Capitolul 1 Holban Ed1 25.07.2016 [305141]

PARTEA TEORETICĂ

Capitolul I – CARACTERISTICI PRINCIPALE ALE FABRICI DIN INDUSTRIA CIMENTULUI ȘI A CERAMICII

Una dintre probleme mediului deșeurilor. [anonimizat], în România se generează anual milioane de tone de deșeuri. , mari cantități de deșeuri în depozitele de deșeuri care ocupăsuprafețe mari de teren și au impact negativ asupra mediului.

Legislația europeană și românească definesc deșeul ca fiind “orice substanță sau obiect pe care deținătorul îl aruncă ori are intenția sau obligația să îl arunce”

Fig. 1.. Strategia Naționala de Gestionare a Deșeurilor 2014 – 2020

[anonimizat], făcându-le mai ușor de reciclat

îmbunătățirea sistemelor de colectare a deșeurilor.

[anonimizat], [anonimizat]-[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] a localităților, incinerarea deșeurilor.

ndustria este în măsură să utilizeze multe tipuri de deșeuri industriale și să dispună de experiență în acest domeniu pentru identificarea unor soluții avantajoase ecologic privind și valorificarea deșeurilor.

Materialele de construcție sunt materiale naturale sau artificiale folositeîn construcții. Drept pentru fabricarea materialelor de materialele de proveniență minerală (calcar, pietriș, nisip, gips, granit, marmură ș.a.), de proveniență vegetală (lemn, deșeuri agricole etc.), unele produse ale  (bitum, polimeri, gudroane etc.).

, materialele de se împart în:

[anonimizat], poroase sau compacte ([anonimizat], granit, gresie ș.a.) și artificiale (cărămidă, olane etc.).

lianți (varul, cimentul, ipsosul, [anonimizat], bitumurile, gudroanele, rășinile etc.) Varul de construcție se folosește ca liant de bază pentru mortare de tencuială sau ca adaos plastifiant la mortarele de ciment. Ipsosul de construcție este unul dintre cei mai răspândiți lianți aerieni. Cimentul (Portland, [anonimizat], aluminoas, expansiv, [anonimizat]) se folosește în di domenii ale construcțiilor.

agregate naturale și artificiale. [anonimizat], [anonimizat] ș.a.

[anonimizat].

materiale termoizolante pentru protecția construcțiilor contra încălzirii sau pierderilor de căldură.

[anonimizat].

[anonimizat], plăcile și foile de căptușeală etc.

În unități de producere a materialelor de construcții

Fig. 1. – Unități de fabricare a materialelor de construcții

Fabricarea cimentului

Cimentul este unul dintre materiale folosite în construcția locuințelor și a infrastructurii, fiind însă un mare consumator de energie și materii prime. După cum sunt enumerate de către Consiliul Central de Control al Poluării, industria cimentului este una dintre cele 17 industrii cele mai poluante și una dintre industriile de bază implicate în dezvoltarea unei țări. Cimentul este materialul cel mai utilizat în întreaga lume .

Fig. 1.3. – Emisia globală de CO2

Conform pentru a produce o tonă de clincher se emit, în medie, 825 kg de CO2, excluzând emisiile de la generarea electricității.Cele mai performante fabrici au emisii de aproximativ 650 kg CO2 per tonă de clincher .

Orice reducere a energiei necesare are influență benefică atât asupra viabilității fabricii de ciment, cât și asupra mediului înconjurător. În contextul îndeplinirii angajamentelor asumate în Protocolul de la Kyoto, industria cimentului trebuie să găsească în continuare modalități de diminuare a emisiilor cu efect de seră, în particular a emisiilor de CO2 .

Abordările care vizează reducerea consumurilor energetice și a emisiilor de CO2 la fabricarea clincherului de ciment portland sunt direcționate, în special, către îmbunătățirea randamentului instalațiilor, în vederea diminuării pierderilor de căldură și substituția combustibililor fosili cu combustibili alternativi de tipul uleiuri uzate, anvelope uzate etc, fiind mai puțin abordată înlocuirea materiilor prime tradiționale (calcarul și argila) cu alte materiale care conțin CaO într-o formă necarbonatată, SiO2, Al2O3 si Fe2O3 .

Conform CEMBUREAU, 90% din totalul fabricilor de ciment din Europa sunt dotate cu coșuri eficiente energetic, astfel că în ultimii 20 de ani, industria europeană de ciment a redus emisiile de CO2 per tonă de ciment de la 719 kg în 1990, la 660 kg în 2010 .

Pe termen scurt, pentru reducerea emisiilor din industria cimentului sunt trei acțiuni critice care trebuie îndeplinite:

îmbunătățirea eficienței energetice a procesului,

reducerea conținutului de clincher al cimentului cu substituenți minerali

înlocuirea cărbunelui și cocsului cu combustibili alternativi cu conținut scăzut de carbon .

Conservarea resurselor naturale neregenerabile a fost obținută prin valorificarea deșeurilor ca materii prime pentru producerea clincherului și combustibili alternativi. Prin această valorificare, industria cimentului contribuie la rezolvarea problemelor societății privind deșeurile prin reducerea cantității de deșeuri depozitată (cu beneficii adiționale în reducerea emisiilor de CO2) .

Încă de când primul ciment Portland a fost produs în 1843 de către William Aspdin a existat un continuu proces de evoluție a tehnologiei de producere a cmentului .

Clincherul de ciment Portland este componentul principal al tuturor sortimentelor de ciment, asigurând acestora caracteristicile necesare pentru utilizarea în construcții (rezistențe mecanice, timp de priză, stabilitate etc.).

Procesul chimic de bază al fabricării cimentului constă în descompunerea carbonatului de calciu (CaCO3) la circa 9000C în oxidul de calciu (CaO, var) și dioxidul de carbon (CO2); acest proces este cunoscut sub numele de calcinare. Acesta este urmat de procesul de clincherizare în care oxidul de calciu reacționează la o temperatură ridicată (de obicei 1400-1500oC) cu SiO2, Al2O3 și oxid feros pentru a forma silicați, aluminați și feriți de calciu care sunt înglobați în clincher. Clincherul este apoi concasat sau măcinat împreună cu gipsul și alți aditivi pentru obținerea cimentului .

Principala etapă în producerea cimentului o reprezintă obținerea produsului intermediar denumit clincher, rezultat prin arderea amestecului brut de materii prime care să furnizeze oxizii necesari formării clincherului: CaO, SiO2, Al2O3 și Fe2O3 la temperaturi de aproximativ 1450-1500 °C.

Clincherizarea amestecului brut de materii prime reprezintă operația tehnologică care necesită cel mai mare consum de energie din procesul de a cimentului portland și generează aproximativ 0% din emisiile de CO2 rezultate în procesul de obținere a cimentului . Pentru producerea unei tone de ciment sunt necesare aproximativ 1, tone materii prime .

Mai jos, în figura 1.4. este prezentată o sinteză a proceselor care se desfășoară la fabricarea cimentului.

Fig. 1.4. Procesele care au loc la fabricarea clincherului de ciment Portland

Există patru procedee principale pentru obținerea cimentului: procedeul uscat, semi-uscat, semi-umed și umed:

procedeul uscat materiile prime sunt măcinate și uscate până ajung în stadiu de făină brută. Făina este alimentată într-un cuptor cu schimbător de căldură sau precalcinator sau, mai rar, într-un un cuptor lung.

procedeul semi-uscat făina brută este granulată cu ajutorul apei și alimentată la un schimbător de căldură cu grătar înainte de cuptor sau într-un cuptor lung dotat cu bare încrucișate.

procedeul semi-umed pasta este mai întâi deshidratată cu ajutorul filtrelor presă. Turta filtrată este extrudată în granule și alimentată fie într-un schimbător de căldură cu grătar sau direct într-un filtru presă uscător pentru producerea făinii.

procedeul umed materiile prime (adesea cu un conținut ridicat de umiditate) sunt măcinate în apă pentru a forma o pastă pompabilă. Pasta este alimentată direct în cuptor sau mai întâi într-un uscător de past .

Figura 1.5. schema procedeului uscat iar figura 1.6. schema procedeului umed.

Fig. 1.5. Procedeul uscat

Fig. 1.6. Procedeul umed

Compoziția mineralogică a cimentului

În procesele de a , oxizii existenți în compoziția acestora, reacționează între ei formând compuși mineralogicimai importanți ca pondere următorii:

Silicatul tricalcic (alitul) – 3CaOSiO2 – C3S;

Silicatul bicalcic (belitul) – 2CaOSiO2 – C2S;

Feroaluminatul tetracalcic (celitul I sau brownmilleritul) – 4CaOAl2O3F2O3 – C4AF;

Aluminatul tricalcic (celitul II) – 3CaOAl2O3 – C3A.

Etapele de producere a cimentului implică următoarele activități conform schemei de flux tehnologic (ig. 1.7.):

Extracție din cariere a materiilor prime calcar și marnă (1, 2)

Concasare calcar și marnă (3) în cariere în primă fază, urmate de definitivarea dimensiunilor prin reconcasare pe amplasamentul fabricii

Obținere făină pentru clincher (4) – calcarul, marna și cenușa de pirită, după o rețetă stabilită de laborator, sunt dozate și transportate la turnul de uscare iar de aici la moara de făină. Uscarea materiilor prime se face cu gaze de la cuptorul de clincher. Măcinarea făinii se face în moara cu bile bicamerală, pe procedeu închis. La ieșirea din moar materialul este dus la un separator dinamic. Partea fină este transportată pneumatic la silozurile de făină iar partea grosieră se reîntoarce în moară.

Producere clincher (5) – făina din silozurile de depozitare este dozată și transportată la schimbătorul de căldură în 4 trepte, Humboldt, unde are loc preîncălzirea făinii de la 60 C la aprox 800 C. Căldura este preluată de la gazele fierbinți de la cuptor care străbat schimbătorul de căldură în contracurent cu făina alimentată. Făina preîncălzită și parțial decarbonatată în schimbătorul de căldură parcurge zonele din cuptorul rotativ astfel încât la 1450 în zona de clincherizarea are loc formarea clincherului. Din cuptorul rotativ clincherul este descărcat în răcitorul grătar unde cu ajutorul aerului insuflat de 9 ventilatoare este răcit de la 1350 la aproximativ 100 . Clincherul este depozitat în silozuri. Cuptorul de clincher funcționează pe procedeul uscat și corespunde cerințelor BAT.

Producere ciment (6) – prin măcinarea în mori tubulare cu bile, bicamerale și funcționează pe procedeu închis a clincherului cu gips pentru reglarea timpului de priză și diverse adaosuri pentru producerea diverselor tipuri de ciment standardizate (calcar, zgură granulată de furnal, tuf vulcanic etc). Materialul din moară este dus la un separator dinamic, unde se separă, partea fină (cimentul) fiind preluat de un releu de transport și însilozat în silozurile de ciment, iar partea grosieră se reîntoarce în moară.

Expediție ciment (7) – din silozuri, cimentul poate fi livrat atât vrac cât și însăcuit. Expedierea cimentului se poate face fie auto, fie pe CFR.

Fig. 1.7. Fluxul tehnologic al producerii cimentului într-o fabrică

Materii prime

Arderea amestecului brut pentru obținerea clincherului reprezintă procesul energetic cel mai intensiv din întregul proces de fabricare a cimentului portland și este un proces care produce circa 50% din emisiile de CO2 eliberate în procesul de producere a cimentului .

În ultimii ani a crescut interesul pentru utilizarea ca materii prime sau combustibili alternativi a reziduurilor solide și sub-produselor derivate din alte activități oferind o contribuție semnificativă la o dezvoltare durabilă

În România, pentru producerea cimentului portland se folosesc următoarele materii prime:

calcar, ca sursă pentru CaO necesar formării clincherului;

argile și marne, ca surse pentru SiO2 și Al2O3, Fe2O3

cenușă de pirită, ca sursă corectoare a conținutului de Fe2O3

Calcarul sau carbonatul de calciu este o rocă sedimentară, de culoare albă, cenușie sau galbenă, compusă în special din mineralele calcit și aragonit ambele având formula chimică (CaCO3).

Calcarele sedimentare au o răspândire mare în țara noastră. Cariere mai importante în țara noastră sunt la Lespezi (Dâmbovița), Bicaz – Chei (Neamț), Măgura Feredeului (Hunedoara), Luminița – Tașaul (Constanța), Suseni (Gorj), Măgura Căciulata (Brașov), Dealul Hulei Mateiaș (Argeș), Subpiatra Aleșd (Bihor), constituind sursa componentei calcaroase la fabricarea cimentului în fabricile grupurilor HOLCIM, LAFARGE și CARPATCEMENT–Heidelberg Group .

Proporția calcarului în amestecul brut pentru obținerea clincherului de ciment portland reprezintă circa 75% din masă. CaO necesar desfășurării reacțiilor pentru obținerea clincherului proceselor de clincherizare se obține prin descompunerea CaCO3, la temperaturi cuprinse n intervalul 850-900oC, cu degajare de CO2 .

Argila (deseori Lut) este o   cu granulație fină (< 2 µm), alcătuită dintr-un amestec de  și din fragmente de ,  etc.

Din punct de vedere mineralogic o rocă argiloasă trebuie să conțină minerale argiloase în proporție de cel puțin 50% .

Mineralelele argiloase reprezintă hidrosilicați de aluminiu cu formula generală nSiO2·Al2O3·H2O. Pe lîngă hidrosilicații de aluminiu, argila mai conține: cuarț, feldspați, illit, mică, carbonați, alcalino – pământoși, gips, compuși cu fier, materiale organice, etc. Dintre mineralele secundare, nisipul cuarțos îngreunează procesul de ardere, iar feldspații și mica au influențe negative asupra calității clincherului. Dimpotrivă, combinațiile fierului din argile, ca oxizi sau hidroxizi, sulfurile sau sulfații și mineralele argiloase feruginoase, reprezintă componenți valoroși deoarece participă la formarea clincherului .

Argilele pot avea culoarea albă, galbenă, brună, roșie, verde sau neagră în funcție de substanțele străine conținute. De regulă, proporția de rocă argiloasă în compoziția amestecului brut se situează în jurul valorii de 25% .

Marnele sunt roci sedimentare marine cu o compoziție chimică și mineralogică intermediară între calcare și argile, fiind compuse din carbonat de calciu și minerale argiloase în proporții variabile, 20 – 70 %, (caolinit, montmorilonit etc.). Acestea au structuri foarte variabile în funcție de constituienți, de la compacte și dure, până la moi și friabile.

În general sunt roci de culoare deschisă, dar pot exista și marne roșii, brune, etc. În România se găsesc zăcăminte de marnă pentru industria cimentului la Aleșd (jud. Bihor) – de culoare cenușie, Malu Roșu – Fieni (jud. Dâmbovița) – de culoare roșie.

În procesul de fabricație al cimentului, alegerea și dozarea materiilor prime de bază, calcarele și argilele/marnele se face în funcție de compoziția mineralogică a cimentului preconizat a se obține. Un clincher de ciment portland normal trebuie să conțină CaO în proporție de 60 – 67%, SiO2 19 – 24%, Al2O3 4 – 7%, Fe2O3 2 – 6%. Ca urmare, în industria cimentului se pot utiliza atât calcarele, (conținutul în CaCO3 cuprins între 95 – 100%) cât și calcarele marnoase, (CaCO3 între 90 – 95%), marnele calcaroase, (CaCO3 între 70 – 90%) și marnele, (CaCO3 între 40 – 70%).

Pentru corectarea conținutului de Fe2O3 din amestecul brut de materii prime se utilizează cenușa de pirită – subprodus rezultat în procesul de obținere a îngrășămintelor chimice. Este un material pulverulent, de culoare roșiatică, caracterizat printr-un conținut de Fe2O3 care variază între 50-80%. De regulă, se dozează în proporție de 1-2% .

Co-procesarea deșeurilor

Industria producătoare de ciment este obligată să modernizeze în mod constant și să îmbunătățească procesul tehnologic pentru a satisface pe de o parte constrângerile guvernamentale în creștere cu privire la impactul asupra mediului și pentru a crește profitabilitatea prin creșterea capacității de producție și reducerea consumului de energie.

De-a lungul ultimelor decenii, tehnologia de producere a cimentului prin cuptor rotativ a fost îmbunătățită în mod constant: trecerea de la procesul umed la procesul uscat de producție, separarea locului unde au loc diferite reacții chimice, sisteme de by-pass a gazelor, sisteme de recuperare a energiei, etc. sunt unele dintre schimbările care au crescut foarte mult capacitatea de producție și au redus consumul de energie și poluarea.

O atenție deosebită a fost pusă pe consumul mare de energie (energie termică și electrică) implicată în producția de ciment. O posibilitate de reducere a costurile combustibililor o reprezintă introducerea combustibili alternativi, cum ar fi deșeuri menajere, biomasa, materiale plastice, cauciucuri, anvelope, deșeuri de hârtie, nămoluri de epurare, uleiuri uzate și solvenți, în producția de ciment .

O soluție de gestionare a deșeurilor care a luat o tot mai mare amploare în ultima perioadă este co-procesarea lor în fabricile de ciment. Coincinerarea deșeurilor în cuptoarele de clincher este un subiect complex, care cuprinde o arie largă de aspecte. Utilizarea industrială, eficientă a combustibililor alternativi pe bază de deșeuri, în cuptoarele rotative, implică asigurarea securității și protecției personalului angrenat în aceste activități, presupune realizarea de investiții pentru stocarea, dozarea și alimentarea combustibililor alternativi, uneori și pentru pretratarea lor. Aceste activități nu pot fi desfășurate decât cu condiția obținerii de autorizații specifice și îmbracă, de asemenea, o latură de marketing și comunicare .

tilizarea combustibililor alternativi pe bază de deșeuri la producerea clincherului de ciment are implicații asupra desfășurării procesului de ardere și astfel, poate aduce modificări ale calității clincherului și cimentului rezultate și asupra emisiilor de poluanți rezultați din proces. Există mare de deșeuri, care fiind combustibile, pot fi considerate drept potențiali combustibili alternativi. În realitate, utilizarea acestora este restricționată d motive economice, tehnice sau de legislație. Ca regulă generală, pentru a putea fi co-procesate, deșeurile acceptate drept combustibili alternativi în cuptoarele de clincher trebuie să aducă procesului energie termică, produsă de componenta organică a deșeurilor și valoare materială, prin componenta lor minerală.

În alegerea deșeurilor pentru a fi co-procesate în fabricile de ciment, există mai multe elemente care sunt considerate simultan: cerințe determinate de procesul termotehnologic din cuptorul de clincher, parametrii de calitate ai produsului (ciment) și reglementările privind emisiile generate de proces și care sunt stipulate în autorizații .

La alegerea tipurilor de combustibili alternativi și în timpul utilizării acestora, trebuie să se îndeplinească mai multe obiective:

respectarea tuturor cerințelor legale privind protecția mediului, siguranță și sănătate ocupațională, precum și standardele tehnice;

evitarea efectelor negative asupra calității produsului și a desfășurării procesului;

asigurarea celui mai favorabil tratament pentru deșeuri, comparativ cu alte tehnologii și respectarea ierarhiei deșeurilor;

minimizarea costurilor nete globale, implicate de gestiunea deșeurilor .

Pentru a fi utilizați la arderea clincherului, combustibilii alternativi trebuie să fie disponibili în cantități suficiente și să aibă o constantă. Astfel, este foarte important să aibă putere calorifică suficient de mare, un conținut redus de metale grele (mai ales Hg și Tl), să poată fi manipulați și introduși în cuptor prin arzătoare sau prin alte dispozitive. În anumite situații, prin se stabilește nivelul maxim al poluanților care pot fi conținuți în deșeurile acceptate la coincinerare sau la pre-tratare Totuși, nu există un nivel unic acceptat, dat fiind că întotdeauna, co-procesarea deșeurilor este dependentă de situația specifică, locală și de o multitudine de criterii:

politicile naționale de mediu;

impactul industriei cimentului în contextul dezvoltării industriale regionale;

compoziția materiilor prime și a combustibililor tradiționali pe care deșeurile îi înlocuiesc;

posibilitățile de pre-tratare pentru deșeurile disponibile;

nivelul de toxicitate al poluanților în deșeuri;

cerințele de calitate pentru ciment .

Co-procesarea deșeurilor la fabricarea cimentului cuprinde două aspecte:

alorificarea termoenergetică a deșeurilor cu conținut energetic – prin pre-tratarea și co-incinerarea acestora (substituția parțială a combustibililor tradiționali cu combustibili alternativi – deșeuri)

alorificarea materială a deșeurilor cu conținut mineralogic similar cu:

materiile prime (substituția parțială a acestora cu deșeuri ca materii prime alternative)

produsul intermediar, clincher (ca adaosuri la măcinare în producerea cimentului)

Starea actuală a măsurilor integrate în proces, precum și tehnologiile de reducere secundare asigura emisii scăzute menținând în același timp influența asupra funcționării cuptor la un nivel minim .

Produsele ecologice rezultă din utilizarea minimă a materiilor prime și a energiei în timpul procesului de fabricație, cu impact negativ minim asupra mediului .

Tehnologia de produc clincher folosită, metoda de alimentare a deșeurilor, viteza de răcire a gazelor de ardere sunt parametri importanți în producerea clincherului. În cazul unor substanțe (SO2, HCl sau metale grele), o anumită schimbare (reducerea sau creșterea) a volumului de emisie a fost observat uneori, atunci când compoziția combustibililor alternativi arși în volume mari diferă în mod considerabil în conținutul de sulf, clor sau metale grele, în comparație cu combustibilii convenționali utilizați într-un anumit cuptor de ciment .

Când se înlocuiește în jur de 45% din energia cărbunelui primar cu diferiți combustibili alternativi la arzătorul principal, capacitatea de producție trebuie să fie redusă cu 1,2%, 1,8%, 2,8% și 14,7% pentru deșeurile periculoase solide, deșeuri derivate de combustibil, deșeuri de lemn și deșeuri periculoase lichide, respectiv, în scopul de a menține temperatura gazelor de evacuare a cuptorului și, prin urmare, să păstreze calitatea clincherului nemodificată. Valoarea foarte mare pentru deșeurile periculoase lichide este, în principal datorită conținutului foarte ridicat de apă în acest combustibil .

autori au concluzionat c matricea cimentului Portland normală sau cu anumiți aditivi este adecvată pentru solidificarea/stabilizarea metalelor, ca de ex. Zn, Cu, Pb, Cd, printre altele, convertind compușii toxic în unii inofensivi .

De asemenea, ei au raportat formarea unor faze intermediare în sistemul metal – oxid – CaO – SiO2 , Al2O3 care este stabilizat în timpul clincherizării și/sau hidratării cimentului Portland .

S-a demonstrat că cele mai multe metale grele, care sunt în combustibilii sau materiile prime utilizate în cuptoarele de ciment sunt încorporate în mod eficient în clincher sau sunt reținute de dispozitivele standard de control al emisiilor .

toate acestea, problema cea mai des analizată în legătură cu arderea deșeurilor și a combustibililor obținuți din deșeuri în cuptoare de ciment este emisia de poluanți în aer, ceea ce implică și necesitatea de a îndeplini cerințe suplimentare legate de procesul de ardere a deșeurilor (inclusiv monitorizarea gazele de ardere și necesitatea de a se conforma standardelor de emisie stricte în ceea ce privește mai multe substanțe . Subliniat frecvent în lucrări publicate anterior este faptul că emisiile de poluanți atmosferici care au loc în timpul substituirii parțiale a combustibililor convenționali cu cei , de obicei, nu diferă în mod considerabil de emisiile care apar în timpul utilizării a combustibililor convenționali . Rezultatel măsurătorilor obținute la diferite fabrici de ciment din întreaga lume dovedesc că nu ă nici o relație între emisia de dibenzo-p-dioxine și dibenzofurani (PCDD / PCDF) și tipul și volumul de deșeuri ars în cuptoarele de ciment .

Avantajele co-incinerării deșeurilor în fabrica de ciment comparativ cu procesul de incinerare

ig. 1.8. Avantajele co-incinerării deșeurilor în fabrica de ciment comparativ cu procesul de incinerare

La nivel European, reglementările pentru fabrici de ciment sunt prevăzute în Directiva Europeană 2000/76/CE privind incinerarea deșeurilor și Directiva Europeană 96/61/CE – IPPC (Prevenirea și Controlul Integrat al Poluării) , directive transpuse în legislația românească.

Toate instalațiile de coincinerare trebuie echipate astfel încât să se prevină emisii în atmosferă care să genereze creșterea semnificativă a poluării aerului la nivelul solului; în particular, gazele trebuie evacuate într-o manieră controlată și în conformitate cu standardele naționale și internaționale privind calitatea aerului, prin intermediul unui coș a cărui înălțime este astfel calculată încât să asigure, cel puțin la limita primei zone locuite, o dispersie corespunzătoare a unor emisii sub valorile normale ale indicatorilor de poluare, în orice condiții atmosferice.

Abordarea UE în ceea ce privește gestionarea deșeurilor se bazează pe trei direcții principale de acțiune:

– Prevenirea generării deșeurilor – factor considerat a fi extrem de important în cadrul oricărei strategii de gestionare a deșeurilor, direct legat atât de îmbunătățirea metodelor de producție cât și de determinarea consumatorilor să își modifice obiceiurile de consum, generând astfel cantități mai reduse de deșeuri;

– Reciclarea și valorificarea – încurajarea unui nivel ridicat de recuperare a materialelor componente, preferabil prin reciclare materială. În acest sens sunt identificate câteva fluxuri de deșeuri pentru care reciclarea materială este prioritară: deșeurile de ambalaje, vehicule scoase din uz, deșeuri de baterii, deșeuri din echipamente electrice și electronice;

– Eliminarea finală a deșeurilor – în cazul în care deșeurile nu pot fi valorificate, acestea trebuie eliminate în condiții de siguranță pentru mediu și sănătatea umană, cu un program strict de monitorizare .

Co-este principalul proces prin industria cimentului își aduce contribuția la reducerea cantităților de deșeuri. Procesul de co-procesare const n introducerea unei fracții de deșeuri care înlocuiește o anumit cantitate de combustibil primar necesar pentru asigurarea temperaturii de 1.500 de grade Celsius din cuptorul de clincher. Sunt acceptate o serie de 150 de tipuri de deșeuri deșeurile petroliere, deșeurile lemnoase, mase plastice sau anvelope uzate temperaturilor extrem de ridicate gazele din ardere sunt eliminate iar cenușa este asimilat .

Unități de producție a cimentului

Fig. 1.9. Instalații de producere a cimentului în România

Tipuri de ciment

SR EN 197-1:2011 defin și prez specificațiile pentru 27 cimentuzuale, 7 ciment uzuale rezistente la sulfați precum și pentru 3 ciment de furnal distincte cu rezistență inițială mică și 2 ciment de furnal rezistente la sulfați cu rezistență inițială mică și pentru componentele lor.

Defini fiecărui ciment include proporțiile în care componentele sale trebuie combinate pentru a rezulta aceste produse diferite î nouă clase de rezistență. De asemenea, sunt definite și condițiile pe care componentele trebuie să le satisfacă precum și cerințele mecanice, fizice, chimice și condițiile necesare de durabilitate ale cimenturilor.

Cele 27 produse sunt grupate în 5 tipuri de ciment, după cum urmează:

CEM I – Cimenturi Portland (95% clincher)

CEM II – Cimenturi Portland compozite (65-94% clincher)

CEM III – Cimenturi de furnal (5-64% clincher)

CEM IV – Cimenturi puzzolanice (45-89% clincher)

CEM V – Cimenturi compozite (20-64% clincher)

Tipuri de deșeuri utilizabile ca și combustibili alternativi la producerea clincherului Portland. Caracteristici principale

Combustibilii fosili, cum cărbunele, petrolul și gazele naturale furnizează cea mai marte parte a energiei necesare. Cărbunii și gazele naturale sunt utilizate în formele lor naturale, dar petrolul și alți combustibili fosili, cum șisturile și nisipurile bituminoase necesită distilare și rafinare pentru a oferi combustibili utilizabili. Caracterul finit al resurselor globale de combustibili fosili, prețurile ridicate și cel mai important, efectul lor dăunător asupra mediului subliniază necesitatea de a dezvolta și utiliza combustibili alternativi.

Producția de ciment este un proces intens consumator de energie termică de ordinul a 3,3 GJ / tonă de clincher produsă, ceea ce reprezintă 30-40 la sută din costurile de producție . La nivel mondial, cărbunele este combustibilul predominant utilizat în cuptoarele de ciment, producția de ciment consumând aproximativ 120 de kg de cărbune per tona de ciment. În Uniunea Europeană aproximativ 25 milioane de tone de cărbune este solicitată anual de Cembureau . În 2005, industria globală a cimentului a consumat aproximativ 9 exajoules (EJ) de combustibili și energie electrică pentru producția de ciment .

Deșeurile combustibile reprezintă o alternativă viabilă și sigură pentru combustibilii fosili utilizați în mod tradițional în producția de ciment.

Un amestec de combustibili fosili și combustibili alternativi în proporție optimă este utilizat pentru a produce energia termică necesară în industria cimentului. Avantajul semnificativ al utilizării combustibililor alternativi este conservarea surselor regenerabile de energie neregenerabilă precum și reducerea siturilor de depozitare a deșeurilor. Utilizarea combustibililor alternativi prezintă mai multe provocări deoarece aceștia au caracteristici diferite, în comparație cu combustibilii convenționali.

În timp ce fabricile de ciment nu produc deșeuri, acestea utilizează deșeuri provenite din alte ramuri ale industriei ca aditivi sau combustibili alternativi. Acest lucru este posibil datorită condițiilor tehnologice în cuptoare rotative. Mulți ani de experiență au arătat că utilizarea deșeurilor drept combustibili alternativi de fabricile de ciment este atât ecologic cât și economic justificată. Înlocuirea combustibililor fosili cu combustibilii alternativi va contribui la reducerea costurilor de energie, oferind un avantaj competitiv pentru o fabrică de ciment, folosind această sursă de energie .

Cu toate acestea, pe lângă beneficiile economice evidente, utilizarea combustibililor alternativi (inclusiv combustibili proveniți din deșeuri derivate) în cuptoarele de ciment, în locul combustibililor convenționali, poate implica, de asemenea, multe probleme și pericole. De exemplu, încărcarea deșeurilor cu un conținut substanțe minerale (cenușă) prea mare în zona cuptorului, în care combinația de materii prime este deja granulată, poate provoca neomogenitatea clincherului și astfel, diminuează calitatea . Un conținut excesiv al unor metale grele în combustibilii alternativi pot perturba ușor progresul procesului de formare al clincherului și crește în mod semnificativ concentrația acestora în ciment și praful de ciment, crescând astfel riscul de spălare a acestor metale în condiții de mediu .

Combustibilii alternativi din agricultură și pot fi recuperați prin incinerare în cuptoare de clincher procesul fiind controlat și verificat

în procesele de producție a fost precedată de construirea de facilitați speciale pentru combustibili, prin dezvoltarea unor proceduri speciale de prevenire a riscurilor, de achiziționarea echipamente (pentru transport, prelucrare, pornire, monitorizare etc.) .

Combustibilii alternativi pe bază de deșeuri pot fi clasificați în funcție de diverse criterii, una dintre clasificări, fiind prezentată în tabelul 1.1 .

Tabel 1.1. Tipuri de combustibili alternativi pe bază de deșeuri

Combustibilii solizi pot avea diferite granulații, în funcție de sursa din care provin :

pulverizați, granulați sau măcinați fin

concasați sau măcinați grosier

combustibili alternativi în bucăți: anvelope uzate întregi, materiale în saci, butoaie

Combustibilii solizi – fin sau grosier măcinați, pot fi de asemenea împărțiți în următoarele categorii :

solizi, uscați, granulați sau măcinați fin, care nu se aglomerează (dimensiuni <2 mm, umiditate < 10-15 %); exemple: rumeguș, talaș, coji de orez;

solizi, uscați, granulați sau măcinați grosier, care nu se aglomerează (dimensiuni <20 mm, umiditate <10-15 %); exemple: deșeuri de plastic, cauciuc, lemn, reziduuri din producția de alimente;

solizi, uscați, care au tendința să adere și să se lipească (dimensiuni < 20 mm, umiditate < 10-15 %); exemple: făină animală, rumeguș impregnat;

amestecuri de diferite materiale în bucăți (dimensiuni <200 mm, umiditate <20 %); exemple: hârtie, plastic, cartoane, lemn.

Din punctul de vedere al posibilităților de folosire a deșeurilor în cadrul unui flux tehnologic de obținere al cimentului se poate discuta despre două tipuri de deșeuri:

deșeuri necombustibile (nonenergetice) – utilizate ca materii prime, ca adaosuri corectoare în amestecul de materii prime sau ca adaosuri la măcinarea clincherului, cu substituirea parțială a materiilor prime tradiționale (calcar, argilă, ghips) sau a produselor intermediare (clincher) cu deșeuri care au compoziție mineralogică similară.

deșeuri combustibile (energetice) – utilizate ca înlocuitor parțial al combustibilului la arderea clincherului, cu substituirea parțială a combustibililor tradiționali (cărbune, gaze naturale, păcură) cu deșeuri care au putere calorică.

In acest sens se poate face o clasificare a deșeurilor utilizate în procesul de coincinerare în cadrul fluxului tehnologic după cum urmează:

Principalele tipuri de combustibili alternativi folosiți în fabricile de ciment din România

Anvelope uzate si deșeuri de cauciuc

Materiale plastice, folii, carton, hârtie, lemn si textile

Uleiuri uzate si solvenți

Deșeuri petroliere

Rumeguș cu uleiuri, lacuri, vopseluri sau deșeuri petroliere in instalații speciale. Din cauza riscului de poluare pe care îl reprezintă, rumegușul impregnat trebuie transportat și manipulat cu o atenție deosebită;

Deșeuri lemnoase .

Utilizarea tipurilor de deșeuri precizate mai sus ca materii prime (deșeuri necombustibile) prezintă avantajul că se elimină în totalitate, are loc o reducere a emisiilor de CO2 în atmosferă și cel mai important avantaj că nu afectează calitatea mediului înconjurător sau calitatea produselor finite.

Referitor la avantajele utilizării deșeurilor combustibile, cuptorul de clincher este un echipament sigur pentru valorificarea și arderea în siguranță a acestor deșeuri datorită unor caracteristici cum sunt:

temperatura foarte ridicată a gazelor (2000șC) și a materialului (1450șC);

timpul de staționare în cuptor de 5 – 10 secunde la o temperatură de peste 1100șC;

posibilitatea alimentării continue cu deșeuri combustibile;

posibilitatea valorificării totale a potențialului energetic al deșeurilor în procesul tehnologic de fabricare a clincherului.

Pe baza caracteristicilor fizico-chimice ale combustibililor alternativi și funcție de tipurile de cuptoare, se stabilesc puncte de alimentare a combustibililor, având în vedere, ca regulă generală, că acei combustibili care conțin componente periculoase, să fie introduși în zone unde temperaturile sunt suficient de înalte, de regulă la arzătorul principal, pentru ca substanțele periculoase să fie distruse .

În conformitate cu Foaia de parcurs privind Tehnologia Cimentului 2009 , raportul privind consumul de combustibil alternativ a fost de 16% în țările dezvoltate și 5% în țările în curs de dezvoltare în 2006 și este de așteptat să crească până la 40%, 60% și respectiv 10%, 20%, până în 2030 .

Reciclarea deșeurilor, care sunt dificil de utilizat în alte industrii vor contribui în mod semnificativ la protecția mediului, precum și prin reducerea emisiilor de CO2 .

Din date statistice, la nivelul anului 2011 s-au colectat 60 mii tone de anvelope uzate din care 75% au fost co-procesate în fabricile de ciment .

Ca regulă generală, combustibilii care conțin o proporție importantă de carbon au puteri calorifice mai mari, în timp ce combustibilii bogați în hidrogen sunt mai volatili.

Există mari diferențe între gradul de substituție a combustibililor fosili cu combustibili alternativi în diferite părți ale lumii. Media în țările europene (EU28) este semnificativ mai mare decât în Japonia, SUA, Canada și Australia.

În același timp, în Europa există țări în care co-incinerarea deșeurilor în industria cimentului are o lungă istorie, a devenit o practică curentă și gradele de substituție sunt mari – Olanda cu precădere, unde gradul de substituție a depășit 80 %, dar în care trebuie menționat că există o singură fabrică de ciment, Elveția, Austria, Germania, cu peste 40 %. Există însă și țări unde industria cimentului este puternic dezvoltată – Italia, Spania, Polonia, dar unde practica utilizării combustibililor alternativi este la început.

În anul 2012 la nivelul Europei, industria cimentului a reușit să-și asigure aproape o treime din necesarul de energie termic din combustibilii alternativi pe baza de deșeuri rezultate din cadrul altor industrii și activități.

Această situație are cauze legate de dezvoltarea pieței deșeurilor din zonele respective, precum și de posibilitatea industriei cimentului de a le utiliza, având în vedere cadrul legal, investițiile necesare, relațiile cu părțile interesate etc.

Pe de o parte, utilizarea combustibililor alternativi reduce emisiile de gaze cu efect de seră și ajută la valorificarea deșeurilor generate de alte industrii și activităților de riscuri, de aceea aceast activitate este reglementată prin legislație specifică, implementată în autorizațiile fabricilor și atent monitorizată atât de către fabrici cât și de autorități

stfel:

u se utilizează combustibili alternativi dacă aceștia ar putea sănăt uman, mediul înconjurător;

e doar deșeuri și combustibili alternativi c cunoscute și care corespund strict criteriilor de acceptare, disponibile la cerere;

deșeurisoluții mai ecologice de valorificare;

combustibili alternativi sunt mai mari decât emisiile rezultate din arderea combustibililor tradiționali;

nainte de a fi introduse în cuptoarenalizele complete obligatorii la începutul utilizării fiecărui nou tip de deșeu și pe parcurs, ca proba medie, pe anumite cantități;

ctivitatea de co-incinerare este strict reglementată de autorizații emise de autoritățile competente. Emisiile la coș sunt monitorizate continuu .

Prin co-procesarea deșeurilor se asigură:

Conservarea resurselor naturale: cărbune, păcura, gaz, gips, calcar, argilă, etc.

Reducerea indirectă a emisiilor de gaze, care s-ar genera în cazul în care deșeurile ar fi tratate prin depozitare sau incinerare în incineratoare amenajate special

Diminuarea riscurilor de mediu (depozitări necontrolate, poluarea solurilor, apelor etc)

Evitarea supraaglomerării depozitelor controlate (halde)

Îmbunătățirea imaginii mediului ambient

Fabricarea ceramicii

ermenul „ceramică” (produse ceramice) ateriale anorganice (posibil cu un anumit conținut organic), din compuși nemetalici permanentizați printr-un proces de ardere. Pe lângă argilă, ceramica actuală include o multitudine de produse cu o fracțiune mică de argilă sau chiar deloc. Ceramica poate fi smălț sau mată, poroasă sau vitrificată .

Industria de ceramică este inclusă în CAEN-ul European (Clasificarea Activităților Economice din Comunitatea Europeană) Diviziunea 26 corespunzătoare fabricării altor produse din minerale nemetalice. Această diviziune include unele dintre următoarele grupe înrudite:

26.2 Fabricarea produselor ceramice nerefractare, altele decât construcții; fabricarea produselor ceramice refractare.

26.21 Fabricarea de articole de uz casnic și produse ceramice decorative

26.3 Fabricarea plăcilor ceramice și steaguri.

26.4 Fabricarea de cărămizi, țigle și produse pentru construcții, din argilă arsă .

Sectorul produselor minerale nemetalice îndeplinește rolul intermediar de a lua minerale care au fost adesea detonate sau extrase din carieră și de a le transforma în produse care pot fi utilizate în mai multe industrii (industria de construcții, construcții civile, procese metalurgice, fabricarea cimentului, sticlei, incineratoare, obiecte sanitare si tacamuri). Caracteristicile produselor ceramice includ durată lungă de viață, rezistență la uzură, inerția chimică și toxicitate scăzută, rezistență la căldură și foc, etc..

În materialele ceramice sunt amorfe, însă 30% din totalul lor au structură cristalină. În funcție de de utilizare, materialele ceramic:

ceramice de uz casnic (oale, vase, tuburi, rezervoare, conducte, robinete)

ceramice pentru construcții (cărămizi, țiglă, faianță, conducte)

ceramice tehnice pentru filiere de trefilat, inele de etanșare, rotoare de turbine, rulmenți cu bile, pistoane, segmenți, racorduri, etc.

Tipuri de materiale ceramice tehnice

Materialele ceramice tehnice sunt caracterizate prin proprietăți fizico-mecanice superioare celor ale materialelor metalice dure și extradure

densitate redusă,

duritate mare,

rezistența la uzură

stabilitate dimensională și de formă geometrică până la temperatur de circa 2000 °C

vedere compoziți chimice și de utilizare, ceramicile

ceramici silicioase sau vitroceramici, obținute prin cristalizarea dirijată a sticlelor cu ajutorul unor agenți de nucleație (catalizatori) metalici, halogenuri sau compuși oxidici

ceramici nemetalice, caracterizate prin structuri metalografice complexe, realizabile prin presare la temperaturi > 1700 °C și presiuni >14 MPa

ceramici metalice cu cermeți cu structura metalografică complexă, foarte rezistenți la solicitări, temperaturi ridicate și coroziune

ceramici oxidice de forma alumina Al2O3 în proporție de 99% restul fiind ZrO2; SnO2; Fe2O3; ZnO; BeO; MgO; TiO2 – folosite la fabricarea semiconductorilor;

ceramici magnetice, constituite din ferită de formă: MFe2O4 unde M=nichel, mangan, magneziu, cupru, cobalt.

Materia prima

Materia primă de bază folosită la fabricarea produselor ceramice o reprezintă argila (de tip caolinitic).

Amestecul plastic cuprinde în compoziție și alte materiale în cantități mici cum ar fi:

degresanți sau aglomeranți;

fondanți;

eventual, adaosuri refractare

Degresanții sunt materiale de adaos ce au rolul de micșora plasticit argilelor și totodată contracți la uscare. Ace de reduce volumul fisurilor ce apr la uscarenisipul silicios, praful de șamota (argilă refractară arsă și măcinată), cenuși, zgură măcinată etc .

Aglomeranții materiale de adaos rolul de a mri plasticitatea argilelor slab plastice, în reducerii manoperei de fasonare a formelor crude. Din categor : varul, melasa, gudroanele etc. .

Fondanții (topitori) cobo temperatura de clincherizare și vitrificare a masei argiloase, în reducerii consumului de combustibil necesar arderii produselor ceramicemătoarele materiale: feldspat, calcar, dolomita etc..

Adaosuri refractare  măresc punctul de refractaritate, favorizează obținerea unor produse cu temperatura de topire mai mare. Din această categorie fac parte șamota, cuarțul etc. .

Procesul tehnologic

Procesul tehnologic de fabricare a produselor ceramice cuprinde succesiunea operaiilor și proceselor abelul 1.2, prin care una sau mai multe materii prime convenabil alese, sunt preparate, fasonate, supuse tratamentului termic și finisate corespunzător caracteristicilor și cerinelor de utilizare ale produselor respective. Materialul preparat poartă numele de masă ceramică.

Fabricarea produselor ceramice , procedeul general de fabricare a produselor ceramice, este destul de entru fabricarea plăcilor de gresie și faianță, a articolelor sanitare a ceramicii adesea un procedeu de ardere în mai multe trepte .

În , materiile prime sunt amestecate și turnate, presate sau extrudate în formăpa iliz în mod regulat pentru amestecare completă și modelarevaporată în uscătoare, iar produsele sunt așezate fie manual în cuptor – în special în cazul cuptorului tip vagon operat periodic – sau sunt așezate pe vagonete care sunt duse prin cuptoare tip tunel sau pe vatră cu role operate continuu. Pentru fabricarea agregatelor de argilă expandată sunt utilizate cuptoare rotative .

În timpul arderii, este necesar un foarte precis de temperatură care să asigure că produsele sunt tratate corectrăcirea controlată, astfel încât produsele să elimine treptat căldura și să-și păstreze structura ceramică. produsele sunt ambalate și depozitate livr .

Tab. 1.2. Faze și operaii tehnologice

Proprietățile caracteristice ale produselor ceramice includ rezistență ridicată, rezistență la uzură, durată lungă de viață, inerție chimică și netoxicitate, rezistență la căldură și la foc, (de obicei) rezistență electrică și uneori și o porozitate specifică .

În funcție de procesele de fabricație specifice, instalațiile care produc ceramice emisii în aer, apă și sol (deșeuri). , mediul înconjurător poate fi afectat de zgomot sau de mirosuri neplăcute. Tipul și volumul de aer poluat, de deșeuri și de ape uzate depind de materiile prime utilizate, agenții auxiliari, carburanții folosiți și metodele de producție