Przemysł
cementowo-wapienny

Produkcja cementu i jego rola w betonie i zaprawie

Cement to drobno zmielony proszek, który po zmieszaniu z wodą tworzy zaprawę, a po połączeniu z piaskiem i kruszywem - beton. Proces produkcji cementu rozpoczyna się od identyfikacji i eksploatacji złóż surowców, takich jak wapień, glina i piasek, które zawierają niezbędne pierwiastki: wapń, krzem, glin i żelazo. Podstawowym składnikiem jest wapń w postaci wapienia, choć nie wszystkie jego odmiany nadają się do produkcji - szczególnie te o wysokiej zawartości magnezu.

Po wydobyciu duże fragmenty skał są kruszone do rozmiarów porównywalnych z pięścią, a następnie mieszane w celu uzyskania właściwego składu chemicznego mieszaniny surowcowej.

Od surowców do klinkieru - proces wypału w piecu obrotowym

Wstępnie przygotowana mieszanka surowcowa zostaje zmielona na drobniejsze granulki, które następnie trafiają do wieży wstępnego podgrzewania, gdzie ogrzewane są gazami odlotowymi z pieca. Rozgrzane granulki wprowadzane są do dużego pieca obrotowego, powoli obracającego się cylindra osiągającego wewnętrzne temperatury dochodzące do 1480°C w najgorętszej strefie.

Podczas procesu kalcynacji materiał przekształca się w rozżarzone grudki klinkieru, zawierające krzemiany wapnia o właściwościach hydraulicznych. Po wyjściu z pieca klinkier zostaje schłodzony, a następnie dodaje się niewielką ilość gipsu w celu regulacji czasu wiązania. Całość mieli się w młynie kulowym, uzyskując ostateczny produkt w postaci drobno zmielonego cementu.

Konstrukcja pieca obrotowego i wymagania dotyczące materiałów ogniotrwałych

Piec obrotowy, wprowadzony pod koniec XIX wieku, do dziś pozostaje kluczową technologią w produkcji cementu. Składa się z dużego stalowego cylindra, lekko nachylonego względem poziomu, wyłożonego wewnętrznie cegłami ogniotrwałymi. Wyłożenie to musi wytrzymywać ciągłe cykle temperaturowe, silne ścieranie mechaniczne od wsadu mineralnego oraz działanie wysokiej temperatury. Współczesne piece obrotowe zaprojektowane są do pracy ciągłej, często funkcjonując nieprzerwanie przez ponad rok, zanim zajdzie potrzeba wymiany wyłożeń ogniotrwałych.

Wpływ na środowisko i zrównoważone alternatywy

Produkcja cementu jest jednym z głównych źródeł emisji dwutlenku węgla. Szacuje się, że około 5% globalnych emisji CO₂ pochodzenia antropogenicznego związanych jest z wytwarzaniem cementu. Branża aktywnie poszukuje metod ograniczenia swojego śladu węglowego. Należą do nich m.in. dodawanie surowego, sproszkowanego wapienia do mieszanki końcowej, sekwestracja węgla poprzez ponowne wiązanie CO₂ w strukturze cementu, recykling gruzu betonowego jako kruszywa oraz eksperymenty z biotechnologiczną produkcją cementu przy użyciu bakterii w warunkach otoczenia.