Klinker: vad det är, miljöpåverkan och alternativ

Huvudkomponenten i cement, klinkerproduktionen kan vara mycket förorenande

Klinker

Har du hört talas om klinker? Det här namnet kanske inte låter bekant, men tänk på att det är mycket vanligare än du tror. Byggnader, hus, trottoarer, scener och i princip alla byggnadsarbeten är beroende av cement som ett av dess grundläggande material ... Och klinker är den viktigaste komponenten i cementkompositionen.

Klinker är ett granulärt och styvt material, vilket framgår av bilden nedan. Generellt kan man säga att klinker betraktas som ett homogent pulver (mjöl), av olika råvaror malda och blandade som, när de utsätts för mycket höga temperaturer, förvandlas till sten. Produktionsprocessen för dessa ämnen är långt ifrån enkel och kan orsaka betydande miljöpåverkan.

Produktionsprocess

Portlandklinker eller Portlandklinker, som det också är känt, erhålls genom förbränning av råmaterial i en roterande ugn vid temperaturer upp till 1450 ° C. Det viktigaste råmaterialet för att göra klinker är kalksten, och förutom det används lera och järn och aluminiumoxider i mindre utsträckning.

Så det första steget är att extrahera och "förfina" dessa råvaror. Kalkstenarna genomgår en krossning och krossning efter att ha extraherats, tills ett fint pulver erhålls. Därefter görs en homogen blandning med alla nödvändiga råvaror. Denna blandning hänvisar också till ett fint pulver och kallas "mjöl" eller "rå".

Detta material införs sedan i en roterande ugn där den värms upp till en temperatur av 1450 ° C, vid vilken tidpunkt klinker uppträder.

Bränslen som matar ugnarna kommer i de flesta fall från icke förnybara källor, såsom olja och kol, vilket bidrar negativt till riskerna och miljöpåverkan. Bland de mest använda bränslena finns det vissa fasta ämnen, såsom petroleumkoks och bensin, och vissa gasformiga, såsom naturgas. Bland dessa är petroleumkoks det huvudsakliga bränslet som används för att tillverka klinker, och detta beror på dess höga värmevärde i samband med dess låga anskaffningskostnad. Förutom dessa traditionella bränslen kan industri- och biomassarester och avfall också använda kol- och jordbruksrester för att mata ugnarna.

Efter att ha passerat genom ugnen kyls detta material plötsligt av vindkast för att stabilisera dess struktur och återvinna värmen. Så här produceras klinker, det grundläggande material som behövs för cementproduktion. Efter denna process blandas det erhållna materialet (klinker) med gips (gips) och andra tillsatser (såsom kalksten, pozzolana eller slagg) vilket ger upphov till olika typer av cement.

Det är viktigt att markera att den kemiska reaktionen vid kalkningsförbränning sker under de höga temperaturer som uppnås inuti de roterande ugnarna. Denna process hänvisar till det ögonblick då kalkstenen (CaCO3) omvandlas till ny kalk (CaO), vilket frigör stora mängder CO2-gas.

Miljöpåverkan

Klinkertillverkningsprocessen anses därför ha en hög förorenande potential och är ansvarig för betydande miljöpåverkan.

Processen som helhet kräver hög energiförbrukning, både i form av termisk energi, genom att bränna bränslen för att värma roterande ugnar och i form av elektrisk energi, som konsumeras i hela industriprocessen för att flytta maskiner och tillverka rotera ugnarna. Merparten av denna förbrukning avser dock förbrukningen av termisk energi vid användning av bränslen.

Även om tillverkningsprocessen för detta material inte direkt producerar fast avfall, eftersom askan från förbränning av bränslen i den roterande ugnen normalt införlivas i själva klinkern, finns det en hög utsläpp av gasformiga föroreningar och partikelformigt material under hela tillverkningen av klinkern.

Förbränning av bränslen i ugnarna, främst från icke förnybara källor, avger olika förorenande gaser, såsom koldioxid, svaveloxid, kväveoxid, kolmonoxid, blyföreningar och partiklar, som alla är föroreningar.

Och förutom denna kända utsläppskälla, som tidigare rapporterats, är kalcineringen av kalksten också en av de viktigaste faktorerna som är ansvariga för utsläppet av koldioxid i klinkertillverkningsprocessen, och följaktligen av cement, eftersom för varje 1000 kg kalcinerad kalcit (CaCO3) genererar 560 kg CaO och 440 kg CO2, enligt en studie. Den kemiska kalcineringsreaktionen svarar för ungefär hälften av koldioxidutsläppen i denna process, medan energiförbrukningen i form av värme (bränsleförbränning) står för resten.

För att producera massor av klinker uppskattas det att cementindustrin släpper ut mellan 800 och 1000 kg koldioxid, inklusive koldioxid som genereras genom nedbrytning av kalksten och förbränning av fossilt bränsle för att hålla ugnen igång.

Dessutom, under det första steget med utvinning av råvaror, kan fysiska påverkningar också uppstå, såsom jordskred i kalkbrott och erosioner på grund av vibrationer som produceras på marken. Och utvinning av lera i floder kan orsaka en fördjupning av dessa vattendrag, minska mängden vatten i bäddarna och störa livsmiljöerna där, vilket minskar den biologiska mångfalden i flera regioner.

I Brasilien, baserat på data från United States Geological Survey (USGS - Geological Survey of the United States, på portugisiska), och US Energy Information Administration (EIA - Energy Information Administration of the United States) uppskattas tillverkningen cement svarar för upp till 7,7% av de nationella koldioxidutsläppen som genereras av förbränning av fossila bränslen, med klinkerproduktion som den största källan till dessa utsläpp.

Alternativ

Coprocessing

Ett alternativ som syftar till att minimera effekterna som genereras i denna produktionsprocess är sambehandling. Coprocessing framkom som en strategi för att förbättra cementindustrins ekonomiska prestanda (lägre energiförbrukning). Denna teknik består i att mata den roterande ugnen med avfall från andra industrier, använda mindre och mindre fossila bränslen och också minska produktionen av avfall.

Tidigare utvalda material används, som inte kan återvinnas (dvs. avfall), som har ett högt värmevärde och som måste elimineras helt. Enligt vissa nationella företag finns det i denna process inget skapande av flytande eller fasta avlopp, eftersom askan som tidigare skulle ha skickats till deponier nu införlivas i klinkern utan att ändra deras prioriteringar.

Således kan olika material sambehandlas, såsom däck, fetter, använda oljor, sågspån, vegetabiliskt avfall, förorenad jord och förpackning. Avfall från sjukhus, hushåll, radioaktivt, explosivt och bekämpningsmedel används inte. Specifikt på däck och risskal publicerade forskarna Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira och Jeferson Domingues, från Unisinos, en artikel i tidskriften Ambiente & Sociedade (läs hela artikeln här) om återanvändning av dessa material vid cementproduktion;

Det är viktigt att betona att National Environment Council (Conama) rekommenderar att cementfabriken måste förse alla tekniska och miljömässiga villkor för att förbränna avfall i klinkerugnar för att uppfylla de erforderliga utsläppsnormerna. I den meningen måste den ha: en modern produktionslinje, en stabil, reglerad och optimerad tillverkningsprocess; högeffektiva anordningar för att hålla kvar partiklar och tvätta gaser som genereras vid förbränning; och brännare speciellt utformade för olika typer av bränslen.

Förändring i klinkerformulering

Ett annat alternativ som kan bidra till att minska koldioxidutsläppen under klinkerproduktionen är att skapa ett nytt klinkerrecept. För att minska koldioxidförbrukningen under dess sammansättning började cementindustrin att ersätta en del av detta material med masugnsslagg - en rest från stålindustrin - och även med flygaska - rester från koleldade kraftverk.

Det största problemet i samband med detta alternativ är det faktum att stålindustrin - också mycket CO2-utsläppande - och alstrandet av flygaska inte växer i samma hastighet som cementföretag, vilket gör långsiktiga strategier omöjliga.

På grund av denna begränsning har cementindustrin också använt ett annat material under några decennier för att delvis ersätta klinker i sin formulering: kalkstenpulver eller "rå kalkstenfyllmedel". Fyllmedlet är ett råmaterial som inte kräver värmebehandling (kalcinering) - en process som kräver hög energiförbrukning och är ansvarig för större delen av cementindustrins koldioxidutsläpp.

Fångning av koldioxid

Tekniker för avskiljning och lagring av kol är oerhört viktiga för att minska utsläppen av denna växthusgas till atmosfären. Dessa tekniker använder fysikalisk-kemiska mekanismer för att separera denna förorening och andra kompressionstekniker för att geologiskt lagra koldioxiden som avges av fasta källor, såsom klinkerugnen, som används vid produktion av cement.

I detta sammanhang bör koldioxid fångas upp och lagras innan det släpps ut i atmosfären. För detta skulle branscherna behöva investera i ny teknik och anpassning av sina anläggningar, vilket skulle kräva stora investeringar med därmed ökad slutprodukt.