Βελτίωση εψησιμότητας μίγματος πρώτων υλών παραγωγής κλίνκερ
Authors: Κολοβός Κωνσταντίνος 
Published: January 2014

Το θέμα της Διδακτορικής Διατριβής είναι η Βελτίωση Εψησιμότητας Μίγματος Πρώτων Υλών Παραγωγής Κλίνκερ. Στόχος της εργασίας είναι η βελτίωση της εψησιμότητας του μίγματος των πρώτων υλών που χρησιμοποιείται για την παραγωγή κλίνκερ μέσω της προσθήκης σε αυτό δευτερευόντων στοιχείων, η κατάταξή των με βάση τη δραστικότητά τους και η αποτίμηση της επίδρασής τους στη δομή του κλίνκερ και στις ιδιότητες του τσιμέντου. Η εργασία περιλαμβάνει 3 διακριτά στάδια: Διερεύνηση της επίδρασης δευτερευόντων στοιχείων στο τετραμερές σύστημα CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3. Το στάδιο αυτό περιλαμβάνει την μελέτη της επίδρασης του είδους και της συγκέντρωσης προσθήκης των δευτερευόντων στοιχείων στη δραστικότητα του συστήματος CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3 και την μελέτη της δομής και των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των προϊόντων έψησης. Όπως προέκυψε, η εισαγωγή δευτερευόντων στοιχείων στο τετραμερές σύστημα CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3, ακόμη και σε μικρές συγκεντρώσεις, διαφοροποιεί σημαντικά τη δραστικότητά του κατά την έψηση. Η συστηματική και συγκριτική καταγραφή της επίδρασης 20 κατιόντων και 8 ανιονικών ομάδων, κατέληξε στο ότι η δράση των προσθέτων συνδέεται με μεταβολές των φυσικοχημικών ιδιοτήτων της υγρής φάσης (η δράση εντοπίζεται στο τελικό στάδιο της έψησης και είναι ανάλογη με το μέγεθος του στοιχείου ή αντιστρόφως ανάλογη με την ηλεκτραρνητικότητά του, π.χ. W, Ta, Ti, Mo, Nb, Pb, Cd, Zr, Co, Zn, Ni, Ba, Li), με μια μετατόπιση της αντίδρασης σχηματισμού του αλίτη (η δράση αυτή συνδέεται με αυξημένη διαλυτότητα των στοιχείων Cr, Sr, B στη φάση του βελίτη) και με την επίδραση των προστιθεμένων στοιχείων στις αντιδράσεις συνδυασμού των τεσσάρων κυρίων συστατικών. Στην τελευταία περίπτωση οι διαφοροποιήσεις είναι εμφανείς και στην περιοχή των αντιδράσεων μεταξύ στερεών σε χαμηλές θερμοκρασίες (Cu, Sn). Σύνθεση και μελέτη τροποποιημένων τσιμέντων με CuO και ZnO. Στο στάδιο αυτό παρασκευάσθηκαν τσιμέντα από τροποποιημένα κλίνκερ, προερχόμενα από έψηση μιγμάτων βιομηχανικών πρώτων υλών με προσθήκη 1.0% w/w CuO και ZnO, ενώ μελετήθηκε η ενυδάτωση, οι μηχανικές και φυσικές ιδιότητες και η εκπλυσιμότητα των τροποποιημένων τσιμέντων. Όπως προέκυψε, η ενσωμάτωση των προστιθεμένων στοιχείων Cu και Zn στο κλίνκερ αναιρεί την τυχόν αρνητική επίδρασή τους στο ρυθμό ενυδάτωσης που επιφέρουν όταν προστίθενται στο τσιμέντο. Η προσθήκη CuO και ZnO στο μίγμα πρώτων υλών για την παραγωγή κλίνκερ έχει θετική επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες των αντίστοιχων τσιμέντων, χωρίς να προκαλεί σημαντική διαφοροποίηση στις φυσικές ιδιότητες. Kατά περίπτωση μελέτη της χρήσης Ελληνικών ορυκτών ως βελτιωτικών έψησης. Το στάδιο αυτό περιλαμβάνει την επιλογή και τον χαρακτηρισμό Ελληνικών ορυκτών για την εισαγωγή συγκεκριμένων στοιχείων στο μίγμα πρώτων υλών σε ποσοστά προσθήκης από 0.5-2.0% w/w, τη θερμική μελέτη της έψησης, την παραγωγή κλίνκερ και μελέτη της δομής τους, την παρασκευή τσιμέντων και τη μελέτη της ενυδάτωσης και των φυσικών και μηχανικών τους ιδιοτήτων. Η κατά περίπτωση μελέτη για τη χρήση Ελληνικών ορυκτών έδειξε ότι η προσθήκη βολφραμίτη (κύριο συστατικό: FeWO4), αντιμονίτη (κύριο συστατικό: Sb2S3) και μίγματος βολφραμίτη-αντιμονίτη έχει θετική επίδραση κατά την έψηση χωρίς να διαφοροποιεί σημαντικά τις μηχανικές και φυσικές ιδιότητες του παραγόμενου τσιμέντου, σε αντίθεση με την προσθήκη κολεμανίτη (κύριο συστατικό: Ca2B6O11.5H2O) και σελεστίνη (κύριο συστατικό: SrSO4), η οποία έχει αρνητική επίδραση στην εψησιμότητα του μίγματος πρώτων υλών, ευνοώντας το σχηματισμό και τη σταθεροποίηση του βελίτη εις βάρος της φάσης του αλίτη. Με βάση τα παραπάνω προκύπτει ότι η εισαγωγή δευτερευόντων στοιχείων με την προσθήκη επιλεγμένων δευτερογενών υλικών μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική βελτίωση της εψησιμότητας του μίγματος πρώτων υλών παραγωγής κλίνκερ, μεταβάλλοντας τη δραστικότητά του κατά την έψηση, παρά τα σχετικά χαμηλά επίπεδα προσθήκης. Με βάση τα συμπεράσματα που προέκυψαν κατά την μελέτη της δράσης μεμονωμένων στοιχείων στη δραστικότητα του τετραμερούς συστήματος CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3 μπορεί να γίνει, με ικανοποιητική αξιοπιστία, μία αρχική εκτίμηση της επίδρασης σύνθετων προσθέτων σε βιομηχανική φαρίνα. Επειδή, όμως, οι διαδικασίες της έψησης και ενυδάτωσης είναι σύνθετες και επειδή η ταυτόχρονη δράση πολλών δευτερευόντων στοιχείων δεν μπορεί να θεωρηθεί αθροιστική, η χρήση συγκεκριμένων υλικών ως βελτιωτικά έψησης θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως κατά περίπτωση μελέτη που θα καλύπτει τόσο το στάδιο της έψησης όσο και τις ιδιότητες του τελικού προϊόντος.