Клинкер: какво е това, въздействия върху околната среда и алтернативи

Основният компонент на производството на цимент, производството на клинкер може да бъде много замърсяващ

Клинкер

Чували ли сте за клинкер? Това име може да не ви звучи познато, но имайте предвид, че е много по-често, отколкото си мислите. Сгради, къщи, тротоари, сцени и в основата на всички строителни работи разчитат на цимента като един от основните си материали ... А клинкерът е основният компонент, присъстващ в състава на цимента.

Клинкерът е гранулиран и твърд материал, както може да се види на изображението по-долу. Като цяло може да се каже, че клинкерът се счита за хомогенен прах (брашно), от различни суровини, смлени и смесени, които, когато са подложени на изключително високи температури, се превръщат в скала. Производственият процес на тези вещества далеч не е прост и може да причини значителни въздействия върху околната среда.

Производствен процес

Портландският клинкер или портландският клинкер, както е известен също, се получава чрез изгаряне на суровини, смлени в ротационна пещ при температури до 1450 ° C. Основната суровина за направата на клинкер е варовикът, а освен него в по-малка степен се използват и глина и желязо и алуминиеви оксиди.

И така, първата стъпка е да се извлекат и „усъвършенстват“ тези суровини. Варовиковите скали претърпят процес на раздробяване и раздробяване след извличане, докато се получи фин прах. След това се прави хомогенна смес с всички необходими суровини. Тази смес също се отнася до фин прах и се нарича "брашно" или "сурово".

След това този материал се въвежда в ротационна пещ, където се нагрява до температура от 1450 ° C, при което се получава клинкер.

Горивата, които захранват пещите, в повечето случаи са от невъзобновяеми източници, като нефт и въглища, което допринася отрицателно за рисковете и въздействията върху околната среда. Сред най-използваните горива се открояват някои, като петролен кокс и бензин, а други газообразни, като природния газ. Сред тях петролният кокс е основното гориво, използвано за производството на клинкер, и това се дължи на високата му калоричност, свързана с ниските му разходи за придобиване. В допълнение към тези традиционни горива, остатъци от промишлени и биомаса и отпадъци, въглища и селскостопански остатъци също могат да се използват за захранване на пещите.

След като премине през фурната, този материал рязко се охлажда от въздушни пориви, за да стабилизира структурата си и да възстанови топлината. По този начин се произвежда клинкер, основният материал, необходим за производството на цимент. След този процес полученият материал (клинкер) се смесва с гипс (гипс) и други добавки (като варовик, пуцолана или шлака), което дава началото на различните видове цимент.

Важно е да се подчертае, че по време на високите температури, достигнати във въртящите се пещи, се получава химичната реакция на калциниране на варовика. Този процес се позовава на момента, когато варовиковата скала (CaCO3) се трансформира в необработена вар (CaO), освобождавайки големи количества CO2.

Въздействия върху околната среда

Следователно се счита, че производственият процес на клинкер има висок потенциал за замърсяване и е отговорен за значителни въздействия върху околната среда.

Процесът като цяло изисква голямо потребление на енергия, както под формата на топлинна енергия, чрез изгаряне на горива за нагряване на ротационни пещи, така и под формата на електрическа енергия, консумирана в целия промишлен процес за преместване на машини и производство завъртете фурните. По-голямата част от това потребление обаче се отнася до разхода на топлинна енергия по време на използването на горива.

Въпреки че производственият процес на този материал не произвежда директно твърди отпадъци, тъй като пепелта от изгарянето на горивата в ротационната пещ обикновено се вгражда в самия клинкер, има големи емисии на газообразни замърсители и частици по време на производството на клинкера.

Изгарянето на горива в пещите, предимно от невъзобновяеми източници, отделя различни замърсяващи газове, като въглероден диоксид, серен оксид, азотен оксид, въглероден оксид, оловни съединения и частици, всички от които замърсители.

И в допълнение към този известен източник на емисии, както беше съобщено по-рано, калцинирането на варовик също е един от основните фактори, отговорни за емисиите на въглероден диоксид в процеса на производство на клинкер, а следователно и на цимент, тъй като на всеки 1000 кг калциниран калцит (CaCO3) генерира 560 kg CaO и 440 kg CO2, според проучване. Химичната реакция на калциниране е отговорна за приблизително половината от емисиите на CO2 в този процес, докато потреблението на енергия под формата на топлина (изгаряне на горива) представлява останалото.

За да се получи тон клинкер, се изчислява, че циментовата промишленост отделя между 800 и 1000 килограма въглероден диоксид, включително CO2, генериран от разлагането на варовик и изгарянето на изкопаеми горива, за да поддържа пещите да работят.

Освен това, по време на първия етап на извличане на суровини, могат да възникнат и физически въздействия, като свлачища във варовикови кариери и ерозии поради вибрации, произведени на земята. И извличането на глина в реките може да доведе до задълбочаване на тези водни течения, намаляване на количеството вода в леглата и нарушаване на местообитанията там, което намалява биологичното разнообразие на няколко региона.

В Бразилия, въз основа на данни от Геоложката служба на САЩ (USGS - Геологическа служба на Съединените щати, на португалски) и Американската администрация за енергийна информация (EIA - Агенция за енергийна информация на САЩ ), се изчислява, че производството циментът е отговорен за до 7,7% от националните емисии на CO2, генерирани от изгаряне на изкопаеми горива, като производството на клинкер е основният източник на тези емисии.

Алтернативи

Копроцесинг

Алтернатива, която се стреми да сведе до минимум въздействията, генерирани в този производствен процес, е съвместната обработка. Съвместната обработка се появи като стратегия за подобряване на икономическите резултати (по-ниско потребление на енергия) на циментовата индустрия. Тази техника се състои в захранването на въртящата се пещ с отпадъци от други индустрии, като се използват все по-малко изкопаеми горива и също така се намалява производството на отпадъци.

Използват се предварително избрани материали, които не могат да бъдат рециклирани (т.е. отпадъци), които имат висока калоричност и които трябва да бъдат напълно елиминирани. Според някои национални компании в този процес не се създават течни или твърди отпадъчни води, тъй като пепелта, която преди това би била изпратена на сметищата, сега се включва в клинкера, без да се променят приоритетите им.

По този начин могат да се преработват различни материали като гуми, смазки, отработени масла, дървени стърготини, растителни отпадъци, замърсена почва и опаковки. Болнични, битови, радиоактивни, експлозивни и пестицидни отпадъци не се използват. По-конкретно за гумите и люспите от ориз, изследователите Мигел Афонсо Селито, Нелсън Кадел младши, Мириам Борхардт, Джанкарло Медейрос Перейра и Джеферсън Домингес от Unisinos публикуват статия в списание Ambiente & Sociedade (прочетете цялата статия тук) за повторното използване на тези материали в производството на цимент;

Важно е да се подчертае, че Националният съвет по околна среда (Конама) препоръчва, за изгарянето на отпадъци в клинкерни пещи, циментовият завод трябва да представи всички технически и екологични условия, за да отговаря на необходимите норми за емисии. В този смисъл тя трябва да има: модерна производствена линия, стабилен, регулиран и оптимизиран производствен процес; високоефективни устройства за задържане на частици и измиване на газове, генерирани при горенето; и горелки, специално проектирани за различни видове горива.

Промяна в състава на клинкер

Друга алтернатива, която може да помогне за намаляване на емисиите на CO2 по време на производството на клинкер, би била създаването на нова „рецепта“ за клинкер. За да се намали потреблението на CO2 по време на състава му, циментовата промишленост започна да замества част от този материал с шлака от доменна пещ - остатък от стоманодобивната промишленост - и също така с летяща пепел - остатък от електроцентрали, работещи на въглища.

Най-големият проблем, свързан с тази алтернатива, е фактът, че стоманодобивната промишленост - също силно излъчваща CO2 - и генерирането на летяща пепел не растат със същата скорост като циментовите заводи, което прави дългосрочните стратегии невъзможни.

Поради това ограничение, циментовата промишленост също използва друг кандидат-материал, за да замести частично клинкера в състава си в продължение на няколко десетилетия: варовиков прах или „суров варовиков пълнител“. Пълнителят е суровина, която не се нуждае от термична обработка (калциниране) - процес, който изисква висока консумация на енергия и е отговорен за по-голямата част от емисиите на CO2 в циментовата промишленост.

Улавяне на въглероден диоксид

Техниките за улавяне и съхранение на въглерод са изключително важни за намаляване на емисиите на този парников газ в атмосферата. Тези техники използват физико-химични механизми за разделяне на този замърсител и други техники на компресия, за да съхраняват геологично въглеродния диоксид, излъчен от фиксирани източници, като клинкерната пещ, използвана за производството на цимент.

В този контекст въглеродният диоксид трябва да се улавя и съхранява преди да бъде изпуснат в атмосферата. За тази цел индустриите ще трябва да инвестират в нови технологии и адаптиране на своите инсталации, което ще изисква големи инвестиции, с последващо увеличение на крайния продукт.