Realizari ETAPA III

Obiectivele specifice acestei faze au fost următoarele:

1. Evaluarea efectului utilizării mineralizatorilor asupra calitatii clincherului si cimentului:
– Realizarea amestecurilor brute cu mineralizatori, eficiente din punct de vedere energetic
– Caracterizarea structural-texturală şi mineralogică a clincherelor obtinute (prin microscopie optica, microscopie electronic cu baleiaj (tip SEM) cuplată cu sonda EDAX, analiză difractometrică cu raze X şi porozimetrie, determinare conţinut metale grele, analiză chimică)
-Realizare cimenturi din clinchere de laborator
-Caracterizare cimenturi obţinute
-Evaluare activitate hidraulica a cimenturilor obtinute din clincher de laborator prin metode fizico-mecanice şi chimice (analiza ATD, analiza RX, analize SEM/EDX, rezistenţe mecanice, apă legată chimic, căldură de hidratare)

2. Diseminarea pe scara larga prin comunicarea si publicarea nationala sau internationala a rezultatelor
Etapa a fost realizata de CO – CEPROCIM SA si partenerii P2 – UPB su P3 – Fundatia pentru Stiinta si Ingineria Materialelor “Serban Solacolu”.
Pe baza rezultatelor obtinute anterior au fost selectate, pentru această etapă a proiectului, acele reţete eficiente din punct de vedere energetic, care s-au dovedit a avea influenţă benefică asupra aptitudinii la clincherizare a amestecului brut şi care ar putea să constituie o modalitate reală de reducere a consumurilor energetice şi a emisiilor de CO₂ la fabricarea clincherelor portland.
S-au preparat amestecuri brute din materii prime uzuale (calcar, argilă si cenuşă de pirită) caracterizate prin grad de saturare in calce de 0,98 si modul de silice aproximativ 2 (amestec curent utilizat in fabricile de ciment din tara), care au fost aditivate cu diferite proporţii de substanţe mineralizatoare. In calitate de mineralizatori au fost utilizate substanţe din clasa fluorurilor (NaF şi KF), oxizilor (SnO₂, TiO₂ şi CuO) şi combinaţii mixte fluorură-oxid (NaF+SnO₂ şi NaF+CuO). Alegerea temperaturii de tratament s-a realizat pe baza rezultatelor preliminare obţinute în faza anterioară, considerându-se valori cuprinse între 1350 – 1430^oC în cazul făinilor cu mineralizatori, respectiv 1450^oC în cazul făinii etalon (de referinţă)
Evaluarea efectul mineralizatorilor tip fluorură, oxid şi combinaţie fluorură-oxid, asupra calităţii clincherului rezultat in condiţii eficiente energetic, dar şi a cimentului obtinut din asemenea clinchere, precum si evaluarea activitatii sale hidraulice, s–a făcut comparativ cu cea a materialului fără mineralizator (etalon).

S-au constat urmatoarele:
• Prin utilizarea mineralizatorilor este posibilă scăderea temperaturii de clincherizare a amestecului brut cu 30 – 100 ^oC, ceea ce determina un efect pozitiv asupra consumului de energie. Reducerea temperaturii depinde de tipul şi proporţia mineralizatorului: astfel, probele cu 0,5 – 0,8% NaF au determinat o reducere cu 50 – 70^oC, cele cu 0,5 – 0,8% KF, TiO₂, CuO şi 0,5 – 1,0% SnO₂ cu 30 – 50^oC, in timp ce probele cu 0,5% NaF+0,5% SnO₂ cu 70 – 100^oC.
• Din punct de vedere structural si mineralogic, calitatea clincherelor obţinute este bună – clincherele sunt tipic clinchere Portland alitice. Analizele de microscopie optica, electronica şi porozimetrie au evidenţiat faptul că prezenţa mineralizatorilor contribuie la reducerea porozitatii clincherului şi la creşterea dimensiunii cristalelor de alit şi belit, comparativ cu clincherul de referinţă. Spre exemplu, utilizarea NaF determină reducerea porozitatii totale la 9,03%, faţă de 41,51% cat s-a decelat in clincherul etalon, peste 65% din pori avand dimensiuni cuprinse intre 2 – 1 µm. In prezenţa mineralizatorilor, cristalele de alit cresc pana la 45 – 60 µm, faţă de 30 µm in clincherul etalon.
• Analiza clincherelor prin difractometrie cu raze X nu a evidenţiat formarea unor noi compuşi în clinchere, ci doar faptul că la utilizarea oxilor ca mineralizatori, au loc deplasări ale liniei specifice fazei feritaluminatice, ceea ce sugerează inglobarea acestora in reţeaua acestui compus.
• In general, toate clincherele mineralizate au avut un efect pozitiv asupra dezvoltării rezistenţelor, in special la 7 şi 28 zile, dar şi după 2 zile. Toate cimenturile s-au situat intr-o clasă de rezistenţă superioară, cu excepţia cimentului obţinut din clincher mineralizat cu CuO care s-a situat in aceeaşi clasă de rezistenţă.
• Rezultatele obţinute in urma studierii hidratării pastelor de ciment realizată prin analizele termice complexe tip DTA si TG, determinări de apă legată chimic, analiză difractometrică cu raze X şi căldură de hidratare s-au corelat bine cu evoluţia caracteristicilor fizico-mecanice ale cimenturilor. Se poate constata o buna corelatie intre evolutia gradului de hidratare, in timp a alitului (apreciata pe baza datelor obtinute prin difractie de raze X) si cantitatea de hidroxid de calciu, calculata pe baza datelor obtinute prin termogravimetrie, dar şi cu cantitatea de apă legată chimic.
S-a constatat o influenţă mai accentuat favorabilă a florurilor, in general, asupra cineticii de hidratarii alitului, dar şi a SnO₂, precum si combinatiei fluorura-oxid.

Prin utilizarea mineralizatorilor in procesul de fabricare a clincherului de ciment portland se poate obtine un clincher, respectiv ciment portland cu caracteristici mecanice superioare cimentului provenit din arderea amestecului brut nemineralizat, in conditiile reducerii temperaturii de clincherizare cu 20-100⁰C, functie de natura si proportia substantei mineralizatoare.

Toate aceste informaţii se constituie intr-un suport de date pentru realizarea unor clinchere de ciment portland in conditii avantajoase din punct de vedere calitativ, energetic şi al emisiilor de CO₂.

• Rezultatele proiectului au fost diseminate, atat in cadrul unor conferinte nationale si internationale, cat si prin publicare in reviste de specialitate.

Conferinte
1. Jenica Paceagiu, Florin Amzica, Teofil Chendrean, Tatiana Paraschiv, Effect on NaF and SnO₂ on portland cement clinker fabrication, IV^th International Conference on Times of Polymers (TOP) and Composites, Ischia, Italy, 21 – 24 september 2008
2. Jenica Paceagiu, Alina Badanoiu, Florin Amzica, Georgeta Voicu, Influenta unor mineralizatori asupra formării clincherului de ciment portland, Conferinta Materialelor Oxidice si Silicatice CONSILOX 10, Timisoara, Romania, 10 – 14 septembrie 2008

Articole
1. Jenica Paceagiu, Florin Amzica, Teofil Chendrean, Tatiana Paraschiv, Effect on NaF and SnO₂ on portland cement clinker fabrication, AIP Conference Proceedings, Volume 1042, pp.258-260 (2008), ISSN si ISBN: 978-0-7354-0570-7/08.
2. Alina Badanoiu, Jenica Paceagiu, Georgeta Voicu, Evaluation of some mineral additions effect on the burnability of raw mix in cement production, Scientific Bulletin of University POLITEHNICA Bucharest, Series B: Chemistry and Materials Science, ISSN 1454-2331 (in pres)

Altele tipuri de publicatii
Realizarea de către Fundatia pentru stiinta Materialelor Serban Solacolu a machetei rezumatului proiectului ECO-CLINKER si publicarea in cadrul Revistei Romane de Materiale nr. 1/2009, indexata ISI, cod ISSN 1583-3186.