Che cos’è il cemento Portland?

Molte persone confondono i termini “cemento” e “calcestruzzo”. Il cemento Portland è un prodotto manifatturiero che è un ingrediente di vari prodotti in calcestruzzo. Il cemento Portland è venduto come una polvere fine che viene mescolata con acqua e aggregati per fare cemento Portland (PCC). Il cemento Portland è composto da silicati di calcio, alluminati di calcio, alluminoferriti di calcio e solitamente gesso. Quando l’acqua viene aggiunta al cemento, i minerali di calcio si idratano e formano un gel. Questo gel è ciò che tiene insieme l’aggregato nel cemento.

Ci sono otto tipi di cementi Portland, ognuno con un uso speciale e requisiti chimici. Il processo di fabbricazione, tuttavia, è essenzialmente lo stesso ed è un prodotto di un forno. La fabbricazione del cemento è un processo a due fasi. Materiali come il calcare che contengono ossido di calcio sono mescolati con materiali di silice e allumina come sabbia, scisto o argilla. Le materie prime sono di solito essiccate e macinate, e poi la miscela viene riscaldata in un forno rotativo per formare il clinker. Il clinker viene poi mescolato con gesso e altri materiali e macinato nella polvere fine (setaccio da 200 mesh) conosciuta come cemento Portland.

Come viene usata la sabbia di fonderia nella produzione del cemento Portland?

La sabbia di fonderia è considerata un “materiale alternativo” che può essere sostituito alle materie prime vergini. Le materie prime utilizzate nella produzione del cemento Portland devono contenere proporzioni appropriate di ossido di calcio, silice, allumina e ossido di ferro. Le miscele di cemento Portland contengono tipicamente il 10-12% di silice in peso e ossidi di allumina e ferro (2-5% in peso). Questi componenti minerali sono componenti significativi della maggior parte delle sabbie di fonderia, che possono quindi sostituire i minerali vergini. Secondo un sondaggio del 2008 della Portland Cement Association, 13 dei forni da cemento della nazione si rifornivano di sabbia di fonderia. Anche le scorie di cupola macinate possono essere utilizzate come materia prima per la fabbricazione del cemento.

Come si comporta il cemento Portland con la sabbia di fonderia?

Il cemento Portland prodotto con la sabbia di fonderia soddisfa tutti i requisiti di qualità e prestazioni del cemento Portland fatto solo con materiali vergini. Uno studio dell’American Foundry Society ha indicato che il cemento Portland prodotto con sabbia di fonderia può mostrare una maggiore resistenza alla compressione rispetto al cemento Portland prodotto con materie prime convenzionali.

La sabbia di fonderia è usata come materia prima nella produzione del cemento Portland. Diversi tipi di cemento Portland hanno diversi requisiti chimici e fisici a causa dei diversi usi del cemento. La norma ASTM C-150, specifica standard per il cemento Portland, designa i diversi tipi di cemento Portland.

Quali sono i problemi tecnici associati alla sabbia di fonderia nella produzione di cemento Portland?

La consistenza chimica delle sabbie di fonderia è più importante delle caratteristiche fisiche nel determinare l’idoneità alla produzione di cemento Portland. Il contenuto di silice delle sabbie di fonderia supera il contenuto minimo di silice dell’80% richiesto dai forni per cemento Portland e la presenza di altri elementi come ferro e alluminio è un vantaggio. Il contenuto di argilla della sabbia di fonderia può essere un problema se pone problemi di fluidità nei forni da cemento con processi di miscelazione delle materie prime umide.

Anche se la sabbia di fonderia può essere un’eccellente materia prima per la produzione di cemento Portland, le distanze di trasporto possono essere un ostacolo per ottenere più sabbie di fonderia per i forni da cemento Portland. Ci sono solo 118 forni per cemento negli Stati Uniti, alcuni dei quali possiedono cave adiacenti dove il calcare e altri aggregati vergini vengono lavorati per la produzione di cemento.

Ci sono problemi specifici di QA/QC di cui i fornitori e/o gli utenti finali devono essere consapevoli?

La sabbia di fonderia vagliata può essere un materiale desiderabile per l’alimentazione della produzione di cemento se le distanze di trasporto non ne precludono l’uso. I sistemi di alimentazione dei forni sono progettati per gestire materiali a granulometria e la sabbia di fonderia vagliata è già un aggregato fine. Ciò significa che l’uso della sabbia di fonderia evita i costi e gli impatti ambientali della macinazione di altre materie prime.

La sabbia di fonderia destinata a un forno per cemento dovrebbe essere vagliata per essere priva di tutti i detriti, mozziconi di anime, metalli di scarto e materiali estranei. Il metallo di scarto, in particolare, può danneggiare i sistemi di alimentazione del forno. I mozziconi di anime possono essere macinati e mescolati con altri flussi di sabbia, purché venga mantenuta la consistenza chimica. Le sabbie di fonderia al silicato di sodio dovrebbero essere evitate perché quel particolare tipo di legante cambia la chimica del cemento. Il più grande detrimento per aumentare l’uso delle sabbie di fonderia nella produzione di cemento è ottenere le quantità necessarie di sabbia vagliata su una base costante.

Ci sono problemi ambientali specifici associati all’uso della sabbia di fonderia nel cemento Portland?

La Portland Cement Association ha stabilito un programma per rendere più sostenibile la produzione e l’uso del cemento Portland. L’uso della sabbia di fonderia nel processo di produzione del cemento Portland aiuta a creare un prodotto più sostenibile. Per soddisfare la domanda di cemento Portland sono necessarie enormi quantità di materie prime contenenti calce, silice, allumina e ossido di ferro. La produzione di cemento è un’attività industriale ad alta intensità energetica. Oltre a ridurre l’uso di materiale vergine, l’uso della sabbia di fonderia permette di risparmiare energia evitando di estrarre, frantumare e macinare le materie prime vergini fino alla dimensione dei grani.