Produkcja klinkieru, będąca głównym składnikiem cementu, może być bardzo zanieczyszczająca
Czy słyszałeś o klinkierze? To imię może nie brzmieć znajomo, ale pamiętaj, że jest znacznie częstsze niż myślisz. Budynki, domy, chodniki, sceny i w zasadzie wszelkie prace budowlane polegają na cemencie jako jednym z podstawowych materiałów ... A głównym składnikiem obecnym w składzie cementu jest klinkier.
Klinkier to ziarnisty i sztywny materiał, co widać na poniższym obrazku. Ogólnie można powiedzieć, że klinkier jest jednorodnym proszkiem (mączką), z różnych surowców mielonych i mieszanych, który pod wpływem bardzo wysokich temperatur zamienia się w kamień. Proces produkcji tych substancji nie jest prosty i może powodować znaczny wpływ na środowisko.
Proces produkcji
Klinkier portlandzki lub klinkier portlandzki, jak jest również znany, uzyskuje się ze spalania surowców mielonych w piecu obrotowym w temperaturze do 1450 ° C. Głównym surowcem do produkcji klinkieru jest wapień, a oprócz niego w mniejszym stopniu wykorzystuje się glinę oraz tlenki żelaza i glinu.
Zatem pierwszym krokiem jest wydobycie i „rafinacja” tych surowców. Skały wapienne po wydobyciu poddawane są procesowi kruszenia i kruszenia, aż do uzyskania drobnego proszku. Następnie powstaje jednorodna mieszanka ze wszystkimi niezbędnymi surowcami. Ta mieszanina również odnosi się do drobnego proszku i jest nazywana „mąką” lub „surową”.
Materiał ten jest następnie wprowadzany do pieca obrotowego, w którym jest podgrzewany do temperatury 1450 ° C, w którym to momencie pojawia się klinkier.
Paliwa zasilające piece pochodzą w większości przypadków ze źródeł nieodnawialnych, takich jak ropa naftowa i węgiel, co ma negatywny wpływ na ryzyko i wpływ na środowisko. Wśród najczęściej używanych paliw wyróżniają się niektóre, takie jak koks naftowy i benzyna, oraz niektóre gazowe, takie jak gaz ziemny. Wśród nich głównym paliwem używanym do produkcji klinkieru jest koks naftowy, a to ze względu na jego wysoką wartość opałową związaną z niskim kosztem jego pozyskania. Oprócz tych tradycyjnych paliw, pozostałości i odpadów przemysłowych i biomasy, do zasilania pieców można również użyć węgla drzewnego i pozostałości rolniczych.
Po przejściu przez piec materiał ten jest gwałtownie schładzany podmuchami powietrza w celu ustabilizowania jego struktury i odzyskania ciepła. Tak powstaje klinkier, podstawowy materiał niezbędny do produkcji cementu. Po tym procesie otrzymany materiał (klinkier) miesza się z tynkiem (gipsem) i innymi dodatkami (takimi jak wapień, pucolana lub żużel), tworząc różne rodzaje cementu.
Należy podkreślić, że podczas wysokich temperatur panujących wewnątrz pieców obrotowych zachodzi reakcja chemiczna kalcynacji wapienia. Proces ten nawiązuje do momentu, w którym skała wapienna (CaCO3) przekształca się w wapno pierwotne (CaO), uwalniając duże ilości gazu CO2.
Wpływ na środowisko
Dlatego uważa się, że proces produkcji klinkieru ma wysoki potencjał zanieczyszczenia i jest odpowiedzialny za znaczący wpływ na środowisko.
Cały proces wymaga dużego zużycia energii, zarówno w postaci energii cieplnej, spalanej paliw do ogrzewania pieców obrotowych, jak i energii elektrycznej, zużywanej w całym procesie przemysłowym do przemieszczania maszyn i wytwarzania obracać piekarniki. Jednak większość tego zużycia odnosi się do zużycia energii cieplnej podczas użytkowania paliw.
Chociaż w procesie produkcji tego materiału nie powstają bezpośrednio odpady stałe, ponieważ popiół ze spalania paliw w piecu obrotowym jest zwykle wprowadzany do samego klinkieru, podczas produkcji klinkieru występuje wysoka emisja zanieczyszczeń gazowych i cząstek stałych.
Podczas spalania paliw w piecach, głównie ze źródeł nieodnawialnych, wydzielane są różne gazy zanieczyszczające, takie jak dwutlenek węgla, tlenek siarki, tlenek azotu, tlenek węgla, związki ołowiu i pyły, z których wszystkie są zanieczyszczenia.
Oprócz tego znanego źródła emisji, jak wcześniej donoszono, kalcynacja wapienia jest również jednym z głównych czynników odpowiedzialnych za emisję dwutlenku węgla w procesie produkcji klinkieru, a tym samym cementu, ponieważ na każde 1000 kg Według badań kalcyt kalcynowany (CaCO3) wytwarza 560 kg CaO i 440 kg CO2. Za około połowę emisji CO2 w tym procesie odpowiada reakcja chemiczna kalcynacji, a pozostałą część stanowi zużycie energii w postaci ciepła (spalanie paliw).
Szacuje się, że aby wyprodukować tonę klinkieru, przemysł cementowy emituje od 800 do 1000 kilogramów dwutlenku węgla, w tym CO2 generowany przez rozkład wapienia i spalanie paliw kopalnych w celu utrzymania pracy pieców.
Ponadto w pierwszym etapie wydobycia surowców mogą również wystąpić oddziaływania fizyczne, takie jak osunięcia się ziemi w kamieniołomach wapienia i erozje spowodowane wibracjami wytwarzanymi na gruncie. A wydobywanie gliny w rzekach może spowodować pogłębienie się tych cieków wodnych, zmniejszenie ilości wody w korytach i zaburzenie tamtejszych siedlisk, co zmniejsza bioróżnorodność kilku regionów.
W Brazylii, na podstawie danych z United States Geological Survey (USGS - Geological Survey of the United States, w języku portugalskim) i US Energy Information Administration (EIA - Energy Information Administration of the United States), szacuje się, że produkcja cement odpowiada za do 7,7% krajowej emisji CO2 ze spalania paliw kopalnych, przy czym głównym źródłem tych emisji jest produkcja klinkieru.
Alternatywy
Współprzetwarzanie
Alternatywą, która stara się zminimalizować skutki generowane w tym procesie produkcyjnym, jest współprzetwarzanie. Koprocesing pojawił się jako strategia poprawy wyników ekonomicznych (mniejsze zużycie energii) przemysłu cementowego. Technika ta polega na zasilaniu pieca obrotowego odpadami z innych gałęzi przemysłu, zużywając coraz mniej paliw kopalnych, a także zmniejszając produkcję odpadów.
Stosowane są wcześniej wyselekcjonowane materiały, które nie nadają się do recyklingu (czyli odpady), które mają wysoką kaloryczność i które należy całkowicie wyeliminować. Według niektórych firm krajowych w procesie tym nie dochodzi do powstawania ścieków płynnych lub stałych, ponieważ popioły, które wcześniej trafiałyby na składowiska, są teraz włączane do klinkieru bez zmiany ich priorytetów.
W ten sposób współprzetwarzane mogą być różne materiały, takie jak opony, smary, zużyte oleje, trociny, odpady roślinne, zanieczyszczona gleba i opakowania. Odpady szpitalne, domowe, radioaktywne, wybuchowe i pestycydów nie są używane. W szczególności na temat opon i łusek ryżowych naukowcy Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira i Jeferson Domingues z Unisinos opublikowali artykuł w czasopiśmie Ambiente & Sociedade (przeczytaj cały artykuł tutaj) na temat ponownego ich wykorzystania. materiały do produkcji cementu;
Należy podkreślić, że Krajowa Rada Środowiska (Conama) zaleca, aby przy spalaniu odpadów w piecach do wypalania klinkieru cementownia przedstawiła wszystkie warunki techniczne i środowiskowe, aby spełnić wymagane normy emisyjne. W tym sensie musi mieć: nowoczesną linię produkcyjną, stabilny, regulowany i zoptymalizowany proces produkcyjny; wysokowydajne urządzenia do zatrzymywania cząstek stałych i gazów myjących powstających podczas spalania; oraz palniki specjalnie zaprojektowane do różnych rodzajów paliw.
Zmiana składu klinkieru
Inną alternatywą, która mogłaby pomóc w zmniejszeniu emisji CO2 podczas produkcji klinkieru, byłoby stworzenie nowej „receptury” klinkieru. Aby zmniejszyć zużycie CO2 w trakcie jego składu, w przemyśle cementowym zaczęto zastępować część tego materiału żużlem wielkopiecowym - pozostałością po hutnictwie - a także popiołem lotnym - pozostałością z elektrowni węglowych.
Największym problemem związanym z tą alternatywą jest fakt, że przemysł stalowy - również silnie emitujący CO2 - oraz wytwarzanie popiołu lotnego nie rośnie z taką samą prędkością jak cementownie, co sprawia, że długoterminowe strategie są niewykonalne.
Z powodu tego ograniczenia przemysł cementowy od kilku dziesięcioleci wykorzystuje również inny materiał do częściowego zastąpienia klinkieru w jego składzie: proszek wapienny lub „surowy wypełniacz wapienny”. Wypełniacz jest surowcem niewymagającym obróbki cieplnej (kalcynacji) - procesu, który wymaga dużego zużycia energii i odpowiada za większość emisji CO2 w przemyśle cementowym.
Wychwytywanie dwutlenku węgla
Techniki wychwytywania i składowania dwutlenku węgla są niezwykle ważne dla zmniejszenia emisji tego gazu cieplarnianego do atmosfery. Techniki te wykorzystują mechanizmy fizyko-chemiczne w celu oddzielenia tego zanieczyszczenia oraz inne techniki kompresji w celu geologicznego składowania dwutlenku węgla emitowanego przez stałe źródła, takie jak piec klinkierowy, używany do produkcji cementu.
W tym kontekście dwutlenek węgla powinien być wychwytywany i składowany przed uwolnieniem do atmosfery. W tym celu branże musiałyby zainwestować w nowe technologie i adaptację swoich zakładów, co wymagałoby dużych inwestycji, aw konsekwencji zwiększenia produktu końcowego.
