Производња

Кораци и фазе

Производња портланд цемента је сложен технолошки процес који се састоји из два основна корака. У првом се топлотном обрадом улазне сировине битно мењају стварајући цементни клинкер. У другом, млевењем клинкера са гипсом настаје коначни производ – цемент.

Општа технолошка шема производње портланд цемента, која укључује и поступке са сировинама и готовим производом, састоји се из следећих осам фаза:

• експлоатација цементних сировина
• припрема сировина (уситњавање и мешање)
• ускладиштење сировинског брашна
• печење сировинског брашна (производња клинкера)
• одлежавање клинкера
• млевење клинкера у цемент
• ускладиштење цемента
• паковање и отпрема.

Сировине

У основне сировине које служе за израду смеше чијим ће се печењем добити цементни клинкер убрајају се:

• сировине карбонатног карактера (кречњак и неке врсте лапорца са високим садржајем CaCO3)
• сировине киселог карактера (глине, глинци, лапорасте глине, туфови, пуцолани итд).

У корективне сировине чији је основни задатак да побољшају хемијски састав смеше убрајају се:

• сировине силикатног карактера (кварцни песак, туфови и друге минералне материје природног или вештачког порекла)
• сировине са високим садржајем оксида гвожђа (пиритне изгоретине и сл.)

У сировине које се у поступку добијања коначног производа мешају са клинкером спадају гипс и додаци као што су: природни и вештачки пуцолани, гранулисана згура, кречњак итд).

Алтернативне сировине

Употреба алтернативних сировина као што су гранулисана згура високих пећи, летећи пепео из термоелектрана, силикатна чађ и др. у процесу производње клинкера или као замена за клинкер у цементу има значајан позитивни допринос у заштити животне средине.

Одлагање ових нуспроизвода на тлу изазива загађење ваздуха, док одлагање у језера и водотокове ослобађа токсичне метале који су нормално присутни у малим количинама. Посебно је погодна околност да се тешки метали садржани у цементу практично не излучују из коначних цементних производа – бетона и малтера.

Употребом алтернативних сировина при производњи клинкера или као замена дела клинкера у цементу, смањује се потрошња природних-необновљивих извора сировина и емисија CO2 (узроковане реакцијом декарбонатизације из сировине и сагоревањем горива). Наиме, сваки поступак смањења количине клинкера у цементу даје уштеду у сировини, гориву и смањење емисије CO2 у атмосферу у истом проценту.

Производња клинкера

Поступак производње цементног клинкера одвија се у широком температурном распону и обухвата низ процеса и реакција разлагања и синтезе.

У температурном распону од 50-900 oC из сировина се одстрањује вода. Загревањем сировинске смеше од 50 – 100 oC из материјала излази механички везана вода, а од 100 – 300 oC и хемијски везана вода везана. На температурама вишим од 200 oC одвијају се процеси дехидратације (хемијске реакције које резултирају губитком воде из молекула) и дехидроксилације (хемијске реакције које резултирају издвајањем хидроксилне, -OH групе, из органског једињена) глинених супстанци. Температуре процеса дехидратације и дехидроксилације зависе од врсте глинених минерала који се налазе у сировинској смеши.

Код температура од 900 – 1100 oC одвија се процес термичке дисоцијације карбоната при чему се разлажу кречњак (CaCO3), доломит (CaCO3xMgCO3) или магнезит (MgCO3).

У температурном интервалу 1000 – 1200 oC долази до првих реакција између ЦаО из кречњака и киселих оксида из глине (SiO2, Al2O3 и Fe2O3) тј. започињу реакције стварања клинкер минерала и коначног производа цементног клинкера. Ове реакције стварања или синтезе клинкер минерала, због присутних минерализатора и топитеља започињу већ изнад 700 oC. Тако је и доказано да се већ:

• и испод 800 oC ствара CaOxAl2O3 или CA, а могуће и CaOxFe2O3 тј. CF,
• између 800 – 900 oC започиње стварање CaOxSiO2 или CS, који се трансформише код око 1000 oC у једињења са већим садржајем CaO,
• између 900 – 950 oC настаје 5CaOx3Al2O3 или C5A3 односно C12A7 који се као такав може наћи и у готовом производу,
• између 950 – 1200 oC ствара се 2CaOxSiO2 или C2S који такође остаје у готовом производу,
• између 1200 – 1300 oC ствара се 3CaOxAl2O3 или C3A који по својој прилици прелази у алуминатферитну фазу 4CaOxAl2O3xFe2O3 или C4AF,
• између 1200 - 1450 oC (фаза синтеровања) ствара се 3CaOxSiO2 или C3S као главни и основни клинкер минерал

У зони синтеровања, тј. код температура 1450 oC и више, успоставља се стање равнотеже. Трајно задржавање овог стања постиже се наглим и што бржим хлађењем, посебно у интервалу од 1450 oC до cca 1250 oC. Након хлађења којим је задржан његов минерални састав клинкер се складишти у посебне силосе. Ту одстоји одређено време пре млевења како би слободни креч (CaOsl), који је, можда, још преостао, реаговао са влагом и CO2 из ваздуха.

Производња цемента

Коначни производ – портланд цемент добија се млевењем клинкера са 2 – 4% гипса у челичним кугличним млиновима. Гипс се додаје ради регулисања времена везивања добијеног цемента.

У поступку млевења поред гипса цементном клинкеру се могу додати и други додаци као што су гранулисана згура високе пећи, природни и индустријски пуцолани, кречњак итд, што се чини код производње цемената са додацима.

 

O историји портланд цемента можете више сазнати овде.

Извори:

1. Петар Кроло, "Технилогија везива и композитних материјала", Кемијско-технолошки факултет у Сплиту, 1999.
2. Предраг Брзаковић, "Приручник за производњу и примену грађевинских материјала неметаличног порекла", Књига 1, Београд, 2000.
3. Peter C. Hewlett: "Lea’s Chemistry of Cement and Concrete", Fourth Edition, Read Educational and Proffesional Publishing Ltd., Лондон, 1998