Calcinación de Caliza: Proceso, Historia y Aplicaciones Industriales

Calcinación de la caliza

La calcinación o calcinado es un proceso de tratamiento térmico para provocar una descomposición térmica. Ocurre por debajo del punto de fusión del producto. El nombre proviene del latín "Calcinare" (quemar cal). La cal (CaO) es uno de los químicos más antiguos conocidos y su producción una de las industrias químicas más antiguas. Cal viva se producía en EE. UU. ya en 1635 en Rhode Island. El progreso técnico, inexistente en siglos pasados, ha avanzado rápidamente la industria de la cal en los últimos cincuenta años en métodos y diseño de procesos.

La caliza es una de las materias primas más básicas en la industria siderúrgica, usada en ferroníquel, acería y procesos auxiliares. La mayor parte de la cal en la industria del hierro y acero se usa para fluxar impurezas en el horno de acería y en muchos procesos de acería secundaria. También se usa en el proceso de sinterización para preparación de mineral, en desulfuración de arrabio, para neutralización ácida y en plantas de tratamiento de agua.

La caliza es un mineral natural. Los yacimientos tienen amplia distribución. La caliza de distintos yacimientos difiere en propiedades físicas y químicas. La composición química varía mucho entre regiones y entre yacimientos de una misma región. Puede clasificarse según composición química, textura y formación geológica. Típicamente contiene >90 % CaCO₃ (carbonato cálcico) y unos % MgCO₃ (carbonato magnésico). La dolomita es un carbonato doble con 54-58 % CaCO₃ y 40-44 % MgCO₃.

Clasificación de la caliza

Generalmente en dos tipos: (i) alta en calcio: carbonato compuesto principalmente de CaCO₃ con MgCO₃ no más de 5 % (usualmente menos); (ii) magnesiana o dolomítica: caliza con MgCO₃ a nivel superior a caliza pero inferior a dolomita, con MgCO₃ 5-20 %. Usualmente asociada a impurezas como sílice (SiO₂), alúmina (Al₂O₃), hierro (Fe), azufre (S) y trazas.

La reactividad química de diversas calizas varía mucho por diferencia en estructura cristalina e impurezas (SiO₂, Al₂O₃, Fe). Las propiedades variables influyen mucho en el método de procesamiento. Por tanto, es necesario conocer información completa: propiedades físico-químicas, características de calcinación y parámetros cinéticos para diseño y operación óptimos en hornos de cal.

Reacciones y termodinámica de la calcinación

Las reacciones ocurren a o por encima de la temperatura de descomposición térmica, definida como temperatura donde la energía libre de Gibbs estándar es cero. La reacción de descomposición: CaCO₃ = CaO + CO₂(g). La energía de activación es 37-60 kcal/mol, predominando cerca de 50 kcal/mol. Comparado con valor teórico (equilibrio) 39-41 kcal/mol. La incertidumbre deriva de la complejidad inherente del proceso que, asumiendo modelo de núcleo decreciente, involucra mecanismo de siete pasos: (i) transferencia de calor a superficie externa de partícula, (ii) conducción a través de capa calcinada externa a interfaz de reacción interna, (iii) reacción química y CO₂ evolucionado que (iv) reacciona en interfaz, o (v) difunde de interfaz a superficie externa, (vi) difunde de superficie a atmósfera, (vii) CO₂ de atmósfera también difunde a interfaz de reacción. La velocidad se rige por uno o combinación de estos pasos.

La calcinación es reacción de equilibrio. En principio, CaCO₃ se descompone a cal si la presión parcial ambiental de CO₂ está por debajo del valor de equilibrio a una temperatura dada. Por el contrario, cualquier cal formada se transforma de nuevo a carbonato si la presión parcial de CO₂ supera este valor. La velocidad de descomposición se rige por presión parcial de CO₂, temperatura de reacción y tamaño de partícula. A 700 °C y presión atmosférica la velocidad es extremadamente lenta, incluso sin CO₂. La reactividad varía entre fuentes, no solo por estructura cristalina sino también por naturaleza de impurezas.

La calcinación de CaCO₃ es altamente endotérmica, requiriendo ~755 Mcal de calor para producir una tonelada de cal (CaO). La reacción solo comienza cuando la temperatura supera la de disociación de carbonatos en la caliza, típicamente 780-1.340 °C. Una vez iniciada, la temperatura debe mantenerse por encima de la de disociación y el CO₂ evolucionado debe removerse. La disociación avanza gradualmente desde la superficie hacia el interior, quedando una capa porosa de CaO, el producto deseado. Por tanto, el proceso depende de temperatura de cocción adecuada de al menos >800 °C para asegurar descomposición y buen tiempo de residencia, es decir, asegurar que cal/caliza se mantenga tiempo suficiente a 1.000-1.200 °C para controlar su reactividad.

Factores que afectan la calcinación

• Estructura cristalina: afecta velocidad de calcinación, resistencia interna de caliza y tamaño de cristal resultante de cal tras calcinación. Cristales pequeños se aglomeran formando mayores, causando contracción y reducción de volumen.
• Calcinación a mayor temperatura: mayor aglomeración y contracción. Densidad relacionada con estructura cristalina. Forma de cristales determina espacio vacío entre ellos y densidad. Huecos grandes permiten fácil paso de gases CO₂ durante calcinación, resultando en reducción de volumen. Algunas calizas se desintegran durante calcinación (no útiles). Otras se vuelven tan densas que impiden escape de CO₂ y se vuelven no porosas (tampoco aptas).

Reactividad de la cal

Medida de la velocidad a la que la cal reacciona en presencia de agua. El método de prueba se realiza apagando la cal en agua (slaking). La reactividad depende de parámetros de materia prima y proceso: (i) temperatura y tiempo de cocción, (ii) estructura cristalina de la caliza, (iii) impurezas de la caliza, (iv) tipo de horno y combustible. La clasificación de la cal a menudo se ve en términos de reactividad: (i) muerta (dead burned), (ii) dura (hard), (iii) media (medium), (iv) blanda (soft).

Cal con menor reactividad se denomina media, dura y muerta. La disminución de reactividad va acompañada de reducción de superficie y porosidad, llamada sinterización. Cada tipo de cal tiene reactividad particular gobernada por requisitos de aplicación y proceso específico. Como se mencionó, las características también dependen de materia prima, tipo de horno y combustible. Ej.: hornos de eje coque producen cal reactividad media-baja; hornos regenerativos de flujo paralelo gasificados producen cal de alta reactividad. Química y reactividad son los parámetros principales que impulsan su uso.

Descomposición de dolomita y caliza dolomítica

Es más compleja. Puede ocurrir en una o dos etapas discretas o incluso etapas intermedias. Reacciones: CaCO₃·MgCO₃ + calor = CaCO₃·MgO + CO₂; CaCO₃·MgO + calor = CaO·MgO + CO₂; CaCO₃·MgCO₃ + calor = CaO·MgO + 2CO₂. Temperatura requerida: 500-750 °C.

Tamaño de partícula y tipo de horno

Caliza de menor tamaño es más apta para hornos rotatorios y permite tiempo de residencia óptimo. Temperatura de calcinación menor permite menor consumo de combustible. En contraste, caliza de mayor tamaño y temperatura menor se necesita para hornos verticales. Si el ascenso de temperatura es demasiado rápido, la capa externa se calcina muy rápido. Al subir temperatura, la superficie se contrae y cierra poros creados por escape de CO₂, causando presión interna aumentada. Al no poder escapar el CO₂, la caliza explota y se desintegra produciendo "finos" no deseados, reduciendo calidad de la cal.

La producción de cal de buena calidad depende del tipo de horno, condiciones de calcinación y naturaleza de la materia prima. A temperaturas relativamente bajas, productos contienen carbonato sin quemar y cal: cal "sub-quemada" (under-burnt). Al aumentar temperatura, se produce cal "blanda" o "alta reactividad" (soft burnt/high reactive). A temperaturas aún mayores, cal "muerta" o "baja reactividad" (dead burnt/low reactive). Cal blanda se produce cuando el frente de reacción alcanza el núcleo y convierte todo carbonato a cal. Producto altamente productivo es relativamente blando, contiene cristales de cal pequeños y estructura porosa abierta con interior fácilmente accesible. Tiene propiedades óptimas: alta reactividad, alta superficie, baja densidad aparente. Aumentar grado de calcinación más allá hace crecer cristales, aglomerar y sinterizar. Resulta en disminución de superficie, porosidad y reactividad y aumento de densidad aparente. Producto conocido como cal muerta o baja reactividad.

Calcinación en el horno: tres zonas

El paso de caliza (con o sin MgCO₃ significativo) por el horno se divide en tres etapas o zonas de transferencia de calor (Fig. 1): (i) zona de precalentamiento, (ii) zona de calcinación, (iii) zona de enfriamiento.

Zona de precalentamiento

La caliza se calienta de temperatura ambiente a ~800 °C por contacto directo con gases que salen de la zona de calcinación compuestos principalmente de productos de combustión junto con exceso de aire y CO₂ de calcinación.

Zona de calcinación

El combustible se quema en aire precalentado de la zona de enfriamiento y (según diseño) en aire de "combustión" adicional con el combustible. En esta zona se producen temperaturas >900 °C. De 800-900 °C, la superficie de la caliza empieza a descomponerse. Por encima de temperatura de descomposición (900 °C), la descomposición ocurre bajo la superficie. A 900 °C, estas piezas salen de la zona y a veces se encuentran como caliza residual atrapada en el interior. Si piezas descompuestas totalmente permanecen en la zona, ocurre sinterización.

Zona de enfriamiento

La cal que sale de la zona de calcinación a 900 °C se enfría por contacto directo con aire de "enfriamiento", parte o todo el aire de combustión, que a su vez se precalienta. La cal sale a <100 °C.

El tiempo de residencia de caliza-cal en horno varía según tipo de horno y producto final: entre 6 horas y 2 días. La cal se refiere a menudo como ligera/blanda, media o dura según grado de calcinación. El grado de reactividad (reactividad al agua) disminuye al aumentar el nivel de porosidad.

La velocidad de descomposición en el horno depende de factores inherentes a las partículas (morfología, composición) y condiciones del proceso. Variables principales: (i) características químicas de la caliza, (ii) tamaño y forma de partícula, (iii) perfil de temperatura de la zona de calcinación, (iv) velocidad de intercambio de calor entre gases y partículas.

Tipos de hornos de cal: técnicas y diseño

Los hornos de calcinación vienen básicamente en dos categorías: (i) hornos rotatorios, (ii) hornos verticales. Ambos pueden diseñarse con combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. Hornos rotatorios pueden ser largos con enfriadores rotatorios rectos; hornos verticales pueden ser varios tipos. Necesitan caliza con índice de decrepitación adecuado (medida de susceptibilidad a desintegración durante calcinación). Valor bajo disminuye porosidad del lecho impidiendo flujo de gases y eficiencia. Hornos rotatorios también necesitan caliza con buen índice de volteo.

Muchas técnicas y diseños se han usado, aunque actualmente dominan un número pequeño de diseños, hay muchas alternativas aptas para aplicaciones específicas. Propiedades de la caliza (resistencia antes/después de quemar), tipo de combustible disponible y calidad de producto, deben considerarse al elegir técnica. Hay seis tipos generales de hornos para calcinación. Factores principales para selección: (i) naturaleza del yacimiento, (ii) características, disponibilidad y calidad de caliza, (iii) granulometría de entrada (propiedades mecánicas de alimentación y finos en alimentación), (iv) requisitos de propiedades de cal para su uso principal, (v) capacidad del horno, (vi) tipo de combustible disponible, (vii) impacto ambiental, (viii) costes de capital y operación. Las propiedades fisicoquímicas de la cal están intrínsecamente ligadas al tipo de horno. La Tabla 1 muestra tipos de hornos.

Tabla 1: Tipos de hornos de cal
Nº	Tipo de horno	Rango capacidad (t/día)	Rango tamaño alimentación (mm)
1	Horno rotatorio largo	160-1.500	2-60
2	Horno rotatorio con precalentador	150-1.500	10-60
3	Horno regenerativo de flujo paralelo	100-600	10-200
4	Horno de eje anular	80-300	10-150
5	Horno de eje de carga mixta	60-200	20-200
6	Otros hornos	10-200	20-250

Hornos rotatorios

Dos tipos normalmente usados: (i) horno rotatorio largo (LRK), (ii) horno rotatorio con precalentador (PRK).

Hornos rotatorios largos (LRK)

Consiste en cilindro rotatorio hasta 150 m largo, inclinado 1-4° a la horizontal, diámetro ~2-4,5 m. Caliza se alimenta en extremo superior y combustible + aire de combustión se inyecta en extremo inferior. Cal descargada a enfriador de cal, donde precalienta aire de combustión. Diseños de enfriadores: unidades planetarias alrededor del cascarón, parrillas móviles, varios tipos de enfriadores de eje contracorriente.

En LRK no hay precalentador y quemadores en extremo de descarga de cal. Combustible: gas, líquido, sólidos fósiles pulverizados, residuos, biomasa. Requisito calor: 1.430-2.200 Mcal/t cal. Electricidad: 18-25 kWh/t cal. Estructura: cilindro inclinado con revestimiento refractario y "mezcladores" para mejorar intercambio de calor. Tipos de enfriador: (i) planetario alrededor del cascarón, (ii) parrilla móvil, (iii) cilindro rotatorio, (iv) enfriador de eje estático. Inyección de aire de combustión: aire de enfriamiento en extremo del enfriador y aire primario con combustible. Extracción de gases por ventilador ID al final del cilindro en lado de alimentación por conducto. Gas enfriado y despolvoreado antes de descarga. Extracción de cal en extremo del enfriador. Puntos importantes: calidad del refractario y molienda fina de carbón para buena combustión y reducción de acumulaciones (formación de anillos).

Medición continua de CO y O₂ necesaria para buena combustión y seguridad. LRK tiene flexibilidad de producción. Reacción muy rápida a modificación de parámetros. Amplio rango de tamaños de caliza de alimentación. CO₂ residual muy bajo alcanzable. Flexibilidad de reactividad de blanda a dura. Posibilidad de producir dolomita muerta. Flexibilidad en uso de combustible. Caliza blanda usable, pero genera muchos finos. Desventajas: altos requisitos energéticos y formación de anillos (cenizas de carbón, sulfatos de calcio, arcillas).

El diseño del quemador es importante para operación eficiente y fiable. La llama debe ser ajustable para diferentes combustibles. Como condiciones de proceso pueden variar fácil y rápidamente, LRK pueden producir rango más amplio de reactividad y menores CO₂ residuales que hornos de eje. Calizas de alimentación relativamente débiles que se rompen y no son aptas para hornos de eje son adecuadas para rotatorios.

Hornos rotatorios pueden usar amplia gama de combustibles. Como transferencia de calor en zona de calcinación está influenciada por radiación y emisividades infrarrojas aumentan en secuencia gas, aceite, sólidos, la elección de combustible afecta significativamente el uso de calor. Pérdidas por radiación y convección son altas respecto a otros diseños, resultando en consumo energético generalmente mayor.

Ventaja: el azufre (S) del combustible, y en menor medida de la caliza, puede expulsarse en gases del horno combinando control de temperatura y % de CO en zona de calcinación. Así, cal baja en S puede producirse con combustibles altos en S, sujetos a límites de emisión de SO₂. LRK son hornos flexibles respecto a combustibles y tamaños de alimentación, particularmente fracciones finas.

Hornos rotatorios con precalentadores (PRK)

Los rotatorios pueden equiparse con precalentadores. PRK (Fig. 2) son considerablemente más cortos que LRK convencionales (ej. 40-90 m). Uso de calor disminuye por menores pérdidas por radiación/convección y mayor recuperación de calor de gases de escape.

Se han desarrollado varios diseños de precalentador: ejes verticales y parrillas móviles. Debe seleccionarse según tamaño y propiedades de caliza de alimentación. La mayoría aceptan tamaño mínimo 10 mm, algunos hasta 6 mm, y algunos no toleran calizas débiles o propensas a romperse.

Mientras la eliminación de S es más difícil con PRK, hay formas: (i) operar horno en condiciones reductoras e introducir aire adicional en parte trasera (solo con ciertos diseños de precalentador), y en quemador, aire de combustión, precalentador, horno y enfriador; (ii) añadir caliza finamente dividida a la alimentación para absorber preferencialmente SO₂ y recogerla en colector de polvo trasero o cribarla de la cal descargada.

En PRK, quemadores en extremo de descarga. Combustible: gas, líquido, sólidos fósiles pulverizados, residuos, biomasa. Calor: 1.220-1.860 Mcal/t cal. Electricidad: 17-45 kWh/t cal. Estructura: cilindro inclinado con revestimiento y mezcladores. Diámetro 2-4,5 m, longitud máx. 90 m. Enfriadores: (i) planetario, (ii) parrilla móvil, (iii) cilindro rotatorio. Aire de combustión: aire de enfriamiento en extremo del enfriador. Gas de escape pasa por precalentador y extracción por ventilador ID. Gas enfriado al intercambiar calor con alimentación. Extracción de cal en extremo del enfriador. Puntos importantes: calidad del refractario, molienda fina de carbón, hermeticidad de junta precalentador-horno. Alto contenido de finos en alimentación puede bloquear precalentador. Medición continua CO y O₂ necesaria.

PRK tienen flexibilidad de producción, reacción rápida a modificación de parámetros, amplio rango de tamaños de alimentación, CO₂ residual muy bajo, flexibilidad de reactividad blanda a dura con posibilidad de dolomita muerta, flexibilidad de combustible (gas, líquido, sólidos pulverizados, residuos, biomasa). Calizas blandas usables pero producen muchos finos. Menores requisitos de combustible por mejor intercambio en precalentador (inicio de des-carbonatación). Desventajas: formación de anillos y precalentador como equipo adicional a mantener.

Hornos de eje (Shaft kilns)

Constituyen mayoría de hornos usados actualmente para producción de cal. Tipos: (i) horno de eje de carga mixta (MFSK), (ii) horno regenerativo de flujo paralelo (PFRK), (iii) horno de eje anular (ASK), (iv) otros. Son verticales, hasta 30 m altura y 6 m diámetro. Caliza se alimenta en sección superior y progresa hacia abajo por etapas hasta descarga en fondo como cal. El rendimiento de hornos de eje tradicionales ha sido limitado por dificultad en obtener distribución uniforme de calor en sección transversal y movimiento uniforme de material.

Horno de eje de carga mixta (MFSK)

Usa caliza con tamaño máximo 20-200 mm y relación de tamaños ~2:1. Combustible más usado: coque denso bajo en cenizas. Tamaño de coque solo ligeramente menor que caliza, bajando con ella en lugar de filtrar por intersticios. Caliza y coque se mezclan y cargan minimizando segregación. Antracita se usa cada vez más por precio y menor disponibilidad de coque metalúrgico.

En MFSK, alimentación de combustible mezclada con caliza. Calor: 810-1.120 Mcal/t cal. Electricidad: 5-15 kWh/t cal. Estructura: cilindro vertical o eje rectangular con revestimiento. Aire de combustión: aire de enfriamiento inyectado desde fondo. Extracción de cal por placa excéntrica rotativa. Punto importante: requiere mezcla uniforme piedra-combustible y distribución uniforme de caliza en sección transversal. Alta retención de S del combustible en la cal.

Cal producida tiene baja reactividad. Aire de enfriamiento usado como aire de combustión. Horno trabaja con bajo exceso de aire. Mezcla uniforme combustible/aire difícil en horno, produciendo variaciones en relación aire/combustible. Condiciones conducen a emisiones de CO. Necesita tamaño de alimentación grande. Baja reacción a modificación de parámetros (24 h), gran inercia.

Horno regenerativo de flujo paralelo (PFRK)

Característica principal del PFRK estándar (Fig. 4): dos ejes circulares conectados por canal transversal, aunque algunos diseños tempranos tenían tres ejes o rectangulares. Operación incorpora dos principios clave:

• Zona de precalentamiento en cada eje actúa como intercambiador regenerativo, además de precalentar caliza a temperatura de calcinación. Calor sobrante en gases se transfiere a caliza del otro eje en primera etapa. Luego se recupera de la caliza por aire de combustión, precalentado a ~800 °C. Resultado: consumo específico de calor muy bajo.
• Calcinación ocurre a temperatura moderada, típicamente 900-1.100 °C. Ideal para producir cal de reactividad media-alta con bajo CO₂ residual.

En práctica, lotes de caliza se cargan alternativamente a cada eje y bajan por zona de precalentamiento, alrededor de lanzas de combustible y a zona de calcinación. De allí pasan a zona de enfriamiento. Operación consiste en dos períodos iguales de 8-15 min a plena producción. En primer período, combustible inyectado por lanzas en primer eje quema con aire de combustión soplado en este eje. Calor emitido absorbido parcialmente por calcinación en primer eje. Aire de enfriamiento soplado en base de cada eje para enfriar cal. Aire de enfriamiento en eje 1, junto con gases de combustión y CO₂ de calcinación, pasan por conducto transversal a eje 2 a ~1.050 °C. En eje 2, gases de eje 1 se mezclan con aire de enfriamiento en base de eje 2 y fluyen hacia arriba, calentando caliza en zona de precalentamiento de eje 2.

Si este modo continuara, temperatura de gas de escape subiría >500 °C. Pero tras 8-15 min, flujos de combustible y aire en primer eje se detienen y ocurre "inversión". Tras cargar caliza a eje 1, combustible y aire se inyectan en eje 2 y gases de escape se ventilan por tope de eje 1.

Horno puede dispararse con gas, líquido, sólidos pulverizados, residuos, biomasa. Alta relación de reducción (turn down), aunque a tasas menores puede haber pérdida de eficiencia. Una vez encendido, es indeseable apagarlo (acorta vida del refractario). Vida de campaña del refractario en zona de combustión y canal transversal: 4-8 años. PFRK estándar necesita caliza limpia, idealmente relación no mayor 2:1. Tamaño mínimo 30 mm, aunque diseño modificado PFRK cal fina puede operar en 10-30 mm con caliza limpia.

En PFRK, alimentación de combustible por lanzas en lecho de caliza. Calor: 765-1.000 Mcal/t cal. Electricidad: 20-41 kWh/t cal. Estructura: dos o tres cilindros verticales o ejes rectangulares con revestimiento conectados por canal para circulación de gases calientes. Inyección de aire: en tope (principal) y lanzas (10 %). Extracción por placa excéntrica rotativa. Punto importante: calidad del trabajo refractario. PFRK tiene flexibilidad de producción. Reactividad de cal alta con flexibilidad razonable alta a media cuando caliza lo permite. Consumo de combustible y energía bajo. Flexibilidad limitada de parada/arranque. No apto para caliza con alta decrepitación. Revestimiento más costoso que otros tipos.

Hornos de eje anular (ASK)

Característica principal (Fig. 5): cilindro central que restringe ancho del anillo, y junto con arcos para distribución de gases de combustión asegura buena distribución de calor. Columna central también permite parte de gases de quemadores inferiores ser aspirados hacia abajo e inyectados de nuevo en cámara inferior.

Este reciclado modera temperatura en quemadores inferiores y asegura que etapas finales de calcinación ocurran a baja temperatura. Ambos efectos ayudan a asegurar producto con bajo CO₂ residual y alta reactividad. ASK puede dispararse con gas, aceite o combustible sólido. Gases de escape tienen alta concentración de CO₂.

En ASK, alimentación de combustible en partes superior e inferior de cámara de combustión a veces mezclada con caliza. Cilindro central restringe ancho del anillo. Calor: 790-1.170 Mcal/t cal. Electricidad: 18-35 kWh/t cal (hasta 50 kWh/t para tamaños <40 mm). Estructura: eje vertical con revestimiento. ASK tiene cámaras externas y quemadores. Combustible: gas, líquido, sólidos pulverizados, residuos, biomasa. Inyección de aire: tope de cámara de calcinación. Extracción por placa excéntrica rotativa. Punto importante: requiere control de proceso muy preciso.

Cal producida tiene bajo CO₂ residual y reactividad alta-media. Ahorro de combustible por recuperación de calor. Buena distribución de calor. ASK tiene mantenimiento de recuperador y cámaras externas. Coste de construcción relativamente alto por su concepción.

Otros tipos de hornos de eje

Incluye varios diseños. En estos, combustible se introduce por paredes del horno y quema en zona de calcinación, con productos de combustión moviéndose hacia arriba en contracorriente a cal y caliza. En algunos, combustible se combustiona parcialmente en gasificadores externos. En otros, se introduce mediante dispositivos como quemador central, haz de quemadores o inyectado bajo arcos internos.

Hornos de doble eje inclinado

Pueden producir producto reactivo bajo en carbonato. Esencialmente rectangular en sección transversal pero incorpora dos secciones inclinadas en zona de calcinación. Frente a cada sección inclinada, arcos desplazados crean espacios donde combustible y aire de combustión precalentado se disparan por cámaras de combustión. Aire de enfriamiento aspirado en base, precalentado, retirado y reinyectado por cámaras. Trayectorias circuitosas para gases y carga, junto con disparo desde ambos lados, aseguran distribución eficiente de calor. Gama de combustibles sólidos, líquidos, gaseosos, pero deben seleccionarse cuidadosamente para evitar acumulaciones excesivas por cenizas y depósitos de sulfato cálcico.

Hornos de calcinación en suspensión de gas (GSC)

Técnica para procesamiento de minerales como calcinación de caliza, dolomita y magnesita a partir de materias primas pulverizadas para producir productos altamente reactivos y uniformes. La mayoría de procesos en planta GSC (secado, precalentamiento, calcinación, enfriamiento) se realizan en suspensión de gas. Planta consiste en equipos estacionarios y pocos componentes móviles (Fig. 6). Cantidad de material en sistema es despreciable: tras pocos minutos de operación, producto cumple especificaciones. No hay pérdida de material o calidad en arranque/parada, no hay producto sub-estándar. GSC produce producto con alta reactividad incluso calcinado a alto grado. Material a procesar en suspensión debe tener finura adecuada. Experiencia práctica muestra que tamaño 2 mm no debe excederse. Cifras de operación equilibrada: consumo combustible ~1.150 Mcal/t producto, energía 33 kWh/t producto.

Hornos de eje multi-cámara

Otro tipo de horno de doble inclinación. Consiste en cuatro o seis secciones inclinadas alternadas en zona de calcinación, y frente a cada una un arco desplazado. Arcos sirven mismo propósito que en doble inclinado. Aire de enfriamiento precalentado por cal en zona de enfriamiento, retirado, despolvoreado y reinyectado por cámaras. Característica: temperatura de cámaras de combustión inferiores puede variarse para controlar reactividad de cal en amplio rango. Puede dispararse con sólidos, líquidos, gaseosos o mezcla.

Hornos de parrilla móvil (Travelling grate)

Para alimentación de caliza 15-45 mm, opción "parrilla móvil" o CID. Consiste en zona de precalentamiento de eje rectangular que alimenta caliza a zona de calcinación. En zona de calcinación, caliza cascada lentamente sobre cinco placas oscilantes, frente a las cuales hay serie de quemadores. Cal pasa a zona de enfriamiento rectangular. Puede quemar combustibles gaseosos, líquidos, pulverizados y produce cal blanda con CaCO₃ residual <2,3 %.

Hornos de forma superior (Top-shaped)

Desarrollo relativamente nuevo, acepta caliza 10-25 mm. Consiste en zona de precalentamiento anular de donde caliza es desplazada por varillas de empuje a zona de calcinación cilíndrica. Gases de combustión de quemador central descendente, disparado con aceite y posicionado en centro de zona de precalentamiento, son aspirados a zona de calcinación por eyector. Cal pasa a zona de enfriamiento cónica. Reporta producir cal de alta calidad apta para acería. Capacidades hasta 100 t/día. Por su altura relativamente baja, puede aceptar calizas de baja resistencia.

Hornos de hogar rotatorio (Rotating hearth)

Tipo casi obsoleto, diseñado para producir cal de tamaño pequeño. Consiste en hogar anular móvil que lleva carga de caliza. Caliza se calcina por múltiples quemadores mientras rota en hogar anular. Aire de combustión precalentado por calor sobrante en gases de escape y/o usándolo para enfriar cal. Por abrasión reducida vs rotatorios y de eje, producen alta proporción de cal de tamaño pequeño.

Almacenamiento y manipulación

Almacenamiento de cal

Preferiblemente en condiciones secas y sin corrientes de aire para limitar apagado al aire (air slaking). Extremo cuidado para excluir agua, ya que hidratación libera calor y causa expansión, ambos peligrosos.

Vehículos de descarga por presión de aire pueden soplar directamente al silo de almacenamiento, equipado con filtro para remover polvo del aire de transporte. Filtro debe ser resistente a intemperie e impermeable. Polvo recogido puede descargarse de nuevo al silo. Dispositivo de alivio presión/vacío en silo es medida preventiva para mantenimiento en mecanismo de descarga. Donde cantidad no justifica silos, producto puede almacenarse en base de hormigón, preferiblemente en bahía separada dentro de edificio para evitar apagado excesivo al aire.

Equipos de transporte

Muchos tipos de equipos son adecuados y se desarrollan continuamente. Técnicas usadas exitosamente (pueden no ser aptas para todas aplicaciones):

• Montacargas (skip hoists): todos grados granulares y en terrones, más aptos para partículas >100 mm.
• Elevadores (cinta-cangilones y cadena-cangilones): todos grados.
• Transportadores de arrastre (drag-link): granulares y finos. Generalmente horizontales o inclinados.
• Cintas transportadoras: ampliamente usadas para terrones y granulares horizontalmente y pendiente ascendente.
• Transportadores de tornillo (screw): ampliamente usados para cal fina.
• Transportadores de canal vibratorio: tamaños hasta 40 mm. Operan mejor con ligera pendiente descendente desde alimentación a descarga.
• Transporte neumático: productos con tamaño máx. 20 mm. A menudo menor coste capital que alternativas, pero costes operativos mayores. Producto alimentado en sello rotatorio de soplado conectado a soplante. Diámetro tubería, volumen/presión de aire diseñados según tamaño de cal, tasa de transferencia y longitud/ruta. Silo receptor con filtro de aire y válvula de alivio.