Αξιολόγηση ορυκτοπετρογραφικών παραμέτρων και ιδιότητες πρώτων υλών στην παραγωγική διαδικασία τσιμέντου
Loading...
Date
2025-10-02
Authors
Σκοντόβολου, Λουκία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία επικεντρώνεται στη συστηματική ορυκτολογική και πετρογραφική μελέτη φυσικών πρώτων υλών με στόχο την αξιολόγηση της επίδρασης της μικροδομής, σύστασης και κοκκομετρίας στην ποιότητα του κλίνκερ και στη βελτιστοποίηση των διεργασιών άλεσης και έψησης. Η έρευνα αναπτύχθηκε σε τρεις διακριτές φάσεις, αξιοποιώντας τεχνικές περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ (XRD), ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM), πετρογραφικής ανάλυσης λεπτών τομών, φθορισμού ακτίνων Χ (XRF) και θερμοβαρυτομετρικής ανάλυσης (TGA). Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην οπτική παρατήρηση των υδραυλικών φάσεων δειγμάτων κλίνκερ μέσω μικροσκοπίας και των χαρακτηριστικών κρυστάλλωσης αυτών (π.χ. σύστημα κρυστάλλωσης, τύπος πολύμορφου, μέγεθος κρυστάλλων, κτλ.).
Στην πρώτη φάση πραγματοποιήθηκε ορυκτολογική και πετρογραφική ανάλυση τεσσάρων τύπων ασβεστόλιθου, καθώς και ακολουθία φλύσχη και ραδιολαρίτη, με σκοπό την αξιολόγηση της καταλληλότητάς τους για παραγωγή κλίνκερ. Ο ασβεστόλιθος τύπου 4tit διακρίθηκε για την υψηλότερη καθαρότητα σε ασβεστίτη (97%) εμφανίζοντας ομοιογενή μικριτική δομή. Ο τύπος 3tit παρουσίασε αυξημένη ανομοιογένεια και υψηλότερη περιεκτικότητα σε προσμίξεις, όπως χαλαζία (8%) και αδιαφανή ορυκτά (4%). Η λιθολογική ενότητα του φλύσχη και ο ραδιολαρίτης εμφανίστηκαν πλούσιοι σε φυλλοπυριτικά και χαλαζία αντίστοιχα.
Στη δεύτερη φάση παρασκευάστηκαν τρία νέα μείγματα φαρίνας με τον ίδιο τύπο ασβεστόλιθου (3tit, χαμηλότερης καθαρότητας σε ασβεστίτη) και διαφορετικής λεπτότητας (χρόνους άλεσης t, 2t, 3t) ώστε να διερευνηθεί η θερμική τους συμπεριφορά και η ποιότητα των αντίστοιχων δειγμάτων παραγόμενου κλίνκερ. Τα δείγματα με μεγαλύτερη λεπτότητα παρουσίασαν χαμηλότερη περιεκτικότητα σε ελεύθερη άσβεστο και πιο ομοιογενή μικροδομή, γεγονός που ευνοεί τον σχηματισμό των κύριων υδραυλικών φάσεων του κλίνκερ (C₃S, C₂S, C₃A, C₄AF) και τη μελλοντική ενυδάτωση του τσιμέντου.
Στην τρίτη φάση παρασκευάστηκαν τρία νέα δείγματα φαρίνας με διαφορετικούς τύπους ασβεστολίθου, διατηρώντας σταθερό τον δείκτη κορεσμού ασβεστίου (LSF). Σκοπός της μελέτης ήταν να διερευνηθεί κατά πόσο ο διαφορετικός τύπος ασβεστολίθου επηρεάζει την ποιότητα του κλίνκερ.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η λεπτόκοκκη και ομοιογενής μικροδομή των πρώτων υλών, σε συνδυασμό με την καθαρά ασβεστιτική σύσταση, ευνοεί την αποτελεσματική άλεση και έψηση. Επιπλέον, με βάση τον χαρακτηρισμό των δειγμάτων ασβεστόλιθου όλοι οι τύποι που μελετήθηκαν είναι κατάλληλοι στην παραγωγή κλίνκερ. Η αυξημένη λεπτότητα της φαρίνας βελτιώνει τη θερμική απόδοση και τις υδραυλικές ιδιότητες του τσιμέντου, παρά το υψηλότερο ενεργειακό κόστος άλεσης. Επιπρόσθετα, κάτω από τις ίδιες συνθήκες έψησης (θερμοκρασία, χρόνος), οι εκπομπές CO₂ από τη διάσπαση των ανθρακικών του 3tit ασβεστολίθου προσεγγίζουν τα 337,7kg ανά τόνο φαρίνας, τιμή χαμηλότερη σε σχέση με τους υπόλοιπους τύπους ασβεστολίθου.
Λαμβάνοντας υπόψη: (α) την τελική ποιότητα κλίνκερ και τις αντίστοιχες χρήσεις του, (β) το ενεργειακό κόστος όσο και (γ) το αποτύπωμα του CO2, προτείνεται σε μελλοντικά πειράματα μεγαλύτερης κλίμακας (upscaling) να πραγματοποιηθούν δοκιμές με χρόνο άλεσης αντίστοιχο των 2t ή 3t και τον 3tit τύπο ασβεστολίθου της παρούσας μελέτης, ώστε να αξιολογηθεί η δυνατότητα βελτίωσης των υδραυλικών φάσεων του κλίνκερ συγκρατώντας το συνολικό κόστος παραγωγής και τις εκπομπές CO₂.
Description
Keywords
Ασβεστόλιθος, Πρώτες ύλες φαρίνας, Άλεση φαρίνας, Έψηση φαρίνας, Κλίνκερ, Ορυκτολογική ανάλυση και μικροδομή κλίνκερ, Εκπομπές CO₂ στην παραγωγή τσιμέντου