Исследователи предложили сделать производство цемента более энергоэффективным и экологичным

Создание цемента доступно человечеству давно, и все же процесс можно бесконечно совершенствовать.

К такому мнению пришли ученые из университета Райса, которые предположили, что цемент можно сделать еще более эффективным.

Аспирант Лю Чен и материаловед Ружбех Шахсавари подсчитали, что более тонкая настройка процесса, с которой круглые глыбу силиката кальция под названием клинкеры превращаются в цемент, позволит сохранить много энергии.

Новые результаты детализированы в издании Applied Materials and Interfaces.

Производители наиболее распространенного типа цемента — портландцемента — производят клинкеры, нагревая сырье в ротационной печи и размалывая его в порошок, который и становится цементом. Смешанный с водой, цемент становится клеем, скрепляющим бетон. Прежнее исследование Шахсавари с коллегами, анализировавшими молекулярную структуру цемента, отметило, что во всем мире производство цемента выделяет в атмосферу до 10% от общего объема углекислого газа.

Исследователи проанализировали кристаллическую и атомарную структуру пяти фаз охлаждения клинкеров после печи. Они сосредоточились на внутренних напряжениях, которые приводят к тому, что некоторые из клинкеров становятся более хрупкими и ломкими, чем другие. Также ученые исследовали неизбежные дефекты под названием винтовые дислокации, которые производят смещения в сырье, что влияет на качество смешивания порошка с водой. Подобная реактивность определяет конечную прочность цемента.

Выяснилось, что клинкеры в наиболее горячем состоянии оказались не только наиболее ломкими, но и наиболее реактивными. Исследование может стимулировать производителей объединить промышленные процессы и сократить энергию стадии размола, которая в настоящее время составляет 10-12% от общего объема энергии, требуемой для производства цемента. На каждую тонну цемента в атмосферу выбрасывается примерно 50 кг углекислого газа.

«Дефекты формируются естественным путем, и с этим ничего не поделаешь», сказал Шахсавари. „Однако чем более ломкие клинкеры, тем проще их размолоть. Мы выяснили, что начальная фаза после печи является наиболее ломкой, и что дефекты переносятся в порошок. Именно в этих местах молекулы воды охотно вступают в реакцию“.

14.01.2015