lovesouthernsocial.com

Thành phần chính của xi măng, sản xuất clinker có thể rất ô nhiễm

Bạn đã bao giờ nghe nói về clinker? Cái tên này nghe có vẻ không quen thuộc, nhưng hãy lưu ý rằng nó phổ biến hơn bạn nghĩ rất nhiều. Các công trình xây dựng, nhà ở, vỉa hè, sân khấu và về cơ bản, bất kỳ công trình xây dựng dân dụng nào đều dựa vào xi măng là một trong những vật liệu cơ bản ... Và clinker là thành phần chính có mặt trong thành phần của xi măng.

Clinker là một vật liệu dạng hạt và cứng, như bạn có thể thấy trong hình dưới đây. Nhìn chung, có thể nói clinker được coi là một loại bột (bột) đồng nhất, được tạo thành từ các nguyên liệu thô và hỗn hợp khác nhau, khi gặp nhiệt độ cực cao sẽ biến thành đá. Quá trình sản xuất các chất này không hề đơn giản và có thể gây ra các tác động môi trường đáng kể.

Quy trình sản xuất

Clinker hay còn gọi là clinker Portland, được gọi là clinker, thu được từ quá trình đốt nguyên liệu thô trong lò quay ở nhiệt độ lên đến 1450 ° C. Nguyên liệu chính để sản xuất clinker là đá vôi, ngoài ra còn sử dụng đất sét và các oxit sắt, nhôm ở mức độ thấp hơn.

Vì vậy, bước đầu tiên là chiết xuất và "tinh chế" những nguyên liệu thô này. Đá vôi trải qua quá trình nghiền và nghiền sau khi được chiết xuất, cho đến khi thu được một loại bột mịn. Sau đó, một hỗn hợp đồng nhất được thực hiện, với tất cả các nguyên liệu cần thiết. Hỗn hợp này cũng đề cập đến một loại bột mịn và được gọi là "bột" hoặc "thô".

Vật liệu này sau đó được đưa vào lò quay, nơi nó được nung nóng đến nhiệt độ 1450 ° C, tại thời điểm đó xảy ra quá trình clinkerin hóa.

Trong hầu hết các trường hợp, nhiên liệu cung cấp cho lò nướng là từ các nguồn không thể tái tạo, chẳng hạn như dầu mỏ và than đá, góp phần tiêu cực vào các rủi ro và tác động đến môi trường. Trong số các nhiên liệu được sử dụng nhiều nhất, một số chất rắn nổi bật, chẳng hạn như than cốc dầu mỏ và xăng, và một số chất khí, chẳng hạn như khí tự nhiên. Trong số này, than cốc là nhiên liệu chính được sử dụng để sản xuất clinker, và điều này là do giá trị nhiệt lượng cao của nó cùng với chi phí thu mua thấp. Ngoài các loại nhiên liệu truyền thống này, các chất thải và phế liệu công nghiệp và sinh khối, than củi và phụ phẩm nông nghiệp cũng có thể được sử dụng để cung cấp thức ăn cho lò nướng.

Sau khi đi qua lò, vật liệu này được làm lạnh đột ngột bằng thổi khí để ổn định cấu trúc và thu hồi nhiệt. Đây là cách sản xuất clinker, nguyên liệu cơ bản cần thiết để sản xuất xi măng. Sau quá trình này, vật liệu thu được (clinker) được trộn với thạch cao (thạch cao) và các chất bổ sung khác (như đá vôi, pozzolan hoặc xỉ) để tạo ra các loại xi măng khác nhau.

Điều quan trọng cần nhấn mạnh là, trong quá trình nhiệt độ cao đạt được bên trong lò quay, phản ứng hóa học nung đá vôi xảy ra. Quá trình này đề cập đến thời điểm đá vôi (CaCO3) chuyển hóa thành vôi sống (CaO), giải phóng một lượng lớn khí CO2.

Tác động môi trường

Vì vậy, quá trình sản xuất clinker được coi là có khả năng gây ô nhiễm cao, chịu tác động môi trường đáng kể.

Nói chung, quá trình này đòi hỏi mức tiêu thụ năng lượng cao, cả dưới dạng nhiệt năng, bằng cách đốt nhiên liệu để đốt nóng lò quay, và dưới dạng năng lượng điện, được tiêu thụ trong toàn bộ quá trình công nghiệp để di chuyển máy móc và chế tạo quay các lò nướng. Tuy nhiên, hầu hết mức tiêu thụ này liên quan đến việc tiêu hao năng lượng nhiệt trong quá trình sử dụng nhiên liệu.

Mặc dù quá trình sản xuất vật liệu này không trực tiếp tạo ra chất thải rắn, vì tro từ việc đốt nhiên liệu trong lò quay thường được kết hợp trong chính clinker, nên có mức phát thải cao các chất ô nhiễm dạng khí và vật liệu dạng hạt trong suốt quá trình sản xuất clinker.

Việc đốt nhiên liệu trong lò, hầu hết từ các nguồn không thể tái tạo, thải ra các khí gây ô nhiễm khác nhau, chẳng hạn như carbon dioxide, oxit lưu huỳnh, oxit nitơ, cacbon monoxit, các hợp chất chì và vật chất dạng hạt, tất cả đều là chất gây ô nhiễm.

Và, ngoài nguồn phát thải đã biết này, như đã báo cáo trước đây, quá trình nung đá vôi cũng là một trong những yếu tố chính gây ra sự phát thải carbon dioxide trong quá trình sản xuất clinker, và do đó là xi măng, vì cứ 1.000 kg Canxit nung (CaCO3) tạo ra 560 kg CaO và 440 kg CO2, theo một nghiên cứu. Phản ứng hóa học của quá trình nung chiếm khoảng một nửa lượng CO2 thải ra trong quá trình này, trong khi năng lượng tiêu thụ dưới dạng nhiệt (đốt cháy nhiên liệu) chiếm phần còn lại.

Để sản xuất một tấn clinker, người ta ước tính rằng ngành công nghiệp xi măng thải ra từ 800 đến 1.000 kg carbon dioxide, bao gồm CO2 tạo ra do sự phân hủy đá vôi và việc đốt nhiên liệu hóa thạch để duy trì hoạt động của các lò nung.

Ngoài ra, trong giai đoạn đầu khai thác nguyên liệu, các tác động vật lý cũng có thể xảy ra, chẳng hạn như sạt lở đất ở các mỏ đá vôi và xói mòn do rung động tạo ra trong lòng đất. Và việc khai thác đất sét ở các con sông có thể làm sâu thêm các nguồn nước này, làm giảm lượng nước trong lòng đất và làm xáo trộn các môi trường sống hiện có, làm giảm tính đa dạng sinh học của một số vùng.

Ở Brazil, dựa trên dữ liệu từ Cơ quan khảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS - Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, bằng tiếng Bồ Đào Nha), và Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA - Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ), ước tính rằng sản xuất xi măng chịu trách nhiệm tới 7,7% lượng khí thải CO2 quốc gia tạo ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, trong đó sản xuất clinker là nguồn phát thải lớn nhất.

Giải pháp thay thế

Đồng xử lý

Một giải pháp thay thế nhằm giảm thiểu các tác động tạo ra trong quá trình sản xuất này là đồng xử lý. Đồng chế biến nổi lên như một chiến lược nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế (tiêu thụ năng lượng thấp hơn) của ngành xi măng. Kỹ thuật này bao gồm việc cung cấp cho lò quay những tàn dư từ các ngành công nghiệp khác, sử dụng ngày càng ít nhiên liệu hóa thạch và cũng giảm sản xuất chất thải.

Các vật liệu đã chọn trước đây được sử dụng, không có khả năng tái chế (tức là loại bỏ), có nhiệt trị cao và phải được loại bỏ hoàn toàn. Theo một số công ty quốc gia, trong quá trình này, không tạo ra nước thải lỏng và rắn, vì tro trước đây được gửi đến các bãi chôn lấp nay được đưa vào clinker mà không thay đổi ưu tiên của nó.

Do đó, nhiều vật liệu khác nhau có thể được đồng xử lý, chẳng hạn như lốp xe, mỡ, dầu đã qua sử dụng, mùn cưa, chất thải thực vật, đất bị ô nhiễm và bao bì. Bệnh viện, trong nước, chất phóng xạ, chất nổ và thuốc trừ sâu không được sử dụng. Cụ thể về lốp xe và trấu, các nhà nghiên cứu Miguel Afonso Sellitto, Nelson Kadel Jr., Miriam Borchardt, Giancarlo Medeiros Pereira và Jeferson Domingues, từ Unisinos, đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Ambiente & Sociedade (đọc toàn bộ bài báo tại đây) về việc tái sử dụng chúng. nguyên liệu sản xuất xi măng;

Điều quan trọng cần nhấn mạnh là Hội đồng Môi trường Quốc gia (Conama) khuyến cáo, đối với việc đốt chất thải trong lò nung clinker, nhà máy xi măng phải có đủ các điều kiện kỹ thuật và môi trường đáp ứng tiêu chuẩn khí thải theo quy định. Theo nghĩa này, nó phải có: dây chuyền sản xuất hiện đại, quy trình sản xuất ổn định, quy củ và tối ưu hóa; thiết bị hiệu quả cao để giữ lại các chất dạng hạt và khí rửa sinh ra trong quá trình đốt cháy; và các đầu đốt được thiết kế đặc biệt cho các loại nhiên liệu khác nhau.

Thay đổi công thức clinker

Một giải pháp thay thế khác được tìm thấy để giúp giảm lượng khí thải CO2 trong quá trình sản xuất clinker là tạo ra một “công thức” clinker mới. Để có ít CO2 được sử dụng trong quá trình thành phần của nó, các ngành công nghiệp xi măng đã bắt đầu thay thế một phần nguyên liệu này bằng xỉ lò cao - chất thải từ ngành thép - và cả tro bay - chất thải từ các nhà máy nhiệt điện đốt than.

Vấn đề lớn nhất liên quan đến phương án thay thế này là thực tế là ngành thép - cũng thải ra nhiều khí CO2 - và quá trình tạo ra tro bay không phát triển cùng tốc độ như các nhà máy xi măng, khiến các chiến lược dài hạn không khả thi.

Do hạn chế này, trong vài thập kỷ qua, ngành công nghiệp xi măng cũng đã sử dụng một loại vật liệu khác có thể thay thế một phần clinker trong công thức của nó: bột đá vôi hoặc 'chất độn đá vôi thô'. Filler là một nguyên liệu thô không yêu cầu xử lý nhiệt (nung) - một quá trình đòi hỏi tiêu thụ năng lượng cao và là nguyên nhân tạo ra phần lớn lượng khí thải CO2 trong ngành công nghiệp xi măng.

thu giữ carbon dioxide

Kỹ thuật thu giữ và lưu giữ carbon là vô cùng quan trọng để giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính này vào bầu khí quyển. Các kỹ thuật này sử dụng các cơ chế hóa lý để tách chất ô nhiễm này và các kỹ thuật nén khác để lưu trữ về mặt địa chất khí carbon dioxide thải ra từ các nguồn cố định, chẳng hạn như lò nung clinker được sử dụng trong sản xuất xi măng.

Trong khuôn khổ này, carbon dioxide nên được thu giữ và lưu trữ trước khi thải vào khí quyển. Đối với điều này, các ngành công nghiệp sẽ phải đầu tư vào công nghệ mới và sự thích ứng của các nhà máy của họ, điều này sẽ đòi hỏi một khoản đầu tư lớn, dẫn đến việc tăng giá thành sản phẩm cuối cùng.