Technologie produkcji cementu krok po kroku

Cement to hydrauliczne spoiwo mineralne, czyli drobno zmielony materiał nieorganiczny, które po zmieszaniu z wodą twardnieje i wiąże inne materiały (np. kruszywo) w trwałą masę.

Najczęściej stosowanym rodzajem cementu jest cement portlandzki, otrzymywany przez wypalanie mieszanki wapienia i gliny (lub innych materiałów ilastych) w bardzo wysokiej temperaturze (ok. 1450°C), a następnie zmielenie klinkieru cementowego z gipsem.

Cement jest podstawowym materiałem w budownictwie — służy m.in. do produkcji betonu, zapraw murarskich, prefabrykatów oraz fundamentów, ścian i konstrukcji nośnych.

Produkcja cementu

Produkcja cementu, a szczególnie najpopularniejszego cementu portlandzkiego, polega na wypalaniu surowców wapienno-ilastych w wysokiej temperaturze, a następnie zmieleniu powstałego klinkieru cementowego z dodatkami (głównie gipsem).

Jest to proces wieloetapowy.

Główne etapy produkcji cementu:

Pozyskiwanie surowców

Surowce naturalne (wapień, margiel, glina, łupek ilasty, piasek) są wydobywane w kopalniach odkrywkowych. Jako dodatki mineralne stosuje się surowce wtórne (popioły lotne, żużle wielkopiecowe, pyły z elektrofiltrów).

Kruszenie i homogenizacja

Surowce są rozdrabniane w kruszarkach szczękowych lub udarowych i homogenizowane (wyrównywany jest skład chemiczny). Uzyskuje się w ten sposób mączkę surowcową, zawierającą głównie CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃.

Wypalanie klinkieru cementowego

To najważniejszy etap technologiczny. Jednocześnie najbardziej energochłonny i emisyjny.

Mieszanka trafia do pieca obrotowego, gdzie jest podgrzewana do temp. ok. 1450°C. Następuje wówczas szereg reakcji chemicznych: rozkład wapienia (CaCO₃ → CaO + CO₂), powstanie klinkieru cementowego – granulek, przypominających żwir, zawierających głównie ality i belity (minerały odpowiedzialne za wiązanie cementu).

Studzenie klinkieru

Gorący klinkier schładzany jest szybko w chłodnicach rusztowych do temperatury ok. 100°C. Szybkie chłodzenie zatrzymuje proces krystalizacji, co poprawia jakość cementu.

Mielenie

Klinkier jest mielony w młynach kulowych lub walcowych razem z:

• gipsem (reguluje czas wiązania),
• ewentualnie dodatkami (np. popiołem lotnym, pucolanami, żużlem).

Uzyskuje się cement portlandzki (CEM I) lub mieszany (CEM II, CEM III itd.).

Magazynowanie i pakowanie

Gotowy cement trafia do silosów, skąd może być pakowany w worki (np. 25 lub 50 kg) lub ładowany luzem do cystern. Z tego miejsca transportowany jest też bezpośrednio na budowy lub do centrów dystrybucyjnych.

Kontrola jakości w produkcji cementu

Kontrola jakości to kluczowy element procesu produkcji cementu.Daje gwarancję, że produkt końcowy spełnia wymagania normowe, jest trwały, bezpieczny i powtarzalny. Obejmuje ciągły nadzór nad surowcami, procesem technologicznym i właściwościami gotowego cementu.

Na poszczególnych etapach produkcji przeprowadza się:

• analizy chemiczne i mineralogiczne (XRF, XRD)
• badania fizykochemiczne (zawartość poszczególnych składników, wilgotność)
• analizę stopnia wypalenia
• kontrolę proporcji klinkieru, gipsu i dodatków
• kontrolę stopnia zmielenia
• badanie powierzchni właściwej
• testy gotowego cementu (czas wiązania, wytrzymałość, rozszerzalność, gęstość objętościowa, masa właściwa, zawartość siarczanów).

Ekologia i nowoczesne trendy w produkcji cementu

Produkcja cementu to jeden z najbardziej energochłonnych i emisyjnych procesów przemysłowych na świecie – odpowiada za ok. 7–8% globalnych emisji CO₂. Dlatego branża cementowa podejmuje coraz więcej działań ekologicznych, by ograniczyć swój wpływ na środowisko, zużycie surowców i emisję zanieczyszczeń.

Główne problemy ekologiczne w produkcji cementu:

• emisja CO₂ - głównie w trakcie rozkładu wapienia i spalania paliw
• zużycie energii – uzyskanie wysokiej temperatury wypału wymaga dużo paliw
• eksploatacja surowców - wydobycie wapienia, gliny i innych materiałów ingeruje w naturalne środowisko, krajobraz
• pylenie i hałas – to skutki uboczne pracy kopalni, cementowni
• zużycie wody – jej duża ilość jest niezbędna w systemach chłodzenia, płukania, na etapie przygotowania surowców.

Działania prośrodowiskowe w produkcji cementu

W dobie walki ze zmianami klimatu przemysł cementowy stoi przed wyzwaniem – jak dostarczać niezawodne spoiwo dla budownictwa, jednocześnie ograniczając wpływ na środowisko. Nowe technologie i innowacje mają szansę uczynić cement bardziej zielonym – bez kompromisów dla jego jakości.

Cementownie jako jedne z głównych emitorów CO₂ w przemyśle podejmują szerokie działania proekologiczne, by ograniczyć swój wpływ na środowisko, zmniejszyć zużycie energii i surowców oraz dostosować się do wymogów zielonej transformacji i neutralności klimatycznej.

Wśród proekologicznych inicjatyw wskazać można:

• stosowanie paliw alternatywnych – odpadów komunalnych, tworzyw sztucznych, zużytych opon, osadów ściekowych czy biomasy
• ograniczanie zawartości klinkieru – stosuje się cementy z dodatkami mineralnymi, powstają cementy typu CEM II, CEM III, LC³ (Low Carbon Cement)
• redukcja emisji pyłów i gazów poprzez stosowanie nowoczesnych systemów odpylających, monitoring emisji SO₂, NOₓ, pyłów i CO₂ online, hermetyzację miejsc generujących pyły (przenośniki, zsypy, silosy)
• ograniczanie zużycia energii poprzez modernizację pieców cementowych, odzysk energii z gazów spalinowych, stosowanie wysokosprawnych silników, młynów, a także wdrażanie systemów zarządzania energią
• ochrona zasobów naturalnych poprzez rekultywację kopalni wapienia, tworzenie zbiorników wodnych, nasadzenia zieleni, siedliska dla zwierząt, zmniejszanie zużycia wody poprzez stosowanie systemów obiegu zamkniętego
• innowacje i technologie niskoemisyjne - CCUS (wychwyt i składowanie CO₂), wykorzystanie geopolimerów i cementów alternatywnych, stosowanie sztucznej inteligencji i automatyki do optymalizacji spalania i redukcji strat
• gospodarka o obiegu zamkniętym - cementownie jako instalacje odzysku energetycznego – przekształcanie odpadów w energię cieplną, przetwarzanie popiołów i żużli jako dodatków do cementu.

Fot. ozarow.com.pl