Ce este cimentul Portland?

Mulți oameni confundă termenii „ciment” și „beton”. Cimentul Portland este un produs fabricat care este un ingredient în diverse produse din beton. Cimentul Portland este vândut sub formă de pulbere fină care este amestecată cu apă și agregate pentru a obține beton de ciment Portland (PCC). Cimentul Portland este compus din silicați de calciu, aluminate de calciu, aluminoferite de calciu și, de obicei, puțin gips. Când se adaugă apă în ciment, mineralele de calciu se hidratează și formează un gel. Acest gel este cel care ține agregatele împreună în beton.

Există opt tipuri de cimenturi Portland, fiecare cu utilizări și cerințe chimice speciale. Cu toate acestea, procesul de fabricare este, în esență, același și este un produs al unei operațiuni în cuptor. Fabricarea cimentului este un proces în două etape. Materiale precum calcarul care conțin oxid de calciu sunt amestecate cu materiale de siliciu și alumină, cum ar fi nisipul, șisturile sau argila. Materiile prime sunt de obicei uscate și măcinate, iar apoi amestecul este încălzit într-un cuptor rotativ pentru a forma clincher. Clinkerul este apoi amestecat cu gips și alte materiale și măcinat în pulbere fină (sită de 200 de ochiuri) cunoscută sub numele de ciment Portland.

Cum se utilizează nisipul de turnătorie în fabricarea cimentului Portland?

Nisipul de turnătorie este considerat un „material alternativ” care poate fi înlocuit cu materii prime virgine. Materiile prime utilizate în fabricarea cimentului Portland trebuie să conțină proporții adecvate de oxid de calciu, silice, alumină și oxid de fier. Amestecurile de ciment Portland conțin de obicei 10-12% silice în greutate și oxizi de alumină și de fier (2-5% în greutate). Aceste componente minerale sunt componente semnificative ale majorității nisipurilor de turnătorie, care, prin urmare, pot înlocui mineralele virgine. Conform unui studiu realizat în 2008 de Portland Cement Association, 13 dintre cuptoarele de ciment din țară se aprovizionau cu nisip de turnătorie. Scoria de cupola măcinată poate fi, de asemenea, utilizată ca materie primă pentru fabricarea cimentului.

Cum se comportă cimentul Portland folosind nisip de turnătorie?

Cimentul Portland fabricat cu nisip de turnătorie îndeplinește toate cerințele de calitate și performanță ale cimentului Portland fabricat numai cu materiale virgine. Un studiu al Societății Americane de Turnătorie a indicat că cimentul Portland fabricat cu nisip de turnătorie poate prezenta rezistențe la compresiune mai mari decât cimentul Portland fabricat cu materii prime convenționale.

Sablonul de turnătorie este utilizat ca materie primă de fabricație în producția de ciment Portland. Diferitele tipuri de ciment Portland au cerințe chimice și fizice diferite din cauza diverselor utilizări ale cimentului. Standardul ASTM C-150, Standard Specification for Portland Cement, desemnează diferitele tipuri de ciment Portland.

Care sunt problemele tehnice asociate cu nisipul de turnătorie în fabricarea cimentului Portland?

Consistența chimică a nisipurilor de turnătorie este mai importantă decât caracteristicile fizice în determinarea adecvării pentru fabricarea cimentului Portland. Conținutul de siliciu al nisipurilor de turnătorie depășește conținutul minim de siliciu de 80% pe care îl cer cuptoarele de ciment Portland, iar prezența altor elemente, cum ar fi fierul și aluminiul, reprezintă un avantaj. Conținutul de argilă al nisipului de turnătorie poate fi o problemă dacă pune probleme de fluiditate în cuptoarele de ciment cu procese de amestecare a materiilor prime umede.

Deși nisipul de turnătorie poate fi o materie primă excelentă pentru fabricarea cimentului Portland, distanțele de transport pot fi un impediment pentru aprovizionarea cu mai multe nisipuri de turnătorie pentru cuptoarele de ciment Portland. Există doar 118 cuptoare de ciment în Statele Unite, dintre care unele dețin cariere adiacente în care calcarul și alte agregate virgine sunt procesate pentru producția de ciment.

Există probleme specifice de asigurare/control al calității de care furnizorii și/sau utilizatorii finali trebuie să fie conștienți?

Nisipul de turnătorie cernut poate fi un material de dorit pentru materia primă pentru fabricarea cimentului, dacă distanțele de transport nu împiedică utilizarea sa. Sistemele de alimentare a cuptoarelor sunt concepute pentru a manipula materiale de mărimea unui grăunte, iar nisipul de turnătorie cernut este deja un agregat fin. Aceasta înseamnă că utilizarea nisipului de turnătorie evită costurile și impactul asupra mediului pe care îl are măcinarea altor materii prime.

Nisipul de turnătorie destinat unui cuptor de ciment ar trebui să fie cernut pentru a fi lipsit de toate resturile, de fundurile de miez, de metal vagabond și de materiale străine. Tramp metal, în special, poate deteriora sistemele de alimentare ale cuptorului. Miezurile de miez pot fi măcinate și amestecate cu alte fluxuri de nisip, atâta timp cât se menține consistența chimică. Nisipurile de turnătorie pe bază de silicat de sodiu trebuie evitate, deoarece acest tip special de liant modifică compoziția chimică a cimentului. Cel mai mare dezavantaj pentru creșterea utilizării nisipului de turnătorie în fabricarea cimentului este obținerea cantităților necesare de nisip cernut în mod constant.

Există probleme specifice de mediu asociate cu utilizarea nisipului de turnătorie în cimentul Portland?

Asociația Cimentului Portland a stabilit un program pentru a face fabricarea și utilizarea cimentului Portland mai durabile. Utilizarea nisipului de turnătorie în procesul de fabricare a cimentului Portland ajută la crearea unui produs mai durabil. Cantități enorme de materii prime care conțin var, silice, alumină și oxid de fier sunt necesare pentru a satisface cererea de ciment Portland. Fabricarea cimentului este o activitate industrială foarte energo-intensivă. Pe lângă faptul că reduce utilizarea materialelor virgine, utilizarea nisipului de turnătorie economisește energie prin evitarea exploatării miniere, a zdrobirii și a măcinării materiilor prime virgine până la dimensiunea granulelor.