Il clinker è un materiale nodulare che costituisce un componente essenziale nella produzione del cemento. Il clinker è composto principalmente da silicato di calcio e altri materiali che gli conferiscono eccezionali proprietà leganti che conferiscono resistenza e durata alle applicazioni di cemento.
Le proprietà uniche del clinker contribuiscono anche alle essenziali qualità di indurimento del cemento, che lo rendono uno dei materiali da costruzione più pregiati esistenti.
Processo di produzione del Clinker
I produttori di cemento creano clinker attraverso un processo in più fasi che include la selezione degli ingredienti, il riscaldamento e la macinazione.
Preparazione minerale grezza – Gli ingredienti principali nella produzione del clinker sono il calcare e l'argilla. I produttori estraggono questi ingredienti, li trasportano all'impianto di produzione, quindi li macinano e li miscelano per ottenere una miscela uniforme. Preriscaldamento del forno – I produttori di cemento alimentano la miscela macinata cruda in una torre di preriscaldamento o ciclone dove sono esposti ai gas caldi. Questo passaggio rimuove l'umidità dalle materie prime e le prepara per le reazioni chimiche nella fase successiva. Cottura in forno – Il materiale preriscaldato viene immesso in un forno rotante dove i materiali sono esposti a temperature elevate fino a 1400o-1500o C (2550o-2730o F). Il calore crea la reazione chimica che forma il clinker. Formazione di clinker – Mentre la materia prima si muove attraverso il forno subisce reazioni complesse. La reazione primaria è una decarbonizzazione del calcare. Questo processo crea ossido di calcio (calce). La calce reagisce con componenti come silice e allumina nell'argilla per creare silicati di calcio e alluminati di calcio. Questi sono i componenti principali del clinker. Raffreddamento del clinker – Dopo aver lasciato il forno, il clinker è estremamente caldo. I produttori devono raffreddare rapidamente il clinker per garantirne le proprietà fisiche. Utilizzano aria o acqua in unità di raffreddamento specializzate chiamate raffreddatori di clinker. Macinazione del clinker – Le macchine per cemento, come i mulini a sfere o i mulini a rulli verticali, macinano il clinker raffreddato riducendolo in polvere. La fase di macinazione può prevedere anche l'aggiunta di additivi come il gesso per controllare il tempo di presa del cemento.
Composizione del Clinker
La composizione esatta del clinker dipende dal tipo di cemento che il produttore produce, ma ci sono ingredienti primari comuni nella maggior parte della produzione di clinker.
Silicati di calcio
Gli ingredienti più importanti nel clinker sono i silicati di calcio, costituiti da silicato tricalcico e silicato bicalcico. I silicati di calcio contribuiscono alla resistenza e alle proprietà di presa del cemento.
Alluminati di calcio
Gli altri ingredienti più importanti sono gli alluminati di calcio, il più importante dei quali è l'alluminato tricalcico. Gli alluminati di calcio fanno sì che il cemento si indurisca più velocemente e provochino uno sviluppo precoce della resistenza. Elevate quantità di alluminato tricalcico aumenteranno i tempi di presa del cemento ma aumenteranno anche il rischio di attacchi di solfati.
Ossidi di calcio
L'ossido di calcio è un sottoprodotto del riscaldamento delle materie prime per formare il clinker. La decarbonizzazione che produce ossido di calcio contribuisce alle proprietà leganti del cemento e alla sua reazione con l'acqua chiamata idratazione.
Solfato di calcio
Il gesso, che contiene solfato di calcio, è un additivo comune nel clinker. Aiuta a regolare il tempo di presa durante il processo di idratazione.
Componenti minori
Gli ingredienti minori nel clinker includono elementi come ossido di ferro, ossido di magnesio, alcali e altri oligoelementi. Questi elementi influiscono sul colore, sul tempo di presa e sulla resistenza ad altre reazioni chimiche.
Tipi di clinker
I produttori di cemento creano clinker diversi in base alle variazioni delle materie prime e del processo di produzione.
Clinker ordinario di cemento Portland (OPC) – Il clinker Portland è il tipo più comune di clinker prodotto. Questo clinker è adatto per la maggior parte degli scopi edili generali. Clinker resistente ai solfati: i produttori creano questo tipo di clinker in modo da poterlo utilizzare in miscele cementizie resistenti ai solfati. I clinker resistenti ai solfati hanno un livello inferiore di alluminati tricalcici che sono suscettibili alle reazioni dei solfati. Questi resistono agli effetti dei solfati presenti nell'acqua e nel suolo. Clinker a basso calore – I produttori progettano questo clinker per generare meno calore durante il processo di idratazione. Ciò significa che il livello di alluminato tricalcico è inferiore rispetto al clinker standard. Il clinker a bassa temperatura è un ingrediente comune nel cemento che i costruttori utilizzano per strutture di grandi dimensioni dove la generazione di calore può causare fessurazioni termiche. Clinker bianco – Il clinker bianco è caratterizzato dalla sua purezza e dal colore chiaro e brillante. I produttori creano clinker bianco utilizzando materie prime a basso contenuto di ferro e manganese. Questo è il materiale principale del cemento bianco. Clinker ad alto contenuto di allumina – Questo clinker ha un livello di allumina più elevato rispetto ad altri tipi di clinker. Questo è essenziale nel cemento refrattario perché ha un'elevata resistenza agli agenti chimici e alle alte temperature. Clinker di belite solfoalluminato di calcio (BCT) – Il clinker BCT è una varietà innovativa di clinker che produce il 30% in meno di emissioni di anidride carbonica. Il processo di produzione del clinker BCT richiede inoltre il 15% in meno di energia per essere prodotto.
Impatto ambientale della produzione di clinker
La produzione di clinker ha un impatto ambientale significativo, tra cui la produzione di gas a effetto serra (CO2), il consumo di energia, l’inquinamento atmosferico, l’estrazione di materiali mediante attività mineraria, il consumo e l’inquinamento dell’acqua e la produzione di rifiuti. Molte aziende produttrici di cemento stanno lavorando attivamente per mitigare questi impatti ambientali negativi attraverso le loro pratiche quotidiane.
Le aziende produttrici di cemento stanno investendo nelle tecnologie di cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio (CCUS). Immagazzinano la CO2 per un uso successivo o la sequestrano per lo stoccaggio permanente nel sottosuolo. Stanno anche investendo in fonti di combustibile alternative come biomassa e pneumatici usati invece di utilizzare combustibili fossili per alimentare la produzione.
Per ridurre l’uso di materie prime, alcuni utilizzano materiali alternativi come ceneri volanti, scorie e fumi di silice. Stanno anche cercando di riutilizzare i propri rifiuti come parte del loro processo per ridurre lo smaltimento dei rifiuti e creare un sistema più circolare. Inoltre, le aziende produttrici di cemento stanno implementando migliori strategie di gestione e conservazione dell’acqua.
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