Industrija cementa je dugo bila centralni deo infrastrukture i razvoja, ali njen uticaj na životnu sredinu ostaje izazov.
„Iskopavanje krečnjaka, kao u proizvodnji cementa, utiče i na prirodne resurse i na podzemne vode. Takođe veoma zavisi od novih rudarskih dozvola,“ kaže Erik Vig, student doktorskih studija na Industrijskoj doktorskoj školi i na Odseku za primenjenu fiziku i elektroniku u Umeo Univerzitet.
U cilju pronalaženja sirovina za cement kako bi se smanjila potreba za prirodnim krečnjakom, istražena je metalurška šljaka, nusproizvod iz industrije čelika. Šljaka se pokazala kao pogodna zamena, koja obezbeđuje značajno smanjenje emisije ugljen-dioksida iz procesa cementa. Međutim, nejasno je kako to utiče na kvalitet cementa.
Kroz svoje istraživanje, Erik Viggh je razvio hemijski model koji može da koristi cementna industrija da proceni kako promene u procesu i upotrebi sirovina utiču na kvalitet cementa. Ovo olakšava usmeravanje proizvodnje ka manjem uticaju na klimu.
Jedna supstanca koja igra ključnu ulogu u proizvodnji cementa je magnezijum. Niski nivoi magnezijuma su prisutni u prirodnom krečnjaku, ali veće količine su prisutne u šljaci. Kada se sirovina zagreje na 1450 stepeni Celzijusa, magnezijum oksid se topi i postaje deo tečne mase. Tokom hlađenja, magnezijum se vezuje za različite minerale u cementu. Međutim, previše magnezijuma može tokom hlađenja da formira mineral koji se zove periklaza, što može izazvati probleme kao što su oticanje i pucanje u betonu.
Da bi se uhvatio u koštac sa ovim fenomenom, Erik Viggh je kreirao model procesa koristeći napredne proračune. Model simulira formiranje cementnih faza, uzimajući u obzir vreme, temperaturu i sastav sirovine. Ovo omogućava predviđanje hemijskog sadržaja cementa u svim fazama. Ranije su u proračun uključeni samo kreč i silicijum, ali sada su uključeni i aluminijum, gvožđe i magnezijum.
Da bi se osigurala pouzdanost modela, istraživači su sproveli laboratorijska ispitivanja na uzorcima cementa napravljenim sa različitim količinama magnezijum oksida. Ovi uzorci su analizirani da bi se razumelo formiranje periklaze i difuziju magnezijum oksida između čestica tokom formiranja rastopa.
Rezultati i simulacija i testova daju uvid u količinu i sastav cementnih faza formiranih tokom zagrevanja i hlađenja. Ovi rezultati se takođe dobro slažu sa ranije objavljenim podacima, potvrđujući značaj i relevantnost istraživanja.
„Poboljšani hemijski model zajedno sa dostupnim termodinamičkim podacima i novorazvijenim modelom za hlađenje ima dobar potencijal za procenu upotrebe alternativnih sirovina. Rad je takođe identifikovao slabosti u prethodnom modelovanju procesa i daje predloge za buduća istraživanja kada se razvijaju potpuno nove proizvodni procesi za cement“, kaže Erik Viggh.
