Guía técnica para la medición, estimación y cálculo de las emisiones al aire. Sector cemento

Technical guide for measurement, estimation and calculation of emissions-to-air. Cement sector

El cemento más ampliamente usado en la actualidad en la construcción de hormigón es el cemento Portland. Durante el proceso de fabricación pueden diferenciarse tres etapas básicas: primero, obtención y preparación de materias primas (caliza, marga, arcilla) que son finamente divididas para obtener crudo. Segundo, la cocción de crudo en un horno rotatorio hasta temperaturas de 1450ºC (2000ºC de temperatura de llama) para la obtención de un producto semielaborado denominado clínker. Y tercero, una molienda conjunta del clínker con otros componentes (cenizas volantes, escoria, puzolana, yeso) para obtener el cemento.

La química básica del proceso de fabricación del cemento empieza con la descomposición del carbonato de calcio a unos 900ºC produciendo cal viva y liberando dióxido de carbono, este proceso se conoce como calcinación o descarbonatación. Sigue luego el proceso de clinkerización, en el que el CaO reacciona a alta temperatura (normalmente 1400 a 1500ºC) con sílice, alúmina y óxido de hierro para formar silicatos, aluminatos y ferritos de calcio que componen el clínker. El clínker se muele conjuntamente con yeso y otras adiciones para producir el cemento.

Dentro de las principales emisiones a la atmósfera de una industria típica productora de cemento se encuentran las siguientes sustancias: CO, CO2, COVDM, NOx, SOx, arsénico y compuestos de arsénico, cadmio y compuestos de cadmio, cromo y compuestos de cromo, benceno, hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), PM-10, entre otros. Los principales contaminantes emitidos a la atmósfera durante la producción de cemento son:

- Partículas, (polvo), provenientes de las operaciones de almacenamiento, transporte y manipulación de los materiales pulverulentos presentes en la fábrica (fuentes dispersas o difusas), y de los filtros de captación de polvo (fuentes localizadas o puntuales).

- CO2 de los gases de combustión y descarbonatación de las materias primas.

- Gases de combustión como óxidos de nitrógeno y de azufre.

Además de estos, y en función del tipo de materia prima, combustible utilizado en el horno y condiciones de operación, se pueden emitir compuestos como metales, compuestos orgánicos volátiles, monóxido de carbono, compuestos de cloro y flúor.

El principal foco de emisión a la atmósfera es la chimenea del horno de clínker. Estas emisiones están asociadas a las reacciones físicas y químicas de las materias primas procesadas y de los combustibles empleados para la cocción, siendo diversas las variables que afectan al régimen de emisión. Dentro de estas variables, destacan entre otras, las propiedades de las materias primas (humedad, contenido en compuestos orgánicos y azufre, dificultad de cocción, resistividad, etc.) y la tipología del sistema de horno empleada (vías húmeda, semihúmeda, semiseca y seca).

La evaluación de las emisiones tiene como prioridad la utilización de las medidas que las instalaciones de fabricación de cemento hayan podido realizar y, siempre y cuando sean representativas de las condiciones habituales de operación y proceso. En ausencia de medidas (o cuando estas no sean representativas), se recurre a la evaluación de las emisiones a partir de emisión, es decir, cálculo. El cálculo de las emisiones podrá ser realizado mediante la utilización de balances de masa, factores de emisión u otros métodos de cálculo contrastados. Los autores recomiendan la utilización de balances de materia para la evaluación de las emisiones de aquellos contaminantes para los que se disponga de información en cuanto a entradas y salidas del proceso o etapa de proceso, como por ejemplo dióxido de carbono, dióxido de azufre y COVDM. Por ejemplo, las emisiones de hidrocarburos aromáticos policíclicos dependen en gran medida del tipo de combustible, materias primas y de las condiciones de combustión, hecho que se refleja en la variabilidad de los factores de emisión. Para el benceno, las emisiones dependen de la materia prima y principalmente del tipo de combustible, hecho que se refleja en la variabilidad de los factores de emisión.