Klinker ist ein knötchenförmiges Material, das ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von Zement ist. Klinker besteht hauptsächlich aus Kalziumsilikat und anderen Materialien, die ihm außergewöhnliche Bindungseigenschaften verleihen, die Zementanwendungen Festigkeit und Haltbarkeit verleihen.
Die einzigartigen Eigenschaften von Klinker tragen auch zur wesentlichen Härtungsqualität des Zements bei, was ihn zu einem der wertvollsten Baustoffe überhaupt macht.
Herstellungsprozess von Klinker
Zementhersteller stellen Klinker in einem mehrstufigen Prozess her, der die Auswahl der Zutaten, das Erhitzen und das Mahlen umfasst.
Rohmineralaufbereitung – Die Hauptzutaten bei der Klinkerproduktion sind Kalkstein und Ton. Die Hersteller bauen diese Zutaten ab, transportieren sie zur Produktionsanlage und mahlen und vermischen sie dann, um eine gleichmäßige Mischung zu erhalten. Vorwärmen des Ofens – Die Zementhersteller führen die rohe Bodenmischung einem Vorwärmerturm oder Zyklon zu, wo sie heißen Gasen ausgesetzt werden. Dieser Schritt entzieht den Rohstoffen jegliche Feuchtigkeit und bereitet sie auf die chemischen Reaktionen im nächsten Schritt vor. Brennen im Ofen – Das vorgewärmte Material wird einem Drehrohrofen zugeführt, wo es hohen Temperaturen von bis zu 1400–1500 °C (2550–2730 °F) ausgesetzt wird. Durch die Hitze entsteht die chemische Reaktion, die den Klinker bildet. Klinkerbildung – Während sich das Rohmaterial durch den Ofen bewegt, unterliegt es komplexen Reaktionen. Die primäre Reaktion ist eine Dekarbonisierung des Kalksteins. Bei diesem Prozess entsteht Calciumoxid (Kalk). Der Kalk reagiert mit Bestandteilen wie Siliciumdioxid und Aluminiumoxid im Ton und bildet Calciumsilikate und Calciumaluminate. Dies sind die Hauptbestandteile von Klinker. Klinkerkühlung – Nach dem Verlassen des Ofens ist der Klinker extrem heiß. Hersteller müssen den Klinker schnell abkühlen, um seine physikalischen Eigenschaften sicherzustellen. Sie verwenden Luft oder Wasser in speziellen Kühleinheiten, sogenannten Klinkerkühlern. Klinkermahlung – Zementmaschinen wie Kugelmühlen oder Vertikalwalzenmühlen mahlen den abgekühlten Klinker zu einem Pulver. In der Mahlphase können auch Zusatzstoffe wie Gips zugesetzt werden, um die Abbindezeit des Zements zu steuern.
Zusammensetzung von Klinker
Die genaue Zusammensetzung des Klinkers hängt von der Art des Zements ab, den der Hersteller produziert, es gibt jedoch Hauptbestandteile, die bei den meisten Klinkerproduktionen üblich sind.
Calciumsilikate
Die wichtigsten Bestandteile von Klinker sind Calciumsilikate, die aus Tricalciumsilikat und Dicalciumsilikat bestehen. Calciumsilikate tragen zur Festigkeit und zum Abbindeverhalten von Zement bei.
Calciumaluminate
Die anderen wichtigsten Inhaltsstoffe sind Calciumaluminate, der wichtigste davon ist Tricalciumaluminat. Calciumaluminate bewirken, dass der Zement schneller abbindet und eine frühe Festigkeitsentwicklung bewirkt. Hohe Mengen an Tricalciumaluminat verlängern die Abbindezeit des Zements, erhöhen aber auch das Risiko von Sulfatangriffen.
Calciumoxide
Calciumoxid entsteht als Nebenprodukt beim Erhitzen der Rohstoffe zur Klinkerbildung. Die Entkarbonisierung, bei der Kalziumoxid entsteht, trägt zu den Bindungseigenschaften des Zements und seiner Reaktion mit Wasser, der sogenannten Hydratation, bei.
Calciumsulfat
Gips, der Calciumsulfat enthält, ist ein häufiger Zusatz in Klinker. Es hilft, die Abbindezeit während des Hydratationsprozesses zu regulieren.
Nebenkomponenten
Zu den Nebenbestandteilen von Klinker gehören Elemente wie Eisenoxid, Magnesiumoxid, Alkalien und andere Spurenelemente. Diese Elemente beeinflussen die Farbe, die Abbindezeit und die Beständigkeit gegenüber anderen chemischen Reaktionen.
Arten von Klinkern
Zementhersteller stellen unterschiedliche Klinker auf der Grundlage unterschiedlicher Rohstoffe und Herstellungsverfahren her.
Gewöhnlicher Portlandzementklinker (OPC) – Portlandklinker ist die am häufigsten hergestellte Klinkerart. Dieser Klinker ist für die meisten allgemeinen Bauzwecke geeignet. Sulfatbeständiger Klinker – Hersteller stellen diese Art von Klinker her, damit sie ihn in sulfatbeständigen Zementmischungen verwenden können. Sulfatbeständige Klinker enthalten einen geringeren Anteil an Tricalciumaluminaten, die anfällig für Sulfatreaktionen sind. Diese widerstehen den Auswirkungen von Sulfaten in Wasser und Boden. Low-Heat-Klinker – Hersteller entwerfen diesen Klinker so, dass während des Hydratationsprozesses weniger Wärme erzeugt wird. Das bedeutet, dass der Gehalt an Tricalciumaluminat geringer ist als in Standardklinker. Niedrigtemperaturklinker ist ein häufiger Bestandteil von Zement, den Bauherren für große Bauwerke verwenden, bei denen die Wärmeentwicklung zu thermischen Rissen führen kann. Weißer Klinker – Weißer Klinker zeichnet sich durch seine Reinheit und seine helle, helle Farbe aus. Hersteller stellen weißen Klinker her, indem sie Rohstoffe mit niedrigem Eisen- und Mangangehalt verwenden. Dies ist das Hauptmaterial für Weißzement. Klinker mit hohem Aluminiumoxidgehalt – Dieser Klinker hat einen höheren Aluminiumoxidgehalt als andere Klinkertypen. Dies ist bei feuerfestem Zement unerlässlich, da er eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien und hohen Temperaturen aufweist. Belite Calciumsulfoaluminat-Ternesit-Klinker (BCT) – BCT-Klinker ist eine innovative Klinkerart, die 30 % weniger Kohlendioxidemissionen erzeugt. Der Herstellungsprozess von BCT-Klinker erfordert außerdem 15 % weniger Energie in der Produktion.
Umweltauswirkungen der Klinkerproduktion
Die Herstellung von Klinker hat erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt, einschließlich der Produktion von Treibhausgasen (CO2), des Energieverbrauchs, der Luftverschmutzung, der Materialgewinnung durch Bergbau, des Wasserverbrauchs und der Wasserverschmutzung sowie der Abfallerzeugung. Viele Zementunternehmen arbeiten aktiv daran, diese negativen Umweltauswirkungen durch ihre alltäglichen Praktiken zu mildern.
Zementunternehmen investieren in CCUS-Technologien (Carbon Capture, Utilization and Storage). Sie speichern CO2 zur späteren Verwendung oder sequestrieren es zur dauerhaften Speicherung im Untergrund. Sie investieren auch in alternative Kraftstoffquellen wie Biomasse und Altreifen, anstatt fossile Brennstoffe für die Produktion zu verwenden.
Um den Rohstoffverbrauch zu reduzieren, verwenden einige alternative Materialien wie Flugasche, Schlacke und Silikatdämpfe. Sie versuchen außerdem, ihre Abfälle im Rahmen ihres Prozesses wiederzuverwenden, um die Abfallentsorgung zu reduzieren und ein stärker zirkuläres System zu schaffen. Darüber hinaus implementieren Zementunternehmen bessere Wassermanagement- und Wasserschutzstrategien.
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