La Química del Cemento: Silicatos y Aluminatos

Hola comunidad, hoy le hablare acerca de un producto de consumo masivo a nivel mundial como lo es el Cemento. ¿Alguna vez te has preguntado cuál es su composición? O ¿Por qué se endurece con el agua y lo hace tan resistente durante muchos años? Esta misma curiosidad me ayudo a indagar en el mundo del Cemento. Ya que, cuando tuve la oportunidad de ser pasante en una empresa productora y comercializadora de cemento la cual fue una gran experiencia para mí y esta vez quiero compartir como el título de este post lo indica la composición de este producto desde el punto de vista químico.

Introducción

La producción mundial de cemento ha venido evolucionando en los últimos años debidos principalmente de las exigencias del comercio que deben atender a la demanda de los productos por partes de los diferentes consumidores y clientes, y por la preocupación de los gobiernos, sociedad, y organismos internacionales interesados en la sostenibilidad económica, ambiental y social de los sistemas de producción.¹

La Química Del Cemeto
El cemento es un aglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua.3
En el proceso de fabricación, comprende cuatro etapas principales las cuales son:
• Extracción y molienda de la materia prima.
• Homogenización de la materia prima.
• Producción del Clinker.
• Molienda de cemento.
Siendo la materia prima extraída de canteras, dependiendo de la dureza y ubicación del material, se aplican ciertos sistemas de explotación y equipos.
Existen dos tipos de sistemas operativos, según la molturación y dosificación se realicen en medios acuosos (Vía Húmeda) o bien con los materiales desecados previamente (Vía Seca).1
¿De qué está compuesto?
Químicamente hablando, el cemento es una mezcla en las cuales sus componentes principales son los silicatos de dicálcico (Ca₂SiO₄). En una cantidad de un 26%, siendo un 51% del material, silicato tricálcico (Ca₃SiO₅), y finalmente, un 11% es de aluminato tricálcico (Ca₃Al₂O₆). Cuando a la mezcla se le añade agua, se realiza una serie de reacciones complejas del tipo hidratación. Una de las reacciones más representativas es:

Cuando el silicato se encuentra ya hidratado, recibe el nombre de gel de tobermorita, el cual forma cristales bastante resistentes que se adhieren a través de fortísimos enlaces silicato-oxígeno a la arena, y también al conglomerado, es decir, a las pequeñas rocas que se suelen mezclar con el cemento. Como el otro producto de la reacción es el hidróxido de calcio, la mezcla en cuestión debe tratarse como si el material corrosivo se tratase durante el tiempo que dure el proceso de endurecimiento de la mezcla. ²
Existen diferentes tipos de cementos, entre los tipos básicos podemos destacar dos:
• Cemento de origen arcilloso: el cual se obtiene partiendo de la arcilla y la caliza.
• Cemento de origen porcelanico: dicha porcelana puede ser de origen orgánico, o también volcánico.
Los cementos varían según su composición, propiedades de resistencia y dureza, por lo cual cada tipo de cemento se utiliza con una finalidad y uso diverso.
El cemento constituye una de las herramientas más importante para nuestra vida cotidiana, se encuentra en la gran mayoría de las partes de nuestros hogares, en la calle, edificaciones de gran relevancia, entre otros. Para la obtención de una calidad por excelencia en el cemento es un trabajo que va de la mano desde el personal en las canteras extrayendo la caliza, hasta el hornero monitoreando los parámetros de temperaturas necesarias para la fabricación y exportación del mismo. Claro, sin restarles protagonismos a los químicos que día a día se encargan por velar el aseguramiento de la calidad determinando las composiciones químicas de la prima, productos en proceso (Pasta y Clinker) y producto terminado. La caracterización de los análisis proviene de los diferentes ensayos sostenidos manejando diferentes métodos de evaluación, los cuales pueden agruparse en función de los objetivos que persigan y los principios en que se fundamenta.
Análisis más representativos mediante técnicas gravimétricas y complejométricas.
Según los métodos establecidos por la organización, se llevan a cabo análisis cuantitativos basados en la medición precisa y exacta de la masa o la concentración de sustancia que se determinan (analito), la cual ha sido previamente separada del resto de los componentes de la muestra (matriz) como una fase más o menos pura, que puede ser el componente mismo o un compuesto de composición conocida. Uno de los métodos gravimétricos más empleado en la determinación del contenido de Oxido de Silicio (SiO₂) en la pasta cruda o caliza por gravimetría, se emplea por precipitación.

determinación del (SiO₂) por el método gravimétrico -Fuente:Elaborcion propia

En los métodos gravimétricos por precipitación, la porción pesada de la sustancia que se estudia (matriz), se solubiliza por algún procedimiento, y luego el elemento a determinar (analito) se precipita en forma de un compuesto difícilmente soluble. El precipitado se separa por filtración, se lava a fondo, se incinera (o se seca) y se pesa con precisión. Conociendo la identidad (su fórmula) y la masa de las cenizas (o del precipitado) puede finalmente expresarse la concentración del analito en la matriz.
Otros de los métodos empleados son los análisis de valoración con EDTA (Complejometricos) para la determinación del contenido de óxido de hierro (Fe₂O₃), oxido de aluminio (Al₂O₃), oxido de magnesio (MgO) y oxido de calcio (CaO). Estos oxidos son de vital importancia en la composición estructural en diferentes proporciones en el cemento.

Determinación de óxidos por complejometía -Fuente:Elaborcion propia

La solución de EDTA es especialmente valiosa como valorante porque este reactivo se combina con los iones metálicos en una proporción de 1:1 independientemente de la carga del catión. El EDTA es un reactivo notable no solo por formar quelatos con todos los cationes, sino también porque estos quelatos son suficientemente estables en las titulaciones. Esta gran estabilidad se debe, sin duda, a los distintos sitios de complejación que existen dentro de la molécula, que le confieren una estructura en forma de jaula que encierra el catión y lo aísla de las moléculas del solvente. De esta manera podemos determinar el contenido de diferentes óxidos presente en la muestra de cemento.

Conclusiones

El cemento juega un papel importante en nuestras vidas, siempre es agradable para mí saber su composición y el porqué de su comportamiento físico. Hay muchos factores que juegan un rol importante en la fabricación de este producto el cual es vital y forma parte de la llamada selva de concreto. Gracias a esta experiencia pude aplicar y adquirir conocimiento en esta impresionante área.
Como siempre es un agrado para mí compartir mi pasión por la química. Espero que les haya gustado y deja tu comentarios

Bibliografía

1. CEMENTO
2. F, Goma. “El cemento portland y otros aglomerantes”. Editores asociados, S.A. Barcelona, España. Pag 14