Wykorzystanie chłodzonego powietrzem żużla wielkopiecowego w produkcji cementu – wkład w redukcję emisji CO2

• Autorzy: Krispel Stefan , Klackl Stefanie , Mauhart Mario

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2024.29.5.4

Warianty tytułu

EN

Use of air-cooled blast furnace slag in cement production – a contribution to the reduction of CO2 emissions

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Wykorzystanie surowców odpadowych obok tradycyjnie stosowanego wapienia, gliny i margla do produkcji klinkieru cementu portlandzkiego oszczędza zasoby naturalne i umożliwia recykling odpadów w nowym procesie o wartości dodanej. Ponadto niektóre surowce alternatywne mają również tę wielką zaletę, że nie emitują CO2 lub emitują go mniej w trakcie procesu wypału. Stanowi to znaczący wkład w osiągnięcie neutralności klimatycznej. Celem tego projektu badawczego była ocena możliwości recyklingu żużla wielkopiecowego chłodzonego powietrzem [ACBFS] jako surowca alternatywnego w procesie wypalania klinkieru portlandzkiego. W ciągu kilku tygodni do zestawu surowcowego do produkcji klinkieru w austriackiej cementowni dodawano w różnych ilościach żużel wielkopiecowy chłodzony powietrzem. Po ocenie wpływu na podatność na mielenie i zużycie energii podczas mielenia, wyprodukowane cementy poddano serii testów zaprawy i betonu, w tym określeniu czasu wiązania, wodożądności, właściwości mieszanki betonowej, wytrzymałości na ściskanie i odporności na karbonatyzację stwardniałego betonu. Uzyskane wyniki pozwalają lepiej ocenić przydatność odpadowego żużla w technologii produkcji cementu oraz określić ilość żużla, jaką można dodać bez utraty jakości cementu.

EN

Using substitute raw materials alongside the traditionally used limestone, clay, and marl to produce Portland cement clinker saves natural resources and achieves the recycling of waste in a new value-added process. Additionally, certain substitute raw materials also have the great advantage that they release no or very little CO2 during the burning process. This represents a significant contribution to achieving climate neutrality. The aim of this research project was to evaluate the recyclability of air-cooled blast furnace slag [ACBFS] as a substitute raw material in the clinker burning process of cement production. Over a course of several weeks, air-cooled blast furnace slag was added in varying quantities to the raw materials for clinker production in an Austrian cement plant. After assessing the influence on grindability and grinding energy consumption, the produced cements underwent a series of mortar and concrete tests, including the determination of solidification times, water requirement, fresh concrete parameters, compressive strength, and carbonation resistance. The results obtained allow for a better understanding of the basic usefulness of waste slag in cement production technology and the amount of slag that can be added without losing the quality of cement.

Słowa kluczowe

PL

cement; beton; emisja CO2; żużel wielkopiecowy; chłodzenie powietrzem

EN

cement; concrete; CO2 emission; air cooling; blast furnace slag

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 29, nr 5
• Strony: 394--408
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Krispel Stefan

• Smart Minerals GmbH, Wien, Austria

autor

Klackl Stefanie

• Smart Minerals GmbH, Wien, Austria

autor

Mauhart Mario

• voestalpine Stahl GmbH, Linz, Austria

Bibliografia

• 1. W. Kurdowski, Cement and Concrete Chemistry, Springer, Dordrecht, 2014. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7945-7.
• 2. F.M. Lea, P.C. Hewlett, Lea’s Chemistry of Cement and Concrete, 4th edition, Elsevier-Butterworth-Heinemann, Amsterdam London Paris, 2004.
• 3. M.B. Ali, R. Saidur, M.S. Hossain, A review on emission analysis in cement industries. Renew. Sust. Ener. Rev. 15(5), 2252-2261 (2011). https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.02.014.
• 4. G.U. Ryu, H.J. Kim, H.J. Yu, S. Pyo, Utilization of steelmaking slag in cement clinker production: A review. J. CO2 Util. 84, 102842 (2024). https://doi.org/10.1016/j.jcou.2024.102842.
• 5. J. Shi, J. Tan, B. Liu, J. Chen, J. Dai, Z. He, Experimental study on full-volume slag alkali-activated mortars: Air-cooled blast furnace slag versus machine-made sand as fine aggregates. J. Hazard. Mater. 403, 123983 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123983.
• 6. Q. Cao, U. Nawaz, X. Jiang, L. Zhang, W.S. Ansari, Effect of air-cooled blast furnace slag aggregate on mechanical properties of ultra-high-performance concrete. Case Stud. Constr. Mater. 16, e01027 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01027.
• 7. P.R. De Matos, J.C.P. Oliveira, T.M. Medina, D.C. Magalhães, P.J.P. Gleize, R.A. Schankoski, R. Pilar, Use of air-cooled blast furnace slag as supplementary cementitious material for self-compacting concrete production. Constr. Build. Mater. 262, 120102 (2020). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120102.
• 8. K.P. Verian, A. Behnood, Effects of deicers on the performance of concrete pavements containing air-cooled blast furnace slag and supplementary cementitious materials. Cem. Concr. Comp. 90, 27-41 (2018). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2018.03.009.
• 9. F. Bullerjahn, G. Bolte, Composition of the reactivity of engineered slags from bauxite residue and steel slag smelting and use as SCM for Portland cement. Constr. Build. Mater. 321, 126331 (2022). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126331.
• 10. S.K. Tripathy, J. Dasu, Y.R. Murthy, G. Kapure, A.R. Pal, L.O. Filippov, Utilisation perspective on water quenched and air-cooled blast furnace slags. J. Clean. Prod. 262, 121354 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121354.
• 11. ÖNORM EN 197-1: Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements. Austrian Institute for Standardisation, Vienna (2011).
• 12. ÖNORM EN 196-1: Methods of testing cement - Part 1: Determination of strength. Austrian Institute for Standardisation, Vienna (2016).
• 13. ÖNORM EN 196-6: Methods of testing cement - Part 6: Determination of fineness. Austrian Institute for Standardisation, Vienna (2019).
• 14. ÖNORM EN 196-3: Methods of testing cement - Part 3: Determination of setting times and soundness. Austrian Institute for Standardisation, Vienna (2017).
• 15. ÖNORM EN 12390-12: Testing hardened concrete - Part 12: Determination of the carbonation resistance of concrete - Accelerated carbonation method. Austrian Institute for Standardisation, Vienna (2020).
• 16. ÖNORM B 3327-1: Cements according to ÖNORM EN 197-1 for special use - Part 1: Additional requirements. Austrian Institute for Standardisation, Vienna (2002).
• 17. J. Bonzel, J. Dahms, Über den Wasseranspruch des Frischbetons. Betontechnische Berichte 78, 121-56 (1978).
• 18. R. Springenschmid, Betontechnologie für die Praxis, 2. Auflage, Beuth, Berlin, 2018.
• 19. ONR 23303: Test methods for concrete - National application of testing standards for concrete and its source materials. Austrian Institute for Standardisation, Vienna (2010).
• 20. ÖNORM B 4710-1: Concrete - Specification, performance, production, use and conformity - Part 1: Rules for the implementation of ÖNORM EN 206 for normal and heavy concrete. Austrian Institute for Standardisation, Vienna (2018).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025)