Search
magyar

Kiegészítő cementkötő anyagok (SCM-ek) feldolgozása és aktiválása: cementpótló anyagok és agyagaktiválási technológia

A kiegészítő cementképző anyagok (SCM-ek) széles körben elterjedt cementpótló anyagok, amelyek a cementben és a betonban a mészkő vagy a hagyományos portlandcement-klinker egy részét helyettesítik. A kiegészítő cementképző anyagok (SCM-ek) használata a CO₂-kibocsátás csökkentésének egyik leghatékonyabb eszköze, mivel a klinker előállítása nagy mennyiségű CO₂-t eredményez: egyrészt a mészkő kalcinálása során végbemenő kémiai reakcióból, másrészt a magas hőmérsékletű kemencei folyamat energiaigényéből. Ha például a klinker egy részét kiegészítő cementkötő anyagokkal helyettesítik, kevesebb klinkerre van szükség, ami közvetlenül csökkenti a folyamattal kapcsolatos CO₂-kibocsátást. Ezenkívül sok kiegészítő cementkötő anyag ipari melléktermék vagy helyben rendelkezésre álló ásványi erőforrás, ami csökkentheti az új erőforrások fogyasztását és támogathatja a körforgásos gazdaság elveit.

Klinker-helyettesítő Portlandcement-helyettesítő
Égetetlen mészkő Puzzolánok
Kagylók nagy mennyiségű mészt tartalmaznak, és őrlés után hasonlóan használhatók, mint az égetetlen mészkő. Típusok: Az acélgyártás során keletkező hulladékokat újrahasznosítják. Ugyanakkor ezek az ipari folyamatok egyre hatékonyabbá válnak, ami csökkenti a salak mennyiségét.
Repülőhamu: A széntüzelésű erőművek egyre ritkább használata miatt a hamu rendelkezésre állása folyamatosan csökken. Élelmiszer-hulladékból származó hamu, például a rizshéjak, felhasználhatók a portlandcement helyettesítésére.
Kalcinált agyagok 800 °C-on kalcinálható. Bár a kalcinálás során – hasonlóan a mészkő égetéséhez – CO₂ szabadul fel, a szükséges hőmérséklet jelentősen alacsonyabb. -
Bányászati hulladékokból származó meddő összetételüktől függően akár növelhetik is a cement szilárdságát. Az előny az erőforrás-megtakarításban rejlik, mivel a hulladékot újrahasznosítják, például természetes homok helyett.

A klinker vagy a portlandcement helyettesítésével lényegesen kevesebb CO₂ kerül a levegőbe. Ezen felül kevesebb tüzelőanyagot igényel a forgókemence fűtése.

A salakok homogenizálása kiegészítő cementkötőanyagként (SCM)

A salak alapú kiegészítő cementképző anyagok (SCM-ek) megbízható laboratóriumi jellemzése az egységes mintakészítéssel kezdődik. A salakok gyakran rendkívül inhomogének és fémmaradványokat tartalmazhatnak, ezért a további feldolgozás előtt először el kell távolítani a mágneses komponenseket. A zúzáshoz és a homogenizáláshoz általában pofás-törőket használnak az előzúzáshoz, majd golyós malmokat vagy a Cross Beater Mill SK 300-at a finom őrléshez. A megfelelő állkapocs-törő kiválasztásakor a legfontosabb tényezők a kiindulási szemcseméret, a minta mennyisége és a kívánt végső finomság.

Pofás törők

A pofás-törőgépben alkalmazott kétlépcsős előtörés – amelynek során először széles, majd keskeny résen halad át az anyag – gyakran gyorsabb, mint az anyag közvetlen, szűk résen történő áteresztése. Az SK 300-as modellben hatékonyan feldolgozhatók a legfeljebb körülbelül 20 mm-es darabok; a berendezés körülbelül 700 µm-es végső finomságot ér el, és robusztus kialakításának, valamint volfrámkarbid terelőlemezeinek köszönhetően kiválóan alkalmas koptató hatású anyagok feldolgozására.

SK 300 Kereszt-rotoros malom 

A golyósmalmok legfeljebb 15 mm-es salakmintadarabok finom őrlésére alkalmasak. Ebben az esetben is az őrlőgép típusának és az üzemeltetési paramétereknek a kiválasztása a kiindulási szemcsemérettől, a minta mennyiségétől és a kívánt finomságtól függ. 20 ml-ig terjedő kis mennyiségek esetén általában az MM 400-at használják. Nagyobb adagok esetén a TM 300 néhány órán belül körülbelül 500 g, 5 mm-es szemcseméretű salakot képes 25 µm-es végső finomságúra feldolgozni, nagyobb dobokkal pedig akár 2 kg-nál is több mintát képes kezelni.

TM 300 Dob malom 

Ütésminták

120mm, 30 kg


BB 300

15 minimum | < 3 µm

15 mm, 250 g


PM 100

5 minimum | < 500 µm

15 mm, 200 g


SK 300

20 minimum | < 700 µm

5 mm, 500 g


TM 300

4 óra | < 25 µm

Égetetlen mészkő, kagylóhéj és puzzolánok feldolgozása cementpótló anyagként

Számos ásványi cementpótló anyag feldolgozható szokásos cementlaboratóriumi őrlőberendezésekkel. Az égetetlen mészkövet ideális esetben pofás-törőgépekkel, majd golyós malmokkal dolgozzák fel. A kagylóhéjak is főként CaCO₃-ból állnak, de vékonyabbak a tipikus mészkőmintáknál, ezért vágómalmokkal hatékonyan előzúzhatók, majd az Ultra Centrifugal Mill ZM 300-ban finoman őrölhetők; a vágómalmokhoz készült 6 tárcsás rotor alkalmas erre a célra, a ZM 300-ban pedig kopásálló, volfrámkarbid bevonatú rotorok, valamint távolságsziták használhatók. A lágyabb kiegészítő cementanyagokat, pl. a puzzolánokat vagy a vulkáni anyagokat, mint a habkő, szintén rotormalmokkal dolgozzák fel, például a ZM 300-zal 5 l-ig terjedő mennyiségek esetén, vagy az SR 300-zal nagyobb mintamennyiségek esetén. 1 mm alatti szitaszemcseméret esetén a ciklonok megkönnyítik a minta kiürítését és segítik a porképződés megakadályozását.

Mészkő és agyag zúzásaSM 300 Vágó malom 
ZM 300 Ultra-centrifugális malom SR 300 Kalapács-rotoros malom 

Kagylók & Puzzolánok

50 mm, 100 g


BB 50


1 minimum | < 2 mm

80 mm, 1 kg


Előzúzás SM 200
Finom őrlés ZM 300

3 minimum | 0,3 µm

5 mm, 200 g


SR 300


45 s | < 500 µm

2 mm, 90 g


ZM 300


2,5 minimum | 0,1 mm

Növényi eredetű cementkiegészítő anyagok (SCM-ek) és hamuból nyert cementpótló anyagok


A hamuból nyert növényi anyagok – különösen az élelmiszeripari hulladékokból, például rizshéjakból származók – kiegészítő cementképző anyagként (SCM) és cementpótló anyagként használhatók. Homogenizálásuk a salakokhoz vagy a mészkőhöz hasonló módon történik. A kopásálló SK 300 különösen alkalmas kopó hatású mintákhoz, míg 500 µm alatti finom őrléshez golyós malmokat (kis és közepes mennyiségű mintákhoz) vagy dobmalmokat (nagyobb mennyiségekhez) használnak. Maga a növényi alapú nyersanyag (pl. rizshéjak, napraforgómag-héj pelletek vagy szalmamaradványok) is elemzésre szorul; az előzetes méretcsökkentéshez aprítómalmokat használnak, majd a finom őrléshez a ZM 300-at, nagyobb mennyiségek esetén pedig az SR 300-at. Rostos minták esetén mindig érdemes ciklonokat használni, mivel ezek hűtik az anyagot, javítják a minta kiürítését és megakadályozzák a por képződését; a lassú, egyenletes adagolás vagy a távsziták használata szintén segít csökkenteni a hőfelhalmozódást. A DR 100 adagolórendszer könnyebb és egyenletesebb mintaadagolást tesz lehetővé. 

A pelletekben található részecskék finomsága a használt őrlőgép típusától függ

Ha az őrölt minta rosttartalmát csökkenteni kell, a darálógépek szitáit vagy az SR 300-at fordított irányban lehet felszerelni, illetve a rotordarálók esetében csökkenthető a rotor fordulatszáma. Az XRF-elemzéshez nagyon finom őrlésre van szükség – gyakran 50 µm alatt; hogy a golyósmalmok vagy a rotormalmok alkalmasabbak-e, az a későbbi elemzéstől függ, mivel a golyósmalmok finomabb eredményeket adnak, de hosszabb időt vesznek igénybe, és több fémkopást okozhatnak [3]. Ha a kopás nem kritikus, az XRF-eredmények reprodukálhatóságára vonatkozó általános szabály: minél finomabb, annál jobb.

Növényminták

Rizshéja 8 mm, 200 g


ZM 300

8 minimum | 0,5 mm

Rizshéjból származó hamu 15 mm, 450 g


SK 300

2 minimum | 1 mm

Napraforgómag-héj granulátum 30 mm, 500 g


ZM 300

15 minimum | 0,5 mm

Szalma 20 mm, 300 g


SR 300

7 minimum | < 200 µm

A mechanokémia és a cement találkozása: Az agyagégetés alternatívái és az agyagok aktiválási technológiája

cAz aktivált agyagok a legígéretesebb cementkiegészítő anyagok (SCM-ek) közé tartoznak, mivel világszerte elérhetők, helyben is beszerezhetők, és jelentős klinker-csökkentést tesznek lehetővé. A reaktív agyagokat hagyományosan agyagkalcinálással állítják elő, de a mechanokémiai aktiválás egy új, feltörekvő technológia, amely bizonyos alkalmazásokban vonzó alternatívát jelenthet. Az agyag mechanokémiai aktiválása – különösen olyan golyós malmok használatával, mint a PM 100 vagy a PM 300 – mechanikai energiát használ a kristályszerkezet megváltoztatására, az amorfizáció elősegítésére és a reaktivitás növelésére, így számos helyi agyagtípus használhatóvá válik cementpótló anyagként. A PM 100 és a PM 300 ideálisak ehhez a folyamathoz laboratóriumi és kísérleti méretben. Tanulmányok igazolják, hogy a mechanikusan aktivált agyagok finomabbak, szerkezetileg módosultak és kémiailag reaktívabbak, mint a kalcinált agyagok, különösen azok, amelyek magas csillámtartalommal rendelkeznek. Az aktivációs technológia folyamatirányításának kulcsfontosságú eleme a GrindControl rendszer, amely folyamatosan méri a hőmérsékletet és a nyomást az őrlőedény belsejében, segít megelőzni a túlmelegedést, és fontos betekintést nyújt a mechanokémiai reakciókba. Az érzékelők különböző méretű edényekkel kompatibilisek. Az agyag aktiválása során a hőmérséklet és a nyomás jelentősen emelkedik, ami gázfelszabadulásra és ásványi átalakulásra utal; ez a monitorozás elengedhetetlen a reaktivitás szabályozásához és az SCM-termékek állandó minőségének biztosításához. Az adatok az agyag összetételére vonatkozó következtetések levonását is segíthetik – például a magasabb dolomit-tartalmú anyagok a CO₂-kibocsátás miatt nagyobb nyomást generálnak [1].

GrindControlPM 100 Bolygóműves-golyós malom 
Mechanokémia

Reactivity of different clays after thermal and mechanical activation; GrindControl pressure increase reflects dolomite content

Egy tanulmány [2] azt vizsgálja, hogy a mechanokémiai aktiválás során felhasznált energia hogyan befolyásolja az agyagok kémiai reaktivitását, különös tekintettel a bolygóműves golyós malmokra. A bolygóműves golyós malom előnyös laboratóriumi eszköz, mivel lehetővé teszi olyan kulcsfontosságú paraméterek pontos beállítását, mint a forgási sebesség, a golyó-por arány és az őrlési idő. Közel 100 adatpont elemzésével a kutatók szoros összefüggést állapítottak meg a felhasznált energia és az agyagok reaktivitása között. A kémiai reaktivitás gyorsan növekszik az energia-bevitellel, egészen körülbelül 100 kJ/g-ig, míg a további növekedés csak csekély további hatást mutat. Gyakorlati szempontból a PM 300 bolygóműves golyós malom – amely nagy fordulatszámon, például 850 fordulat/perc sebességgel működik – jelentős előnyöket kínál azáltal, hogy maximalizálja az energia-bevitelt és felgyorsítja az agyagalapú kiegészítő cementkötő anyagok (SCM-ek) aktiválási folyamatát.

Planetary Ball Mill PM 300

Discover these exciting chapters and benefit from our expertise

Jellemző anyagok őrlése és homogenizálása

Eszközök az XRF-elemzéshez szükséges minták optimális előkészítéséhez

A cementgyártás során elutasított származékos és alternatív üzemanyagok

Az SCMS feldolgozása és aktiválása

Kiegészítő cementtechnológiák

Nyers vagy homogenizált cementanyagok szitálása

FAQ

Mik azok a kiegészítő cementkötő anyagok (SCM-ek)?

A kiegészítő cementkötőanyagok (SCM-ek) olyan cementpótló anyagok, amelyek a cementben és a betonban a mészkő és/vagy a hagyományos portlandcement-klinker egy részét helyettesítik.

Miért járulnak hozzá a kiegészítő cementkötő anyagok (SCM-ek) a CO₂-kibocsátás csökkentéséhez?

Csökkentik a szükséges klinker mennyiségét. A klinker előállítása a mészkő kalcinálási reakciója és a kemencei folyamat magas energiaigénye miatt jelentős CO₂-kibocsátással jár, így a klinker SCM-ekkel való helyettesítése közvetlenül csökkenti a folyamatból származó kibocsátást, és elősegítheti a körforgásos gazdaság elveinek megfelelő erőforrás-felhasználást.

Milyen anyagok használhatók SCM-ként, és mi befolyásolja azok rendelkezésre állását?

Példaként említhetők a salakok, a repülőhamu, a puzzolánok/vulkanikus kőzetek (pl. habkő), az égetetlen mészkő, a kagylóhéjak (CaCO₃-ban gazdagok), az élelmiszeripari hulladékokból származó hamu (pl. rizshéjak), a kalcinált agyagok és a bányászati meddők. A rendelkezésre állás az ipari trendekkel változhat – például a hatékonyabb acélgyártás csökkentheti a salak rendelkezésre állását, a szénalapú villamosenergia-termelés visszaesése pedig korlátozhatja a repülőhamu-kínálatot.

Hogyan működik az agyag aktiválása, és miben különbözik az agyag kalcinálásától?

A reaktív agyagokat hagyományosan 800 °C-on történő kalcinálással állítják elő, míg a mechanokémiai aktiválás egy olyan aktiválási technológia, amely az őrléssel (pl. PM 100 vagy PM 300 bolygóműves golyósmalmokban) növeli az agyag reaktivitását. A mechanikai energia módosítja a kristályszerkezetet, elősegíti az amorfizációt, és szélesebb körű helyi agyagok felhasználását teszi lehetővé. A folyamatirányítást a GrindControl (hőmérséklet-/nyomásfigyelés) segíti.

Hivatkozások

1] Tole, I., Delogu, F., Qoku, E., Habermehl-Cwirzen, K., & Cwirzen, A. (2022). Enhancement of the pozzolanic activity of natural clays by mechanochemical activation. Construction and Building Materials, 352, 128739.  

[2] Alastair T.M. Marsh, Sreejith Krishnan, Suraj Rahmon, Sisan A. Bernal and Xinyuan Ke; Relationsship between milling input energy and chemical reactivity for mechanochemical activation of clays; Royal Society of Chemistry 2025, DOI: 10.1039/d5mr00088b

[3] Permission for picture usage by Rigaku Europe SE