A klinker egy csomós anyag, amely nélkülözhetetlen alkotóeleme a cementgyártásnak. A klinker elsősorban kalcium-szilikátból és egyéb anyagokból áll, amelyek kivételes kötőtulajdonságokat adnak, amelyek szilárdságot és tartósságot biztosítanak a cementes alkalmazásokhoz.
A klinker egyedülálló tulajdonságai hozzájárulnak a cement alapvető keményedési minőségéhez is, ami a létező egyik legértékesebb építőanyaggá teszi.
A klinker gyártási folyamata
A cementgyártók klinkereket állítanak elő egy többlépcsős eljárással, amely magában foglalja az összetevők kiválasztását, melegítését és őrlését.
Nyers ásványi anyagok előállítása – A klinkergyártás fő összetevői a mészkő és az agyag. A gyártók ezeket az összetevőket kibányászják, a gyártóüzembe szállítják, majd megőrlik és összekeverik őket, hogy egységes keveréket kapjanak. Kemence előmelegítés – A cementgyártók a nyers őrölt keveréket egy előmelegítő toronyba vagy ciklonba táplálják, ahol forró gázoknak vannak kitéve. Ez a lépés eltávolítja a nedvességet a nyersanyagokból, és felkészíti őket a következő lépésben zajló kémiai reakciókra. Kemencetüzelés – Az előmelegített anyagot egy forgókemencébe táplálják, ahol az anyagokat akár 1400-1500o C (2550-2730o F) magas hőmérsékletnek teszik ki. A hő létrehozza azt a kémiai reakciót, amely a klinkert képezi. Klinkerképződés – Ahogy a nyersanyag áthalad a kemencén, összetett reakciókon megy keresztül. Az elsődleges reakció a mészkő dekarbonizációja. Ez a folyamat kalcium-oxidot (mész) hoz létre. A mész reakcióba lép az agyagban lévő olyan komponensekkel, mint a szilícium-dioxid és az alumínium-oxid, így kalcium-szilikátokat és kalcium-aluminátokat hoz létre. Ezek a klinker fő összetevői. Klinkerhűtés – A kemence elhagyása után a klinker rendkívül forró. A gyártóknak gyorsan le kell hűteni a klinkert, hogy biztosítsák fizikai tulajdonságait. Levegőt vagy vizet használnak speciális hűtőegységekben, amelyeket klinkerhűtőknek neveznek. Klinkerőrlés – A cementgépek, például a golyósmalmok vagy a függőleges hengeres malmok a lehűtött klinkert porrá őrlik. Az őrlési szakaszban adalékanyagok, például gipsz hozzáadásával is szabályozható a cement kötési ideje.
A klinker összetétele
A klinker pontos összetétele a gyártó által gyártott cement típusától függ, de vannak olyan elsődleges összetevők, amelyek a legtöbb klinkergyártásban általánosak.
Kalcium-szilikátok
A klinker legkiemelkedőbb összetevői a kalcium-szilikátok, amelyek trikalcium-szilikátból és dikalcium-szilikátból állnak. A kalcium-szilikátok hozzájárulnak a cement szilárdságához és kötési tulajdonságaihoz.
Kalcium-aluminátok
A további legfontosabb összetevők a kalcium-aluminátok, amelyek közül a legkiemelkedőbb a trikalcium-aluminát. A kalcium-aluminátok hatására a cement gyorsabban kötődik, és korai szilárdságfejlődést okoz. A nagy mennyiségű trikalcium-aluminát megnöveli a cement kötési idejét, de növeli a szulfáttámadások kockázatát is.
Kalcium-oxidok
A kalcium-oxid a nyers összetevők klinker előállításához szükséges melegítésének mellékterméke. A kalcium-oxidot képző dekarbonizáció hozzájárul a cement kötési tulajdonságaihoz és a vízzel való reakciójához, az úgynevezett hidratációhoz.
Kalcium-szulfát
A kalcium-szulfátot tartalmazó gipsz a klinker gyakori adalékanyaga. Segít szabályozni a kötési időt a hidratálási folyamat során.
Kisebb komponensek
A klinker kisebb összetevői közé tartoznak az olyan elemek, mint a vas-oxid, magnézium-oxid, lúgok és egyéb nyomelemek. Ezek az elemek befolyásolják a színt, a kötési időt és az egyéb kémiai reakciókkal szembeni ellenállást.
A klinkerek fajtái
A cementgyártók különféle klinkereket állítanak elő a nyersanyagok és a gyártási folyamat eltérései alapján.
Rendes portlandcement (OPC) klinker – A portlandi klinker a legelterjedtebb klinkertípus. Ez a klinker a legtöbb általános építési célra alkalmas. Szulfátálló klinker – A gyártók ezt a típusú klinkert úgy hozták létre, hogy szulfátálló cementkeverékekben is felhasználhassák. A szulfátnak ellenálló klinkerekben alacsonyabb a trikalcium-aluminátok szintje, amelyek érzékenyek a szulfátreakciókra. Ezek ellenállnak a vízben és a talajban lévő szulfátok hatásának. Alacsony hőfokú klinker – A gyártók úgy tervezték ezt a klinkert, hogy kevesebb hőt termeljen a hidratálási folyamat során. Ez azt jelenti, hogy a trikalcium-aluminát szintje alacsonyabb, mint a hagyományos klinkerben. Az alacsony hőmérsékletű klinker a cement gyakori összetevője, amelyet az építők nagyméretű szerkezetekhez használnak, ahol a hőképződés termikus repedést okozhat. Fehér klinker – A fehér klinkert tisztasága és élénk, világos színe jellemzi. A gyártók alacsony vas- és mangántartalmú nyersanyagok felhasználásával állítják elő a fehér klinkert. Ez a fehércement elsődleges anyaga. Magas alumínium-oxid-klinker – Ez a klinker magasabb timföldtartalmú, mint más klinkertípusok. Ez elengedhetetlen a tűzálló cementben, mivel nagy a vegyszerekkel és a magas hőmérséklettel szembeni ellenállása. Belite kalcium-szulfoaluminát ternezit (BCT) klinker – A BCT klinker a klinker innovatív változata, amely 30%-kal kevesebb szén-dioxid-kibocsátást eredményez. A BCT klinkerek gyártási folyamata is 15%-kal kevesebb energiát igényel.
A klinkergyártás környezeti hatása
A klinkergyártás jelentős környezeti hatással jár, beleértve az üvegházhatású gázok (CO2) termelését, az energiafogyasztást, a levegőszennyezést, a bányászattal történő anyagkitermelést, a vízfogyasztást és -szennyezést, valamint a hulladéktermelést. Számos cementgyártó cég aktívan dolgozik ezen negatív környezeti hatások mérséklése érdekében mindennapi gyakorlataival.
A cementgyártó cégek a szén-dioxid-leválasztási, -hasznosítási és -tárolási (CCUS) technológiákba fektetnek be. A CO2-t későbbi felhasználásra tárolják, vagy végleges tárolásra a föld alatt kötik le. Emellett alternatív üzemanyag-forrásokba is fektetnek be, mint például a biomassza és a használt gumiabroncsok, ahelyett, hogy fosszilis tüzelőanyagokat használnának a termeléshez.
A nyersanyagfelhasználás csökkentése érdekében egyesek alternatív anyagokat, például pernyét, salakot és szilícium-dioxid-gőzöket használnak. Arra is törekednek, hogy hulladékaikat újrahasznosítsák folyamatuk részeként, hogy csökkentsék hulladékelhelyezésüket és egy körkörösebb rendszert hozzanak létre. Ezenkívül a cementgyártó cégek jobb vízgazdálkodási és vízvédelmi stratégiákat hajtanak végre.
