El proceso de fabricación de las cales consta de las siguientes fases:


1. Materias primas

2. Explotación de las canteras

3. Trituración

4. Calcinación

5. Hornos

5.1. Hornos intermitentes

5.2. Hornos continuos

6. Sistemas de apagado

6.1. Al aire

6.2. Por aspersión

6.3. Por fusión

6.4. En autoclaves

6.5. En hidratadores mecánicos

7. Reposo y almacenaje

1. Materias primas

La materia prima para la fabricación de la cal es la piedra caliza, que, cuando es pura, está constituida por carbonato cálcico con un 56% en peso de CaO y un 44% de CO2.

Las calizas suelen tener impurezas casi siempre de arcillas y otras substancias como sulfuros, álcalis y materias orgánicas. Al realizarse la cocción algunas se eliminan volatilizándose o permanecen en pequeñas cantidades, que apenas influyen en la calidad del producto.

La arcilla es la principal impureza que poseen las calizas y determina la hidraulicidad de las mismas.

La fabricación de la cal comprende, en síntesis, el arranque de la piedra caliza del yacimiento, la calcinación y el apagado.

 

2. Explotación de las canteras

Puede explotarse en galería o a cielo abierto. Ésta última es la más usual en España.
 
Se efectúa en primer lugar un desmonterado consistente en la extracción de las tierras de labor que eventualmente cubren los yacimientos calizos. Se abre luego el frente de explotación mediante las operaciones de perforación y barrenado.

El arranque de la piedra se realiza empleando explosivos. Como resultado de la explosión se obtienen grandes bloques que hay que reducir a un tamaño comprendido entre los 5 y los 10cm para hacerlos manejables. Esta operación también se puede realizar mediante explosivos.

Posteriormente el producto se transporta a fábrica, por el medio más apropiado, que suele estar próxima a las canteras, ya que estas industrias suelen ser de corto radio de acción.

Como se ha comentado anteriormente, la cal es un material que se encuentra en la mayor parte de la geografía mundial, so sólo en forma de piedras calizas en las canteras sino también en otros formatos. Briguz y Bru (Briguz, 1738) comentaba en su obra que en Francia la cal se fabricaba con cantos de río así como en algunas zonas en España, como Granada, se obtenía de los guijarros de los ríos.

Resaltaba como caso particular los Heduos que, como otras zonas costeras, no disponían de rocas calizas y por tanto fabricaban cal con las conchas, no siendo la materia obtenida tan dura como la cal que proviene de los guijarros o las canteras.

3. Trituración

Antes de introducir el producto en los hornos es necesario el machaqueo, el cual puede ser seguido por una molienda según el tipo de horno del que se disponga. Esta fase puede realizarse en cantera o en fábrica. En los hornos tradicionales se procedía con escrupuloso orden en la elección de los tamaños de las piedras para su colocación en el horno, tal y como muestra la siguiente figura. Los hornos continuos modernos, que se describen más adelante, se suelen alimentar de un tamaño constante de piedra que es fruto del equilibrio entre diversos factores como la temperatura del horno, el tiempo de estancia en su interior, el precalentamiento, el tiraje por convección de los gases, etc.
 

4. Calcinación

El calor que se suministra  a la caliza para su transformación produce un primer efecto que consiste en la evaporación del agua de cantera. Posteriormente sigue aumentando la temperatura hasta conseguir la descomposición de la caliza.

Se pensaba que el calor empleado para evaporar el agua de cantera era calor perdido, pero Gay Lussac demostró que la presencia de agua y del vapor por ella producido facilita el proceso de disociación (Vázquez et al. 1993).
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El carbonato cálcico se disocia a una temperatura de 898ºC a presión atmosférica. El tiempo de esta operación es algo largo si lo comparamos con el tiempo que se necesita para alcanzar temperaturas más altas, pero cuanto más próxima sea la temperatura mínima requerida mayor será la calidad de la cal. La temperatura más corriente para la fabricación de la cal aérea es de 1050 a 1100ºC.

Las cales hidráulicas comienzan su descomposición a 700ºC, que es cuando la arcilla comienza a disociarse. A los 1100ºC comienzan a formarse los silicatos y aluminatos de calcio. El proceso de calcinación debe realizarse con marcha rápida y aspirando CO2, tanto para facilitar la combustión como para impedir la recarbonatación de la piedra ya calcinada.

5. Hornos

La transmisión de calor depende de la superficie de contacto, por lo que la piedra debe tener un tamaño mínimo.

Si son piedras gruesas se necesitará más combustible y su núcleo no quedará bien cocido, formándose así los caliches. Las piedras pequeñas en cambio dejarán poco espacio para producir un tiro adecuado que lleve el CO2 al exterior, pudiéndose producir así una reversión en la reacción.

Se distinguen dos clases principales de hornos, los intermitentes y los continuos. Los hornos intermitentes son aquellos que se empleaban antiguamente, que se explican en el siguiente apartado de hornos antiguos. Los hornos continuos se utilizan en la actualidad y se denominan así porque su diseño permite una emisión de calor continuo hacia el material a calcinar, consiguiéndose así un óxido de cal más homogéneo y con mejores propiedades.

5.1. Hornos intermitentes

Los hornos antiguos se denominan hornos intermitentes porque debían apagarse al finalizar cada calcinación. En estos hornos el calor no se distribuía de forma equitativa en todo el material que se calcinaba. Se distinguen en este tipo los hornos rudimentarios de los hornos de cuba.

Los hornos rudimentarios consisten, fundamentalmente en un gran montón de capas alternadas de caliza y carbón, y posteriormente se recubre el conjunto con barro o tierra. El hogar se forma en el centro con piedras gruesas, y abierto por un costado.

Es un horno de poco rendimiento y la calidad de la cal obtenida no es muy buena. Actualmente apenas se usa. En la guía Práctica de la Cal y el estuco se describe y se muestra gráficamente la construcción de esta clase de hornos, que se muestran en las siguientes figuras.


Los hornos de cuba están hechos de fábrica de ladrillo que puede ser refractaria. Está formado por una cámara cilíndrica que se ensancha por el centro. El material se introduce por su parte superior y en la inferior se forma una cámara de combustión con las piedras más gruesas y conectadas al exterior por un lateral por donde se suministra el combustible. Son hornos de baja producción, que actualmente también se encuentran en desuso. Algunos están siendo restaurados dado su valor cultural.
Resulta de gran interés la colección de videos que realizó Eugenio Monesma, entre los cuales se encuentra una obra sobre la confección de hornos tradicionales (Monesma, 2004).

5.2. Hornos continuos

Se distinguen cuatro tipos principales: los hornos Rudersdorf, los de llama corta, los verticales y los rotatorios.

En los hornos Rudersdorf, la caliza se introduce por la parte superior del horno, saliendo la caliza ya calcinada por el conducto de expulsión con el que está conectado. A unos cuatro metros de la base hay una serie de hogares que son alimentados con carbón de llama larga (antracita), y conectados con los ceniceros. El horno se completa con unas dependencias y espacios anexos que facilitan el aislamiento y reducen las pérdidas por calcinación.



En los de llama corta son generalmente de ladrillo, con alturas de unos 16m y diámetro de 3,5m y el combustible es el carbón de llama corta. Su funcionamiento es continuo y se cargan capas alternadas de caliza y carbón.

Los hornos verticales son más actuales, la calidad del producto resultante es mucho mejor y su automatización consigue abaratar los costes de mano de obra. Consiste en una cámara cilíndrica de ladrillo que lleva en su parte inferior unas toberas para inyectar aire para la combustión.

La carga de la caliza se realiza mediante la confección previa de unos bloques aglomerados de cal y carbón pulverizado, llamados briquetas. Se introducen por el tragante y todo el proceso se efectúa automáticamente, incluso la carga. Cuando el combustible es gas la caliza se puede suministrar en fragmentos.

La piedra caliza por el camino de descenso del interior del horno pasa por diferentes fases. Una primera de precalentamiento, una segunda de cocción y una tercera de enfriamiento, producido por el aire que se inyecta por las toberas que, al mismo tiempo, recoge el calor de la cal ya cocida y lo lleva  a la zona de altas temperaturas.



Los hornos rotatorios se utilizan cuando la producción de cales importante. Son cilíndricos, apoyados sobre unos anillos y van girando sobre rodillos. Son hornos de acero y con una ligera inclinación con respecto a su eje horizontal.
Suelen tener una longitud entre 30 y 40 metros, y su diámetro de 1,8-2.4m. El tamaño de la caliza es pequeño, entre 15 y 25mm, y se carga por la parte más alta. El combustible puede ser carbón, aceite pesado o gas.

Una vez calcinado el material, el producto resultante se recoge en el extremo inferior del horno y pasa a un enfriador que suele ser un cilindro de iguales características que el horno, pero de menor longitud.

La cal obtenida por este procedimiento es de gran calidad, y se obtienen producciones elevadas.

6. Sistemas de apagado

El apagado de la cal consiste en la combinación del óxido cálcico obteniéndose un producto, el hidróxido cálcico, que aumenta de volumen respecto al producto inicial y se desprende calor. Los pesos atómicos de estos componentes son los siguientes:

Tabla 12. Pesos atómicos

CaO

H2O

Ca (OH)2

56 g/mol

18 g/mol

74 g/mol


Por tanto, se requieren 18 partes en peso de agua por cada 56 partes de óxido de cal para realizar el apagado. Teniendo en cuenta la pérdida de agua por evaporación al producirse la reacción de hidratación de la cal viva, se considera necesario alrededor de un 33% de agua en peso para obtener cal apagada en polvo, entre 300 y 400% para obtener una cal en pasta y más de un 400% para obtener una lechada o agua de cal.

La velocidad de apagado dependerá fundamentalmente de tres factores.
En primer lugar, de las condiciones físicas de la cal, ya que los fragmentos pequeños, porosos o finamente divididos aumentan la superficie específica produciendo una mayor velocidad de hidratación. En algunas industrias se produce una molienda de cal viva previa al proceso de apagado.

En segundo lugar, cuanto mayor sea la pureza de la cal mayor será la velocidad de hidratación. Y por último, la temperatura de cocción de la cal también resulta decisiva, puesto que tanto los fragmentos poco cocidos como muy cocidos tienen poca capacidad de hidratación.
Para las cales hidráulicas el proceso de apagado es mucho más complejo debido a los silicatos y aluminatos que ésta contiene. Resumidamente consiste en proporcionar una cierta cantidad de agua al producto cocido previamente a su entrada en un silo. Los procesos de apagado del óxido, formación de vapor y nuevo apagado del resto de partículas se producen progresivamente en el silo.

6.1. Al aire

La cal viva expuesta al aire absorbe la humedad ambiental y llega a apagarse, pulverizándose por el aumento de volumen que conlleva esta reacción.

Es un proceso lento y corre el riesgo de que se produzca el proceso de recarbonatación debido a la presencia de CO2 en el ambiente. Para evitarlo se prepara la cal en montones produciéndose la recarbonatación sólo en la capa superficial.

6.2. Por aspersión

La cal se coloca en capas de poco espesor, se riega y mediante la hidratación se reduce a polvo. Debe recubrirse con una capa de arena si no va a envasarse y a utilizarse en un breve período de tiempo.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

6.3. Por fusión

Consiste en añadir agua a la cal que previamente se ha echado en un estanque o excavación en el terreno. Este sistema se emplea para obtener cal en pasta. Es un método empleado a pie de obra.

Se conoce como cedón al fenómeno que se produce por añadir poca agua o un batido insuficientes, y por inundación al fenómeno producido al aportar una cantidad excesiva de agua (Vázquez et al. 1993).

6.4. En autoclaves

Cosiste en introducir la cal en forma de terrones en unos autoclaves a los cuales se les inyecta vapor de agua a presión. En este sistema se consiguen apagar totalmente las cales dolomíticas.

6.5. En hidratadores mecánicos

Su fin principal es conseguir una perfecta dosificación entre la mezcla de cal viva y agua. Sin embargo, hay que controlar el calor que se produce en la hidratación ya que puede aumentar mucho la temperatura en el hidratador y no se llegue a apagar totalmente la cal, sobre todo si no es un producto uniforme.

En las cales hidráulicas la operación de apagado es fundamental, ya que de este proceso van a depender mucho las propiedades hidráulicas. El apagado se suele realizar por aspersión y por capas consiguiendo de este modo no sobrepasar la temperatura de 120ºC. De este modo evitamos la hidratación de los silicatos y aluminatos, que conllevaría a la pérdida de las propiedades hidráulicas del producto, que recibe el nombre de cal ahogada.

7. Reposo y almacenaje

En cuanto a los periodos de tiempo de reposo de una cal en pasta desde su apagado hasta su utilización existen diferentes opiniones según la época y el autor. Según Vázquez, por ejemplo, antes de emplear la cal apagada es conveniente dejarla reposar 6 días. La antigua norma MV 201 establecía en cambio un periodo de 2 semanas antes de su uso, y 20 días si la pasta de cal iba a ser empleada para morteros para enlucidos.
     
Por otro lado, los tratados antiguos de la construcción establecían tiempos más largos, como es el caso de la obra de Benito Bails (Bails, 1796),  quien aconsejaba no utilizar ninguna cal que no hubiese sido apagada por lo menos tres meses antes.

Rieger, en cambio, afirmaba que “Para que la cal no estorbe a los colores que se han de dar al muro, guárdese diez años o más y servirá también a manera de betún para unir las piedras”.

En cuanto a las cales hidráulicas, antes de su uso y almacenaje, se las somete a una operación de cernido que tiene como misión separar la cal apagada de los trozos poco o muy cocidos.

Esto se consigue haciendo pasar la cal por tamices que van reteniendo los trozos más gruesos. La cal que ha pasado por todos los tamices recibe el nombre de flor de cal. Los residuos resultantes son de color amarillento y se denominan incocidos. Y de color gris verdoso quedan los sobrecocidos, los “grappiers”, que se pueden moler y añadir  a la cal mejorando sus características hidráulicas, conociéndose el producto resultante como cemento de grappiers, raramente usado en la construcción.

En cuanto a su almacenaje, Fray Lorenzo de San Nicolás (San Nicolás, 1639) afirmaba que “La cal después de cocida conviene mojarla poco a poco hasta que del todo esté satisfecha con agua, que será cuando del todo esté desatada: y puesto a la sombra se guardará en lugar húmedo, sin mezcla, sino cuando mucho, un poco de arena por encima, y de este modo se conserva largo tiempo, mejorándose de continuo”.

De este modo, cubriéndola con arena, se evitaba que la cal se carbonatase. Actualmente se almacenan en sacos, silos o barriles según su formato de distribución y si ésta se encuentra en polvo, en pasta… como se ha visto anteriormente.

 

Bibliografía:(Briguz, 1738); (Vázquez et al. 1993);(Monesma, 2004); (Bails, 1796); (San Nicolás, 1639)

 

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