Cement hutniczy to rodzaj syntetycznego betonu, który jest wytwarzany z odpadów przemysłowych, takich jak żużle nieżelazne. Są one jednym z najbardziej powszechnych materiałów, które przyczyniają się do emisji CO2 i są zwykle stosowane jako zamienniki naturalnego piasku w betonie. W tym artykule omówimy jak produkowane są te cementy i do czego są wykorzystywane. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej! Poniżej wymieniono niektóre z zastosowań cementu hutniczego.
Cementy hutnicze są produkowane z żużli metali nieżelaznych
W Niemczech żużle hutnicze powstają przy produkcji metali nieżelaznych. Żużle te są wykorzystywane w betonie, kruszywach i granulkach do różnych zastosowań. Spełniają one różne wymagania dotyczące przyjazności dla środowiska, jakości i wydajności w betonie i innych materiałach budowlanych. Z tych powodów znalazły one coraz szersze zastosowanie w dziedzinach specjalistycznych, w tym w betonie i cegłach ogniotrwałych.
Aby wyprodukować te żużle, materiały wyjściowe powinny być bogate w ZnO, miedź i Cu2O. Do dalszej redukcji należy wybrać żużle z tabeli 1. Opcjonalnie przeprowadza się dodatkowe etapy redukcji, aby zwiększyć ich zawartość żelaza. Po wykonaniu tych czynności, żużle poddaje się działaniu kombinacji wody i żelaza, tworząc cement.
Żużle mogą również zawierać pewne ilości tlenków glinu i sodu. W przypadku tlenku ołowiu zawartość tych składników nie może przekraczać 0,0100%. Oprócz żużli nieżelaznych można tworzyć inne rodzaje materiałów, przetwarzając je na cementy na bazie metali i beton. Oprócz betonu i cementu, żużle nieżelazne mogą być również wykorzystywane jako wypełniacze i materiały do budowy dróg.
Te żużle nieżelazne mogą być stosowane jako wypełniacze, spoiwa lub jako zamiennik cementu portlandzkiego. Ponadto, cementy te mogą być spienione lub mieć skład polimerów nieorganicznych. Jedną z zalet stosowania żużla nieżelaznego w budownictwie jest to, że zawiera on niewielkie ilości ołowiu i cynku. Metale te są niepożądane w produkcie końcowym, ale niska zawartość cynku pozwala producentom cementu na wykorzystanie go do konkurencyjnych ekonomicznie zastosowań.
Żużle nieżelazne są wykorzystywane do produkcji cementów metalurgicznych. Żużle o wysokiej zawartości żelaza mają doskonałą płynność i wymagają minimalnej ilości wapnia. Jednakże, ponieważ zawierają niskie poziomy Pb i Zn, zmniejszają zawartość innych cennych metali. Powstała w ten sposób mieszanka zawiera duże ilości Fe, mniej niż jeden procent Zn i co najmniej 45% SiO2.
Są wytwarzane z odpadów przemysłowych
Cement hutniczy jest wytwarzany z przemysłowych produktów ubocznych i może być poddawany recyklingowi i ponownemu przetwarzaniu w celu zmniejszenia emisji CO 2 i zużycia energii przy produkcji cementu. Zagadnienia te mają duże znaczenie dla zrównoważonego rozwoju przemysłu cementowego i betonowego. Aby sprostać wymaganiom globalnego rynku, należy podjąć więcej badań, aby cement z odpadów był bardziej przyjazny dla środowiska. Poniżej wymieniono niektóre z zalet wykorzystania odpadów przemysłowych do produkcji cementu.
HMNS powstaje przy produkcji miedzi i tlenku glinu. Ogólnie rzecz biorąc, każda tona wyprodukowanej miedzi wytwarza około 2,2 do 1,5 t czerwonego błota. HMNS są również szkodliwe dla wód gruntowych i podziemnych. Ze względu na te problemy, potrzebne są opłacalne technologie, aby bezpiecznie zarządzać i wykorzystywać HMNS. W artykule opisano technikę wytwarzania cementu hutniczego z odpadów przemysłowych.
Wykorzystanie metalurgicznych materiałów żużlowych jako materiału cementowego jest skutecznym sposobem na zmniejszenie produkcji tradycyjnego cementu. Proces ten polega na zastosowaniu alkalicznych roztworów chemicznych, takich jak NaOH, Ca(OH), węglan sodu i wapno odpadowe. Inne produkty uboczne wykorzystywane w produkcji cementu to fosfogips, wapno odpadowe i popiół z pieca cementowego. Wszystkie te materiały odpadowe są dostępne do wykorzystania w przemyśle cementowym.
Przeprowadzono różne badania w celu oceny skuteczności cementu metalurgicznego w zastosowaniach budowlanych. Niektórzy badacze wyprodukowali beton drogowy przy użyciu krzemianu sodu. Inni wykazali reakcje konwergencji geologicznej z wykorzystaniem żużli metali nieżelaznych. Jeden z takich przykładów dotyczy ekstrakcji glinu z żużla niklowo-żelaznego i czerwonego błota z odpadów górniczych. Powstała glinokrzemianowa faza żelowa, która wykazywała doskonałe właściwości fizyczne i mechaniczne.
Przyczyniają się do największej emisji CO2
Cementy hutnicze przyczyniają się do największej emisji węgla. Produkcja cementu jest ważnym przemysłowym źródłem CO2, odpowiadającym za 8% globalnej emisji gazów cieplarnianych. Około połowa uwolnionego węgla wynika ze spalania paliw kopalnych używanych do ogrzewania pieców. Kolejne 10% to paliwo potrzebne do wydobycia i transportu surowców wykorzystywanych w produkcji cementu. Emisje z produkcji cementu zależą od proporcji klinkieru w każdej tonie oraz od rodzaju stosowanego paliwa. Wydajność urządzeń i wykorzystanie materiałów z recyklingu może zmniejszyć poziom emisji.
UE uważa cement za znaczące źródło ucieczki emisji i posiada wolne przydziały dla tego sektora w swoim systemie handlu emisjami. Jednak komisja ds. środowiska Parlamentu Europejskiego bezskutecznie proponowała zniesienie bezpłatnych przydziałów dla cementu. Tymczasem w kilku państwach członkowskich rozważa się wprowadzenie cen minimalnych, które mogą mieć wpływ na przemysł cementowy. Oczekuje się, że chiński system handlu uprawnieniami do emisji w pierwszej fazie obejmie cement, ale początkowo będzie dotyczył sektora energetycznego.
Rosnące zużycie cementu na świecie jest główną przyczyną emisji. Oprócz produkcji cementu, do największej emisji CO2 przyczyniają się również odpady metalurgiczne. W celu zmniejszenia ilości emitowanego węgla na tonę, coraz częściej stosuje się przemysłowe produkty uboczne jako uzupełniające materiały cementowe. Jednym z najbardziej popularnych produktów ubocznych jest popiół lotny z węgla, który ma morfologię zbliżoną do perełek szklanych. Popiół lotny z węgla jest na przykład świetną alternatywą dla cementu i ma kilka pożądanych właściwości.
Wykorzystanie taniej energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych zmotywowało do podjęcia badań nad zastosowaniem metod elektrochemicznych do innowacji procesów przemysłowych. Jednak zastosowanie metod elektrochemicznych było ograniczone w produkcji cementu. Najlepiej funkcjonujące procesy elektrochemiczne obejmują dekarbonizację żużla i CaCO3 w kalcynatorze termicznym. Mniejszy stopień uwęglenia w fazie stałej cementu zmniejsza jego wytrzymałość. W ten sposób zmniejsza się również ilość Ca(OH)2 w cemencie.
Stosuje się je do zastąpienia naturalnego piasku w betonie
W procesie twardnienia i wiązania betonu piasek jest niezbędny dla jego wytrzymałości i trwałości. Zastosowanie piasku w betonie może zwiększyć wytrzymałość produktu końcowego poprzez dostarczenie masy cząstek. Masa cząstek pomaga betonowi zestalić się szybciej i wytrzymać przyłożone obciążenie. Na szczęście, producenci betonu odkryli kilka alternatywnych rodzajów piasku. Należą do nich piasek chromowy, odpadowy piasek odlewniczy i tlenek cyrkonu.
Żużel miedziany, produkt uboczny przemysłu metalurgicznego, ma podobny skład do piasku. Cement hutniczy może zastąpić w betonie piasek naturalny do 15% objętości. Przeprowadzono kilka badań eksperymentalnych mających na celu ocenę atrybutów betonu, w którym jako zamiennik zastosowano żużel miedziany. Jednakże, systematyczny przegląd dostępnej literatury nie znalazł żadnych dowodów na to, że żużel miedziany może całkowicie zastąpić naturalny piasek. Dlatego substytut ten stanowi doskonałą okazję do badania wpływu naturalnego kruszywa drobnego na beton.
Ponowne wykorzystanie odpadów jest uważane za najbardziej przyjazną dla środowiska metodę utylizacji. Metoda ta zastępuje w betonie piasek naturalny i poprawia jego właściwości mechaniczne oraz odporność na karbonatyzację. Ponadto jest bardziej opłacalna w użyciu niż piasek naturalny. Może jednak nie nadawać się do stosowania w budownictwie mieszkaniowym i komercyjnym. Wymaga dokładnego rozważenia wpływu na środowisko i implikacji transportowych.
Pomimo korzyści dla środowiska, osady metalurgiczne są kontrowersyjne i mogą zawierać metale ciężkie. Jednak przy odpowiednim zastosowaniu żużel może zastąpić do 30% naturalnego piasku w betonie. Wykorzystanie osadów metalurgicznych nie ogranicza się do odpadów przemysłowych. W rzeczywistości żużel miedziany może być stosowany jako zamiennik piasku w betonie nawet do 70%.
Zmniejszają potrzebę utylizacji
Wykorzystanie metalurgicznych żużli odpadowych jako źródła cementu ma wiele korzyści. Po pierwsze, te materiały odpadowe mogą być wykorzystywane w procesach mielenia, a także są przydatne w połączeniu z innymi materiałami cementowymi, takimi jak wapno palone. Oznacza to, że zmniejsza się konieczność utylizacji odpadów hutniczych. Ponadto, cementy hutnicze mogą zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych.
Zastosowanie zwęglonego żużla stalowego jako zamiennika naturalnego piasku może zmniejszyć potrzebę utylizacji tych odpadów. Te materiały odpadowe mogą również opóźnić czas wiązania cementu o trzy do dwudziestu pięciu godzin. Zmniejszają one szybkość wydzielania ciepła hydratacji o ponad 30% i obniżają właściwości mechaniczne zapraw o pięć do czterdziestu procent. Korzyści te można osiągnąć poprzez zmniejszenie udziału żużla w składzie cementu.
Rosnące globalne zużycie cementu jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do emisji gazów cieplarnianych i powstawania odpadów metalurgicznych. Wykorzystanie żużla metalurgicznego jako źródła uzupełniających materiałów cementowych zmniejsza produkcję cementu i przyczynia się do zagospodarowania odpadów. Wśród odpadów metalurgicznych, które mogą być wykorzystane w betonie, znajdują się m.in. wysokowapniowy żużel aktywowany z popiołów lotnych, wysokowapniowy żużel z popiołów lotnych oraz fosfogipsy.
Odpady z procesów metalurgicznych mogą być wykorzystywane jako materiały zastępcze dla cementu. Oprócz zmniejszenia zużycia cementu, odpady metalurgiczne, takie jak żużel wielkopiecowy, żużel miedziowy i czerwone błoto, mogą być stosowane jako pomocnicze materiały cementowe. Ważne jest jednak, aby odpowiednio opracować te materiały jako zamienniki konwencjonalnego cementu. Są one dostępne po bardzo rozsądnych kosztach i mogą nawet zmniejszyć potrzebę ich usuwania.
Podobne tematy
- Jak usunąć cement z klinkieru
- Z jakich surowców produkowany jest cement?
- Jaki cement wybrać do kostki granitowej?
Jestem Anna i ukończyłam szkołę budownictwa. Przy budowaniu i konstruowaniu pracuje już od 10 lat i czuje się w tym bardzo dobrze.
Dzięki temu portalowi mogę przekazywać z powodzeniem swoją wiedzę.