IV Mineralna industrija Cementna industrija

predmet: integralni katastar zagađivača

Doc. Dr Bogdana Vujić

Bogdana.vujic@tfzr.rs

Cement

• Cement spada u hidraulična vezivna sredstva tj sredstva koja kada se pomešaju sa vodom očvršćavaju. Glavni sastojci cementa su kalcijum oksid, silicijum dioksid, aluminijum oksid gvožđe oksid.

• Cementi mogu biti nemešani: portlanski, prirodni i boksitni, i mešani cement : gvožđeviti portlandski i metalurški cemnet.

• Najpoznatiji je portland cemenet koji se proizvodi i u Srbiji, a glavna sirovina je ruda laporc, krečnjak i glina.

• Sastav cementa je određen modulima, a odnos pojedinih modula daje osnovne karakteristike cemneta. Npr. cementi sa visokim silikatnim modulima stežu se sporije od onih sa manjim silikatnim modulom, a većim aluminatnim modulom.

• Odnos sastojaka u portland cementu je tačno definisan u protivnom cement ne bi imao zahtevane osobine.

– SiO2 18-26%

– Al2O3 4-18%

– Fe2O3 2-5%

– CaO 61-66%

– MgO 1-5%

– SO3 0.5-3%

– Alkalije 0-2%

Postupak proizvodnje

• Industrijski postupak za proizvodnju cemneta podrazumeva tri faze:

• priprema sirovine (mlevnje),

• pečenje do tačke sinterovanja i

• mlevenje dobijenog proizvoda s malom količinom gipsa.

Postupak proizvodnje

• Priprema sirovine-od pripreme sirovine u velikoj meri zavisi kvalitet cementa. Cilj pripreme jeste da se sirovina što bolje samelje i što potpunije homogenizuje. Mlevenje se može vršiti na suvim ili mokrom putu. Mokri postupak ima dobru stranu što daje homogenu smesu, ali s druge strane višak vlage se mora odstraniti upotrebom i potrošnjom dodatne energije. Za mokro mlevenje dodaje se 30-40% vode.

• Pećenje -postoji više vrts peći: jamaste, ili rotacione. • Rotacione peći se najčešće koriste i one predtavljaju cevi nagnute pod uglom od 2-6◦,

prečnika oko 7m, a dužine od oko 250m. Sirovina se ubacuje u gornji deo peći, a sa donje strane se uduvava gorivo sa vazduhom za sagorevanje, tako da plamen struju suprotno od sirovine. Ovim protivstrujanjem se postiže da se sirovina polako izlaže temperaturi, naime, prvo se suši tj. Na temperaturi od 250◦C isteruje se iz gline higroskopna voda, a na 500◦C se otpušta i hemijski vezana voda. Na 900◦C se krečnjak raspada na CaO i CO2. Kalcijum oksid najpre reaguje sa drugim oksidima dajući CaO∙Al2O3 i 2CaO∙SiO2, a pri daljem zagrevanju nastaju 3CaO∙Al2O3 i 3CaO∙SiO2. Na kraju na 1400-1500◦C izvršilo sinterovanje i obrazovanje klinkera koji se dobija u vidu grudvica. Ispod peći su obično postavljene peči za hlađenje proizvoda.

• Gorivo koje se koristi u rotacionim pećima može biti ugljena prašina, gas ili ulje. Peć se oblaže šamotom ili magnezitnim materijalom zbog smanjenja gubitka toplote.

• Gasovi nastali u peći sa sobom nose veču količinu praha (3’5%) koji se prečišćava preko elektro filtera ili vrećastih filtera.

Postupak proizvodnje

• Dobijeni klinker se potom melje u dvokomornim mlinovima sa kuglama, na finoću koja zavisi od željenog kvaliteta cementa.

• Najčešće se melje na veličinu tako da 10% sme da se zadrži na situ prečinika pora od 0.09mm. Klinker je ponekad posle rotacione peči potrebno ostaviti da odleži 2 meseca kako bi se slobodni kreč pretvorio u karbonat a potom se melje.

• Medjutim u savremenim pečima nije porebno odležavanje. Pri mlevenju klinkera dodaje se potrebna količina gipsa (do 6.5%)jer u njegovom prisustvu cenentni malter ili beton počinje da očvršćava tek posle 1-3 sata.

• SINTEROVANJE- spada u procese aglomeracije odnosno stvaranje objekata iz praškastog materijala. Sinterovanje podrazumeva energično zagrevanje, pri čemu usled brzine zagrevanja toplota ne može da se sprovede kroz sav materijal te se delići stapaju samo na površini (“natapanje materijala”). Čestice se stoga slepljuju I pri hlađenju daju kompaktne porozne grumenove.

Proizvod dobijen sinterovanjem može biti veoma čvrst. Sinterovanje radi aglomeracije je važno naročito u metalurgiji za pripremu ruda I njenih koncentrata, mada se materijali sinteruju I pri fabrikaciji mnogih industrijskih proizvoda, kao što je recimo keramičkih proizvoda. Sinterovanjem se dobijaju materijali koji su otporniji na pritisak I trenje. Takođe sinterovanje se vrši iz više razloga, kao što su: izbegavanje gubitaka pri daljem tretiranju, da bi se smanjilo štetno dejstvo usled prašenja pri radu sa nadraživim ili otpornim materijalom, da bi se materijal pripremio za dalji proces prerade, da bi mu se dao oblik koji je pogodniji za čuvanje, transport I dr.

• http://www.youtube.com/watch?v=48Is5ENhkGE

Opis procesa proizvodnje

http://www.youtube.com/watch?v=n-Pr1KTVSXo

Izvori emisije

• Emisija iz cementne industrije podrazumeva gasove nastale od sagorevanja, otpadne vode, otpad nastao od održavanja postrojenja, kao i otpad nastao iz laboratorije. Najveća emisija koja nastaje u cementarama je emisija čestičnih materija iz rotacione peći, čija se emisija obično smanjuje upotrebom vrećastih filtera ili taložnika /precipitatora i vraća se u proces.

Emisije u vazduh • PM10, NOx, SO2 i CO su najčešće materije koje se emituju iz procesa

proizvodnje cemeneta. • VOC u tragovima (uključujući benten i fenol), amonijak, Cl2, neki

metali i HCl, takođe mogu da se emistuju.

Suspendovane čestice-PM10

• Izvori PM10 u cementnoj industriji uključuju: • kamenolomi I drobljenje rude; • skladištenje sirovog materijala; • mlevenje i mešanje (u suvom postupku); • proizvodnja klinkera; • završno mlevenje • pakovanje i utovar • • Najveći pojedinačni izvor emisije PM10 je otpadni gas od procesa

mlevenja i termičke prerade rude u rotacione peći. Dodatni izvori PM10 su skladištenje srovog materijala, kao i procesi transporta odnosno bjekti gde se vrši pretovar sirovine ili gotovog proizvoda.

• Osnovni parametar koji čini PM10 u cementnoj industriji je AL, SI, CaCO3 i glina (primarni sastojci cementa)

Oksidi azota (NOx)

• Nox se generiše tokom sagorevanja goriva i to u porocesu oksidacije azota koji je hemijski vezan u gorivu.Kako temperatura plamena raste, količina termički generisanog Nox raste. Iznos Nox generisanog iz goriva raste sa porastom sadržaja azota u gorivu.

• Pri proizvdnji cemneta, Nox se generše i u zoni sagorevanja u samoj rotacionoj peći i u zoni sagorevanja u sudu za prelacinaciju. Upotreba goriva utiče na količinu emitovanog Nox. Npr. Ukoliko se kao gorivo koristi prirodni gas, u peći za sagorevanje, sa visokom temperaturom sagorevanja može doći do emisije veće količine Nox nego kada se sagoeva mazut ili ugalj, koji imaju veči sadržaj N ali koji se sagorevaju na nižim temperaturama plamena.

Sumpor dioksid (SO2)

• Emisija So2, može se generisati i iz sumpornih jedinjenja koja se nalaze u sirovini ali i iz goriva ukoliko ono sadrži sumpor. Sadržaj sumpora i u sirovini i u gorivu varira, napr. Ukoliko se radi o alkalnom tipu cemneta koji obezbeđuje apsorpciju SO2 u produkt, smanjujuči količinu istog u izduvnom gasu. U zavisnosti od procesa apsorpcija SO2 može varirati od 70 do preko 95 %.

Organska jedinjenja • Cementna industrija može da emituje različite tipove organskih jedinjenja

u tragovima. Emisija organskih jedinjenja zavosi od prirode sirovine kao i od vrste goriva ali isto tako i od efikasnosti procesa. Tokom proizvodnje cemneta moguča je emsija i PAH I dioksina i furana.

Emisija metala • Emisija metala i metalnih jedinjenja iz cemenetne industrije može se

grupisati u tri grupe: – isparljivi metali: živa – semi-isparljiva jedinjenja kao što su : Sb, Cd, Pb, Se, Zn, – neisparljive metale: Cr, As, Ni, Mn, Cu

• Postojani metali se koncentruju u klinkeru, dok se isparljivi metali I njihova

jedinjenja emituju preko izduvnih, otpadnih gasova, a semi-isparljivi mateli ostaju rapodeljeni između klinkera I izduvnog gasa.

Emisija u vode • Proizvodnja cementa svakako ima i određene količine

otpadnih voda i to najčešće rashladnih voda. Polutanti koji su najčešće prisutni u rashladnoj vodi su delimično rasvorene čvrste materije (NaOH, KOH,Cl-SO42-) i suspedovane čvrste materije..

Emisije u zemljište • Emisije supstanci na mestu, podrazumeva čvrsti otpad,

mulj, sediment, zatim emisije od nenamernog prosipanja ili curenja supstanci. Ove emisije mogu biti katgorisane kao: – Površinska skladišta tečnosti i muljeva – Nenamerno curenje/prosipanje

Tehnike za procenu emisija -teorija za vežbe-

• Uzorkovanje ili direktno merenje

• Maseni balans

• Analiza goriva ili druga izračunavanja;

• Emisioni faktori

• Druga odobrena tehnika

Uzorkovanje ili direktno merenje

EPM = CPM * Qd * 3.6 * [273 / (273 + T)]

Gde je: EPM = satna emisija PM10, kg/hr CPM = koncentracija PM ili grami potrošnje, g/m3 Qd = zapreminski protok gasa m3/s, dry 3.6 = 3600 sekundi po satu pomnoženo sa 0.001 kg/g T = temperatura gasa, °C

CPM = Cf / Vm, STP Gde je:

CPM = koncentracija PM g/m3

Cf = efikasnost filtera, odnosno količina koja se zaustavi na filtru, g

Vm,STP = zapremina uzorka na standardnim uslovima, m3

Faktori emisije

E,i = [A * OpHrs] * EFi

Gde je

E,i = emisioni faktor polutanta i, kg/yr

A = prodikcija (ativnost), t/hr

OpHrs = radni sati, hr/yr

EFi = nekontrolisana emisioni faktorpolutanta i, kg/t

primer

• Faktor emisije za NOx za svaku tonu klinkera koji se proizvede u peći na gas sa vrećastim filterom je 2.7kg.

• Prepostavimo da rotaciona peć ima 1500 radnih sati po godini I da je proizvodnja klinkera u proseku 250 t/h tokom date godine

• Koika je emisija NOx?

Pitanja

• Sastav i vrste cementa

• Opisati proces proizvodnje cementa sa naznakom glavnih izvora emisije (Shematki prikazati)

• Emisije u vazduh (polutanti i njihovo poreklo)

• Ispuštanje u vode

• Ispuštanje u zemljište