Ocena roli cynku podczas wytwarzania kompozytów mineralnych

Artykuł porusza niezwykle istotne aspekty stosowania na szeroką skalę paliw alternatywnych (komponowanych z części palnych odpadów przemysłowych i komunalnych) jako częściowych substytutów paliw naturalnych w przemyśle cementowym.  Rozważaniom poddano także stosowanie odpadów z innych gałęzi przemysłu stanowiących alternatywę dla surowców wydobywanych w środowisku naturalnym.

Ponadto zakłady cementowe znacznie ograniczają produkcję i stosowanie klinkieru portlandzkiego (najdroższego składnika cementu) poprzez wprowadzanie do składu cementu, w charakterze składników głównych, tzw. dodatków mineralnych. Wśród najczęściej stosowanych są uboczne produkty przemysłowe: popiół lotny krzemionkowy, granulowany żużel wielkopiecowy czy pył krzemionkowy.

Odpadowe produkty energetyki i hutnictwa są także cennym składnikiem betonów. Umożliwiają kształtowanie jego właściwości, aby kompozyt ten mógł sprostać coraz trudniejszym wymaganiom w zastosowaniach takich, jak np. infrastruktura komunikacyjna i podziemna, roboty inżynieryjne i górnicze, obiekty ochrony środowiska.

W artykule przeanalizowano wpływ rosnącego udziału paliw i surowców odpadowych w produkcji klinkieru i cementu, związanego z wprowadzeniem coraz większych ilości metali ciężkich do ich składu, na charakterystykę fizyko-mechaniczną kompozytów mineralnych. Przedstawiono badania własne nad rolą cynku w kształtowaniu właściwości nowoczesnych kompozytów mineralnych. Analizowano wpływ tego metalu ciężkiego na czas wiązania, wytrzymałość na ściskanie oraz zmiany kinetyki wydzielania się ciepła hydratacji matryc. Określono, iż cynk prowadzi do wielu zmian w charakterystyce fizyko-mechanicznej kompozytów, które należy monitorować mając na uwadze trwałość matryc. 

Pełny tekst (pdf)

1. Air emissions and alternative fuels in the European cement industry. Rapport of CEMBUREAU, 2005.
2. Chen Q.Y., Tyrer M.,  Hills C.D., Yang X.M., Carey P.: Immobilisation of heavy metal in cement-based solidification/stabilisation: A review. Waste Management, vol. 29, 2009, s. 390–403.
3. Deja J.: Immobilization of Cr6+, Cd2+, Zn2+ and Pb2+ in alkali-activated slag binders. CCR, vol. 32, 2002, s. 1971-1979.
4. Giergiczny Z.: Wykorzystanie odpadów przemysłowych w technologii produkcji cementu. Zeszyty Naukowe WSP w Opolu, nr 16, 1993, s. 13-22.
5. Guidelines on co-processing Waste Materials in Cement Production The GTZ-Holcim Public Private Partnership, 2006.
6. Kalarus D.: Chemiczna identyfikacja cementów portlandzkich produkowanych w Polsce na podstawie zawartości pierwiastków śladowych. Rozprawa doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2007.
7. Kalarus D.: Oznaczenie zawartości i wymywalności metali ciężkich wcementach krajowych. Raport końcowy pracy nr umowy 852/06/01/1319. Kraków 2007.
8. Kurdowski W.: Chemia cementu i betonu. Wyd. Polski Cement. Wydanie I 2010.
9. Lepucki M.: Przemysł cementowy – współspalanie komunalnych osadów ściekowych. Studia i monografie, z. 271 pt. „Zrównoważony rozwój w gospodarce osadami ściekowymi”. Politechnika Opolska 2010.
10. Materiały udostępnione przez Górażdże Cement S.A. 2010.
11. Mokrzycki E., Uliasz-Bocheńczyk A., Sarna M.: Use of alternative fuels in the Polish cement industry. Applied Energy, vol. 74, 2003, s. 101–111.
12. Moulin I., Rose J., StoneW., Bottero J-Y., Mosnier F., Haehnel C.: Lead, zinc and chromium (III) and (VI) speciation in hydrated cement phases. Proc. of the Inter. Conf. “Science and Engineering of Recycling for Environmental Protection” – Waste Materials in Construction. Harvogate, 2000, s. 269-280.
13. Opoczky L., Gavel V.: Effect of certain trace elements on the grindability of cement clinkers in the connection with the use of wastes. International Journal of Mineral Processing, vol. 74S, 2004, s.129–136.
14. Park Ch.K.: Hydration and solidification of  hazardous wastes containing heavy metals using modified cementitious materials. Cement Concrete Research, vol. 30, 2000, s. 429-435.
15. PN-EN 196-1:1996 Metody badania cementu. Oznaczanie wytrzymałości.
16. PN-EN 196-3:1996 Metody badania cementu. Oznaczanie czasów wiązania i stałości objętości.
17. Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 5 lipca 2004r. w sprawie ograniczeń, zakazów lub warunków produkcji, obrotu lub stosowania substancji niebezpiecznych i preparatów niebezpiecznych oraz zawierających je produktów. (Dz. U. Nr 168/2004, poz. 1762 z późn. zmian.).
18. Stephan D., Mallmann R., Knöfel D., Härdtl R.: High intakes of Cr, Ni, and Zn in clinker Part I. Influence on burning process and formation of phases. Cement and Concrete Research, vol. 29 1999, s. 1949–1957