Reducerea consumurilor energetice si a emisiilor de CO₂ la realizarea clincherelor de ciment portland ECO-CLINKER

Componenta Consortiului

• Institutia coordonatoare: CEPROCIM S.A.
  

  ROMANIA, 6 Bucharest, # 6 blvd. Preciziei, code 062203 phone: +(4021) 318 88 84; 318 88 90; 318 88 93. fax:+(4021) 318 88 76; 318 88 94. https://www.ceprocim.ro e-mail: office@ceprocim.ro; res@ceprocim.ro

  
  Director proiect: Dr. ing. Jenica PACEAGIU, e-mail: jenica.paceagiu@ceprocim.ro

• Partener P1:
  

  INSTITUTUL NAŢIONAL DE CERCETARE-DEZVOLTARE PENTRU PROTECŢIA MEDIULUI – ICIM BUCUREŞTI Splaiul Independenţei nr. 294, sector 6, cod 060031, BUCUREŞTI Tel: 0040 21 318.20.57 / Fax: 0040 21 318.20.01 www.icim.ro

  Responsabil P1: ing. Elena HOLBAN, e-mail: elena.holban@gmail.com

• Partener P2:

  Universitatea POLITEHNICA Bucuresti – Facultatea de Chimie Industriala
  
  Responsabil P2: dr. ing. Alina BĂDĂNOIU, e-mail: a.badanoiu@oxy.pub.ro

• Partener P3:

  Fundatia pentru Stiinta si Ingineria Materialelor „Serban Solacolu”
  

   

  Responsabil P3: dr.ing. Vasilica DIMA, e-mail: v.dima@oxy.pub.ro

Rezumatul Proiectului

Protocolul de la Kyoto impune, la scara mondială, reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră din toate sectoarele de activitate. Dintre aceste gaze, CO₂ reprezintă componenta principală (circa 75%), obiectivul prioritar fiind reducerea sa.

Industria cimentului este responsabilă pentru 2% din consumul mondial de energie şi 5% din emisiile globale de CO₂ rezultate din activitatile umane (1,5 Gt CO₂). Emisiile de CO₂ provin, in principal, de la fabricarea clincherului de ciment portland (un produs intermediar obtinerii cimentului): circa 50 – 60% din descompunerea componentei calcaroase şi 30 – 40% din arderea combustibilului. Orice reducere a energiei necesare are influenţă benefică atât asupra viabilităţii fabricii de ciment, cât şi asupra mediului inconjurător.

Abordările care vizeaza reducerea consumurilor energetice şi a emisiilor de CO₂ la fabricarea clincherului de ciment portland sunt directionate in special către imbunatăţirea randamentului instalaţiilor in vederea diminuării pierderilor de căldură şi spre substituţia combustibililor fosili cu combustibili alternativi de tipul uleiuri uzate, anvelope uzate etc., existând puţine informatii privind inlocuirea materiilor prime tradiţionale (calcarul şi argila/marna) cu alte materiale care conţin CaO intr-o forma necarbonatată, SiO₂, Al₂O₃ si Fe₂O₃.

Proiectul ECO-CLINKER se focalizează şi aprofundează aspecte legate de efectul utilizarii unor substante mineralizatoare (din clasa oxizilor, fluorurilor, sau combinatii mixte) si a unor materii prime necarbonatate (sub-produse de tipul zgură negranulată de furnal şi oţelărie sau cenuşă de termocentrală) pentru reducerea consumurilor energetice şi a emisiilor de CO₂.

Scopul proiectului este de a evalua impactul provocat de utilizarea materialelor necarbonatate şi a mineralizatorilor atât asupra formarii mineralelor din compozitia clincherului (reactivităţii sale) şi proprietăţilor cimentului portland, dar şi asupra mediului, emisiilor de CO₂ şi consumurilor energetice.

Proiectul are ca scop principal realizarea unui clincher de ciment portland care sa conduca la reducerea impactului negativ asupra mediului inconjurator, prin diminuarea consumurilor energetice si a emisiilor de CO₂ si gestionarea durabila a resurselor naturale si artificiale. Solutiile tehnice care vor fi abordate pentru realizarea clincherului se bazeaza pe:

• utilizarea unor mineralizatori/fondanti care sa reduca temperatura de clincherizare a amestecului brut de materii prime (consumul de enegie termica), reducandu-se astfel si cantitatea de combustibil necesara realizarii arderii amestecului brut si implicit a emisiilor de CO₂;
• utilizarea unor materiale artificiale care contin CaO intr-o forma necarbonatata, care sa substituie partial componenta calcaroasa, reducandu-se astfel cantitatea emisiilor de CO₂ provenit din decarbonatarea calcarului sau deseuri bogate in SiO₂ si Al₂O₃ care sa substituie partial sau total componenta silico-aluminoasa din amestecul brut (de tipul zgurilor negranulate de furnal si otelarie sau cenusilor de termocentrala);
• utilizarea combinata a deseurilor cu continut ridicat de CaO, SiO₂ si Al₂O₃ si a mineralizatorilor.

Rezultatele care se vor obţine în cadrul proiectului vor contribui la extinderea informatiilor referitoare la obtinerea si proprietatile clincherului de ciment Portland. Astfel, pentru fiecare varianta tehnologica, pe langa cuantificarea reducerilor de energie si a emisiilor de CO₂, se vor determina efectele asupra caracteristicilor structurale si texturale ale clincherului obtinut si asupra proprietatilor hidraulice ale cimentului.
Prin realizarea activitatilor prevazute in cadrul proiectului se estimează următoarele rezultate:

• Identificarea si caracterizarea complexa a materiilor prime necarbonatate, precum si a materiilor prime uzuale;
• Dezvoltarea unor retete de fabricatie a clincherelor de ciment portland in conditii avantajoase din punct de vedere energetic si de mediu;
• Evaluarea calitatii cincherelor obtinute si a impactului asupra reducerii consumurilor energetice si a emisiilor de CO₂;
• Obtinerea unor clincherelor de ciment portland si cimenturi portland performante din punct de vedere calitativ, energetic si de mediu;
• Diseminare pe scara larga a cunostintelor dobandite pe parcursul derularii proiectului prin comunicari (aproximativ 4) si publicatii in reviste ISI sau recunoscute in domeniu (aproximativ 5).

Activitatile si responsabilitatile tehnice ale partenerilor in cadrul proiectului

CO – CEPROCIM SA in calitate de conducator de proiect va efectua urmatoarele activitati:

• Studiul aprofundat al literaturii de specialitate privind modalitatile de realizare a clincherelor de ciment portland cu consum redus de energie si emisii de CO₂ si analiza a situatiei actuale de producere a clincherului si cimentului pe plan national in international.
• Stabilirea solutiile tehnice de realizare a clincherului cu consumuri energetice si emisii de CO₂ reduse
• Prelevarea si caracterizarea fizico-chimica a materiilor prime curente (calcar, argila, cenusa pirita) prin microscopie optica, RX, analiza chimica
• Realizarea in conditii de laborator a amestecurilor precursoare de clincher cu continut de mineralizator
• Caracterizarea aptitudinii la clincherizare a amestecurilor cu mineralizatori – prin determinare CaO liber  la diferite temperaturi
• Selectarea variantei optime de realizare a clincherului provenit din amestecuri cu continut de mineralizator – din punct de vedere energetic
• Caracterizarea microstructurala a clincherelor obtinute (prin microscopie optică, analiza RX, porozimetrie)
• Realizare cimenturi
• Evaluarea activitatii hidraulice a cimentului, obtinut din clincherele de laborator provenite din amestecuri cu continut de mineralizatori, prin metode fizico-mecanice si chimice (determinarea rezistentelor mecanice, apa legata chimic, analize RX)
• Prelevarea si caracterizarea fizico-chimica a materialelor ne-carbonatate (prin microscopie optica, RX, analiza chimica)
• Stabilirea dozarelor de amestecuri precursoare de clincher pe baza de deseuri necarbonatate, cu/fara continut de mineralizator.
• Realizarea, in laborator, a unor amestecuri precursoare de tipul celor anterior mentionate  si analizarea comportarii tehnologice a acestora (aptitudine la macinare, aptitudine la clincherizare prin determinare CaO liber  la diferite temperaturi)
• Calculul consumului teoretic de caldura necesar realizarii clincherelor provenite din amestecuri care contin deseeuri necarbonatate si calculul teoretic de CO₂ emis
• Analiza chimica a clincherelor
• Caracterizare microstructurala a clincherelor obtinute (prin microscopie optică,analiza RX, porozimetrie)
• Realizare cimenturi
• Determinarea activitatii hidraulica a cimentului obtinut din clincherele de laborator  prin metode fizico-mecanice si chimice (determinarea rezistentelor mecanice, apa legata chimic,analize RX)
• Evaluarea efectului utilizării  deseurilor necarbonatate cu/fara mineralizatori asupra  calitatii clincherului si cimentului (asupra hidratarii si intaririi acestora)
• Stabilirea solutiei optime de realizare a clincherelor cu consum redus de caldura si emisii reduse de CO₂.
• Diseminarea si publicarea rezultatelor pe scara larga
• Elaborarea rapoartelor de cercetare

 

P1 – Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Protectia Mediului – ICIM Bucuresti, in calitate de partener va efectua urmatoarele activitati:

• Identificare si prezentare surse de deseuri necarbonatate cu continut ridicat de CaO, SiO₂, Al₂O₃. (amplasament, caracteristici, cantitati disponibile)
• Caracterizare fizico-chimica deseuri necarbonatate
• Evaluare impact utilizare deseuri necarbonatate asupra mediului
• Comunicarea rezultatelor obtinute prin participare la manifestari stiintifice nationale/internationale
• Elaborare raport de cercetare

 

P2 – UPB – Facultatea de Chimie Industriala in calitate de partener va efectua urmatoarele activitati:

• Determinare  aptitudine la clincherizare a amestecurilor precursoare prin ATD
• Evaluare microstructurala si texturala a clincherului si cimentului cu provenit din amestecuri precursoare care contin mineralizatori.
  • Analiza microstructurala si texturala clincher (RX, SEM/EDX)
  • Caracterizare paste ciment (RX , ATD, SEM/EDX)
• Evaluare microstructurala si texturala a clincherului si cimentului cu provenit din amestecuri precursoare care contin deseuri necarbonatate.
  • Analiza microstructurala si texturala clincher (RX, SEM/EDX)
  • Caracterizare paste ciment (RX , ATD, SEM/EDX)
• Diseminarea rezultatelor obtinute prin comunicare/publicare lucrari la manifestari stiintifice nationale/internationale
• Elaborare raport de cercetare

 

P3 – Fundatia pentru Stiinta si Ingineria Materialelor – „SERBAN SOLACOLU” in calitate de partener va efectua activitati de diseminare prin organizare de Workshop-uri.

Etape de realizare

• Etapa I – Studiu privind posibilităţile de diminuare a consumului energetic şi a emisiilor de CO₂ la producerea clincherului (decembrie 2007)
• Etapa II – Tehnologie de laborator pentru realizarea clincherelor cu temperatură scăzută (iunie 2008)
• Etapa III – Evaluarea utilizării mineralizatorilor asupra microstructurii clincherului şi cimentului portland (ianuarie 2009)
• Etapa IV – Caracterizarea materiilor prime si dozaje de amestecuri brute in vederea realizarii clincherelor cu consum scazut de caldura si emisii de CO2 reduse (30 noiembrie 2009)
• Etapa V – Tehnologie de laborator pentru realizarea clincherelor cu consum redus de caldura si emisii de CO₂ reduse. Evaluarea utilizării deseurilor necarbonatate asupra microstructurii clincherului si cimentului portland cu consum scăzut de căldură şi emisii de CO₂ reduse (15 septembrie 2010)