As matérias primas utilizadas

 “O cimento possui vários produtos em sua composição, destacando o calcário”, “a principal matéria-prima”, a qual tem o mineral calcita ou carbonato de cálcio, CaCO3, em sua composição, junto com algumas impurezas, tais como argilas, sílica, ferro, e outras, em proporções variadas.

Figura 8: Calcário moído

Assim, o cimento é resultante de uma “mistura” de materiais: “ele é formado através da mistura da argila e do calcário”, do “calcário que passa pelos processos de mistura”, é uma “mistura de calcário, argila e outros componentes”. A argila é um produto rico em “sílica” ou óxidos de silício, “ferro” e alumínio, essenciais para a qualidade do cimento. As argilas são normalmente constituídas por misturas de minerais compostos por silicatos hidratados de alumínio ou magnésio, ou ambos, e também pode ter ferro em graus variáveis como substituto do alumínio e do magnésio; também podem conter potássio, sódio, cálcio e outros elementos. Alguns exemplos de argilas são: a caulinita, Al2Si2O5(OH)4 ou 2SiO2·Al2O3·2H2O, a pirofilita, Al2Si4O10(OH)2 ou 4SiO2·Al2O3·H2O, o talco, Mg3Si4O10(OH)2 ou 4SiO2·3MgO·H2O, e a chamosita, 3SiO2·Al2O3·5FeO·4H2O.

Figura 9: Argila

Assim, o cimento “é feito de calcário e argila”, mas “depois de misturadas eles vão para um moinho juntamente com outros aditivos”: a areia e o minério de ferro, principalmente. De modo geral, o calcário, a argila, a areia e o minério de ferro são moídos e geram o “que os fabricantes chamam de “farinha” ou “cru”. Em seguida, essa mistura passa por aquecimento em um forno: “O cimento é fabricado a partir da mistura e queima (cozimento) em alto forno, das matérias primas calcário e argila. Após serem trituradas e misturadas, eles passam por esse processo de cozimento”.

Inicialmente ocorre a evaporação de água presente nas matérias primas. Depois, ocorrem as primeiras “reações químicas”, nas quais os constituintes originais, “após passarem pelo processo de queima” se transformam no “clínquer”, material granular primário da produção do cimento. A decomposição do carbonato de cálcio é uma dessas reações, a qual ocorre a partir de aproximadamente 840 °C:

CaCO3  (sólido) → CaO (sólido) + CO2  (gás)

Cerca de 80% da reação acima, também chamada de descarbonatação do CaCO3, ocorre antes da mistura chegar ao forno, em um pré-aquecedor. Os 20% restantes ocorrerão no interior no forno. Reação semelhante ocorre com o carbonato de magnésio (MgCO3), quando está presente no calcário e nas argilas como impureza, mas o óxido de magnésio resultante não se combina com os demais óxidos, como o faz o CaO, ficando livre na forma de MgO.

Na temperatura do forno, o óxido de cálcio funde, passa para o estado líquido, e então reage com os óxidos de alumínio, silício e ferro provenientes da areia e das argilas, dando origem a novos compostos que recebem fórmulas simplificadas na indústria do cimento. Alguns exemplos, as reações que os produzem e algumas de suas propriedades são dadas abaixo. 

– o C2S ou silicato dicálcico começa a se formar ao redor de 900oC:  

2CaO  +  SiO2   → 2CaO.SiO2

– o C3S ou silicato tricálcico inicia sua formação entre 1200°C e 1300°C:

2CaO.SiO2 +  CaO → 3CaO.SiO2

– o C3A ou aluminato tricálcico começa a se formar em aproximadamente 1100 oC  

          3CaO  +  Al2O3  → 3CaO.Al2O3

– o C4AF ou ferroaluminato tetracálcico é produzido na faixa entre 1100 e 1250oC: 

         4CaO  +  Al2O3 + Fe2O3 → 4CaO.Al2O3.Fe2O3

NOME DO COMPOSTO FÓRMULA/ ABREVIATURA % NO CIMENTO FUNCIONALIDADE
Silicato tricálcico (CaO)3SiO2/C3S 45-75% Elevada velocidade de hidratação; responsável pela resistência e endurecimento do cimento.
Silicato dicálcico (CaO)2SiO2/C2S 7-35% Contribuição significativa nas resistências mecânicas do cimento a longo prazo.
Aluminato tricálcico (CaO)3Al2O3 /C3A 0-13% Ocorre normalmente em cimentos aluminosos tendo formação decorrente das condições de umidade no processo de resfriamento.
Ferroaluminato tetracálcico (CaO)4Al2O3Fe2O3 /C4AF 0-18% Supõe-se que seja a composição mais estável utilizada para representar a solução sólida como um todo; imprime resistência à corrosão química do cimento.

Figura 10: Principais compostos do clínquer (ECL, 2010)

Além dos quatro compostos mostrados acima, constituintes secundários também são encontrados após a passagem do material pelo forno, tais como: anidrita, CaSO4; sulfosilicato de cálcio, 2Ca2SiO4.CaSO4, e outros.

Após o aquecimento e as reações que ocorrem no forno, o material resultante, chamado clínquer, é deixado esfriar e então adicionam mais calcário, gesso ou sulfato de cálcio (CaSO4), e escória, “uma matéria prima do rejeito da fabricação de aço”. Pode ser necessária a adição de areia: óxido de silício, SiO2, cinzas de pirita (óxido de ferro, Fe2O3) e bauxita (óxido de alumínio, Al2O3). Esses aditivos ajudam a aumentar as quantidades de cálcio, silício, alumínio e ferro no cimento.

Dependendo do produto final desejado, um material adicionado é a pozolana, composto que possui sílica reativa, capaz de reagir com o calcário e seus derivados dando origem a silicatos de cálcio hidratados, os quais aumentam a resistência mecânica do cimento. Assim, “O cimento é feito a base de minério, em maior quantidade o calcário, e em seguida outros minérios como o de ferro, alumínio e outros aditivos. Esses minérios passam por um processo de extração, transporte, trituração, blindagem (mistura), moagem, pré-aquecimento até o forno, e resfriamento gerando o clínquer, logo em seguida recebe aditivos para determinar o tipo de cimento que se quer constituir”.

Figura 11: Gesso

Figura 12: Escória de aço

Figura 13: Matérias primas utilizadas na fabricação do cimento

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