СЫРЬЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА

Основные материалы, которые используются при производстве цемента – минералы, содержащие   оксид кальция,  кремнезем, глинозем и оксид железа.

Эти компоненты редко встречаются в одном виде сырья, поэтому для производства цемента  подбирают сырьевую смесь по следующим компонентам:

КАРБОНАТНЫЙ КОМПОНЕНТ (богатый известью) содержится в сырьевой смеси в кол-ве 76-80%:

• Известняк. Твердость по шкале Мооса 1,8-3,0. Чем древнее геологическая фракция, тем тверже. Одна из разновидностей известкового шпата – мрамор.
• Мел. В отличие от известняка имеет более рыхлую, землистую структуру, поэтому относится к сырью специально предназначенному для мокрого способа производства. Мел – мягкое сырье, не требует дробления.
• Мергель – известняк с примесями кремнезема и глинистых веществ, а также оксида железа, это переходная ступень к глинам. Твердость мергеля ниже твердости известняка, чем больше глинистых веществ, тем ниже его твердость. Это прекрасное сырье для производства цемента.

Каждый из этих материалов имеет различный коэффициент размалываемости.  Чем выше значение данного коэффициента, тем легче этот материал подвержен измельчению. Ниже в таблице приведены коэффициенты размалываемости для основных материалов для производства цемента.

ГЛИНИСТЫЙ КОМПОНЕНТ (бедный известью)

Глинистые минералы имеют тонкозернистую структуру,  размеры зерен не превышают 2 мкм.

КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ

Добавляют в тех случаях, когда химический  состав сырьевой смеси не отвечает установленным требованиям. Например, для повышения кремнезема применяют песок, трепел. При недостатке оксида железа для снижения температуры спекаемости клинкера и увеличения коэффициента насыщения добавляют колчеданные огарки, железную руду. Это приводит к экономии газа при обжиге. Для необходимого обеспечения содержания СаСО3 используют карбонатный и глинистый компоненты, которые имеют разные карбонатные составляющие СаСО3 (титр). Карбонатный компонент содержит до 97% СаСО3, глины около 10%. Необходимо добиться, например, титра 80%. Поэтому на цементных заводах имеются шламобассейны с высоким и низким содержанием титра, шлам из которых смешивается в определённых пропорциях.

В связи с этим, каждый завод по производству цемента имеет собственный, уникальный состав сырья для производства готовой продукции.   Приведем, для примера, смеси материалов, которые используются некоторыми цементными заводами Украины:
– известняк, глина, шлак;
– мергель, мел; огарки 2.5%;
– известняк, глина+суглинки, корректирующие добавки;
– известняк-ракушечник; краснобурая глина;
– углемоечная порода, кек,  огарки;
– мергель, суглинки, пиритные огарки.

Выбор состава смеси материалов с полезными компонентами, в большинстве случаев, обусловливается географическим расположением  завода и легкостью поставки исходного сырья.

Единственное, что общее на всех заводах по производству цемента – это сложность измельчения исходного материала, так как материал достаточно тверд по своим физическим характеристикам и имеет высокие показатели абразивности. Поэтому в данной отрасли строительной промышленности при измельчении материала в трубных мельницах использует высококачественные помольные шары с повышенной твердостью по всему сечению. Компания Энергостил на протяжении десяти лет поставляет помольные шары цементным заводам, которые расположены не только на территории Украины, но и за ее пределами.

состав и производство, как добывают сырье на заводе, технология и изготовление в домашних условиях

Цемент входит в число основных строительных материалов. Он используется при создании связующих строительных растворов, цемент используют при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. От качества данного материала зависит, насколько прочное и долговечное будет здание, или железобетонная конструкция.

История цемента началась в Англии, где в 1824 году был зарегистрирован патент на его изобретение. В то время для изготовления цемента использовалась известковая пыль, смешанная с глиной. Полученная смесь подвергалась воздействию высокой температуры, при которой она спекалась.

Обожжённый полуфабрикат цемента называется клинкер. Цементом он становится после перемалывания клинкера до порошкообразного состояния.

В строительстве используется основное свойство цемента – при смешивании с водой он постепенно твердеет, а затем превращается в прочный камень. Характерную для готового изделия прочность материал может приобрести даже в воздушной среде, если присутствует избыточная влажность.

Содержание

• 1 Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления
• 2 Состав, из которого производят цемент
• 3 Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе
• 4 Классификация цементных смесей

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его состав, тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.

Чтобы было понятно, из чего делают цемент и как происходит его производство, необходимо знать, какие виды сырья используют сегодня производители этого важного строительного материала.

Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.

Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:

1. Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
2. Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.

Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.

К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:

• мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;

Мел

• мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;

Мергелистый известняк

• известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;

Известняки – ракушечники

• доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.

Доломит

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

• глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;

Глина

• суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;

Суглинки

• сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;

Сланцы

• лесс, пористая порода, с включениями частиц кварца и силиката.

Лесс

Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

Применение песка просто необходимо при проведении самых разных ремонтных и строительных работ. Тут все о применении карьерного песка.

При проведении отделочных работ на кухне, в ванной или в любом другом помещении необходимо знать время высыхания плиточного клея. Здесь можно узнать, сколько сохнет плиточный клей.

В настоящее время декоративная штукатурка по праву является самым популярным и прогрессивным методом отделки. Перейдя по ссылке ознакомитесь с самостоятельным ее приготовлением.

Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:

• увеличивают стойкость к изменениям температуры;
• усиливают прочность;
• подвижность и эластичность продукта;
• уменьшает проникновение воды в готовое изделие.

В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.

Состав, из которого производят цемент

Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.

Состав цемента может быть различным в зависимости от марки и предназначения.

Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.

Глина

Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие пропорции необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.

Известняк

Теперь можно назвать основные компоненты состава, чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:

• клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;
• данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;
• гипс, определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;

Гипс

• специальные добавки (пластификаторы, морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.

Пластификатор

Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе

Изготовление материала выполняется в определённом порядке, поэтапно. В технологии его производства предусмотрены следующие операции:

1. Ингредиенты, предназначенные для изготовления клинкера, предварительно смешиваются. Обязательно необходимо точное соблюдение пропорций состава – 25 % глины и 75% известняка.
2. Полученный состав обжигается при высокой температуре. При высокотемпературном обжиге глина и известь соединяются, образуя клинкер.
3. Готовый продукт измельчается шаровыми мельницами, состоящими из барабанов, расположенных в горизонтальном положении, внутри которых размещены стальные шары. Помещённый в них клинкер размельчается до состояния порошка.
4. Чем мельче полученные фракции цемента, тем лучшие эксплуатационные характеристики он будет иметь.

Существует несколько методов изготовления данного строительного материала. Их выбор обусловлен многими факторами, основными из которых является специфика имеющегося на предприятии оборудования и спрос на определённые марки цемента.

Разработанные технологии имеют отличие в способах подготовки сырья, используемого при производстве состава. Порядок его изготовления остаётся прежним.

Производство

Разработаны следующие методы:

1. Мокрая технология, предусматривающая замену извести мелом. В процессе смешивания компонентов состава происходит измельчение их в шаровой мельнице. Это процесс выполняется с добавлением воды. В результате образуется шихта, имеющая концентрацию влаги до 50%.
2. Полученный материал затем обжигается в печи. После обжига он уже становится клинкером. Затем его измельчают.
3. Сухая технология значительно уменьшает себестоимость производства, так как она объединяет несколько технологических операций в единый процесс. При использовании данной технологии компоненты, поступающие в шаровую мельницу, одновременно размалываются и сушатся.
4. Для сушки используется воздействие горячих газов. Готовая шихтная масса имеет консистенцию порошка.
5. Комбинированная технология объединяет особенности вышеописанных способов производства. В зависимости от оборудования, используемого на предприятии, может быть получен полусухой состав, имеющий влажность до 18%.
6. Во втором варианте первоначально подготавливается сухая смесь, затем увлажнённая до 14 %. В обоих вариантах подготовленный состав затем отжигается и перемалывается.

Подробнее о производстве цемента смотрите на видео:

Классификация цементных смесей

Существует много разновидностей и различных марок данного строительного материала. Различают их по основному составу и добавкам, придающим каждому виду особые свойства.

Среди основных типов выделяют:

• портландцемент, с которого начиналось производство популярного в строительстве продукта. Для изготовления связующих растворов его не используют. Он применяется для создания бетонных изделий высокой прочности, штукатурке и отделочных работах;
• часто используют при возведении фундаментов. Для этого необходимо знать, как разводить цемент с песком;

Портландцемент

• шлаковый цемент, при изготовлении которого используется доменный шлак и активные присадки. Используется для изготовления бетона и строительных растворов;
• глинозёмистый цемент, отличается устойчивостью к воздействию влаги, быстрым затвердеванием;

Глиноземистый

• кислотоупорный цемент, в котором используется кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Материал устойчив к воздействию кислот, но недолговечен.

Приобретая любой из видов цемента, следует знать, что его состав активно взаимодействует с окружающей средой, при долгом хранении теряя свою прочность.

Даже если он хранится в сухом помещении, то спустя несколько месяцев его марка изменится в меньшую сторону. Поэтому, при его приобретении, следует обращать внимание на дату изготовления. Так же можете ознакомиться с нашей статьёй о технических характеристиках цемента м400.

Q&A: Почему выбросы цемента имеют значение для изменения климата

Если бы цементная промышленность была страной, она была бы третьим по величине источником выбросов в мире.

В 2015 году было произведено около 2,8 млрд тонн CO2, что эквивалентно 8 % от общего объема выбросов в мире – больше, чем в любой другой стране, кроме Китая или США.

Использование цемента будет расти, поскольку глобальная урбанизация и экономическое развитие увеличивают спрос на новые здания и инфраструктуру. Цементная промышленность, как и другие отрасли мировой экономики, должна будет резко сократить свои выбросы, чтобы достичь температурных целей Парижского соглашения. Однако до сих пор был достигнут лишь ограниченный прогресс.

• Что такое цемент?
• Почему цемент выделяет так много CO2?
• В каких странах высокие выбросы цемента?
• Уменьшились ли выбросы цемента?
• Насколько можно сократить выбросы цемента?

• Могут ли «новые» цементы сократить выбросы?
• Каковы барьеры для низкоуглеродистых цементов?
• Можно ли снизить спрос на цемент?
• Регулируются ли выбросы цемента?
• Цементная промышленность принимает меры?

Снижение выбросов при производстве цемента. Инфографика Розамунд Пирс для Carbon Brief.

Что такое цемент?

Цемент используется в строительстве для связывания других материалов. Он смешивается с песком, гравием и водой для производства бетона, наиболее широко используемого строительного материала в мире. Ежегодно используется более 10 миллиардов тонн бетона.

Промышленным стандартом является портландцемент. Он был изобретен в начале 1800-х годов и назван в честь строительного камня, широко использовавшегося в то время в Англии. Используется в 9Сегодня в мире производится 8% бетона, ежегодно производится 4 млрд тонн.

Производство портландцемента, который действует как связующее, является важным этапом в производстве портландцемента. Известняк (CaCO3) «прокаливается» при высоких температурах в цементной печи для получения извести (CaO), что приводит к выбросу CO2 в виде отходов. В целом происходит следующая реакция:

Почему цемент выделяет так много CO2?

Около половины выбросов при производстве цемента являются технологическими выбросами, возникающими в результате реакции, описанной выше. Это основная причина, по которой выбросы цемента часто считаются трудными для сокращения: поскольку этот CO2 высвобождается в результате химической реакции, его нельзя устранить путем замены топлива или повышения эффективности.

Еще 40% выбросов цемента приходится на сжигание ископаемого топлива в печах для нагрева до высоких температур, необходимых для этого процесса обжига. Последние 10% выбросов происходят от топлива, необходимого для добычи и транспортировки сырья.

Таким образом, выбросы цемента в значительной степени зависят от доли клинкера, используемого в каждой тонне цемента. Тип топлива и эффективность оборудования, используемого при производстве клинкера, также оказывают влияние.

Между тем, по прогнозам, площадь зданий в мире удвоится в ближайшие 40 лет. Это означает, что к 2030 году производство цемента вырастет примерно до 5 млрд тонн, что на 25% больше, чем сегодня, и достигнет более чем в четыре раза 1990 уровней.

Таким образом, одного лишь повышения эффективности будет недостаточно для значительного сокращения выбросов в секторе.

В каких странах высокие выбросы цемента?

Китай является крупнейшим производителем цемента, за ним следует Индия и объединенные страны ЕС, как показано на приведенном ниже графике из недавнего отчета Chatham House. Три четверти производства цемента с 1990 года приходилось на Китай, который в период с 2011 по 2013 год использовал больше цемента, чем США за весь 20 век.

Производство цемента и выбросы с 2010 по 2015 гг. Источник: Анализ Olivier et al. (2016) от Chatham House.

В Китае также наблюдается высокий уровень производства цемента в пересчете на душу населения, поскольку в стране происходит стремительная урбанизация, когда многие люди переезжают в высотные или малоэтажные здания, построенные из цемента. Тем не менее, потребление в Китае может быть близко к выравниванию.

Потребление в Индии, напротив, значительно возрастет, поскольку страна, в свою очередь, быстро урбанизируется и строит инфраструктуру. Ожидается, что наибольший рост в будущем произойдет в Индии и других странах с формирующимся рынком.

Мужчина поднимает поддон с цементом на строительные леса, Пенджаб, 2011 г. Фото: imageBROKER/Alamy Stock Photo.

По данным Chatham House, в Европе существующие печи способны удовлетворить будущий спрос на цемент. Европейские производители цемента также являются одними из самых передовых в плане использования альтернативных видов топлива. Однако более старое оборудование отстает от Индии и Китая по энергоэффективности.

Точно так же США, четвертый по величине потребитель цемента, отстает от других крупных производителей с точки зрения энергоэффективности и доли клинкера.

Уменьшились ли выбросы цемента?

По данным Chatham House, средняя интенсивность выбросов CO2 при производстве цемента — выбросы на тонну продукции — снизилась на 18 % во всем мире за последние несколько десятилетий. Однако выбросы в секторе в целом значительно возросли, а спрос утроился с 1990 года.

До сих пор прогресс был достигнут в трех основных областях. Во-первых, более эффективные печи для обжига цемента сделали производство менее энергоемким. Это может улучшиться еще больше: среднее мировое потребление энергии на тонну цемента по-прежнему примерно на 20% выше, чем производство с использованием наилучших доступных технологий и практики.

Во-вторых, использование альтернативных видов топлива также позволило снизить выбросы – например, использование биомассы или отходов вместо угля. Это особенно характерно для Европы, где около 43% потребления топлива в настоящее время приходится на альтернативы, сообщает Chatham House.

В-третьих, сокращение доли портландцемента в цементе также привело к сокращению выбросов. По данным Chatham House, цементы с высоким содержанием смесей могут сократить выбросы на килограмм до четырех раз. Клинкер можно заменить другими цементоподобными материалами, в том числе отходами от сжигания угля и производства стали. Однако это может повлиять на свойства цемента, поэтому подходит только для некоторых конечных целей.

Среднее мировое соотношение клинкера (клинкер:цемент) упало до 0,65 в 2014 году с большим диапазоном от 0,57 в Китае до 0,87 в Евразии.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), после нескольких десятилетий прогресса интенсивность выбросов CO2 в цементе мало изменилась с 2014 по 2016 год. Это связано с тем, что повышение энергоэффективности было компенсировано небольшим увеличением доли клинкера.

Тем не менее, общие выбросы цемента в последние годы оставались неизменными или снижались по мере стабилизации спроса в Китае.

BioMason использует бактерии для выращивания цементных кирпичей, которые, по ее словам, могут связывать углерод. Предоставлено: bioMASON, Inc.

Насколько можно сократить выбросы цемента?

МЭА и отраслевая инициатива Cement Sustainability Initiative (CSI) недавно выпустили новую дорожную карту по снижению выбросов углерода, показывающую, как, по их мнению, выбросы могут быть сокращены в соответствии со сценарием «2C» и сценарием «ниже 2C». В дорожной карте предполагается, что к 2050 году спрос на цемент вырастет на 12-23%. необходимы выбросы цемента. (Стоит отметить, что это не соответствует Парижскому соглашению, которое требует, чтобы повышение температуры оставалось как минимум «намного ниже» 2°C.)

Дорожная карта основана на четырех направлениях действий по сокращению выбросов.

Три из них представляют собой стратегии, ранее применявшиеся цементной промышленностью для ограничения выбросов, а именно: повышение энергоэффективности, использование топлива с низким уровнем выбросов и более низкое содержание клинкера.

Например, дорожная карта устанавливает целевое среднее глобальное соотношение клинкера к 2050 году на уровне 0,60 вместо 0,65. Это серьезная проблема: Chatham House отмечает, что к 2050 году потребуется примерно на 40% больше заменителей клинкера, чем сегодня, в то время, когда доступность традиционных заменителей — летучей золы и доменного шлака — вероятно, начнет падать.

Четвертая область – это «инновационные технологии», что по сути означает сокращение выбросов с помощью улавливания и хранения углерода (CCS). Это еще не использовалось в цементной промышленности (испытания стержней), но дорожная карта предполагает, что интеграция УХУ в цементном секторе достигнет коммерческого масштаба к 2030 году. Неопределенность в отношении потенциала быстрого расширения УХУ и его высокая стоимость являются основными барьеры на пути его использования для сокращения выбросов бетона.

На приведенной ниже диаграмме показан анализ Chatham House дорожной карты производства цемента IEA и CSI. Красная пунктирная линия показывает сокращение выбросов на 24% в соответствии со сценарием 2C (2DS) к 2050 г.

Способы сокращения выбросов цемента, ведущие к пути, совместимому с Парижем. Показаны три сценария: «сценарий эталонной технологии» (RTS), «сценарий 2C» (2DS) и «сценарий за пределами 2C» (B2DS). Источник: анализ Chatham House, подготовленный IEA и CSI Technology Roadmap (2018 г.).

В дорожной карте также изложен сценарий «выше 2C» (B2DS; фиолетовая пунктирная линия вверху), в соответствии с которым потребуется гораздо более высокое сокращение выбросов на 60%. В дорожной карте говорится, что здесь доля общих выбросов CO2 от цемента, улавливаемых CCS, должна увеличиться более чем в два раза по сравнению со сценарием 2C, до 63% в 2050 году. Он отмечает, что этого «будет сложно достичь».

Chatham House также отмечает, что потребуются более резкие сокращения, «если предположения о вкладе технологий CCS окажутся оптимистичными». В нем говорится:

«Для выхода за пределы 2DS потребуются преобразующие действия по замене клинкера, новым цементам и CCS, а также развертывание множества подходов со стороны спроса за пределами сектора для снижения общего потребления. Они также становятся более важными, если CCS оказывается слишком сложным для масштабирования».

Могут ли «новые» цементы сократить выбросы?

Некоторые компании исследуют «новые» цементы, которые полностью устраняют необходимость в портландклинкере. Если бы они могли соперничать по стоимости и характеристикам с портландцементом, они бы предложили способ значительного сокращения выбросов.

Однако ни один из них еще не получил широкомасштабного коммерческого использования и в настоящее время используется только в нишевых приложениях. Кроме того, инновации в этом секторе, как показывает глобальный патентный поиск, проведенный Chatham House, обычно сосредоточены на постепенных изменениях, с ограниченным вниманием к новым цементам.

Цементы на основе геополимеров, например, находятся в центре внимания исследований с 1970-х годов. В них не используется карбонат кальция в качестве ключевого ингредиента, они затвердевают при комнатной температуре и выделяют только воду. Zeobond и banahUK входят в число компаний, производящих их, и обе заявляют о сокращении выбросов примерно на 80-90% по сравнению с портландцементом.

Есть также несколько фирм, разрабатывающих цементы «углеродного отверждения», которые при затвердевании поглощают CO2, а не воду. Если это поглощение CO2 может быть сделано выше, чем CO2, выделяемый во время их производства, цементы потенциально могут использоваться в качестве поглотителей углерода.

Шлакоблок Solidia Concrete™. Фото: Solidia

Американская фирма Solidia, например, утверждает, что ее бетон выделяет на 70% меньше CO2, чем портландцемент, включая эту стадию секвестрации. В настоящее время фирма сотрудничает с крупным производителем цемента LafargeHolcim.

Точно так же британский стартап Novacem, дочерняя компания Имперского колледжа Лондона, заявил в 2008 году, что замена портландцемента его «углеродно-отрицательным» продуктом позволит отрасли стать чистым поглотителем выбросов CO2. Однако фирме не удалось собрать достаточно средств для продолжения исследований и производства.

Другие фирмы используют совершенно другие материалы для производства цемента. Стартап Biomason из Северной Каролины, например, использует бактерии для выращивания цементных кирпичей, которые, по его словам, обладают такой же прочностью, что и традиционная каменная кладка, и улавливают углерод.

В приведенной ниже таблице от Chatham House обобщены этапы развития нескольких альтернативных технологий производства цемента.

Низкоуглеродистые цементы на разных стадиях инновационного цикла. Источник: Чатем-Хаус (2018 г.).

Каковы барьеры для низкоуглеродистого цемента?

Существует несколько причин, по которым малоклинкерные или новые цементы до сих пор не получили широкого распространения.

Эти технологии менее опробованы, чем портландцемент, который веками использовался в строительстве. Это приводит к сопротивлению со стороны потребителей цемента, особенно в секторе, который по понятным причинам ставит безопасность в приоритет. Многие из этих новых технологий также недостаточно развиты, чтобы получить широкое распространение.

Альтернативы также, как правило, имеют более ограниченное применение, а это означает, что не может быть единственной замены портландцементу. Поэтому их использование будет означать отход от предписывающих стандартов. В настоящее время почти все стандарты, нормы проектирования и протоколы испытаний цементных вяжущих и бетона основаны на использовании портландцемента, отмечает Chatham House. Он добавляет:

«Новые подходы и особенно новые отраслевые стандарты требуют много обсуждений и испытаний. Например, на утверждение и внедрение нового стандарта в ЕС могут уйти десятилетия».

Однако недавние достижения в области испытаний материалов для бетона могут позволить лучше понять его химический состав, давая больше уверенности в корректировке отраслевых стандартов.

Альтернативные цементы также должны быть в состоянии конкурировать с портландцементом по стоимости, особенно в отсутствие сильного регулирующего или политического давления, такого как цены на углерод. Но переход может потребовать инвестиций в новое оборудование или более дорогие материалы, которые могут окупиться через несколько лет, говорит Chatham House.

Доступ к достаточному количеству сырья, необходимого для некоторых видов цемента, также является важным фактором. Например, местная доступность летучей золы — побочного продукта сжигания угля и одного из наиболее часто используемых заменителей клинкера — снижается по мере закрытия угольных электростанций.

Можно ли снизить спрос на цемент?

Снижение спроса на цемент также может помочь ограничить выбросы, особенно в развивающихся странах. Например, Chatham House подчеркивает, как городские проекты, основанные на системе «капиллярной паутины» и пешеходах, а не автомобилях, могут использовать на треть меньше бетона. Точно так же принципы готических соборов были использованы для проектирования современных бетонных полов, которые на 70% легче, чем обычные аналоги.

Использование концепции «экономики замкнутого цикла», позволяющей повторно использовать модульные части зданий, также может сыграть свою роль, как и максимальное увеличение срока службы инфраструктуры. Китай, например, подвергся критике за строительство новых некачественных зданий, которые могут простоять только 25-30 лет, прежде чем их снесут.

Бетонные ступени, являющиеся частью морской стены и защитных сооружений на пляже Блэкпул. Предоставлено: Manor Photography/Alamy Stock Photo.

Бетон в зданиях также можно заменить древесиной, что потенциально позволит улавливать и хранить CO2. Некоторые новые виды инженерной древесины, такие как ламинированная древесина, открывают больше возможностей для строительства. Однако экономия углерода за счет использования в зданиях древесины вместо стали и бетона не гарантируется.

Старый бетон также можно измельчить и повторно использовать в таких проектах, как дорожные работы. Однако бетон потеряет свои вяжущие свойства, если не будет произведен новый клинкер.

Регулируются ли выбросы цемента?

Цемент часто считается слишком сложным для обезуглероживания, наряду с другими секторами, такими как авиация и сталь. Как отмечается в одном недавнем отчете, если выбросы цемента вообще упоминаются в публичных дебатах, «как правило, это означает, что с ними мало что можно сделать».

В результате цементная промышленность столкнулась с меньшим политическим и коммерческим давлением по сравнению с энергетическим сектором, рассказывает Феликс Престон. Престон — старший научный сотрудник Chatham House и соавтор отчета по цементу. Он говорит, что в этом секторе по-прежнему доминирует горстка крупных фирм, которые контролируют большую часть рынка. Престон добавляет:

«[Эти фирмы] часто доминируют или очень влиятельны в определенной географической области, а также на мировой арене. Я думаю, что это затруднило — и до сих пор трудно — настаивать на радикальных переменах. Они не обязательно видят немедленный стимул для принятия амбициозных мер».

ЕС считает, что цемент подвергается значительному риску утечки углерода, что означает, что он получает бесплатные разрешения в Системе торговли выбросами ЕС (EU ETS). В преддверии реформ ЕС ETS 2017 года экологический комитет Европейского парламента (ENVI) безуспешно предлагал прекратить это бесплатное распределение. По словам Chatham House, введение минимальных цен на выбросы углерода, рассматриваемое в нескольких странах-членах, все еще может повлиять на сектор.

Китайская ETS, как ожидается, будет включать цемент, хотя на первом этапе она будет охватывать только энергетический сектор.

Цементная промышленность принимает меры?

В рамках CSI производители, на долю которых приходится 30% мирового производства цемента, уже около двух десятилетий совместно работают над инициативами в области устойчивого развития, включая сокращение выбросов. На парижской конференции по климату группа объявила о планах сократить свои коллективные выбросы на 20-25% к 2030 году. Это будет уровень амбиций, аналогичный описанному выше сценарию «ниже 2C».

Тем временем Всемирная ассоциация производителей цемента (WCA) разрабатывает «План действий по борьбе с изменением климата», который будет опубликован в конце этого месяца. Нынешние технологии могут обеспечить только половину сокращения выбросов CO2, необходимого для достижения цели 2C Парижского соглашения, недавно предупредила WCA делегатов на своем «Глобальном форуме по изменению климата» в Париже. Членская база WCA представляет собой более миллиарда тонн годовой мощности по производству цемента.

Всемирная цементная ассоциация (WCA) призывает участников отрасли активизировать усилия по быстрому и масштабному внедрению новых технологий для сокращения выбросов CO2, чтобы эффективно бороться с изменением климата. #цемент #устойчивое развитие #ClimateAction https://t.co/RUgEzIF1DC pic.twitter.com/PQHbl1EBT7

— World Cement Assoc. (@WorldCemAssoc) 5 июля 2018 г.

Недавно созданная Глобальная ассоциация цемента и бетона (GCCA) также хочет улучшить экологические показатели отрасли. Он должен взять на себя работу по устойчивому развитию, проделанную CSI в январе 2019 года.

Несколько цементных компаний также уже ввели внутреннюю цену на углерод или планируют ввести ее.

Ссылки из этой истории

• Вопросы и ответы: почему выбросы цемента влияют на изменение климата

• Вопросы и ответы: Как цемент может снизить воздействие на изменение климата

Комментарии

Просмотр комментариев (13)Закрыть комментарии

Использование альтернативных видов топлива в производстве цемента

ДОЛЯ
ЗАКРЫТЬ

пусто

Поделиться

15 сентября 2020 г.

от GCP Applied Technologies

Использование альтернатив ископаемому топливу в производстве цемента в последние десятилетия быстро растет. Выбор альтернативного сырья и топлива требует тщательного рассмотрения потенциального воздействия на выбросы в окружающую среду, работу процесса, здоровье и безопасность цемента, характеристики цемента, общую экономику, а также соблюдение соответствующих правил.

Обычные альтернативы углю, нефти или газу включают:

• Отработанные смазочные масла
• Хлорированные углеводороды
• Растворители
• Пластик
• Подержанные шины
• Топливо из отходов
• Осадок сточных вод
• Мука из костей животных
• Рисовая шелуха
• Отходы древесины

Использование альтернативных видов топлива в производстве цемента быстро растет из-за необходимости найти ответственные способы утилизации этих материалов и из-за их экономической выгоды для производителя цемента. На печное топливо обычно приходится примерно 25% затрат на производство клинкера, при этом стоимость ископаемого топлива составляет около 100 долларов США за тонну. Альтернативные виды топлива часто стоят намного дешевле и могут даже требовать платы за вход (отрицательная стоимость).

Еще одним ключевым фактором является устойчивость. Хотя все виды топлива выделяют CO ₂ при сгорании, некоторые альтернативные виды топлива считаются CO ₂ нейтральными. CO ₂ , улавливаемый при выращивании чего-либо органического, затем высвобождается при сжигании материала, что приводит к нулевым выбросам CO ₂ . Использование альтернативных материалов, таких как использованные шины, также можно считать экологически приемлемой альтернативой их захоронению на свалках.

Хотя использование этих материалов может обеспечить экономические и экологические преимущества, их использование может привести к появлению второстепенных элементов, которые могут оказать негативное влияние на определенные параметры качества цемента, которые необходимо учитывать. Определить окончательное влияние одного элемента на качество не всегда просто. Профессор Х. Ф. У. Тейлор в своей книге «Химия цемента» отмечает, что «второстепенные компоненты могут влиять на свойства клинкерной фазы… например, вызывая изменения в размере кристаллов, морфологии или структурном совершенстве, а также могут модифицировать микроструктуру клинкера, поскольку целое. Эффект от добавления более чем одного второстепенного компонента не просто аддитивен и может быть сложным».

Однако роль некоторых второстепенных элементов изучена в достаточной степени, чтобы предсказать определенное потенциальное воздействие на свойства, такие как потребность в воде, время схватывания и развитие прочности. Как только будет определено влияние на качество, возможно, что соответствующая добавка к цементу сможет смягчить негативное влияние на качество, тем самым способствуя использованию альтернативного топлива или отходов.

Решение проблем с качеством с помощью химических добавок к готовой системе помола представляет собой рентабельный способ смягчения потенциального отрицательного воздействия на качество, которое может быть вызвано использованием альтернативных видов топлива и отходов в процессе производства цемента.