas
termodiferencial,
ternogravintri-
ca e de
ternperatura
de
amostra
de
farinha
da
unidade
A
FIGUR
27
-
curvas
termodiferencial,
terrnogravintri-
ca e
de tenperatura
de
amostra
de
farinha
da unidade
B
FTGUR
28
-
Influncia
de
alguns
parmetros
qufmico-
nineralgicos
das
farinhas
no
contedo
de
cal livre
dos
clfnqueres
(
ntodo
de
MILLER,
L98L
)
FIGLR
29
-
Influnca
de
aLguns
parrnetros
qufrnico-
mineralgicos
das
farinhas
no
conterldo
de
cal
l^ivre
dos
ctfnqueres
(ntodo
de
FUNDL,
s.d.
)
FIGIIR 30
-
Influncia
de
alguns
parmetros
qufnico-
rnineralgicos
das
farinhas
no
contedo
de
cal
livre
dos
clfnqueres
(ntodo
de
THETSEN,
L992
)
86
a7
9L
98
L03
L04
105
t
l_0
Ll_1
1
1t-
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
11/171
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
12/171
vl1,1
FTGURA
45
-
F'IGUR
4
6
-
FIGURA
47
-
Composio
mineralgica
dos
clfnqueres
ndustriais
obtida
por
rnicroscopia
de
luz
ref l-etida
Distribuio
dos
cristais
de
bel-ita
nos
clfnqueres
indusriais
Grficos
de correlao
linear
entre
os
valores
de finura
aps
noagem
(>38im)
e
KM
(26a)
i
entre
a finura
aps
noagern
L32
139
(>38pn)
e finos
ito clfnguer
(26b)r
ntre
resistncia
necnica
compresso
aos
28
dias e a finura
aps
moagem
(>38rn)
(Z6c,l
,
e, entre
resistncia
rnecnlca
corn-
presso
aos 28
dias e KM
(26d)
.
L42
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
13/171
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
14/171
FoTOMIcRocRFI
09
-
Zonas regufares
de belita e cal
livre
e cristais
de
alita
pouco
desenvol-
vidos.
taques
qufrnicos:
HNo3
(0,1-?
en
lcool),
5s
e NHCI
(o,l-3
en gua), l-ost
anostra
Pt2 sintrizada
a l-35ooc
por
L5
min
.
FoTol,fIcRocRFI
10
-
Cristais
de
alita
desenvolvidos,
zonas de
belita,
pericl-sio
e
poros.
ta-
que
qulmico:
HNo3
(0,1-8
em Icool),
5s
e
NH4cl
(0,1-
en
SIa), l-ost
.
anostra
P1o
siiterizada a
lsoooc
por
L5
min,
FoTOMICROGRAFIA
LL
-
specto
geral
de
uma anostra
de
clfnquer industrial
da
unidade A
onde se
verifica
a
presena
constante de
pericl-
sio e fase
intersticiaf cristalizada.
taque
qufmico: Hzo,
3si
amostra
C6.
FoToMIcRocRFI
L2
-
Feio
comum
de um
clfnquer in-
dustriaL da
unidade
A,
evidenciando
a
ocorrncia
de zona regular
de belita.
Ataque
qufnico:
HNo3
0,1-8 en
Icool
),
5s
e
NH4cl
(0,14
en gua), ]-osi amostra c5.
FOTO}{ICROGRFf
A
L3
-
Aspecto
gerI
de una
amostra
de
cllnquer industrial
da unidade
B,
ifus-
trando a
ocorrncia de fase intersticial
cristalizada. taque
qulrnico:
H2o,
3s;
amostra
C12,
FoToMIcRocR.AFI
14
-
zona reguLar
de
cal
livre
associ-
ada a cristais de
pericJ.sio.
Sem ataque
qufmico;
amostra
c9.
FOTOMICRoGRFIA
15
-
Detalhe
de
uma
anostra
da
unida-
de B
ilustrando
a
ocorrncia
nuito
comum
d zonas de
belita.
taques
qufnicos:
HNo3
(0,1
em Icool),
5s e
NH4c
(0,1
en gua),
10si arnostra
Cg.
L26
L26
135
t-35
136
136
L37
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
15/171
x1
rorcn
DE
euADRos
QUDRo
01,
-
Tipos
de
cirnento
portland produzidos
no
Bra-
sil
(
KIHR &
MARICINo
I
L99L) 02
QUDRo
02
-
Evol-uo
da
produo
e
consurno
de
cimento
portland
no Brasil
e no Mundo
(fonte:
CEMBUREAU,
L9A2, I9A7
e 1"990)
L2
QUADRo
03
-
Variaes
polinrficas
da
alita
(MKI'
1986) 15
QUADRo
04
-
variaes
polirnrficas
da
belita
(
LEHMNN
et
alii, in BRGA,
1973)
I7
QUDRo
05
-
caracterfsticas
da fases
poJ-inrficas
da
be-
Iita
18
QUADRo
06
-
composio qurnica
mdia
do
clnquer
portland
(DUD,
1977)
24
QUADRo
o7
-
Prncipais
reaes
que
ocorren
no
forno
durante
o
processo
de sinterizao
do
cl-nquer
(baseado
em KIHAR,
1973t BCP,
1984 e WOLTER,
1985)
34
QUADRO
08
-
Prncipais
parrnetros
qufnicos
utilizados na
indstria
cinenteira
(con
base em
LUDWIG,
1981-t DUD, L977,
GOTJDA
t
L978i
CALEJJ,
L960
e
KIHR,
l-983
)
36
QUADRo
09
-
Propores
tirnas
para
alguns
mineralizadores
(segundo
CHATTERJEE,
l-979
)
42
QUDRO
l-0
-
nlises
qufmicas
de calcros tfpicos
de
alguns
pafses
(extraldo
de
SCHFER,
1987) 4a
QU.DRo
Ll-
-
fntervalos
granulorntricos utilizados
para
a
separao
dos
grnulos
de
clfnquer
portland
59
QUDRo
1z
-
lrincipais
reagentes
qulmicos
util-izados
en
ataques
qufnicos
de sees
polidas
de
cl-fn-
quer
(baseado
em
KIHR
|
7-973
e
1-984
BRAG,
1973
)
63-
QUADRO
13
-
Vafors
de
dureza
(D),
tenacidade
(T)
e
fra-
gilidade (D/T)
dos
principais
cornponente do
cllnquer
portland
(segundo
HoRNAIN t
REGoURD,
1980)
7L
QUDRo
14
-
Valores
de densidades
mdias das
fases rnine-
ralgicas do
clfnquer
(extrado
de
cETIc,
L978)
75
QUDRO
15
- classificao
do
ndice
de queimabilidade
de
farinhas
industriais
(segundo
KRUP
PoLYSIUS,
s. d.
)
t28
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
16/171
xrt
fxptcr
DE
TBELS
TABEL 0L
-
Principais
caracterfsicas
do
processo
indus-
trial
das unidades
produtoras
envolvidas
TABELA
02
-
Rel-ao
das
amostras estudadas
e
respectivas
datas de coleta
TABEL 03
-
nlises
qurnicas
das farinhas
industriais
TBEL 04
-
Valores
de
perdas
de
nassa
e teores
de car-
bonatos
obtidos
por
TD-TG em farinhas
indus-
triais
TBEL 05
-
Quantificao
de
gros grosseiros
de calcrio
nas
farinhas
por
dissoluo
seletiva
(>L25pm)
TBEL
06
-
Quantificao,
por
nicroscopia
ptica de
luz
transmitida e dissoluo
seletiva,
de
gros
quartzosos
grosseiros
(
>4sin)
TBEL 07
-
Teores de cal
livre
previstos
e reais
(8)
para
as
anostras
de
farinha
TBEL 08
-
ctassificao das
amostras de
farinhas
indus-
triais segundo valores
de
fndice de
queinabi-
tidade
(
re)
TABELA 09
-
Distribuio
granulomtrica
dos
clfnqueres
industriais
(en
?)
TBEL
10
-
nlises
qufnicas
dos
cffnqueres
industriais
TABEL
LL
-
Antise nicroscpica
de
luz
refLetida
quali-
tativa das
amostras
de
clfnqueres
indus-
triais
(unidade
)
TABELA L2
-
nIise
microscpica
de
luz
ref
l-etida
quali-
tativa das
amstras
de
clfnqueres
indus-
triais
(unidade
B)
TABELA
l-3
- condies de
fabricao
dos
clfnqueres
in-
dustrias obtidos
por
anIise
nicroscpica
de
l"uz
refletida
TBEL l-4
-
Ensaios ffsicos
efetuados
em cimentos
expe-
rinentais
obtidos de cl-fnqueres
industriais
TBELA
15
-
Valores d e
KM, resfduos
de moagem
e
teores
de
finos dos cInqueres
industriais
TBELA
l-6
-
VaLores de
resistncia
mecnica
aos 28 dias,
reais
e
previstos (MPa)
a2
LO2
L03
i.0
6
r.o8
l-o9
L2A
L29
130
l_33
L34
138
140
L4L
L43
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
17/171
1. INTRODUO
Cimentos
poden
ser definidos cono substncias
Iigantes
capazes
de
unlr
fragnnos
ou
nassas
de
nateriais slidos
em
um
corpo compacto. Essa definio abrange um
grande
nmero
de
substncas
nuito diferentes entre si,
cor
poucas
caractersticas em
comum,
a
agl-omerao .
no ser sua
capacidade
de
Para a construo civil, o termo cimento
designa
o
aglomerante
hidrulico obtido
pela
rnoagem de clfnquer
portland
em
conjunto con una ou nais
forrnas
de sulfato de cIcio,
em
propores que
variarn
aproxirnadamente de
3 a
52
en
massa,
constitundo,
assim,
o
chamado cimento
portland
comun,
dicionalnente
poden
ser
acrescdas
ao
ciento
substncias
de
carter
ativo como rnateriais
pozolnicos
e
escrias
granul-adas
de alto-forno,
sendo
relativamente comun
.
tanbm
a
adio de certas
quantidades
de
rrfillerrr
calcrio.
Dependendo
dos teores e
conponentes
de adio, os cirnentos
portLand
brasile.iros so classificados
em alguns tpos
cono
nostra o
quadr
01
(KIHR
&
MRCIANO
1991),
Em verdade, o
cimento
portland
un
produto
bsico
para
a
obteno
do
concreto.
Durant o
processo
de hidratao
do
cirnento. os componentes mineralgicos do cl-f nquer
portland
reagen
em
presena
de gua
para
dar orgem aos
chamados
rrprodutos
de
hidrataorr
que,
atravs
do enrefaamento
de suas
estruturas,
conferem
resistncia e
tenacidade
ao concreto.
os
tipos e
cornposies dos
produtos
de hidratao
esto
intinanente
relacionados
qualidade
e
cornposio
do cimento,
relao
gua/cinento,
cornpactao e tenperatura, entre
outros.
objetivo
dessa dssertao
o
estudo
nineralgico
do
prin-
cipal constituinte do cimento
porttand
-
o cllnquer
portand
-
e, sobretudo,
a influncia
exercida
pel"as
caracterfsticas
das
natrias-primas
na
qualidade
finaL
desse
produto.
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
18/171
QUDRo
01
-
Tipos
de Cimentos Portland Produzidos no
Brasil
(KrHR
&
MRC]NO, 1991-
)
TIPO
DB
C
NNO PORTLIID
CODIGO
DE
DnrTrrrc(
IIINIBRO D
IIORH
D
BII1
co|lPorEiTEs
lonun
CPI
[B-
I
t00
clinguer e
gesso
cP ll-s
i
a 5t
de
naterial
carbontico,
escri
de alto-forno
e
pozolana
lo[posto
CP I I.E
[B-2138
94 a
56?
de
clfnquer
e
gesso
6
a
34t
de
escria
de
alto
forno
at
103
de
alerial carbontico
CP
II-Z
94
a
763
de
clfnquer
e
gesso
6
a
14t
de
pozoLana
at
l0l
de
aterial
carbontico
CP II-T
)4
a 90t de clfner
e
gesso
i
a 10t
de aterial carbontico
Ito-forno
CP III
EB-208
65
a 25
de
clfnguer
e
gesso
35
a 70t de escria
de
alto-forno
at
5t de
nateiaL
carbontico
Pozoi'ico
CP IV
xE-758
85
a 45T
de
clfnquer e
gesso
15
a 50t
de
pozolana
at 5
de
naterial
carbonticc
lta Resistncia
Ini
cial
CP V.II EB-
2
100
a 95t
de cllner
e
gesso
at 5?
de
naterial
carbontco
tloderada Resis-
tncia aos
Sul.fatos
I'iRS 32
ltBR 5737 l00t de clfnquer
e
gesso
Destinado
ci-
dentao
de
po-
os
petrolfferos
IPP-classe
G IIBR 9831 l00t
de
clfnquer e
gesso
Enbora
matrias-primas
rnineralogicamente
muito
distintas
possam
originar
cl-fnqueres
de caracterlsticas
semelhantes,
os
aspectos
tecnolgicos e
econmicos deven
ser
cons
ideravelnente
al,terados
para que
se
atj-nja
essa
possibilidade.
Desta
forma,
torna-se
fundamental um conhecinento
rnais
aprofundado
desses
materiais
para
a
elaborao
de
urna
netodologia adequada
para
o
processo
industrial-.
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
19/171
3
optou-se,
no
presente
trabalho,
para
a anIise
de
rnatrias-
primas provenientes
de duas fontes
industriais
com
caracterfsticas
qufrnico-rnineralgicas
particulars,
de
taf
forma
suficientes para que se
possa
verificar a infLuncia
dessas
variaes
na
qualidade
dos
clnqueres
produzidos,
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
20/171
2 HISTRTCO DO CIT,IENTO
diffcil precisar
quando
ocorreu
a prineira
construo
em
que
se tenha utl-izado naterial de carter cirnentfcio
como
-
j.gante.
credita-se
gue
este feito
possa
ter ocorrido
por
acaso
em tempos
renotos, anteriores
mesmo
Histria,
aparecendo
j
con os
primeiros povos
sdentrios.
Cono cita BOGUE
(L949),
possfvel
imaginarmos
um
aborfgene
fazendo
fogo
em
uma
cavidade escavada em rocha
cal-cria
ou
contendo gipsita; o calor provoca a
descarbonatao
ou
desidratao de parte dessas rochas que pulveriza-se
entre
fragmentos maiores. Posteriormente,
o
orvaLho
ou mesmo
uma chuva
Leve
provocam
a hidratao desse material com
conseqente
cimentao
para
fornar
a
primeira pedra
de alvenaria.
utilizao de componentes ligantes
pelo
homem
pri-nitivo
veio substituir
construes como
as rnegalfticas,
estruturadas
esclusivamente atravs da sobreposio de
grandes
blocos
rochosos.
Assirn,
as
prirneiras
construes
egfpcias
foran
feitas
de
tijolos
confeccionados
com
l-ama
do rio Nilo
(narga),
com
ou
sem
a
adio
de fibras vegetais.
Esses
tijolos
eram
secos ao
sol, e,
posteriornente,
ligados entre si
por
canadas
midas
da mesma
lama do Nilo,
formando
uma
massa
sLida de
argila
(LE,
1"970).
Tal- modelo de construo
era
possfvel
apenas
em regies
de clima
seco,
praticarnente
sem
chuvas, pois
esses rnaLeriais
no
eram
queimados
I
apresentando
por
isso
pequeno
poder
de resistncia
gua.
No
muito longe dalif
os Babilnios e ssfrios utilizavan
tijolos
queimados
e
placas
de
rralabastrorr
(gipsita)
cirnentadas
com betume.
Embora
muito eficaz, este ntodo tanbn se
restringia queLas regies com depsitos
naturais
desses
nateriais,
no
sendo
copiadas
por outras
civiJ-izaes,
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
21/171
5
Posteriormente
vieram
as construes
de
alvenaria
dos
Egpcios,
cujo
princpio
era muito
senelhante
ao
sistena
atual
de
blocos unitrios
e
placas
rochosas
ligados
por
arganassa,
constitufda por
una
mistura
de
areia e naterial
cimentlcio.
Existe na literatura
una
grande
controvrsia
ern relao
ao
primeiro
rnaterial
cimentante
utitizado.
Pensou-se,
durante
muito
tempo,
que
esse
materiaf
seria
a cal derivada
da
calcina
de
rochas
calcrias.
Entretanto,
verificou-se
posteriormente
(BOGUE,
Lg47
LEA,
1970;
GOM{,
L979
e
GHORB
et alii,
1986)
que
o rnaterial
utilizado
era um
gesso
irnpuro contendo
suLrordinadamente
substncias
corno
carbonatos,
quartzo
e
outros.
VoN
LNDSBERG
(r992),
baseando-se
em achados
arqueolgicos
acredita
ainda
que
a
utilizao
de
argamassas
contendo
cal
seja
rnuito
antiga
datando de
at doze
nilnios
antes
de
Cristo, e
que
obrs
como
as
p
rmi
des
rlo F'oi.t-o
e
a
orande
mural
ha da
Ch
j.na
tenham
sido erguidas
utilizando-se
argamassas
contendo
esse
naterial
.
De
acordo
con o
valioso
trabalho
elaborado
pr
Lucas
(in
LE,
LgTo)
a razo pela qual os Egfpcios utilizavarn
gesso
ao
invs de cal,
apesar do
calcrio
ser mais
abundante
e mais
acessfveL
que
a
gipsita,
era a
escassez
de
cornbustvel
para
a
calcinao adequada
das
rochas
calcrias
gue
se
processa
a
ternperaturas
prxirnas a 7oooc,
enquanto
que
a
desidratao da
gipsita
ocorre
por
volta
de
loo
a
l-50oc.
Para DVIS
(1934),
ao
que
tudo indica,
os
Gregos
foram
os
primeiros a utifizaren a caI
colno
agl"onerante,
iniciaLmente
na
Ilha de creta,
sendo
difundido
posteriorrnente
para
a Grcia
e
para
a ItIia, onde
os Etruscos
forarn
pioneiros,
seguidos
plos
Ronanos.
Esses
povos
utitizavam
ainda certos
materiais
naturais
que,
quando
f inarnente rnoidos
e
rnisturados
a
argamassas
de cal
e
areia,
proporcionavam
resistncias
rnecnicas
nuito superiores
quelas obtidas sem a sua adio. Na Grcia, o naterial
utilizado era
um
tufo
vulcnico encontrado
na Ilha de Thera
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
22/171
6
(hoje
Santorim)
cuja
qualidade
goza
de
boa
reputao
mesmo nos
dias
de hoje. Por
outro
lado,
o
naterial
adicionado
cal" na
Itlia correspondia
a um tufo
vulcnico
de
colorao avermelhada
encontrado
em
diferentes
pontos
prxinos
Bafa
de
Npoes.
Uma
vez
que
os
materia.is de
nelhor
qualidade provinharn
da
,vizinhana
do Monte
Pozzuoli,
o material
recebeu
o
nome
de
pozolana,
sendo
esta denominao
estendida
posterormente
a toda
uma
classe
de
materiais
que
apresentavam
caractersticas
semelhantes
(LE,
1970
)
.
Quando
os
Romanos
no
dispunham
de
pozoana,
recorriam
a
tethas ou
cerrnicas
mofdas,
produtos
de argilas
queimadas,
que
misturadas
cal
proporcionavan
efeitos similares.
credita-se
que
o
enprego
dessas
pozofanas
artificiais
se originou na
ll-ha
de creta,
sendo
posteriormente utilizadas
pelos
Ronanos
(LE,
L97O
e HIJTDoBRO,
19891
.
A
qualidade
das
edificaes
romanas
surpreende
ainda
hoje
a
engenharia.
De fato,
cono
testemunha
da
excelncia do
processo
de fabricao,
encontramos
en
nossos
dias numerosas
obras do
Imprio
Ronano;
sua
presena
demonstra
que sua
construo
no
foi
urn
produto
da
casualidade,
mas sim
resultado
de UIB
profundo
conhecimento da
tcnica
de fabricao.
pesar
disso, un declfnio
gradual
da
qualidade
das
argamassas
foi
observado
no decorrer do
tempo, at a
Idade
Mdia.
Efetivanente, as
contribuies
saxnicas
e
normandas
I
por
exernplo, mostravan
evidncias
de
argamassas
rnal
misturadas,
fregentenente preparadas
con
cales nal
queimadas,
fato
que
reduzia
a
longevidade das
obras do
perodo.
ps
o sculo XIv, excelentes
arganassas
foram
novarnente
utilizadas, tendo sido retonada
a
prtica
do
uso de
materais
pozolnicos,
atm
de
una nova
precauo que
foi a
lavagern
das
arej-as,
separando-as
de
rnateriais
orgnicos
e argilosos
aderidos
(LE,
1970
)
.
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
23/171
7
Todavia,
a
evoluo
das
argamassas
e
concretos
tomou
grande
irnpulso
no
sculo
XVIII
com
as
investigaes
efetuadas
por
John
Smeaton,
engenheiro
responsvel
pela
reconstruo
do
FaroI de
Eddystone
nas costas
de cornhrall, Inglaterra.
Para
tal projeto,
forarn efetuados
inmeros
experirnentos
que
perrnitiram
a
obteno
de un rnaterial
rnais
adequado
para
suportar
a
ao
vioLenta
da
gua
do mar. Sneaton
observou, ao
contrrio
do
que
se
acreditava
at
ento,
que
as melhores
cales eran
obtidas
atravs
da
calcinao
de rochas
calcrias
que
contivessem
uma
proporo
considervel
de
materiais argilosos
(BOGUE'
f947\.
Seus
experimentos
constavam
da
confeco
de
pequenas
bolas
(pelets) preparadas
com
diversas cales
rnisturadas
con tipos
variados
de nateriais
pozolnicos
que
eram
posteriorrnente
irnersas
em gua
para
que
adquirissem
gradualrnente
resistncias
mecnicas.
Seu
rnt,o
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
24/171
I
pelo
menos mais
seis
oportunidades.
entre esta
data e o
ano de
1830.
Bry Higgins en 778o,
aparentenente
sem conhecer
os
trabal-hos de Smeaton
que
no
havian
sido
publicados,
investigou
cales do
ponto
de vista
do
contedo
de dixido
de carbono,
que
e1e
chanou
de
ttar
fixvelrr
(BoGUE,
1'947). Esse
pesquisador
verificou
que
parte
da massa
dos
materias
calcrios
era
gasosa
e
podia
ser elininada
com
urn aquecimento;
de forna oposta,
a
exposio
de
cal-es ao
gs
carbnico
provocava
sua
estabilizao.
Joseph Parker notou que certos materiais
argilosos
empedrados associados
con
nateriais carbonticos (ndulos de
rrseptriastr
)
encontrados
na
regio de
Kentish, Inglaterra,
quando
queimados
de forma
enrgica originavam
um
produto
de
excelente h
idrau
I ic
i.
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
25/171
('rchalkrr)
e una de argila
para produzir
um ligante
ao
qual
batizou de
I'cimento
de Frost
.
Mas em 1822, el-e descartou
tal
procedirnento
e, em
uma
nova
patente,
especificou o uso
de
calcrios
ou
margas,
rnagnesianos
ou
no, praticanente isentos
de
materiais
alurninosos
que
continhan
de 9 a
4OZ
de
material
silicoso ou
slLica ou
cornbinao de sIica e xido de
ferro,
estando
a slica
em excesso
e
f inarnente
moda.
o
produto,
obtido
com a calcinao deste rnaterial foi chamado de
rrcimento
britnico"
(BOGUE,
op.cit,
)
inveno
do
cinento
portland
creditada a
Joseph
spdin,
um construtor
de Leeds,
que
aos 21 de outubro
de
1824
patenteou
o produto, fato
contestado
por
muitos
autores,
una
vez
que
tanto
a fabricao
quanto
a
denorninao
do
produto
no
foram
completamente
originrias
dele.
De
fato,
Aspdin
utilizando-se dos
conhecinentos adquiridos
por
seus antecessores,
produziu
um Iigante hidrulico em
condies
praticamente
semelhantes
quelas
de
cinentos
anteriores,
sobretudo ao
cimento de vicat. o
none
parece
ter
sido
originado
dos conentrios
de
Smeaton.
con
base nas condies de fabricao
patenteadas por
Aspdin,
I. c.
Johnson. surpreendido
pelo
nistrio
que
envolvia
a
fabricao do cinento
portl-and,
destacou
que
at mesmo
os
funcionrios de spdin
desconhecan exatamente
o
que
era
adicionado durante
a
fabricao
(
in GOODING & HLSTEAD, L952)
.
Mais tarde, em 1845,
Johnson
produziu um naterial
de
dosagem semelhante
aos cimentos
de
ento,
porrn
excessivamente
caLcinado
a
ponto
de ficar
mesmo
vitrificado.
Esse
materialf
aparentemente
descartvel,
foi testado nais tarde em seus
experirnentos onde
verificou-se
un
produto
con dureza
e
colorao
superiores.
Este
produto,
que
a
princfpio
foi
desprezado,
no era seno
clinquer muito prxirno aos produzidos atualmente,
com
10
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
26/171
endurecimento
rnais Lento, hidraulicidade
maior e resistncias
mecnicas rnuito mais el-evadas.
Em
l-838,
o
engenheiro
BrunI
fez constar
nos
documentos
de
suas obras
(tnel
sob o Rio
Tmisa)
o none do
aglomerante
utifizado:
rrcimento
portlandrr
(coM,
1979).
dosagern
adequada
de
calcrios e argilas bem
como
a
temperatura rnxirna
de
queina
desta mistura foram
conhecidas
apenas
en investigaes
posteriores.
A introduo do
forno
rotativo na indrlstria cirnenteira
deveu-se
a Frederik
Ransone
(
Go.{,
op.cit.
)
que patenteou
seu invento en 1885.
2.1 o
cimento Portland no
Brasil
primeira
tentativa
no Brasil. de alicar
os
conhecinentos
relativos
fabricao
do
cinento
portLand
ocorreu
aparenternente
em
1888,
quando
o
conendador
ntno
Proost
Rodovalho
enpenhou-
se
em
instalar
uma
fbrica
en
sua
fazenda
en santo
ntnio,
Estado
de So Paulo, Posteriormente,
vrias
buscas
espordicas
nesse
sentido
foram
feitas
(BcP,
L97o).
Assim, chegou
a funcionar durante trs
neses em
L892
una
pequena
instalao
produtora
na lLha de Tiriri
I
na
Parafba..
usina
de
Rodovalho operou
de
l-897
at l-904,
quando
paralizou,
voltando em 1907
|
extinguindo-se definitivanente
em
1918. Em
cachoeiro
do Itapenirim, o Governo do Esprito
santo
fundou, em
L9r2,
una
fbrica
que
funcionou at
L924
t
sendo
paralizada,
retornando
a
funcionar
em
1936,
porrn
con novas
instalaes.
Todas essas etapas no
passaram
de
meras tentativas,
que
culminararn en
1"924 com
a
irnplantao,
pela
Companhia Brasileira
de
Cimento
PortLand, de
uma
fbrica
en
Perus,
Estado
de So
Paulo,
cuja construo
pode
ser considerada cono o
marco
da
inplantao
da
indstria brasileira de cirnento. s
primeiras
toneladas
foram
produzidas
e col-ocadas no mercado
en
1926.
11"
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
27/171
t ento, o consumo
de cinento no
Pafs era
alimentado
praticanente pelo produto
irnportado.
produo
nacionaf
foi
gradativanente
elevada con
a implantao de novas fbricas,
sendo
que
a participao de
produtos
irnportados
oscil-ou
durante
dcadas at
praticamente
desaparecer
nos
dias
de
hoje. o
quadro
02
apresenta
uma
sfntese da
evol-uo
da
produo
e
consuno
de
cirnento
portland
no Brasil
e no
mundo
con base
em
dados
da
CEMBUREAU
(I9A2,
L987 e 1990).
estagnao
da
produo
brasileira de
cimento
observada
a
partir
de
1986,
na faixa de
25
mifhes
de
toneladas
por
ano,
explica-se
pela
estreita relao
entre
esse segmento industrial"
e o
crescimento econmico
do
Pas.
indstria brasileira
de cimento
passou
por
modificaes
profundas
ao
ongo
de
sua
histria,
sempre
procut
ando
adecJuar-se
nodernidade
das naes
desenvolvidas
e realidade brasileira.
Hoje,
982
das fbricas utilizan
fornos via seca, con consumo
especffico
ndio
de
gookcal
por
kg de clfnquer, nuito
abaixo
do
consuno
dos
antigos fornos
via rnida
(entre
1600
e 2000kca1
por
kg de clfnquer). o
conbustfvel
utilizado tanbn teve que
se
adequar
realidade
brasiJ-eira, tendo-se em
1985
substitufdo
ern
at
958
a utilizao do leo
com.bustfvel
inportado
pelo
carvo
mineral brasileiro. Muitos
outros combustlveis alternativos
continuan sendo
testados
com
xito,
destacando-se
a
casca de
arl:oz, o bagao de cana,
serragens
de
madeira,
solventes
qufnicos
e
pneus
velhos,
entre
outros.
Verifica-se que
essa
indstria
tem
grande
participao
no
processo
de
reciclagem
de
nateriais, tanto em relao a
aqueles
incinerados no interior do forno,
quanto
aos
rejeitos
industriais utitizados
como adio
ativa
ao
cimento.
Paralelanente
aos
avanos
tecnolgicos,
constata-se
uma
crescente
preocupao
com
a
qualidade
do
produto
acabado e
sobretudo
com a homogeneidade
da
produo.
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
28/171
QUDRo
02
-
Evoluo da Produo
e
consumo
de
cinento
no
Brasil
e no Mundo
(Fonte:
CEMBUREAU, L9a2
|
I9a7 e
1990)
Brasi
Hundo
o
Produo
,,
Totrl
(i0't)
hportao
(10't)
lxprta;
ao
(10't)
Consuro
Total
(103t)
lonsuo
capita"
"Pe{
(lort)
Produq
Total
(rort)
Consuro
iPef
capita"
(10Jt
1913
1920
\925
1926*
1930
1935
1938
1941
1950
1955
1960
1965
1970
r975
1980
I985
1989
3
13
87
366
618
914
1.386
4.4{4
5.624
9.003
16.737
27
.r91
20.635
25.920
465
173
336
396
391
114
50
339
394
242
I
4l
328
235
26
2
64
3
3
46
204
t5l
65
468
173
336
409
{78
480
668
t.253
1.?80
2.917
4.442
5.664
9.331
16.737
26.911
20.547
20
6
11
t3
14
13
17
26
34
49
-r
69
I01
t59
2II
t52
l?5
39.500
32.200
59.400
63.200
73.400
66.200
82.900
86.100
133,000
214.500
31{.200
430.900
589.500
719,000
881.100
952.500
t.138.000
24
19
32
34
32
39
39
''5
81
i04
I3I
158
180
203
199
2r9
*
[arca o inlcio
da
produo
brasileira
de cinento
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
29/171
3 O
CLNQUER
PORTI,ND.,
3.1
Apresentao
o
clfnquer
de
cinento
portland
o naterial
sinterizado
e
peletizado.
resultante da
calcinao
at
aproxirnadamente 145ooC
de una
nistura adequada
de
caLcro e argila
e,
eventuaLmente
de
gelnponentes
corretivoF de
natureza
silicosa. aluninosa ou nesmo
ferrlfera,
enpregados
de
modo
a
garantir
o
quimismo
da
mistura
dentro de Iimites
especfficos
(KIHRA
et
alii' 1990).
BRGA
(L973)
define
o cllnquer
portland
como una rocha
artificial
cuja
forrnao
se
deve
a un
conjunto
de
reaes
en
estado
slido
com
fuso
parcial dos componentes.
KrHR
&
VLRELLT
(
1975
)
rel-acionam
o
processo
de
formao
do
cl-lnquer
portland
a um
metanorfismo
trmico d
alto
grau
de rochas
calcrias
e
argilosas f inarnente
clj.vididas,
cu'ias
reaces
se
nrocessrn
or
difuso
inica
em um
processo
senelhante
anatexia.
EsGa
rocha artificial,
o clfnquer
portlandf
dev
sua
resistncia e tenacidade ao material intersticiaf
constitufdo
por
aluminatos
e ferroalurninatos
cIcicos
qrle
a
se
solidificarem, fornan
una
estrutura de
cristais
entreLaadoo
ou
mesmo una nassa
vftrea
que
envolve
os
silicatos
(alita
e belita)
(LOCHER.
r.975
)
.
os constiufntes
rnineralgico
do clfnquer
portland
Fodem
ser subdivididos en
trs
grupos
distintos:
.os silicatos
cJ.cicos,
que
normalmente
so
c:istai's
}ren
formados,
gerados
nas
ltinas etapas
do
processo
de
cJ- inqueri zao,
no sofrendo
fuso durante sua^
formao;
.
a
fase
intersticial
,
correspondente
fase futlilida
tenperatura
de clinquerizao,
no seio
da
gual.
cristali.zam
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
30/171
.o terceiro
grupo
corresponde
a
alguns
componentes
menos
freqentes como
o
periclsio (MSO),
cal livre
(cao),
Iangbeinita
IK2ca2(so4)3],
aphititalita
IK3Na(So4)27,
arcanita
(K2So4)r
ferro netlico (Feo), wustita
(FeO),
entre
outros.
Os
dois
prineiros
grupos
incluen os chamados constitufntes
principais
do cllnquer,
identificados com as
abreviaturas
clssicas:
CaS
(ou
CarSiO5),
C2S
(ou
ca2siO4),
Ca
(ou
ca3I206
)
e
c4F
(ou
Ca2l-FeO5). Rigorosamentef
essas
abreviaturas
so
vIidas
sonente
para
as
fases
puras,
as
quais
nunca
aparecem
nos
clfnqueres
industriais
devido
presena
de
irnpurezas
ern soluo
sl ida
.
3-2 Constitufntes
l,lineralgricos
Principais
do
Clfnquer
Portland
.alita: a
designao
dada
s diferentes nodifjcaes
do
silicato triclcico, estabilizadas
no cInquer industrial
pela
formao de so.Iues slidas con
incfuso de
pequenas
quantidades
de
xidos estranhos
(Mgo,
12O3, Fe203
Ti20.,
P2e5,
So3,
Na2O, K2O, entre outros). um
dos
principais
constituntes
do
clfnquer
(4O
a
7OZ
),
com
importante
papel
no
endurecimento
e
na
resistnci
necnica
do cirnento.
alita
urn nesossilicato artificial
,
sendo
sua estrutura
definida
pela
presena
de tetraedros
independentes
de
SiO4
unidos
por
fons clcio
intersticiais. Ern
gera]
os cristais
so
tabulares,
conpactos
e
idionrgicos
apresentando, na
naioria
das
vezes,
uma
seo hexagonal
(
figura
01
).
FIGUR
01 -
Seo
hexagonal da ali"ta
(MKI
,
1986)
15
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
31/171
O
processo
de fornao da alita mais comum
em
cllnqueres
industriais
ocorre atravs
da
reao
slido-slido
entre
cristais de cal- livre e belita
onde
a
reao
se
processa
por
difuso inica,
sendo acelerada
pela fase
fundj-da. Esta
forna de
gerao
da alita comumente
observada
quando
se
verifica
a
pr:esena
de
gros
grosseiros
de
quartzo
na
farinha, fato que
no
possibitita
a dissoluo da sflica no
lfquido
adjacente.
Primeiramente
ocorre
reao
do
quartzo
com a cal disponfvel
para
a
formao
de
cristais
de
belita;
posteriorrnente
,
os
cristais de
belj-ta
recm
gerados
reaqem
com a cal
para
originar cristais
de
alita.
Em
relao
ao
polirnorf
isrno dos
cristais de cS,
sete
variaes
poden
ser
observadas
segundo
o
quadro
03
(MKI
,
1986).
QUDRO
03
-
Variaes Pol"imrficas da
lita
(
1KI
,
1986)
Denominao das Fases
Temperatura
de Converso
(oC)
R
M3
rz
M1
T^
J
T2
1070
1060
990
980
920
620
20
6zooc
92ooc 9Booc
agooc
1o6ooc
1o7ooc
T1=- T2: T= Ml: M2: M3:
R
onde:
T:Triclfnico; M:Monocllnico:. et R=TrigonaI
Em
c1nqueres
normaLnente
sob as
ambiente
(MKI
&
aprecivel
de Mgo
portl-and
industriais,
a alita
ocorre
formas monocl-fnicas
M1
e M3 a tenperatura
CHROMY.
1978). Na ausncia de
quantidade
no clnquer
e
sob
condies de alta
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
32/171
temperatura,
pode
ocorrer
tarnbrn a
forma
triclnica
I2
resultado da
cristalizao
(MKI
,
op,
cit.).
En relao
presena
de
grande quantidade
de
elementos
qumicos
em
soluo s1ida
na atita,
parece
mais
convincente
aceitar
qu
as variaes na atividade hidrulica e nas
propriedades
da alita
so
devidas mais
a defeitos ou desordens
estruturais
do
que propriamente
s fornas
polimrficas
estabifizadas, visto
que
as variaes de
reatividade
entre
essas
fases
polirnrficas
so
pouco
ntidas.
Deve-se
acrescentar
anda
que
o efeito dos diferentes elenentos
presentes
na
alita
interativo,
no sendo de um
ou
de outro
elernento
em
particuJ-ar.
(
CHTTERJJE
,
I979)
t
-belita:
a denominao
dada
soluo
slida
envolvendo
o
silicato biclcico
(ca25io4
ou
sirnplesmente
C2S) en
suas
diferentes fornas
potinrficas que
so estabilizadas
pela
presena
de
xidos
estranhos
(412O3,
Fe2O3, MgO, Na2o,
K2O,
SO3,
P205,
Tio2,
CY2,u^3t Mn203,
Bao, entre outros)
em
sua
estrutura
cristalina.
Embora
ocorra
en
propores
via de regra nenos
expressivas que a alita
(mdia
de 2oZ en
massa)
un
dos
constitulntes
principais
do c1nquer
portland
com contribuio
significativa
nas
resistncias
rnecnicas
a
idades
rnais
longas
do
crnento.
quando
o teor
de
befita
supera
a 5oZ,
passando
a ser o
constituinte
principaJ.,
o
materiaJ.
passa
a
denominar-se
cl-fnquer
beItico,
sendo
produzido
con
consumos
energticos
inferiores,
porm
apresentando decrscimo
das caractersticas hidruIicas.
Da
mesma
forma
qu
a afita, os cristais de belita
trn
corno
estrutura bsica tetraedros
independentes
de
sio4,
que
so
Iigados entre si
por
interrndio
de ons
de
cIcio.
forrnao
dos
cristais
de belita se
processa pel-a
reao
entre Sio2 e cao
provenientes
da
rnatria-prirna
,
processo
que
ocorre entre
substncias
sl-idas,
por
difuso,
a
tenperaturas
inferiores quelas
da formao da
alita.
L7
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
33/171
belita
apresenta
quatro
variedades
polimrficas,
quais
sejam:
&.
cr',
e
y
,
estveis
em
domfnios
de
temperatura
deterrninados, as
quais
apresentam estruturas cristalinas
nitidanente
distintas.
s
transformaes
do silicato
biclcico
puro
(C2S) poden
ser
esquernatizadas
d seguinte
modo
(
LEHMNN
et
alii, in
BRc,
1973)
(guadro
4).
QUDRO
04
-
variaes
polirnrficas
da
BeLita
(
LEHMNN
et
alii.,
in
BRAG,
1973
)
6 80-6 3
OoC
ro.ro%-
630-6200C
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
34/171
cllnquer.
Por ser uma
fase
praticamente
inerte,
indesejvel
ao cllnquer
portland.
-c2s
QUADRo
05
- caracterfsticas
das
Fases
Polimrficas
da
Belita
Forma
alotrpica
Nome
Si
stena
cristal-
ino
condies
de
resfriamento
Estabi Ii
zadores
principais
o
c
B
Y
Bredi
grita
Larnita
Shannonita
tri
gona
I
ortorrnbi
co
nonocl
f ni-co
ortorrmbi
co
muito rpido
nuito
rpido
norna I
I
ento
Na
2O
Kzo
praticarnente
todos
excesso de
SiO-
e
Feo.
sio2
z
BRNES
et alii
(1978)
estudando
mais de
zoQ
clfnqueres
industriaj.s verificaram
que
a
presena
de constituntes
secundrios
na
belita
varian
de 2 a 122,
sendo
o
I3+
e
Fe3*
os
fons
predoninantes
na substituio
parcial
do ca2*.
Essas
substituies inicas
estabil-izam
a fase
-c2s,
principalrnente
sob
condies de
queirna
oxidante
(CHATTERJJE,
L979).
. aluminato
triclcico: o
C3A
ou
Ca3A12o6
una
das
fases
do
clfnquer
porland
formada
a
partir
da cristalizao
do
naterial
que
se funde durante o
processo
de
clinquerizao. o
contedo
dessa
fase
no
clfnquer variveL
(nornalnente entre 0 e
L0)
e
depende
do tipo
de cimento
produzido
(cirnentos
classe
G,
utilizados em
poos petrolferos
devem apresentar
teores de ca
prximos
de 0).
o sistena cristalino
em
que
se encontra
o cbico
no
sendo
verificada
nenhuma modificao
poJ.inrfica
gerada
pela
variao
da
temperatura. Esta
fase adrnite
em sua estrutura
cristalj-na
a
presena
de xidos
estranhos como
o
Fe2o3, Mgo,
Sio2,
Tio2,
Na2o
e :(2o, entre
outros, em
propores
de at
10%
em
nassa,
sendo
que
os
elementos
alcalinos
podem
rnodif
icar
sua
sirnetria
(ortorrrnbica
ou monoclnica).
MooRE
(in
CHTTERJJE,
1979)
comenta
ainda
a possibilidade
de
uma
forrna
tetragonaf.
19
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
35/171
BoIKov
et al".
(1977)
investigando o
efeito do
Na2o na
estrutura
do
ca
verificou
que
o
contedo
deste xido
em at
21422
em massa
condiciona
a
forrna
cbicai
desse
valor at
3,aoz,
a forna ortorrmbicat at
4,a32 a
forma
tetragonal e at
5,702,
a forna
nonoclf nica.
os cristais de ca,
responsveis
pela pega
(
endurecimento
inicial) do
cinento
apresentam
cono
estrutura
bsica o
arranjo
de seis tetraedros
de
Alo4, formando
um
anel
(A1601g-).
os
fons
cIcio
preenchem
cerca
de 72
trvaziosrr
dos 80
possveis
da
sela
unitria,
sendo
o restante
ocupado
por
outros
fons
(MoNDL
&
JEFFERY
,
L97 4) .
formao
dos cristais
de aluninato triclcico
ocorre
apenas no f inal- do
processo
de
clinquerizao, corn o
resfrianento e solidificao
da fase intersticial
.
Quanto
nais
rpido for o resfriamento
do
cInquer,
nenos
desenvolvidos sero
os cristais.
En
relao reatividade dos
cristais de
C3,
BoIKOv et
aI
. (L977),
WONNEMNN
(in
STRUNG
at alii,
1986)
e
LOCHER
(L983)
deterrninaram
que
a
presena
de Kzo acelera
o
processo
de
hidratao desta
fase
ao
passo que
o
Na2o,
retarda;
. brosnuillerita:
a
denominao
dada
ao
ferroaluminato
tetraclcico,
tarnbrn designado
por
ferrita,
correspondente
a
um
termo da
soluo
sLida contnua
compreendida
entre
os
extremos
CzF
(ou
ca2Fe2o5)
e o
I'hipottico"
C2
(ou
ca212o5),
sendo
representada
basicanente
peJ-o
c2F.
Parece
que
a
cornposio
rnais
estve.l"
o
c4F
(ca4LLzFe2o1o
)
que
utilizado
para
representar
a
soluo
slida como um todo.
simetria exibida
pel-os
menbros
desta
srie
a
ortorrmbica, tendo todos utna
estrutura
muito
simifar.
REGoURD
et alii
(L976)
verificaram
que
elenentos como
o
Mg, Si, Ti, Mn e cr
podem
ser
incorporados
na
estrutura
do
c4F.
ocorre
no
clnquer em
propores
variveis,
con teores
rndios
entre 10 e L2Z; os clfnqueres brancos,
entretanto,
praticarnente
no apresentam
c4F .
2Q
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
36/171
Esta
fase,
considerada de
baixa reatividade
hidruJ-ica,
tern
corno
propriedade
principal
a
resistncia
corroso
qumica
do
cimento. este constitufnte
que
confere ao
cirnento a colorao
acinzentada
devido
presena
de ferro en sua constituio.
presenta
uma
estrutura complexa,
onde
camadas
de
octaedros
(Feo6
ou 106
)
so
dispostas
perpendicularnente ao eixo
rrbrr
do
cristal,
sendo
intercaladas
por
cadeias sirnples
de
tetraedros
(Feo4
ou AIo4).
os tetraedros
e octaedros unen-se entre si
atravs do
conparti
Ihanento
dos oxignios de
seus vrtices,
formando
grandes
vazios
na estrutura,
preenchidos por
ons
clcio.
Da mesma forma
que o
ca,
o
c4F
crstaliza-se
a
partir
da
solidificao da fase intersticial-
fundida,
fornando
cristais
irregulares,
nos
interstcios deixados
pelos
silicatos
(alita
e
belita)
.
impossvel
,
ao rncroscpio
ptico,
distinguir
o
provvel
ou
provveis
componentes
da soluo
sIida.
Segundo CHRISTENSEN
(L978),
quando
a relao
12o3lFe2o3
do
c1nquer for superior a L,L , a fase
C4F
cristaliza-se
posteri.ormente
ao
ca,
fato
que
normalmente
ocorre.
3.3 constituintes
lrtineralgicos secundrios
do
clfnquer
Portland
.cal livre
(cao):
considerada indesejvel
no
cInquer
portland
a
partir
de
22, a
cal livre forna-se atravs da
calcinao
dos
carbonatos c]cicos
e
permanece
no
cInquer
devido a alguna condio inadequada do processo
de
cJ.
inqueri zao
,
cono moagem
e/o
hornogeneidade
deficientes
da
natria-prima, condies
de
queima
insuficientes
ou
ainda
dosagem excessiva de
xido de cIcio na
farinha . ssirn, a
presena
de
cal livre
no
clnquer
pode
ser
usada
corno
parmetro
para
o
controle das condies
de fabricao.
Em
geral
os
cJ-nqueres apresentan ern ndia 1Z
de
caf Iivre.
o
sistema
cristalino
do
cao
cbico
e a forna,
normalmente
esfrica.
Quando
agrupados em zonas
(agloneraes da
rnesma
fase
21
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
37/171
nineralgica)
esses
cristais
poden provocar
expanso
no
cimento
portland
durante a hidratao,
convertendo-se
en
portlandita
Ica(oH)2],
sendo
essa reao
acompanhada
por
um aunento do
volume da ordem
de
97,621
.periclsio
(t{So):
este
conponente
s aparece
como fase
nineralgica
en
clnqueres ricos
em Mgo,
produzidos
a
partir
de
calcrios magnesianos.
o xido
de
rnagnsio
presente
na farinha
participa
na
forrnao da
fase 1quida
entrando en
soluo slj-da
nas
diferentes fases do clnquer
)
descritas,
principalmente
na
alita
em
substituio ao xido de cl-cio.
Se
o teor de
Mgo
for
superior a
Zeo,
aproxirnadamente,
ento o material
excedente
cristal i zar-se- sob
a forna
de
periclsio.
taxa de
cristalizao
do
periclsio
funo
da temperatura
de
queima
e
vel-ocidade
de
resfrianento.
un
cornponente
secundrio
do clfnquer,
de baixa
atividade
hidrulica, sendo una
fase
praticanente
inerte
no
processo
de
hidratao do
cimento
e, por isso,
indesejvel
,
principalmente
se
em excesso
(existen
especificaes em norlnas
que
limitan en
6,52 o teor de Mgo no
cirnento). o sistena
cristalino
do
periclsio
o cribico,
sendo
que
a
forna
dos
cristais
depend
fundanentafmente
das condies
de
resfriamento
do cInquer.
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
38/171
4
pRoctsso
DE
FABRTco
po
cr-rQUF:R
PoRTr-ND
4.1
cenera.l idades
Em
escaLa
industrial , o
processo
se fabricao do
clnquer
portland
uma operao
complexa
que
consiste
na extrao
e
britagern
das
natrias-primas
,
seguindo-se
a
preparao
adequada
da
mistura crua
(farinha),
com
posterior
queima
por
volta
de
145ooc em forno
rotativo. O
produto
desse
processo
de
sinterizao
denominado
cllnquer
portfand
Que,
quando
devidanente
moido
e misturado
em
propores
adequadas de sulfato
de clcio
(denorninado
genericamente
de
gesso
na indstria
cimenteira) e outras adies, d
orfgern
ao
cinento
portland,
figura 02, extrada
de KIHR.
et
alii
(1990),
apresenta
un
esquema sinplificado
da
fabricao do
cInquer
portland.
Silos
de Mistura Crua
| 4----
FABRIcAO
DE
CIMENfO
PORTLAND
Silos
de
Cimento
FIcItR
02
-
Esquema
sinplificado
da
portLand
(
KIHR
et al-ii,
fabricao
do clnquer
19eo)
)1
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
39/171
4-2
Hatrias-Primas
Para
a fabricao
do
clfnquer
portland,
o naterial
de
partida
deve
conter em
sua
composio
qufrnica
os componentes
principais do clfnquer, quais sejam, cal, sflica, alumina
e
xido de ferro.
Raramente
esses conponentes
so
encontrados
e
uma
nica rocha em
propores
adequadas,
sendo,
por
isso,
necessro fazer-se
a
mistura de dois
ou
rnais
tipos de
materiais. o calcrio
e a
argila so as
rnatrias-primas mais
conuns na indstria
cirnenteira,
sendo
utilizados
eventuais
aditivos corretivos
(rninrio de ferro,
areia etc.
)
quando
un
conponente
quinico
essencial
no estiver
presente
na
proporo
adequada.
Segundo a classificao
das rochas
calcras
efetuada
por
BIGRELLLA
(1956),
apenas
os
calcrios
calclticos e
magnesianos
(teores
limites
de
Mgo
de
1,1U e 4,32, respectivanente
)
podem
ser utilizados
na fabricao
do c1nguer
portland'
sendo os
calcrios
doJ.ornf
tico,
dolonito
cacltico e
dol,omito
(teores
tinites de Mgo
de 10,5,
L9
,LZ
e 22,o2
,
respectivamente
)
inadequados,
Ern caso de ocorrncia desses calcrios
mais
rnagnesianos,
dve-se fazer
uma
mistura
adequada
com calcrios
calclticos.
Para
a fabricao
do cllnquer
portland'
o calcrio
no
deve exceder, em mdia,
a
4
d
l,lgo
(BREU'
L973).
Segundo
CPRM
(L972),
os calcrios
para
a fabricao
de
cimento
deven
conter no
rnfnimo
422 de
cao,
menos
que
4Z de MgO
e
nenos
que
10%
de sio2.
Em
relao ao
componente
argi-oso, algunas
lirnitaes
qufmico-nineralgicas
so especificadas.
Segundo
rPT
(l.982),
materiais argilosos
contendo
teores
de Na2o
e K2o superiores
respectivamente
a 3,0 e
6,ot ou
volume
de
areia naior
que
6o?
so inadequados
para
o uso
como
matria-prima
do clfnquer
portland.
Teores
de Na2O entre 1,5
e
3,0%,
de
K2O
entre 4,0
e
6,0 ou volune de areia
entre 55
e 60Z,
caracterizam
materiais
de baixa
qua"idade.
Se
o
ter de
Na2o
estiver
no intrval
de
L,0 a 1,52, o
K2o
entre 3,o e 4/02 e o
de
areia entre
40
e
552,
24
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
40/171
o material argiloso classificado
como de
qualidade
mdla.
Abaixo desses
valores a argila tida
como de boa
qualidade.
Secundariarnente
,
a farinha do
clfnquer
apresenta
componentes
qulmicos
auxiliares, cujas
quantidades
so
l-initadas
normalmente
por
especificaes
de
normas
ou
por
experincias
de
fabricao.
Dentre esses
componentes
destacam-se
o xido
de
magnsio,
os Icalis
(KZO
e
Na2O),
o enxofre
(SO3),
fons cloreto
e fluoreto,
o fsforo
(P2O5),
entre
outros.
De acordo
com
DUD
(1977)
|
o cl-lnquer
portland
apresenta aproximadamente
os
seguintes
constitufntes
qufnicos
constantes
do
quadro
06.
QUDRO
06
-
Conposio
eufnica
Mdia do
CInquer
portland
(
segundo
DUD, 1977
)
CaO 58-67e.
MgO
L-52
K2O+Na20 0-12
so:
o,L-2,52
Pzos
0-1,52
4-3
O
Processo de
Fabricao
cenericamente,
o
processo
de
fabricao
do
clfnquer
portland
em fornos rotativos
pode
ser subdividido en
quatro
tipos,
dependendo
das
condies
de
unidade
da natria-prirna.
escolha de
cada un dos
processos
(via
nida, via
serni-nida,
via
serni-seca
e via seca)
depende
de diversos fatores
cono
a
disponibilidade
de
combustfvel
,
urnidade
das
rnatrias-primas,
entre
outros.
Os sistenas de fornos
via seca
so
hoje
mais
usuais,
sendo
preferidos
aos demais.
a
menos
que
a
umidade
das
rnatrias-prirnas
ultrapasse a
10
ou
que
o
preo
dos
combustveis
seja
insignificante.
Nesse
sisterna,
o material
de
alimentao
entra
no
forno rotativo
na
forma
de p seco
(BONN
e
LNc,
1986).
Dada
a
importncia
desse tipo de
processo
de
gueima
e
sio2
L6-262
t2o3
4-az
Fe2O3
2-52"
Mn2O3
0- 3
TiO2
O-O.5U
Perda
ao Fogo
:
0,5-38
25
-
7/25/2019 Centurione_Mestrado
41/171
considerando
o fato de
que
atualmente no Brasil
a
grande
maioria
dos fornos
so
do tipo
"via
secarr, a descrio das etapas
de
fabricao
ter
como base esse
tipo
de
processo,
4.3.1
Extrao,
britagen e
pr-homogeneizao
da matria-prima
extrao
cuidadoso onde
dosagem
da
matria-prirna
um
processo
corpo
calcrio deve ser
criteriosamente
estudador sendo
comumente
explorado
segundo
desmontes
de
bancadas,
com
cada bancada
subdividida em blocos, de
acord.o con
suas
variaes
composicionais.
A nistura dos blocos de desmonte
pode
ser feita
intercal-ando-se carninhes com
materiais
de
um e
de
outro
blocos.
o material extrafdo,
que pode
apresentar
dirnenses
decimtricas a ntricas,
ento reduzido en britadores
gue
podem
ser
de
nartelo,
de
rnandfbula,
giratrio,
de cone, de rolo
etc. ps essa etapa,
os fragnentos de calcrio, agora con
dinenses
centirntricas
a milintricas so
ernpilhados
de tal
forma
que
o
naterial calcrio heterogneo seja
submetido
a urna
pr-hornogenei
zao.
etapa
de
pr-honogeneizao
facultativa,
porm
de
grande
irnportncia
para
a
honogeneizao
f
inal-
da
farinha,
sendo necessria em casos
onde
o
corpo
caLcrio
nostra-
se muito heterogneo.
ps
a
etapa
de britagem,
com
ou sem
pr-homogenei
zao
,
o
calcrio ento
conduzido
atravs de esteiras
mveis
para
os
siLos
de
arnazenamento
da natria-prina. Aln
do
calcrio,
tanbm
o material
