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 rápido sin tratamiento térmico previo.
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Impactos
ambientales y medidas de protección
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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 (NOx).
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 masa son 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.
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.
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.
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 en
circulación, 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 circulación o 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.
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 evitar desde 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.
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.
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.
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