الكلنكر: ما هو ، التأثيرات البيئية والبدائل

المكون الرئيسي للإسمنت وإنتاج الكلنكر يمكن أن يكون ملوثًا للغاية

الكلنكر

هل سمعت من قبل عن الكلنكر؟ قد لا يبدو هذا الاسم مألوفًا ، لكن اعلم أنه أكثر شيوعًا مما تعتقد. المباني والمنازل والأرصفة والمراحل وأي أعمال بناء مدنية تعتمد على الأسمنت كأحد موادها الأساسية ... والكلنكر هو المكون الرئيسي الموجود في تكوين الأسمنت.

الكلنكر مادة حبيبية وصلبة ، كما يتضح في الصورة أدناه. بشكل عام ، يمكن القول أن الكلنكر يعتبر مسحوقًا متجانسًا (دقيق) ، مصنوع من مواد خام مختلفة ومخلوطة ، والتي ، عند تعرضها لدرجات حرارة عالية للغاية ، تتحول إلى صخور. إن عملية إنتاج هذه المواد بعيدة كل البعد عن البساطة ويمكن أن تسبب تأثيرات بيئية كبيرة.

عملية الإنتاج

يتم الحصول على الكلنكر أو الكلنكر البورتلاندي ، كما هو معروف أيضًا ، من حرق المواد الخام المطحونة في فرن دوار عند درجات حرارة تصل إلى 1450 درجة مئوية. المادة الخام الرئيسية لتصنيع الكلنكر هي الحجر الجيري ، بالإضافة إلى استخدام أكاسيد الطين والحديد والألمنيوم بدرجة أقل.

لذا ، فإن الخطوة الأولى هي استخراج هذه المواد الخام و "صقلها". تخضع صخور الحجر الجيري لعملية تكسير وسحق بعد استخراجها ، حتى يتم الحصول على مسحوق ناعم. ثم يتم عمل خليط متجانس مع جميع المواد الخام اللازمة. يشير هذا الخليط أيضًا إلى مسحوق ناعم ويسمى "دقيق" أو "خام".

يتم بعد ذلك إدخال هذه المادة في فرن دوار حيث يتم تسخينها إلى درجة حرارة 1450 درجة مئوية ، وفي ذلك الوقت يحدث الكلنكر.

الوقود الذي يغذي الأفران ، في معظم الحالات ، من مصادر غير متجددة ، مثل النفط والفحم ، مما يساهم بشكل سلبي في المخاطر والتأثيرات على البيئة. من بين أنواع الوقود الأكثر استخدامًا ، تبرز بعض المواد الصلبة ، مثل فحم الكوك والبنزين ، وبعض المواد الغازية ، مثل الغاز الطبيعي. ومن بين هذه المواد ، يعتبر كوك البترول هو الوقود الرئيسي المستخدم في تصنيع الكلنكر ، ويرجع ذلك إلى قيمته الحرارية العالية المرتبطة بتكلفة اقتنائه المنخفضة. بالإضافة إلى أنواع الوقود التقليدية ، يمكن أيضًا استخدام المخلفات الصناعية والكتلة الحيوية والمرفوضة ، والفحم والمخلفات الزراعية لتغذية الأفران.

بعد المرور عبر الفرن ، يتم تبريد هذه المادة بشكل مفاجئ عن طريق النفخات الهوائية لتثبيت هيكلها واستعادة الحرارة. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنتاج الكلنكر ، وهي المادة الأساسية اللازمة لتصنيع الأسمنت. بعد هذه العملية ، يتم خلط المادة التي تم الحصول عليها (الكلنكر) مع الجبس (الجبس) والإضافات الأخرى (مثل الحجر الجيري أو البوزولان أو الخبث) مما يؤدي إلى ظهور أنواع مختلفة من الأسمنت.

من المهم التأكيد على أنه خلال درجات الحرارة المرتفعة التي يتم الوصول إليها داخل الأفران الدوارة ، يحدث تفاعل كيميائي لتكلس الحجر الجيري. تشير هذه العملية إلى اللحظة التي يتم فيها تحويل الحجر الجيري (CaCO3) إلى الجير الحي (CaO) ، مما يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون.

التأثيرات البيئية

لذلك ، يعتبر أن عملية تصنيع الكلنكر لها إمكانية تلويث عالية ، كونها مسؤولة عن التأثيرات البيئية الكبيرة.

تتطلب العملية ككل استهلاكًا عاليًا للطاقة ، سواء في شكل طاقة حرارية ، عن طريق حرق الوقود لتسخين الأفران الدوارة ، وفي شكل طاقة كهربائية ، يتم استهلاكها في العملية الصناعية بأكملها لتحريك الآلات وصنعها. اقلب الأفران. ومع ذلك ، يرتبط معظم هذا الاستهلاك بإنفاق الطاقة الحرارية أثناء استخدام الوقود.

على الرغم من أن عملية تصنيع هذه المادة لا تنتج نفايات صلبة بشكل مباشر ، نظرًا لأن الرماد الناتج عن احتراق الوقود في الفرن الدوار يتم دمجه عادةً في الكلنكر نفسه ، فهناك انبعاثات عالية من الملوثات الغازية والمواد الجسيمية خلال عملية تصنيع الكلنكر.

إن حرق الوقود في الأفران ، ومعظمه من مصادر غير متجددة ، ينبعث منه غازات ملوثة مختلفة ، مثل ثاني أكسيد الكربون وأكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون ومركبات الرصاص والجسيمات ، وكلها ملوثات.

بالإضافة إلى مصدر الانبعاث المعروف هذا ، كما ورد سابقًا ، فإن تكليس الصخور الجيرية هو أيضًا أحد العوامل الرئيسية المسؤولة عن انبعاث ثاني أكسيد الكربون في عملية تصنيع الكلنكر ، وبالتالي الأسمنت ، لأنه لكل 1000 كجم من ينتج الكالسيت المكلس (CaCO3) 560 كجم من CaO و 440 كجم من ثاني أكسيد الكربون ، وفقًا لدراسة. يمثل التفاعل الكيميائي للتكلس ما يقرب من نصف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في هذه العملية ، بينما يمثل استهلاك الطاقة في شكل حرارة (وقود احتراق) الباقي.

لإنتاج طن من الكلنكر ، تشير التقديرات إلى أن صناعة الأسمنت تنبعث منها ما بين 800 و 1000 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون ، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تحلل الحجر الجيري وحرق الوقود الأحفوري للحفاظ على عمل الأفران.

بالإضافة إلى ذلك ، خلال المرحلة الأولى من استخراج المواد الخام ، قد تحدث أيضًا تأثيرات فيزيائية ، مثل الانهيارات الأرضية في مقالع الحجر الجيري والتآكل بسبب الاهتزازات الناتجة في الأرض. ويمكن أن يؤدي استخراج الطين في الأنهار إلى تعميق هذه المجاري المائية ، مما يقلل من كمية المياه في الأحواض ويزعج الموائل الموجودة ، مما يقلل من التنوع البيولوجي في العديد من المناطق.

في البرازيل ، بناءً على بيانات من المسح الجوليجي الولايات المتحده (USGS - هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، بالبرتغالية) ، و إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA - إدارة معلومات الطاقة الأمريكية) ، تشير التقديرات إلى أن تصنيع الأسمنت مسؤول عن ما يصل إلى 7.7٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الوطنية الناتجة عن حرق الوقود الأحفوري ، مع كون إنتاج الكلنكر أكبر مصدر لهذه الانبعاثات.

البدائل

التجهيز المشترك

البديل الذي يسعى إلى تقليل التأثيرات الناتجة عن عملية الإنتاج هذه هو المعالجة المشتركة. ظهرت المعالجة المشتركة كاستراتيجية لتحسين الأداء الاقتصادي (استهلاك أقل للطاقة) لصناعة الأسمنت. تتكون هذه التقنية من تغذية الفرن الدوار بمخلفات الصناعات الأخرى ، باستخدام كميات أقل وأقل من الوقود الأحفوري وكذلك تقليل إنتاج النفايات.

يتم استخدام المواد المختارة مسبقًا ، والتي لا يمكن إعادة تدويرها (أي المرفوضة) ، والتي لها قيمة حرارية عالية والتي يجب التخلص منها تمامًا. وفقًا لبعض الشركات الوطنية ، في هذه العملية ، لا يتم إنشاء مخلفات سائلة سائلة أو صلبة ، حيث يتم الآن دمج الرماد الذي كان سيتم إرساله سابقًا إلى مكبات النفايات في الكلنكر دون تغيير أولوياته.

وبالتالي ، يمكن معالجة العديد من المواد بشكل مشترك ، مثل الإطارات والشحوم والزيوت المستعملة ونشارة الخشب ومخلفات الخضروات والتربة الملوثة والتغليف. لا يتم استخدام المستشفيات ، والمحلية ، والمشعة ، والمتفجرات والمبيدات. على وجه التحديد فيما يتعلق بالإطارات وقشور الأرز ، نشر الباحثون ميغيل أفونسو سيليتو ، ونيلسون كادل جونيور ، وميريام بورشاردت ، وجيانكارلو ميديروس بيريرا وجيفرسون دومينجيز ، من Unisinos ، مقالًا في مجلة Ambiente & Sociedade (اقرأ المقال كاملاً هنا) حول إعادة استخدام هذه الإطارات. مواد في انتاج الاسمنت.

من المهم التأكيد على أن المجلس الوطني للبيئة (كوناما) يوصي بأنه من أجل حرق النفايات في أفران الكلنكر ، يجب أن يكون لمصنع الأسمنت جميع الشروط الفنية والبيئية لتلبية معايير الانبعاث المطلوبة. في هذا المعنى ، يجب أن يكون لديها: خط إنتاج حديث ، عملية تصنيع مستقرة ومنظمة ومحسّنة ؛ أجهزة عالية الكفاءة للاحتفاظ بالجسيمات وغسل الغازات المتولدة أثناء الاحتراق ؛ والشعلات المصممة خصيصًا لأنواع مختلفة من الوقود.

تغيير في تركيبة الكلنكر

تم العثور على بديل آخر للمساعدة في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاج الكلنكر وهو إنشاء "وصفة" جديدة للكلنكر. حتى يتم إنفاق كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون أثناء تكوينها ، بدأت صناعات الأسمنت في استبدال جزء من هذه المادة بخبث الأفران العالية - نفايات من صناعة الصلب - وأيضًا مع الرماد المتطاير - نفايات من محطات توليد الكهرباء الحرارية التي تعمل بالفحم.

أكبر مشكلة تتعلق بهذا البديل هي حقيقة أن صناعة الصلب - التي تنبعث منها أيضًا انبعاثات عالية من ثاني أكسيد الكربون - وتوليد الرماد المتطاير لا ينموان بنفس سرعة مصانع الأسمنت ، مما يجعل الاستراتيجيات طويلة الأجل غير مجدية.

بسبب هذا القيد ، تستخدم صناعة الأسمنت أيضًا لعدة عقود مادة أخرى مرشحة لاستبدال الكلنكر جزئيًا في صيغته: مسحوق الحجر الجيري أو "حشو الحجر الجيري الخام". الحشو مادة خام لا تتطلب معالجة حرارية (تكليس) - عملية تتطلب استهلاكًا عاليًا للطاقة وهي مسؤولة عن معظم انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في صناعات الأسمنت.

التقاط ثاني أكسيد الكربون

تعتبر تقنيات احتجاز الكربون وتخزينه مهمة للغاية لتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي. تستخدم هذه التقنيات آليات فيزيائية كيميائية لفصل هذا الملوث وتقنيات الضغط الأخرى لتخزين ثاني أكسيد الكربون جيولوجيًا المنبعث من مصادر ثابتة ، مثل فرن الكلنكر المستخدم في إنتاج الأسمنت.

في هذا الإطار ، يجب احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه قبل انبعاثه في الغلاف الجوي. لهذا ، سيتعين على الصناعات الاستثمار في التقنيات الجديدة وتكييف مصانعها ، الأمر الذي يتطلب استثمارات كبيرة ، مع ما يترتب على ذلك من زيادة في سعر المنتج النهائي.