Jeśli chcesz wiedzieć jak usunąć cement z klinkieru, przeczytaj ten artykuł. W tym artykule przyjrzymy się składowi chemicznemu klinkieru portlandzkiego, jak usunąć z niego cement, źródłom emisji oraz alternatywom dla klinkieru. Możesz znaleźć te informacje przydatne do budowy domu, biura lub firmy. Możesz również znaleźć więcej informacji na temat alternatywnych materiałów budowlanych czytając poniższe sekcje.
Skład chemiczny klinkieru portlandzkiego
Cement portlandzki przechodzi krótki okres intensywnej hydratacji, podczas którego woda i siarczany wapnia są prawie całkowicie rozpuszczone z cząstek klinkieru. W tym okresie na powierzchni cząstek klinkieru tworzą się kryształy ettringitu. Kryształy te powstają w wyniku reakcji z hydratami krzemianów wapnia i glinianem trójwapniowym. Pierwszy okres hydratacji kończy się wówczas, gdy na powierzchni klinkieru tworzy się cienka warstwa tych produktów. Rozpoczyna się kolejna faza wiązania.
Podczas gdy klinkier cementu portlandzkiego zawiera zwykle do 0,2% fosforanów w postaci P2O5, wyższe poziomy mogą wystąpić w niektórych surowcach i przy paliwach alternatywnych. Ogólnie rzecz biorąc, 0,5 % P2O5 może być zakwaterowane w strukturze C3S. Wyższe poziomy fosforanów mogą jednak powodować powstawanie wolnego wapna i mniej satysfakcjonujące właściwości cementowe. Dlatego ważne jest, aby kontrolować LSF klinkieru cementowego.
Choć klinkier zawiera wiele różnych elementów, to kilka z nich jest ważnych dla jego właściwości użytkowych. Podczas procesu klinkieryzacji C3A odgrywa kluczową rolę, tworząc w niższych temperaturach fazę stopioną. Fazy te przyczyniają się do właściwości końcowego produktu klinkierowego. Występowanie krytycznych defektów związanych z krystalizacją jest widoczne w SEM. Podczas gdy udział C3A jest stosunkowo wysoki, C3S stanowi niewielki udział w klinkierze.
Klinkier cementu portlandzkiego zawiera dwa główne składniki – alit (C3S) i belit (C2S). Składnik aluminowy, aluminat, stanowi około 5-10% normalnego klinkieru cementu portlandzkiego, a składnik belitowy przyczynia się do zwiększenia wytrzymałości tego ostatniego. Drugi składnik, belit (C2S), stanowi 15-30% normalnego klinkieru cementu portlandzkiego.
Proces wytwarzania klinkieru w dużej mierze zależy od temperatury, która odgrywa znaczącą rolę w procesie produkcyjnym. W trakcie procesu wytwarzania zły klinkier jest analizowany w celu identyfikacji różnych faz i wad związanych z krystalizacją. Skład chemiczny klinkieru określono za pomocą spektroskopii fluorescencji rentgenowskiej. Za pomocą SEM scharakteryzowano główne fazy białego klinkieru cementu portlandzkiego, a także defekty związane ze składnikami mineralnymi.
Metody stosowane do usuwania cementu z klinkieru
Aby wyprodukować wysokiej jakości cement, konieczne jest wypalenie klinkieru w kontrolowanej temperaturze. Dzięki temu zmniejsza się zawartość wolnego wapna, co jest praktyczną miarą procesu klinkieryzacji surowej mieszanki. PC powinien zawierać od 0,5 do 3 proc. wolnego wapna, w zależności od temperatury wypalania. Zwiększenie temperatury klinkieryzacji oraz ilości CS w surowej mieszance może obniżyć zawartość wolnego wapna.
Większość cementów zawiera co najmniej 0,2% fosforanów jako P2O5. W przypadku znacznej zawartości fosforanów w surowcach zawartość ta może wzrosnąć nawet do 0,5 mas. W takich przypadkach cement rozkłada się tworząc roztwór stały pomiędzy fosforanem a C2S, co powoduje powstanie wapna wolnego lub mniej zadowalających właściwości cementu.
Alternatywne surowce mogą być stosowane w celu zmniejszenia energii i emisji procesowych związanych z procesem produkcji cementu. Obejmują one popioły wulkaniczne, granulowany żużel wielkopiecowy z przemysłu żelaznego oraz popioły lotne z energetyki węglowej. Stwierdzono również, że kilka innych form biomasy może zmniejszyć ślad węglowy związany z produkcją cementu. Inne alternatywne rozwiązania to mielony wapień i stłuczka szklana. Te alternatywne materiały mogą być stosowane w procesie produkcji cementu w celu zastąpienia klinkieru.
Oprócz tych procesów, do klinkieru można dodać siarczan wapnia w ilości od trzech do ośmiu procent. Dodatek ten jest stosowany w celu opóźnienia hydratacji glinianu trójwapniowego przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałościowych właściwości krzemianów wapnia. Jednakże, zawartość siarczanu wapnia musi być wystarczająco wysoka, by wystarczyło go na czas. Dlatego ważne jest, aby zapewnić powolne tempo chłodzenia.
Istotnym elementem tego procesu jest podgrzewacz cyklonowy. Prekalcynator wykorzystuje gaz spalinowy do produkcji cementu. Jego spaliny kierowane są do drugiego podgrzewacza cyklonowego. Surowa mączka jest następnie spiekana na klinkier cementowy, a schłodzony gaz wraca do pieca obrotowego. W prekalcynatorze zastosowano również palnik paliwowy.
Źródła emisji
Istnieją różne wskaźniki emisji dla cementu z klinkieru, w tym wskaźnik zaproponowany przez IPCC Tier 2 oraz wskaźnik zaproponowany przez Cement Sustainability Initiative (CCI). Oba te czynniki nie uwzględniają jednak wpływu CKD, MgCO3)20 i odparowania. Co więcej, różnią się one w zależności od prowincji, ponieważ emisje CCI są wyższe niż te przyjęte w niniejszym badaniu w Jiangsu, a niższe w Guangdong i innych prowincjach.
Ponadto dwutlenek węgla jest emitowany podczas procesu produkcji klinkieru, który jest etapem pośrednim w produkcji cementu. Wapień zawierający węglan wapnia i węglan magnezu jest podgrzewany do temperatury 1000 stopni Celsjusza. W tym procesie uwalniany jest dwutlenek węgla, który następnie jest rozliczany w innym miejscu. Równanie (1) ilustruje ten proces. Inne źródła emisji CO2 to paliwa kopalne i energia elektryczna, które są wykorzystywane do produkcji cementu.
Emisja cementu z klinkieru dzieli się na źródła termiczne i związane z materiałami. CSA, X-Clinker i Celitement prowadzą do materiałowych emisji CO2 mniejszych niż 0,35 tony na tonę klinkieru. Ponadto, emisja cementu z klinkieru jest znacznie niższa niż w przypadku innych procesów produkcji cementu. Europejski przemysł cementowy należy zatem do najbardziej efektywnych użytkowników paliw alternatywnych, podczas gdy Chiny i Indie pozostają w tyle za innymi głównymi krajami produkującymi cement.
Chiny podzielone są na trzy regiony geograficzne: zachodni, centralny i wschodni. Według NGI, współczynnik emisji dwutlenku węgla dla klinkieru wynosi 0,5383. Andrew (2019) wykorzystał ten współczynnik emisji do oszacowania całkowitej emisji cementu w Chinach kontynentalnych z procesu cementowego. W 2010 r. podczas procesu produkcji cementu uwolniono 639,9 Mt CO2, w 2012 r. było to 701,9 Mt, a w 2014 r. już 758,3 Mt.
Istnieje szereg czynników, które sprawiają, że szacunki emisji z cementu z klinkieru są trudne do weryfikacji i oceny. Po pierwsze, dane wykorzystywane do obliczeń emisji z cementu są często niedokładne. Niepewność ta wynika z niedostatecznej sprawozdawczości władz lokalnych oraz błędów w ważeniu klinkieru. Na przykład, władze lokalne mogły zaniżyć produkcję klinkieru lub pominąć nieprawidłowe dane z procesu produkcyjnego. Po drugie, dane wykorzystywane przez przedsiębiorstwa mogą być niekompletne lub niedokładne ze względu na różne sposoby zgłaszania tych samych danych.
Alternatywy dla klinkieru
Nie ma powodu, aby cement nie mógł być produkowany bez klinkieru. Jednak w przyszłości nowe odkrycia mogą znaleźć alternatywy dla klinkieru, które mogą całkowicie zlikwidować biznes cementowy. Na przykład powyższy wykres opiera się na ilości każdego z trzech głównych materiałów budowlanych w przeliczeniu na kilogram. Ale ten wykres nie uwzględnia całkowitej ilości każdego z nich potrzebnej do budowy budynku. Innymi słowy, przemysł cementowy mógłby ponieść ogromne straty, gdyby pojawiły się nowe technologie mogące zastąpić klinkier.
Ponieważ przemysł cementowy nie jest na dobrej drodze do osiągnięcia globalnych celów redukcji emisji, nowe technologie mogłyby zastąpić klinkier. Jedną z takich technologii jest wychwytywanie węgla. Granulowany żużel wielkopiecowy jest produktem ubocznym z procesów wytopu żelaza i ma te same cechy co klinkier, ale mniejszy ślad węglowy. Tymczasem nowe technologie produkcji mogłyby zwiększyć efektywność wykorzystania betonu i skłonić rządy do zatwierdzania nowych form tego materiału.
Centrum cementowe zidentyfikowałoby nowe materiały i procesy, które mogłyby zostać wykorzystane do produkcji materiału. Obejmowałoby to znalezienie alternatyw dla “klinkieru”, półproduktu powstałego w wyniku rozbicia wapienia. Inne potencjalne alternatywy obejmują pucolany, żużel wielkopiecowy z produkcji stali oraz produkty naturalne. Choć technologie te są jeszcze w powijakach, to jeśli okażą się skuteczne, mogą znacznie zmniejszyć ślad węglowy przemysłu cementowego. Co więcej, zastosowanie tych alternatywnych materiałów pozwoliłoby zaoszczędzić ogromne ilości energii i pieniędzy.
Obecnie emisja dwutlenku węgla z produkcji cementu wynosi około 79% całości. Emisję węgla z kalcynacji wapienia szacuje się na około 20 ton na tonę. Emisji tych można jednak w dużej mierze uniknąć poprzez poprawę efektywności energetycznej oraz zmniejszenie stosunku klinkieru do cementu. Ponadto postępy w technologii i innowacje procesowe mogłyby pomóc w zastąpieniu klinkieru materiałami komplementarnymi do produkcji cementu. Tak więc, paliwa alternatywne do klinkieru są wielkim krokiem w kierunku zmniejszenia śladu węglowego cementu.
Podobne tematy
- Co się robi z cementu portlandzkiego?
- Jaki cement wybrać do cegły klinkierowej?
- Który cement jest najszybciej twardniejącym cementem hydraulicznym?
Moja przygoda z budownictwem zaczęła się dwa lata temu, przez dwa lata zdobyłam duże doświadczenie odnośnie planowania i zarządzania budowami. Postaram podzielić się z wami moimi doświadczeniami.