Prof. Dr Jovan Đuković, Studija proizvodnje portland i specijalnog kalcijum sulfo aluminatnog cementa

7/22/2019 Prof. Dr Jovan ukovi, Studija proizvodnje portland i specijalnog kalcijum sulfo aluminatnog cementa

1/90

Prof. Dr Jovan ukovi, dipl. hem.BeogradM. Vukovia 4/13Tel. +381 63 258056E-mail: [email protected]

Studija mogunosti proizvodnje portland ispecijalnog kalcijum sulfo aluminatnog cementa u

Ugljeviku

Beograd, januar 2012


2/90

2

Naruilac zadatka:

Optina UgljevikUgljevik

Ugovor br.: 02-404-102/11

Izvrilac zadatka:

Prof. Dr Jovan ukovi, dipl. hem.


3/90

3

SadrajPredgovor--------------------------------------------------------------------------------------------61.Osnove---------------------------------------------------------------------------------------------7 1.1Uvod-----------------------------------------------------------------------------------------------71.2 Geografski poloaj Fabrike cementa----------------------------------------------------------8

1.3 Istorijski pregled proizvodnje i upotrebe cementa-----------------------------------------101.4 Vrste cementa koje se danas proizvode i koriste u svijetu--------------------------------101.5 Svjetska proizvodnja i potronja cementa---------------------------------------------------131.6 Kalcijum sulfo aluminatni cement ( CSA cement, CSA Binder)------------------------201.6.1 Karakteristike kalcijum sulfo aluminatnog cementa (CSA)----------------------------261.6.2 Sastav kalcijum sulfo aluminatnog cementa (CSA)-------------------------------------281.7 Portland cement---------------------------------------------------------------------------------291.8 Uticaj proizvodnje cementa na ivotnu sredinu--------------------------------------------292. Sirovine za proizvodnju portland i kalcijum sulfo aluminatnog cementa, koliine i

njihov kvalitet ----------------------------------------------------------------------------322.1. Gips----------------------------------------------------------------------------------------------32

2.2 Letei pepeo iz termoelektrane Ugljevik----------------------------------------------------362.3 Krenjak-----------------------------------------------------------------------------------------372.4 Boksit--------------------------------------------------------------------------------------------382.5 Glina i laporci-----------------------------------------------------------------------------------383. Tehnoloki postupak proizvodnje portland i kalcijum sulfo aluminatnog cementa

(CSA cement CSA Binder) -----------------------------------------------------------403.1 Proizvodnja portland cementa----------------------------------------------------------------403.2 Proizvodnja kalcijum sulfo aluminatnog cementa-----------------------------------------464. Ekonomski parametri proizvodnje 600 000 t/g cementa ------------------------------484.1 Proizvodnja portland cementa----------------------------------------------------------------484.1.1 Snabdijevanje sa energijom-----------------------------------------------------------------48

4.1.2 Postrojenje za proizvodnju cementa-------------------------------------------------------484.1.3 Osnovne tehnoloke karakteristike postrojenja za proizvodnju cementa-------------494.1.4 Glavna oprema fabrike cementa-----------------------------------------------------------494.1.5 Osnovna oprema fabrike cementa---------------------------------------------------------514.1.6 Cijena proizvodnje portland cementa-----------------------------------------------------524.2 Proizvodnja kalcijum sulfo aluminatnog cementa-----------------------------------------574.2.1 Cijena proizvodnje kalcijum sulfo aluminatnog cementa------------------------------574.3 Neophodna radna snaga-----------------------------------------------------------------------624.4 Tekue cijene cementa na domaem tritu i tritu zemalja u okruenju-------------625. Zakljuci -----------------------------------------------------------------------------------------64Literatura ------------------------------------------------------------------------------------------69

Aneks 1 ----------------------------------------------------------------------------------------------70Rezultati ispitivanja kvaliteta i karakteristika pepela koji nastaje u TermoelektraniUgljevik

Aneks 2 ----------------------------------------------------------------------------------------------78Rezultati ispitivanja kvaliteta i karakteristika krenjaka (krovinski dio) iz leitaVujak-Ugljevik

Aneks 3 ----------------------------------------------------------------------------------------------88Adrese najznaajnijih proizvoaa cementa


4/90

4

Pregled tabelarnih prikaza

Tabela 1.1Oznake za cement po evropskim standardimTabela 1.2 Svjetska proizvodnja cementa po zemljama

Tabela 1.3 Svjetska proizvodnja cementa u 2010 godiniTabela 1.4 Najznaajnije svjetske kompanije proizvoai cementa (2006god.)Tabela 1.5 Proizvodnja cementa na prostorima prethodne Jugoslavije i AlbanijeTabela 1.6Sastav sirovine, mineraloki sastav proizvoda dobijenog sinterovanjem

sirovine i vrstoa na pritisak sulfoaluminijumskog cementaTabela 1.7 Vrijednosti vrstoa CSA cementa (betona)Tabela 1.8 Stepen irenja betonaTabela 1.9 Stepen skupljanja bertona, odnos prema Portland cementuTabela 1.10 Stabilnost vrstoe betonaTabela 2.1Specifikacija kvaliteta ODG-gipsa po zahtjevima industrije gipsaTabela 2.2Hemijski sastav ODG-gipsa (TE Scholven) i prirodnog gipsa (Rigips Ltd)

uporeeni sa zahtjevanim vrijednostima za ODG-gipsTabela 2.3 Pregled godinje potronje uglja u Termoelektrani Ugljevik i sadraj sumporaTabela 2.4 Karakteristike uglja koji se koristi u Termoelektrani UgljevikuTabela 2.5 Karakteristike dimnog gasa Termoelektrane UgljevikTabela 2.6 Koliine nastalog sumpor dioksida u Termoelektrani UgljevikTabela 2.7 Oekivana koliina gipsa iz procesa odsumporavanja dimnih gasova u TE

ugljevikTabela 2.8 Hemijski sastav pepela koji nastaje u Termoelektrani UgljevikTabela 2.9 Sadraj prirodenih radionukleida u uzorcima pepela termoelektrane UgljevikTabela 2 .10 Hemijski sastav krenjakaTabela 2.11 Hemijska analiza prosjenog etvoromjesenog uzorka samljevenog boksita

(decembar 2010- januar, februar, mart 2011)Tabela 3.1 Glavne mineralne komponente u portland cementuTabela 3.2 Osnovni mineralni sastav CSA cementa (Italcementi Alipre)Tabela 3.3 Osnovni hemijski sastav CSA cementa (razliitih proizvoaa)(16,17)Tabela 4.1 Osnovne tehnike karakteristike postrojenja za proizvodnju cementaTabela 4.2 Osnovni normativi za proizvodnju klinkera i cementaTabela 4.3 Cijena proizvodnje portland cementaTabela 4.4 Specifina cijena proizvodnje klinkeraTabela 4.5 Operativni trokovi pri proizvodnji klinkera godinjeg kapaciteta 570.000

tonaTabela 4.6 Cijena proizvodnje kalcijum sulfo aluminatnog cementaTabela 4.7 Specifina cijena proizvodnje klinkera kalcijum sulfo aluminatnog cementaTabela 4.8 Specifina cijena proizvodnje cementaTabela 4.9 Operativni trokovi pri proizvodnji klinkera godinjeg kapaciteta 550.000

tonaTabela 4.10 Tekue cijene cementa, oktobar-novembar 2011


5/90

5

Pregled slika i grafikih prikaza

Slika 1.1Geografska karta Bosne i Hercegovine sa oznakom lokacije UgljevikSlika 1.2 Satelitski snimak podruja Ugljevika

Slika 1.3Grafiki prikaz proizvodnje cementa u svijetu u 2005 godini.Slika 1.4 Projekcija globalne svjetske proizvodnje cementa i emisije ugljen dioksida do2050 godine (17)

Slika 1.5 CSA ekspanzioni aditiv za cementSlika 1.6 CSA cement sa visikom inicijalnom i finalnom tvrdoomSlika 1.7 CSA cement kao redukcioni agent skupljanja betonaSlika 1.8 CSA cement niskog alkalitetaSlika 1.9 CSA cement kao aditiv za ploice i cementno mlijekoSlika 1.10 CSA cement kao materijal za ravnanjeSlika 1.11 CSA binder (ciment)Slika 1.12Izgled kalcijum sulfo aluminatnog cementa

Slika 3.1 Osnovna ema tehnolokog postupka proizvodnje portland cementaSlika 3.2 Plan fabrike cementa (Layout)Slika 3.3 ematski prikaz postrojenja fabrike cementa Hercules Cement PlantSlika 3.4 Fotografski snimak kompletne fabrike cementaSlika 3.5 Osnovna ema rotacione peiSlika 3.6 Izgled rotacione pei sa hladnjacimaSlika 3.7 Postrojenja koje koristi automobilske gume kod proizvodnje klinkeraSlika 4.1 Kretanje cijena cementa


6/90

6

Predgovor

Optina Ugljevik, pored velikih rezervi uglja i proizvodnje elektrine energije,raspolae znaajnim rezervama krenjaka, gline i laporaca kao osnovnih sirovina za

proizvodnju cementa. Osim toga nakon uvoenja procesa odsumporavanja dimnih gasovau Termoelektrani Ugljevik nastae velika koliina gipsa (oko 386 000 t/godini),dovoljnog kvaliteta za njegovu upotrebu u industriji cementa. Obzirom da u RepubliciSrpskoj nema proizvodnje cementa to se nametnulo kao logino razmiljanje da se ue uprojekat izgradnje cementare kapaciteta 600 000 t/g portland cementa ili specijalnogkalcijum sulfo aluminatnog cementa, alternativno. Kod proizvodnje kalcijum sulfoaluminatnog cemenata, kao specijalne vrsta cementa sa veoma dobrim karakteristikama,kao jedna od sirovina, u koliini od oko 30%, koristi se gips. Ova komponenta e seobezbijediti u Termoelektrani Ugljevik iz procsesa odsumporavanja dimnih gasova kojie se realizovati u narednim godinama.

Sa druge strane, kalcijum sulfoaluminatni cement se ne proizvodi u zemljamaprethodne Jugoslavije, i u Albaniji tako da se oekuje da bi ta proizvodnja imala realnotrite. Predviena tehnologija i oprema koja se navodi u Studiji omoguava proizvodnjujedne ili druge vrste cementa, a u zavisnosti od zahtjeva trita.

Da bi se pristupilo realizaciji izgradnje fabrike za proizvodnju cementa potrebnoje sagledati sve neophodne parametre od sirovina, njihovih zaliha i kvaliteta, potrebneenergije, tehnologije, trita i ekonomske opravdanosti takve proizvodnje, odnosnoneophodno je izraditi studiju opravdanosti ulaska u takav projekat. To je bio i predmetove Studije koja je izraena za potrebe Optine Ugljevik. Studija, uzimajui u obzirtrenutno stanje cijena sirovina, energije i radne snage, pokazuje punu opravdanost ulaska

u realizaciju ovoga projekta. Pitanje trita se mijenja u zavisnosti od domaih i svjetskihekonomskih kretanja tako da je neophodno sagledati trite u periodu definitivne odlukeizgradnje fabrike cementa. Industrija cementa je, zbog globalne ekonomske krize usvijetu, posebno u Evropi, u znaajnoj stagnaciji, ali se predvia globalni oporavakprivrede, a time i ove industrije, u periodu 2014-2016 godine do kada bi realno mogla dase izgradi fabrika cementa.

Na kraju elim da se posebno zahvalim firmi Team network, engenering andmanagement Siracusa, Italija koja mi je obezbijedila dio kvalitetnih podataka koji sukorieni u Studiji.


7/90

7

1.Osnove

1.1 Uvod

Kod procesa odsumporavanja dimnih gasova, tehnologije koja se planira koristitiu Termoelektrani Ugljevik, pojavljuje se, kao nus proizvod, velika koliina gipsa ( premaproraunu oko 386 000 t/godinu). Nastali gips, umjesto odlaganja na deponiju kaootpadni materijal, je mogue komercijalno koristiti ime bi se, pored ekolokih efekata,ostvarili i ekonomski efekti preko utede trokova transporta i odlaganja nastalog gipsa,utede na deponijskom prostoru na koji bi se odlagao nastali gips, odnosno prekokomercijalnog korienja nastalog gipsa.

U Studija mogunosti valorizacije gipsa iz procesa odsumporavanja u

Termoelektrani Ugljevik koja je uraena u septembru 2010 godine za Optinu Ugljevik(1) sagledana su tehnoloka rjeenja mogue komercijalne proizvodnje i upotrebe gipsa izmaterijala koji nastaju kod procesa odsumporavanja dimnih gasova u TermoelektraniUgljevik, odnosno:

proizvodnja sintetskog gipsa iz procesa odsumporavanja dimnog gasa, postupke ienja gipsa nastalog odsumporavanjem dimnog gasa, ukoliko je to

neophodno, proizvodnju i korienje gipsa u svijetu, cijene sintetskog gipsa i proizvoda od

gipsa, oekivane koliine gipsa iz procesa odsumporavanja dimnih gasova u

Termoelektrani Ugljevik,

tehnologiju proizvodnje komercijalnog gipsa u Termoelektrani Ugljevik, moguu upotrebu gipsa proizvedenog u Termoelektrani Ugljevik i sagledavanje mogueg trita nastalog gipsa i proizvoda od gipsa.

Gips koji nastaje kod procesa odsumporavanja dimnih gasova ima iroku primjenu ugraevinarstvu, poljoprivredi, hemijskoj industriji, medicini, u proizvodnji standardnogportland cementa i specijalnog kalcijum sulfo aluminatnog cementa. Studija je, porednavedenih mogunosti korienja nastalog gipsa, prezentovala osnovne podatkekorienja nastalog gipsa u hemijskoj industriji:

kod proizvodnje boja, farmaceutskih proizvoda, kod proizvodnje papira kaopunilo, kod proizvodnje insekticida, proizvodnje kvasaca, tretmana voda i u

mnogim drugim industrijskim granama. Neke od najznaajnijih primjena gipsa uindustriji su sljedee:

-kalcijum sulfat, odnosno gips i koks slue za proizvodnju kalcijumkarbida,-amonijum sulfat se dobija iz kalcijum sulfata reakcijom sa amonijakom,ugljen dioksidom i vodom. Kao nus proizvod nastaje kalcijum karbonat,-gips se koristi u industriji stakla,


8/90

8

-gips se koristi kod proizvodnje teflona,-gips velike istoe se koristi u keramikoj industriji,-gips se koristi u dekorativne svrhe za ukrase na zidovima, umjetnika

djela i dr.-gips se koristi za medicinske potrebe (zubarstvu, ortopediji i dr.).

-anhidrovani gips se koristi u industriji kao sikativ u ureajima zahlaenje, kod proizvodnje telefonskih kablova, za zatitu optikih ielektronskih ureaja, kod pripreme seruma.

Korienje gipsa u industriji cementa je veoma znaajno i to je globalnoposmatrano najvea koliinska upotreba prirodnog i sintetskog gipsa. U industrijicementa gips se koristi kao retarder-usporiva (dodatak 5-6% klinkeru) kod proizvodnjeportland cementa i kao sirovina kod proizvodnje kalcijum sulfo aluminatnog cementa.

U ovoj studiji e se obraditi, sa tehnolokog i komercijalnog stanovita, moguaproizvodnja portland i kalcijum sulfo aluminatnog cementa u Ugljeviku

1.2 Geografski poloaj fabrike cementa

Izgradnja Fabrike za proizvodnju portland i/ili specijalnog kalcijum sulfoaluminatnog cementa se planira u Ugljeviku. Optina Ugljevik se nalazi u sjevero-istonom dijelu Republike Srpske i Bosne i Hercegovine, na istonim padinama planineMajevica prema najveoj itnici u Bosni i Hercegovini, Semberiji. Centar optine je gradUgljevik smjeten na regionalnom putu M-18 Bijeljina-Tuzla.

Ugljevik je smjeten u centru prethodne Jugoslavije u Republici Srpskoj i Bosni iHercegovini. Udaljen je oko 50 km od Autoputa Beograd-Zagreb. Udaljenost Ugljevikaod glavnih regionalnih centara je sljedea:Bijeljina 24 kmBanja Luka 230 kmZagreb 300 kmBeograd 155 kmLjubljana 430 kmTrst 550 kmGrac 500 km

Luka u Brkom na rijeci Savi je udaljena 45 km od Ugljevika i povezana je saplovnim sistemom Dunava. eljezniki terminal je u Bijeljini, 24 km udaljen odUgljevika, a glavni eljezniki vor prethodne Jugoslavije u Vinkovcima je udaljen 80km. Lokacija Ugljevika moe da se vidi na geografskoj karti Bosne i Hercegovine i nasatelitskom snimku koji su dati na sljedeim slikama.


9/90

9

Slika 1.1Geografska karta Bosne i Hercegovine sa oznakom lokacije Ugljevika

Slika 1.2 Satelitski snimak podruja Ugljevika


10/90

10

1.3Istorijski pregled proizvodnje i upotrebe cementa

Pojam Cement datira jo iz vremena starih Rimljana koji su koristili pojamopus caementicium za opis zidarskog betona koji se proizvodio iz drobljenog kamena i

ivog krea kao vezivnog materijala. Korien je vulkanski pepeo i mljeveni kamen kojisu dodavani ivom kreu da bi se dobilo hidraulino vezivo koje je kasnije definisano kaocementum, cimentum, camen i cement.

Poznato je da je kombinacija hidratnog krea i pazolana prvi put upotrijebljena ustaroj Makedoniji. Tri vijeka kasnije su to koristili rimski inenjeri. Koristili su prirodne ivjetake pucolane za pravljenje ove vrste betona. Jo uvijek su prisutne graevine iztoga perioda graene od ove vrste betona (Panteon u Rimu, Karakala kupatila, Rimskiakvadukti i sl.). Srednjevjekovni zidari i vojni inenjeri su koristili hidraulini cement zaizgradnju pojedinih graevinskih struktura (kanala, fortifikacionih prepreka, luka,brodogradilita i dr.). Tehnoloko znanje u proizvodnji hidraulinog cementa je

sistematizovano od strane francuskih i britanskih inenjera u 18 vijeku.

U Britaniji je James Parker 1796 godine patentirao Rimski cement. Proizvod serazlikovao od cementa koji se proizvodio u starom Rimu. Dobijen je zagrijavanjemglinenih depozita i kalcijum karbonata. Na proizvodnji slinih vrsta cementa su radiliJohn Smeaton, Luis Vicat i James Frost krajem 18 vijeka i poetkom devetnaestog vijeka.U 1824 godini Josef Aspdin je patentirao slian proizvod koji je nazvao Portland cement,obzirom da su proizvodi od ovoga cementa imali izgled slian Portland kamenu. Prvimoderni Portland cement je napravio Aspidinov sin William 1840. U 1850 godiniPortland cement je u najiroj upotrebi za proizvodnju betona.

U USA se kao prvo ire korienje cementa povezuje za Rosendale cementom upoetku 19 vijeka koji se iroko koristi za izgradnju kapitalnih graevina (Kip slobode,Kapitol, Bruklinski most i za vodovodne sisteme). I danas se, posebno za velikegraevine, koristi Rozental cement.

Korienje cementa u dvadesetom i dvadeset prvom vijeku je veoma zastupljeno,tako da svjetska proizvodnja i potronja cementa dostie vie od tri milijarde tona.

1.4 Vrste cementa koje se danas proizvode i koriste u

svijetu

Danas se u svijetu koristi vie vrsta cementa. U najveem obimu se koristiportland cement, a proizvode se i druge vrste cementa. Osnovni podaci o vrstamacementa su sljedei.


11/90

11

Portland cement proizvodi se termikim tretmanom krenjaka (kalcijumkarbonata) sa manjim koliinama drugih materijala, kao to je glina ili laporac, kodtemperatura od 14500C, pri emu nastaje klinker. Klinkeru se dodaje 5-6% gipsa radiregulisanja vremena stvrdnjavanja pri emu se dobija cement za upotrebu (esto seoznaava kao OPC cement). Ovo je najznaajnija vrste cementa poto predstavlja

osnovicu za dobijanje veine drugih vrsta cementa. Od ukupne proizvodnje svih cementau svijetu portland cement ini 70%. Specifina masa portland cementa je najmanje 3000kg/m3 i sa specifinom povrinom od najmanje 2400 cm2/g. Od portland cementa seproizvodi beton, razliiti malteri i drugi materijali.

Proizvode se razliite vrste portland cementa, u zavisnosti od njegove upotrebe,odnosno razliite formulacije sa osnovnom komponentom portland cementa. To su svicementi koji se proizvode mljevenjem portland cementnog klinkera i uz dodatak drugihmaterijala. Dodatni materijali, u zavisnosti od vrste i koliine, mijenjaju svojstva portlandcementa. Iako su vrstoe ovih cemenata u poetku manje od vrstoe istog portlandcementa oni pri veim starostima od 28 dana nadmauju te vrstoe. Zbog toga imaju iste

klase kao i portland cement. portland cement sa leteim pepelom sadri oko 30% leteeg pepela pucolana.

Ovaj cemenat obezbjeuje manji sadraj vode u betonu to omoguava brestvrdnjavanj betona. Ukoliko je na raspolaganju kvalitetan letei pepeo ova vrstacementa moe biti alternativa standardnom portland cementu.

Portland cement sa dodatkom zgure dobija se mljevenjem portland cementnogklinkera, gipsa i 30% granulisane zgure visokih pei. Karakterie se netosmanjenom relativnom vrstoom, uz porast kasnijih vrstoa. Ovaj cement imasporiju hidrataciju u odnosu na isti portland cement.

portland pucolan cement ukljuuje cement sa leteim pepelom, kao i cement

proizveden iz drugih prirodnih ili vjetakih pucolana, kao to je vulkanski pepeo(u Italiji, ileu, Meksiku, Filipinima je uobiajena vrsta cementa u upotrebi), portland silikatni cement dobija se dodatkom silikata tako da se dobija visoka

vrstoa. Dodaje se 5-20% silikata. Obino se silikat dodaje portland cementu zasmjeu za beton,

Metalurki cement je portland cement sa dodatkom zgure kod koga sadrajzgure iznosi preko 30%, ali ne prelazi granicu od 85%. Sporije hidratizira i manjeje specifine mase. Ovaj cement je otporniji od portland cementa na razliitaagresivna dejstva. Postojan je u vodama koje sadre hloride, sulfate i alkalije.Ovaj cement pokazuje veliku postojanost u morskoj vodi.

Aluminatni cement se dobija arenjem mjeavine krenjaka i boksita uz dodatak

silicijum dioksida i oksida gvoa. arenje je na temperaturi od 1500-15500

C.Nakon mljevenja ovako dobijenog aluminatnog klinkera cement se moe odmahupotrijebiti. Ova vrsta cementa ima crnkastu boju, ima veoma brz prirast vrstoeu toku vremena, tako da u toku 24 sata ostvaruje oko 80% vrstoe koja odgovarastarosti od 28 dana. Vremenom dolazi do prekristalizacije produkata hidratacijetako dadolazi do pada vrstoe. Ova vrsta cementa je otporna u morskoj vodi umekoj vodi i u sulfatnim vodama, dok je neotporan u vodama koje sadrealkalije.


12/90

12

Supersulfatni cement se dobija finim mljevenjem granulisane zgure (80-85%),anhidrata (10-15%) i portland cementnog klinketa (do 5%). Odlikuje se velikomfinoom mliva i niskom toplotom hidratacije. Otporan je prema sulfatima,morskoj vodi sonoj kiselini, lanenom ulju, fenolima i razblaenim rastvorimaorganskih kiselina.

zidarski cement se koristi za proizvodnju maltera a ne za proizvodnju betona.Obino je portland klinker i drugi ingredijenti kao to su krenjak, hidratisani

kre, retarderi i bojene materije. Koriste se kao malteri. U USA se koristi tukocement koji se koristi kao malter za vezivanje zidarskih blokova,

ekspanzioni cement sadri, pored portland klinkera, ekspanzivni klinker kao toje sulfoaluminatni klinker,

bijelo blendirani cement se proizvodi korienjem bijelog klinkera i bijelesaplementne materijale kao to je metakaolin visoke istoe,

bojeni cement se koristi za dekorativne potrebe. Dodaju se pojedini pigmenti uportland cement,

pucolan-kreni cement se dobija iz smjee pucolana i krea. Proizvodili su ga

stari Rimljani ije graevine napravljene od toga cementa i danas postoje, supersulfatni cement sadri 80% granulirane ljake iz pei, 15% gipsa ili

anhidrita i malo portland klinkera ili krea kao aktivatora, kalcijum aluminatni cement je cement primarno proizveden iz krenjaka i

boksita. Aktivni ingredijenti su monokalcijum aluminat i majenit (Ca12Al14O33).Jaina se ostvaruje hidracijom u kalcijum aluminat hidrat. Veoma je pogodan zaproizvodnju betona koji su otporni na visoke temperature,

cement od ljake i krea je cement po osobinama slian pucolan krenomcementu. Jedino je granulirana ljaka pogodna za proizvodnju ove vrste cementa,

kalcijum sulfo aluminatni cement je nova vrsta cementa koja ima veoma dobrekarakteristike.

Cement na bazi Mg

Oznake za cement

U sljedeoj tabeli navode se oznake za cement po evropskim standardima

Tabela 1.1Oznake za cement po evropskim standardima

Naziv OznakaPortland cement CEM IPortland cement sa dodatkom zgure CEM II/A-S

CEM II/B-SPortland cement sa dodatkom pucolana CEM II/A-P

CEM II/A-QCEM II/B-PCEM II/B-Q

Portland kompozitni cement CEM II/A-MCEM II/B-M

Metalurki cement CEM III/A


13/90

13

CEM III/BCEM III/C

Pucolanski cement CEM IV/ACEM IV/B

Kompozitni cement CEM V/A

CEM V/BA- Uee dodatka od 6-20%B- Uee dodatka od 21-35%C- Uee dodatka od 81-95%M- Mijeani dodatak pucolana i zgureP- Prirodni pucolanQ- Aktivirani pucolanS- Zgura visokih peiV- Silikatni letei pepeoW- Karbonatni letei pepeo

1.5 Svjetska proizvodnja i potronja cementa

Proizvodnja cementa u svijetu se kree u granicama veim od 3 milijarde tona/godini (proizvodnja cementa u svijetu u 2010 godini je bio 3,325 milijardi tona). Zbogsvjetske ekonomske krize u zadnjim godinama proizvodnja cementa je opala u veinizemalja (osim Kine, Indije i istono-evropskih zemalja). Prema dostupnim podacimaspisak drava proizvoaa cementa i koliina proizvedenog cementa je navedena u tabeli1.2 (9). Tabela 1.2 prikazuje svjetsku proizvodnju cementa u 2010 godini.

Tabela 1.2HYDRAULIC CEMENT: svjetska proizvodnja, po zemljama1, 2

(Hiljada metrikih tona)Zemlja 2004 2005 2006 2007 2008e

Afghanistane 70 - 60 - 50 - 50 50Albania 573 489 r 525 r 889 r 890Algeria 11,000 e 12,800 r 14,702 15,886 r 17,397 3Angola 754 1,315 1,373 1,400 e 1,400Argentina 6,254 7,595 8,929 9,602 9,703 3

Armenia-- 501 605 625 722 770 Australiae 8,000 9,000 9,000 9,000 8,500 Austria 4,356 r 4,560 r 4,852 r 5,203 r 5,309 3Azerbaijan- 1,428 1,538 1,622 1,731 1,800 Bahrain 400 r 400 r 400 r 400 r 370 Bangladeshe 5,000 5,100 5,100 5,100 5,000 Barbados 322 341 r 338 r 294 r 300 Belarus- 2,731 3,131 3,495 3,820 4,219 3


14/90

14

Belgium 6,715 7,594 8,192 8,200 e 8,200 Benine 250 250 1,489 3 1,550 3 1,600 Bhutane 170 170 180 180 170 Bolivia 1,276 1,440 1,636 1,739 1,700Bosnia and Herzegovina- 1,045 1,026 1,226 1,283 r 1,406 3

Brazil 34,413 36,673 39,540 46,406 51,8653

Brunei 242 266 240 r, e 200 r, e 200Bulgaria 2,939 r 3,618 r 4,093 r 4,413 r 4,400 Burkina Fasoe 30 30 30 30 30 Burma4 519 543 570 608 676 3Cambodia -- -- -- 87 87 Cameroon- 1,032 1,000 e 1,000 1,000 e 1,000 Canada 13,863 14,179 14,336 15,078 13,672p, 3Chile 3,798 3,999 4,112 4,440 4,622 3China 970,000 1,068,850 1,236,770 1,361,170 r 1,388,380p, 3Colombia 7,822 9,959 10,038 5 11,068 5 10,456 3, 5Congo (Brazzaville) -- 100 100 e 100 e 110Congo (Kinshasa)- 403 511 530 520 r, e 520 Costa Ricae 1,500 1,400 1,400 3 1,400 1,400 C-te d-Ivoiree 650 650 650 - 650 650 Croatia- 3,811 3,481 3,598 r 3,524 r 3,500Cuba 1,401 1,567 1,705 1,805 1,800Cyprus-- 1,689 1,805 1,786 1,873 1,870Czech Republic 3,829 3,978 4,239 4,899 4,805 3Denmark-- 2,150 2,120 2,115 2,100 e 2,100Dominican Republic 2,654 2,779 3,777 r 4,100 r, e 4,000

Ecuadore

3,470r

3,690r

4,110r

4,420r

4,000

Egypt-- 28,763 32,458 36,200 38,400 40,000El Salvador 1,265 1,131 1,311 1,300 r, e 1,300Eritreae 45 45 45 45 45 Estonia 615 726 849 r 937 r 808 3Ethiopia 1,316 1,569 1,676 r 1,800 r, e 1,820 Fijie 120 143 3 143 145 143 Finland 1,295 1,357 1,685 1,743 1,745 3France 20,962 21,277 22,540 22,300 e 21,700 3French Guianae 60 60 60 60 62Gabone 260 260 260 - 229 3 230Georgiae 425 3 450 450 450 450Germany 31,854 31,009 33,630 33,382 33,581 3Ghanae-- 1,900 1,900 1,900 1,900 1,900Greece 15,039 15,166 15,674 16,667 16,500Guadeloupee 230 240 230 230 230Guatemalae 2,200 2,400 2,500 2,500 2,500Guineae 360 360 360 360 360


15/90

15

Haitie 300 300 300 300 300Honduras 1,392 1,384 1,800 r, e 1,800 r, e 1,800Hong Kong 1,039 1,005 1,010 e 1,000 e 1,000Hungary 3,580 r 3,371 3,724 r 3,552 r 3,544 3Iceland 100 132 141 90 e 100

Indiae

130,000 145,000-

160,000-

170,000 177,000

Indonesia-- 33,230 33,917 35,000 e 36,000 e 37,000Iran-- 32,198 32,650 35,300 r, e 40,000 r, e 44,400 3Iraqe 2,500 3,000 3,500 4,500 r 5,500 Ireland 5,000 e 5,083 4,981 5,000 e 5,000 Israel- 4,494 5,093 5,089 5,000 e 5,000 Italy 45,343 40,284 47,814 47,542 r 43,030 3Jamaica 808 845 761 592 600Japan 67,376 69,629 69,942 67,685 62,810 3Jordan 3,908 4,046 3,967 4,051 r 4,284 3Kazakhstan- 3,662 3,975 4,880 5,699 5,223 3Kenya 1,789 2,123 2,174 2,546 r 3,135 3Korea, Northe 5,630 5,700 6,160 6,130 6,130Korea, Republic of 56,955 51,391 53,971 57,042 53,900 3Kosovo6 450 e 450 450 e 470 590 3Kuwait 2,635 2,145 2,200 e 2,200 e 2,200Kyrgyzstan 870 900 1,211 1,300 e 1,300Laose 250 250 400 400 400Latviae 284 3 280 280 300 310Lebanon- 4,400 4,600 4,400 4,900 e 5,000Liberia 121 144 155 157 160

Libyae 3,600 3,6213 5,300 r 5,206 r, 3 6,000Lithuania 753 832 1,065 1,105 1,100Luxembourg 797 760 800 e 780 e 780Macedonia- 752 r 827 r 867 r 902 r 862 3Madagascare-- 170 150 150 270 3 270Malawi 120 166 188 185 240Malaysia 15,690 17,860 18,400 r, e 19,480 r 19,500Martiniquee 220 220 220 220 220Mauritania 300 300 e 374 r 410 322 3Mexico 34,992 - 37,452 40,362 40,670 47,609 3Moldova- 440 641 837 800 e 750Mongolia 62 112 141 180 r 180Moroccoe-- 11,000 11,000 11,000 11,000 11,000

Mozambiquee 550 r 490 r 600 r 800 r 730Nepale, 4 285 290 295 300 285Netherlands- 2,380 2,496 2,790 2,700 e 2,700New Caledonia- 115 119 133 134 r, e 134New Zealande 1,110 3 1,100 1,120 r, 3 1,100 1,100


16/90

16

Nicaragua 521 530 530 e 530 e 530Nigere- 54 54 54 54 54Nigeriae 2,300 2,700 r 3,300 r 4,700 r 5,000Norway 1,420 1,613 1,695 1,700 e 1,700Oman 2,621 2,686 3,611 3,880 4,000

Pakistane

- 15,000 17,000 20,6523

30,000r

39,000

Panama 1,042 1,050 1,050 e 1,050 r, e 1,050Paraguaye 470 550 600 600 600Peru 4,604 r 5,107 r 5,782 r 6,231 r 6,922 3Philippines- 13,346 15,494 12,033 13,048 13,000Poland 12,566 12,646 14,688 17,120 r 17,207 3Portugal 8,843 8,438 8,340 12,631 r 10,000Qatar 1,400 1,500 1,568 2,500 e 3,500R-unione 380 380 400 400 400Romania 6,239 7,032 8,253 10,061 10,703 3Russia- 45,700 48,500 54,700 59,900 53,600 3Rwanda-- 104 101 103 103 100Saudi Arabia 25,380 26,064 27,056 r 30,369 31,823 3

Senegal 2,391 2,623 2,884 3,152 3,200Serbia7 2,240 r, 8 2,276 r, 8 2,565 2,677 2,843 3Serbia and Montenegro -- r, 8 -- r, 8 -- r -- r --Sierra Leone 180 172 234 236 236Slovakia-- 3,158 3,499 3,593 3,718 4,157 3Slovenia 1,186 1,114 1,269 1,300 r, e 1,300South Africa, sales9 10,297 11,464 12,658 13,651 13,341 3Spain, including Canary Islands 45,593 50,347 54,033 54,720 r 42,088 3

Sri Lankae 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800Sudan- 307 331 202 326 r 330Surinamee 65 65 65 65 65Sweden 2,588 2,709 2,952 2,950 2,900Switzerland-- 3,851 4,022 4,040 4,000 e 4,000

Syria 4,757 4,700 e 4,804 r 5,104 r 5,336 3Taiwan 19,050 19,891 19,294 18,957 17,3303Tajikistan 194 253 282 313 r 300Tanzania- 1,281 1,366 1,432 1,513 1,600Thailand- 35,626 37,872 39,408 35,668 35,600Togoe-- 800 800 800 - 800 800Trinidad and Tobago 768 686 883 890 e 800Tunisia 6,662 6,691 6,932 7,052 7,559 3Turkey 38,796 42,787 47,499 49,553 51,432 3Turkmenistane 550 650 800 900 900Ugandae 559 3 630 630 650 650Ukraine- 10,635 12,183 13,732 15,000 14,918 3

Country 2004 2005 2006 2007 2008e


17/90

17

United Arab Emiratese 9,000 9,8003 12,600 r 14,000 r 16,000United Kingdom 11,405 11,216 12,119 11,900 e 11,900United States, including Puerto Rico10 99,015 100,903 99,712 96,850 87,610 3

Uruguaye 620 r 620 r 620 r 620 r 620Uzbekistan 5,068 5,068 5,700 r, e 6,500 r 6,600

Venezuelae 5,000 r 5,800 r 7,200 r 9,000 r 9,000Vietnam- 26,153 30,808 32,690 36,400 e 37,000Yemen 1,546 1,550 1,470 1,728 3,000Zambiae 390 435 650 650 700Zimbabwee 500 600 700 - 400 400

--- Total 2,190,000 2,350,000 2,610,000 r 2,810,000 r 2,840,000 eEstimated. pPreliminary. rRevised. -- Zero.1World totals and estimated data are rounded to no more than three significant digits; may not add to totals shown. Even where presented unrounded,-

reported data are thought to be accurate to no more than three significant digits. Data are from a variety of sources, including the European Cement

Association.2Table includes data available through July 9, 2009. Data may include clinker exports for some countries.

3Reported figure.4Data are for fiscal year ending March 31 of the following year.5Data for 2006-08 are for gray cement only; white cement output was likely to have been an additional 50,000 to 100,000 metric tons per year.6Not included in Serbia data.7Excludes Kosovo data.8Montenegro and Serbia formally declared independence in June 2006 from each other and dissolved their union. Montenegro has no cement plants.9Data have been adjusted to remove sales of cementitious materials other than finished cement. Material sales removed (mostly fly ash and ground-

granulated blast furnace slag) amounted, in metric tons, to: 2004-1,438,567; 2005-1,511,716; 2006-1,599,505; 2007-1,664,304; and-

2008-1,395,124.10Portland and masonry cements only.

Tabela 1.3Svjetska proizvodnja cementa u 2010 godiniR. br. Zemlja/Region Miliona tona

1 Kina 1,800

2 Indija 220

3 U S A 63.5

4 Turska 60

5 Brazil 59

6 Japan 56

7 Iran

55

8 panija 50

9 Vijetnam 50

10 Rusija 49

11 Egipat 48

12 Juna Koreja 46

13 Saudijska Arabija 45


18/90

18

14 Indonezija 42

15 Italija 35

16 Meksiko 34

17 Njemaka 31

18 Tajland 3119 Pakistan 30

Ostali 520

2010 Svjetska proizvodnja 3,325

Najznaajnije svjetske kompanije proizvoae cementa sadri tabea 1.4.

Tabela 1.4Najznaajnije svjetske kompanije proizvoai cementa(2006god.)

Redni br. Kompanija Godinja proizvodnja mil. tona1. Holcim 1982. Lafarge 1753. Cemex 944. Haildeberg cement 905. Italcementi 706. Anhui Conch Cement, Kina 150 (2010 godini)7. TitanCement Company S.A 15

Grafiki prikaz proizvodnje cementa u svijetu u 2005 godini sadri slika 1.3(8).

Projekcija globalne svjetske proizvodnje cementa i emisije ugljen dioksida do2050 godine pokazuje znaajan porast ove proizvodnje u svijetu. To ilustruje grafikiprikaz dat na slici 1.4 (17).


19/90

19

Slika 1.3Grafiki prikaz proizvodnje cementa u svijetu u 2005 godini.

Proizvodnja cementa na prostorima prethodne Jugoslavije i Albanije je znaajnato potvruju podaci navedeni u tabeli 1.5 (10).

Tabela 1.5Proizvodnja cementa na prostorima prethodne Jugoslavije i Albanije

No Zemlja Potronja

cementa,t/g

Postrojenje Vlasnik klinker

t/dkapacitet

Proizvodnja

cementa,t/g

Note

1 Albania 1.000.000 Elbasan Seament 3500 1.300.0002 Kosovo 1.000.000 Sharr Cement 1500 500.000 Holcim3 Makedonija 1500000 Lisje Titan 2600 900.0004 Srbija 2.500.000 Kosjeri

PopovacBeoin

TitanHolcimLafarge

165014004000

600.000650.0001.200.000


20/90

20

5 Bosna &

Hercegovina1800000 Lukovac

KakanjAsamerHeidelberg

16001450

750.000650.000

6 Hrvatska 2500000 DalamcijacementNaicecement

Koromano

Cemex

Nexe

groupHolcim

5000

2400

1650

2.600.000

950.000

750.000

7 Slovenija 2000000 FabrikacementaTrbovljeFabrikacementa

Anhovo

Lafarge

Salonit

1300

2100

500.000

1.000.000

8

Slika 1.4Projekcija globalne svjetske proizvodnje cementa i emisije ugljen dioksida do 2050

godine (17)

1.6 Kalcijum sulfo aluminatni cement( CSA cement, CSA Binder)

U zadnje vrijeme se vre istraivanja upotrebe otpadnog gipsa iz procesaodsumporavanja dimnih gasova kao sirovine za dobijanje specijalne vrste cementa, tzv.kalcijum sulfo aluminatnog cementa (CSA). Kod ove vrste cementa koristi se velikakoliina otpadnog gipsa (30-34 %) i drugih otpadnih materijala (letei pepeo iz


21/90

21

termoelektrana, zgura iz visokih pei, otpadni kre i dr.). Osim toga, zbog nietemperature koja se koristi kod proizvodnje, potronja energije je manja nego kodproizvodnje portland cementa.

Tradicionalno se kalcijum sulfo aluminatni cement proizvodi grijanjem smjee

gipsa, krenjaka, boksita i laporca, odnosno leteeg pepela na temperaturi od 1300-13500C. Za proizvodnju ove vrste cementa mogue je koristiti pepeo nastao kod izgaranjauglja, sintetski gips iz procesa odsumporavanja dimnih gasova, boksit i materijal izprocesa izgaranja uglja u fluidiziranom sloju. Neophodno je naglasiti da se planiraizgradnja novih blokova termoelektrane Ugljevik 3 koji e koristiti tehnologiju izgaranjauglja u cirkulacionom fluidiziranom sloju sa krenjakom kao inertnom komponentom.Otpadni materijal koji pri tome nastaje je veoma pogodan, kao jedna od sirovina, zaproizvodnju cementa. Pri proizvodnji kalcijum sulfoaluminatnog cemenzta dolazi domanje emisije CO2 i manje potronje energije u poreenju sa proizvodnjom portlandcementa, to je veoma vano sa ekonomskog i ekolokog stanovita.

Kalcijum sulfo aluminatni cement se komercijalno proizvodi u Kini od 1970godine. Prema dostupnim podacima (17) ova proizvodnja iznosi oko milion tonagodinje.

Kod proizvodnje ove vrste cementa, uz upotrebu otpadnog fosfo gipsa, odnosnoumjesto njega sulfo gipsa, koriste se i ostale komponente iji udio, kao promjer,predstavljaju podaci navedeni u tabeli 1.6 (2).

Tabela 1.6Sastav sirovine, mineraloki sastav proizvoda dobijenog sinterovanjem sirovine i vrstoa

na pritisak kalcijum sulfo aluminatnog cementaSastav sirovine(smjee),mas. %

Ts*(oC) Mineraloki sastav proizvoda

nastalog sinterovanjemW/S** vrstoa na

pritisak (MPa)''''1d 7d 28d

Krenjak 34,72Fosfogips 33,54Boksit 22,14Pepeo 9,60

1200 3CaO.3Al2O3.CaSO44CaO.2SiO2.CaSO4CaSO4

0,4 49,3 67,1 76,2

Krenjak 34,72Fosfogips 33,54Boksit 22,14Zgura 9,60


0,4 35,4 51,4 58,2

Krenjak 34,72Fosfogips 33,54Boksit 22,14Glina 9,60


0,4 49,5 61,7 69,7

* temperatura sinterovanja** odnos voda/proizvod nastao sinterovanjem*** ovrslog proizvoda dobijenog mijeanjem vode i proizvoda nastalog

sinterovanjem


22/90

22

Osnovne mineralne komponente u kalcijum sulfo aluminatnom cementu (CSA) suanhidrovani kalcijum sulfo aluminat (4CaO3Al2O3CaSO4), dikalcijum silikat(2CaOSiO2), gips(CaSO42H2O). Kalcijum oksid u cementu je vezan i ne pojavljuje se kaoslobodna molekula.

Kalcijum sulfo aluminatni cement ima karakteristike koje mu daju prednost uodnosu na portland cement:

portland cement je veoma osjetljiv na oneienja u sirovini za proizvodnju, to nijesluaj sa kalcijum sulfo aluminatnim cementom (CSA cement),

u CSA cementu nema prisustva dikalcijum i trikalcijum silikata koga sadriportland cement, ve sadri kalcijum sulfo aluminat,

fazu hidracije omoguava monosulfat hidrat ili trisulfat hidrat (etringit) u zavisnostiod teinskih odnosa kalcijum sulfo aluminata, kalcijeva hidroksida i kalcijevasulfata,

specifina povrina je 350 m2/kg, min.,

vrijeme stvrdnjavanja-poetno vrijeme 25 minuta min., krajnje vrijemestvrdnjavanja 3 sata max., vrijeme stvrdnjavanja od 28 dana koje je potrebno zaportland cement postie se sa CSA cementom za 24 sata. To je posebno vano kodpojedinih opravki koje zahtijevaju kratko vrijeme stvrdnjavanja betona (pisteaerodroma, autoputevi, mostovi i dr.)

jaina sabijanja (MPa, min.)- 33,0(1 dan), 42,5 (3 dana), 45,0 (28 dana), vrstina na lom (MPa, min.): 6,0 (1 dan), 6,5(3 dana), 7,0 (28 dana), vodonepropustan, otporan na mraz, otporan na koroziju, odnosno spreava koroziju materijala (eljeza u armaturi i dr.), niske je alkalnosti. Ova vrsta cementa je veoma pogodna sa stanovita zatite ivotne sredine. Poznat je

kao zeleni cement. Kod proizvodnje 1 tone cementa emituje se 216 kg CO2 to jesmanjenje oko 62% u odnosu naproizvodnju portland cementa. Zbog nietemperature kod proizvodnje CSA cementa nastaje manja emisija oksida azota.Beton proizveden iz CSA cementa je ekoloki pogodniji 2 do 6 puta nego betonproizveden od portland cementa.

Kalcijum sulfo aluminatni cement je posebno interesantan jer:

prisustvo oneienja u sirovinama za proizvodnju nema uticaja na kvalitet cementa, kod proizvodnje klinkera je znaajna uteda u potronji energije u odnosu na portland

cement jer je temperatura proizvodnje nia za 2000C, nastali klinker je gladak i troan, tako da je potrebna manja potronja energija za

njegovo mljevenje ovaj cement se, po prirodi, iri, odnosno poveava se zapremina hidracijom, tako da

je idealan za proizvodnju betona niske poroznosti i malog skupljanja (3). Za proizvodnju ove vrste cementa koriste se otpadni materijali.

Kalcijum sulfo aluminatni cement ima iroku promjenu:


23/90

23

Koristi se za proizvodnju betona dobrih karakteristika kao to je otpornost na

mraz, nepropustnost idr. Koristi se za izradu razliitih cijevi i proizvoda iroke upotrebe,za izgradnju morskih dokova, mostova, podzemnih zidova, u rudarstvu, izgradnjuautoputeva, aerodromskih pista, za kapsuliranje opasnog otpada i dr.

Ova vrsta cementa se, takoe, koristi za: razliite popravke (mostova, aerodromskih pista, parkiralita id r.) razliite odlivke od betona kao to su cijevi i drugi elementi, crijep, cementno mlijeko, cementna ljepila, ravnanje razliitih podova, proizvodi za rudnike kao to su podgrade za sigurnost u rudniku, plasteri, malteri, materijali za izradu dobara ire upotrebe, speciajalni adhezivi.

Kalcijum sulfo aluminatni cement je posebno pogodan za proizvodnju maltera

koji se brzo stvrdnjavaju i kod niskih temperatura. U praksi je esto neophodno vritiopravke kao to su mostovi ivinjaci puteva, puteve i dr. gdje je nophodno da se malterkoji se koristi veoma brzo stvrdne, nezavisno od spoljne temperature. Te osobinepokazuje kalcijum sulfo aluminatni cement koji se brzo stvrdnjava i kod spoljnihtemperatura koje su blizu nule. Podaci koje navode u svome istraivanju Ambroise i Pera(14) pokazuju da ova vrsta cementa, koriena za proizvodnju maltera, pokazuje veomadobre karakteristike i kod temperatura od 5oC, odnosno dolazi do brzog stvrdnjavanja, toje veoma vano za pojedine radove u graevinarstvu.

Kalcijum sulfo aluminatni cement ima iroku komercijalnu upotrebu. Neke odprimjena ovoga cementa, pored ranije navedenih primjena, sadre fotografski snimcijednog od proizvoaa cementa.

Slika 1.5

CSA ekspanzioni aditiv za beton


24/90

24

Slika 1.6CSA cement sa visokom inicijalnom i finalnom tvrdoom

Slika 1.7

CSA cement kao redukcioni agent skupljanja betona

Slika 1.8CSA cement niskog alkaliteta


25/90

25

Slika 1.9CSA cement kao adheziv za ploice i cementno mlijeko

Slika 1.10CSA cement kao matrijal za ravnanje

Slika 1.11CSA binder (cement)

Kalcijum sulfo aluminatni cement (CSA) se prvi put pominje 1930 godine ujednom francuskom patentu. Znaajnija komercijalna proizvodnja ovoga cementa jepoela 70-ih i 80-ih godini dvadesetog vijeka. Kao osnovne sirovine kod proizvodnjeovoga cementa koriste se gips, krenjak, letei pepeo iz termoelektrana na ugalj i boksit.


26/90

26

Proizvodnja cementa se obavlja u peima na temperaturi od 1250o C. CSA cement, poredostalih prednosti nad portland cementom, ima prednost sa ekolokog stanovita:temperatura proizvodnje je nia a time i manja emisija ugljen dioksida po toj osnovi, kaoi manja upotreba kalcijeva karbonata i oslobaanja ugljen dioksida po toj osnovi,proizvodi se iz otpadnih matrijala, ime se tede prirodni resursi i deponijski proctor za

odlaganje gipsa koji nastaje u procesu odsumporavanja dimnih gasova utermoenergetskim postrojenjima. Upotreba leteeg pepela iz procesa izgaranja uglja, ilimaterijala koji nastaje u procesu izgaranja u fluidiziranom sloju, sintetskog gipsa dovodido manje emisije ugljen dioksida i smanjenje potronje energije u odnosu na proizvodnjuPortland cementa (13).

1.6.1 Karakteristike kalcijum sulfo aluminatnog cementa (CSA)

Najznaajnije karakteristike CSA cementa su: specifina povrina 350 m2/kg, vrijeme stvrdnjavanja : poetno vrijeme nije manje od 25 minuta, krajnje nije

due od 3 sata, stezanje (ovravanje) betona je dosta brzo i ono se deava u toku 2-3 sata kod

normalnih temperatura, beton ima veliku vrstou, to pokazuju podaci, koje navodi firma OREWORD, u

sljedeoj tabeli:

Tabela 1.7Vrijednosti vrstoa CSA cementa (betona)

Tip betona

IndeksCSA725 CSA825 CSA925 CSA1025

vrstoa sabijanja,MPa

1d3d

60.572.5

63.582.5

65.592.5

70.5102.5

vrstoa naprezanja,MPa1d3d

7.58.2

8.08.8

9.09.9

10.011.5

beton ima malo irenje i malo skupljanje kod njegovog stvrdnjavanja, topokazuju podaci, koje navodi firma OREWORD, u sljedeim tabelama :


27/90

27

Tabela 1.8

Stepen irenja betona

Uslovi u kojima jebeton

3 d 7d 14d 28d 60d

U vodi +0.0690 +0.0697 +0.0763 +0.0763 +0.0763

U suvom vazduhu -0.104 -0.139 -0.174 -0.208 -0.215

Tabela 1.9Stepen skupljanja bertona, odnos prema Portland cementu

vrsta cementaRatio 3d 7d 28d 60d 120d

Portland cement 1:3:0.5 0.163 0.298 0.656 0.804 0.853

Kalcijum sulfo aluminatni cement 1:3:0.5 0.060 0.094 0.174 0.238 0.256

cement je sa niom pH vrijednost (slabo alkalan) nego Portland cement, tako da mu je pHvrijednost 10,5-11, dok je kod Portland cementa pH vrijednost 13,

ne dovodi do znaajnije korozije elinih konstrukcija (armature), propustnost betona je mala i kod pritiska od 30 kg/cm2 ne proputa vodu, moe se koristiti do temperatura od 100oC, dugi period stabilnosti vrstoe, to pokazuje sljedea tabela:

Tabela 1.10Stabilnost vrstoe betona

vrstoa (Mpa)Betonska smjea

1 mjesec 3 mjeseca 6 mjeseci 1 godina 2 godine 6 godina

1:1.33:2.71:0.42 41.5 45.0 49.0 51.9 52.3 55.1

1:1.69:3.69:0.50 36.1 38.8 41.3 43.1 45.1 46.7

1:2.30:4.58:0.62 31.18 33.3 34.3 35.4 37.9 39.8

otporan je na koroziju kod veeg sadraja sulfata, soli magnezijuma, soli natrijuma, tako

da je koeficijent otpora na koroziju iznad 1. cement je finijih kristala, u odnosu na portland cement finijih estica, u odnosu na portland cement, vee povrine, drugaiji hemizam nastanka nego kod portland cementa, stabilniji, drugaiji proces hidratacije nego kod portland cementa.


28/90

28

1.6.2 Sastav kalcijum sulfo aluminatnog cementa (CSA)

Osnovni mineraloki sastav kalcijum sulfo aluminatnog cementa je : anhidrovani kalcijum sulfo aluminat ( 4 CaO.3Al2O3.CaSO4), dikalcijum silikat (2CaO.SiO2), gips (CaSO4.2H2O).

Kalcijum oksid (kre) u cementu je vezan, a ne slobodan. Time se sniava alkalitet CSAcementa tako da se pH kree u granicama 10,5-11, dok je pH vrijednost portland cementa oko13, tako da je on mnogo alkalniji od CSA cementa. Nii alkalitet SCA cementa smanjujemogunost reakcija alkalnih agregata. To je posebno vano kada je beton izloen vlagi.

Reakcija nastanka CSA cementa je sljedea:

4CaO.3Al2O3.SO3 + 8CaSO4 + 93 H2O 3(CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O)

Ova reakcija je brza, to je nepovoljno u praktinom radu, zato se cementu dodajusredstva za usporavanje brzine reakcije. Kao usporivai(retarderi) reakcije se koriste fosfonoalkil karboksilna kiselina ili njene soli. Kao sredstvo za usporavanje reakcije moe da posluidodatak portland cementa. U prilogu, kao primjer, se navodi elementarna analiza cementa iuslovi i karakteristike CSA cementa.

Izgled CSA cementa je dat na sljedeoj slici.

Slika 1.12Izgled kalcijum sulfo aluminatnog cementa


29/90

29

1.7 Portland cement

Kod proizvodnje portland cementa iz osnovnih komponenata nastaje

meuproizvod klinker. Za konani proizvod- cement neophodno je dodati 5-6 % gipsa.Osnovna uloga dodatog gipsa je da uspori stvrdnjavanje betona. Gips usporava reakcijuhidratacije trikalcijum aluminata (3CaO.Al2O3) koja moe da bude ekstremno brza. Pritome se stvara hidratisani sulfoaluminat-etringit 3CaOAl2O3.3CaSO4.32H2O koji se taloina povrini granula 3CaO.Al2O3 usporavajui dalji proces hidratacije.

Priprema gipsa iz procesa odsumporavanja za upotrebu u industriji portlandcementa zahtijeva svoenje sadraja vode u dozvoljene granice i eventualno izdvajanjevrstih estica krenjaka i estica uglja. Samim tim proces pripreme izdvojenog gipsa zaupotrebu u industriji cementa je jednostavniji i jevtiniji. U nekim sluajevima jedovoljno da se gips oslobodi suvika vode i da ide direktno u proizvodnju cementa.

Portland cement se danas proizvodi i koristi u najveem obimu u itavom svijetu.Obzirom na jednostavnu tehnologiju proizvodnje, dostupne i relativno jevtine sirovine,kao i svoje dobre karakteristike ovaj cemenat se koristi jo od davnih vremena. Klinkerkod proizvodnje portland cementa se mijea sa 5-6% gipsa koji ima ulogu da usporiproces stvrdnjavanja betona to je neophodno kod njegove upotrebe u graevinarstvu ikod proizvodnje pojedinih betonskih elemenata.

Osnovne sirovine za proizvodnju portland cementa su kalcijum karbonat,silicijum dioksid, aluminijum oksid i feri trioksid, odenosno sirovine koje sadre ovajedinjenja (krenjak, glina, laporac i dr.).

1.8 Uticaj proizvodnje cementa na ivotnu sredinu

Proces proizvodnje cementa, u svim fazama proizvodnje, moe da ima znaajannepovoljni uticaj na ivotnu sredinu. Kod proizvodnje portland cementa koristi se 2%ukupno globalno potroene energije, odnosno 5% industrijske potronje energije. Pri ovojproizvodnji emituje se 5% globalne antropogene emisije ugljen dioksida (16). Pri procesu

proizvodnje, kao najznaajniji polutanti, nastaju vrste estice (praina), ugljen dioksid igasovi kod sagorijevanja fosilnih goriva. Osim toga ova proizvodnja stvara buku ivibracije koji nepovoljno utiu na radnu i ivotnu okolinu.

A) Nastanak vrstih estica je u procesu pripreme sirovina, u gasovima kojinose cement u rotacionoj pei, kao posljedica rada mlinova i direktno izureaja za transport cementa (razliiti konvejeri). Radi toga svi transportniureaji moraju biti u zatvorenom sistemu, tako da se gasovi sa esticama,


30/90

30

zajedno sa gasovima iz rotacione pei vode na elektrostatski precipitator zaizdvajanje estica. U veini zemalja standard emisije estica u dimnom gasu je30 mg/m3. Neophodno je, to se i koristi kod modernih cementara, korienjeefikasnih ureaja za otpraivanje. Izdvajanje estica klinkera iz gasa imaistovremeno veliko ekoloko i ekonomsko znaenje.

B) Emisija ugljen dioksida kod proizvodnje cementa se pojavljuje direktno kodtermikog tretmana kalcijum karbonata, u rotacionoj pei, pri emu nastajekalcijum oksid-kre i ugljen dioksid. Osim toga dio ugljen dioksida nastajekod procesa spaljivanja fosilnih goriva koja se koriste kod ove proizvodnje.Industrija cementa je drugi najvei emiter ugljen dioksida, obzirom da jeenergetika najvei antropogeni emiter ovoga gasa (rauna se da industrijacementa emituje 5% ukupne globalne antropogene emisije ovoga gasa). Kodproizvodnje 1 tone cementa (portland) emituje se 900 kg ugljen dioksida(60% iz hemijskog procesa i 40% iz procesa izgaranja goriva). Danas sepokuava smanjiti ova emisija preko zamjene sirovina kod proizvodnje

cementa kao to je proizvodnja kalcijum sulfo aluminatnog cementa gdje jeemisija ugljen dioksida manja do 30%. To ima veliko znaenje obzirom naprobleme koje stvara ugljen dioksid u sistemu zemljina povrina atmosferapreko efekta staklene bate.

C) Emisija oksida azota je znaajna kod ove proizvodnje. Zbog visokihtemperatura u rotacionoj pei dolazi do nastanka termalnih oksida azota.Koliana nastalih oksida azota direktno zavisi od temperature u pei. Pri tonenastaje, od ukupnih oksida azota, 95% NO i 5% NO2. Njihovo ukupno ueeu gasu iz pei je oko 5%. Evropski standardi za ova postrojenja je 0.50 g/m3za nova postrojenja i 0.80 g/m3 za postrojenja koja su ve u radu. Zbog toga jeneophodno koristiti tehnoloke postupke za smanjenje emisije. Jedan odpostupaka koji se primjenjuje i zadovoljava ove kriterijume je selektivnanekatalitika redukcija NO (SNCR).

D) Sumpor dioksid nastaje u procesu u rotirajuoj pei iz sumpora i njegovihjedinjenja koje sadri sirovina za proizvodnju klinkera i iz goriva koje sekoristi u radu. Sirovine koje se koriste mogu da sadre pojedine sulfate isulfide. U najveem obimu su sulfidi koji kod temperature, u predgrijau, od370-420o C dovode do nastanka sumpor dioksida. Oekuje se koliina sumpordioksida od 1,2 g/m3 gasa.

E) Ugljen monoksid se pojavljuje u izlaznim gasovima iz rotacione pei.Emisija ovoga gasa je najee posljedica prisustva organskih materija usirovini. Ovi organski materijali se u predgrijau prevode u CO i CO2.Prisustvo ugljen monoksida i organskih gasova ne zavise od procesa izgaranjau pei.

F) Dioksini i furani mogu da se pojave u manjim koncentracijama kodproizvodnje klinkera. Temperaturna distribucija i rezdentno vrijeme u pei je


31/90

31

povoljna za destrukciju organskih jedinjenja koje se unose u pe bilo prekogoriva ili sirovine. Iz tih razloga nastaju u malim koliinama polihloriranidibenzo-p-dioksini (dioksini) i dibenzofurani (furani) koji se pojavljuju uizlaznim gasovima rotacione pei.

G)Polihlorirani aromatski ugljovodonici mogu da se pojave u malimkoncentracijama u izlaznom gasu rotacione pei. Uglavnom je to naftalen.Nastaje u najveem obimu iz organskih materija koje se unose u sirovini. Pridestrukciji organskih materija u sirovini mogu da se pojave u manjem obimubenzen, toluen, etil benzen i ksilen.

H)Gasoviti anorganski hloridi i fluoridi emituju se u malom obimu, a uzavisnosti od voenja procesa proizvodnje klinkera. Kada su u pitanju fluoridikoje sadri sirovina, oni se obino veu u klinkeru. Meutim, ultra fine esticekoje prolaze kroz gasne filtere mogu da dovedu do emisije malihkoncentracija gasovitih fluorida u atmosferu.

I) Emisija tekih metala u atmosferu se u nekim sluajevima pojavljuje, uzavisnosti od sirovina koje se koriste u procesu proizvodnje i temperature kojase ostvaruje u rotacionoj pei za proizvodnju klinkera. Kod korienjapojedinih glina i krenjaka moe doi, preko emitovanih gasova, do emisijetekih metala kao to su talijum, kadmijum i iva koji su izrazito toksinimetali.


32/90

32

2. Sirovine za proizvodnju portland i kalcijum sulfoaluminatnog cementa, koliine i njihov kvalitet

Za proizvodnju portland i kalcijum sulfo aluminatnog cementa u Ugljevikukoristie se sljedee osnovne sirovine:

Gips iz procesa odsumporavanja dimnih gasova u Termoelektrani Ugljevik, letei pepeo iz Termoelektrane Ugljevik, krenjak , boksit. glina ili laporci

2.1. Gips

Za proizvodnju cementa koristie se gips koji nastaje iz procesa odsumporavanjadimnih gasova u Termoelektrani Ugljevik.

Gips koji se dobija u procesu odsumporavanja dimnih gasova u termoenergetskimpostrojenjima poznat je kao ODG- gips ili sulfo gips. Definiciju ovoga gipsa, u okviruEvropske Unije i OECD, je dao EUROGYPSUM, krovna organizacija za industrije gipsa.Ova definicija, koju su usvojile sve evropske organizacije, glasi: Gips dobijenodsumporavanjem dimnih gasova (ODG-gips, sulfo-gips, desulfo-gips) je vlaan,

konano odvojen i kristalan kalcijum sulfat dihidrat (CaSO4 x 2H2O ), visoke istoe. Onnastaje u toku mokrog procesa odsumporavanja u paljivo kontrolisanim uslovimakrenjako/krenog procesa poslije oksidacije vazduhom i naknadnom obradom gipsa.

EPA je 21 juna 2010 godine predloila nacionalna pravila za bezbjedno odlaganjei tretman otpadnih materijala koji se pojavljuju kod termoenergetskih postrojenja naugalj. Ovi predlozi ne ukljuuju nastali gips kod procesa odsumporavanja dimnih gasovaa koji se dalje komercijalno koristi. EPA je utvrdila da je korienje sintetskog gipsa zaproizvodnju panela i drugih proizvoda sigurno i pogodno sa stanovita zatite okoline.EPA konstantuje da je upotreba ODG gipsa kod proizvodnje gipsanih panela smanjujepotrebu za rudarskom proizvodnjom mineralnog gipsa, ime se tede prirodni resursi i

energija koja bi se koristila kod rudarske eksploatacije gipsa.

Ovo pokazuje da se u Evropskoj Uniji ODG-gips valorizuje kao identianprirodnom gipsu. ODG-gips je sada legalno prihvaen kao produkt po evrpskoj (EU) imeunarodnoj (OECD) legislativi, tako da vie nije na popisu otpadnog materijala.

Industrija prerade i korienja gipsa zahtijeva da kvalitet ODG-gipsa (sulfo-gipsa) bude takav da se iz njega mogu dobiti proizvodi istog kvaliteta kao i proizvodi


33/90

33

proizvedeni iz prirodnog gipsa . Kao primjer, naveden u tabeli 2.1, daje se specifikacijakvaliteta ODG-gipsa po zahtjevima industrije za preradu gipsa.

U tabeli 2.2 naveden je hemijski sastav ODG-gipsa (TE Scholven koji nastajepo tehnologiji odsumporavanja koja e se koristiti u Termoelektrani Ugljevik, tako da se

moe oekivati slian kvalitet nastalog gipsa) i prirodnog gipsa (Rigips Ltd) uporeeni sazahtjevanim vrijednostima za ODG-gips.

Tabela 2.1Specifikacija kvaliteta ODG-gipsa po zahtjevima industrije gipsa

R.br. Karakteristika kvaliteta Jedinica Vrijednost1. Vlanost % < 102. Stepen istoe R % >95%3. pH vrijednost 5-84. Boja (stepen bjeline) % >805. Miris Neutr. kao

prir. gips

6. Prosjena veliina zrna (ostatak na situ 32m) % > 60Primjese (max. 5,28%) odega :

%


34/90

34

K2O, rastvorljiv u vodi % 0,001 0,005 0,060Cl-, rastvorljiv u vodi % 0,008 0,003 0,010CaSO3 x 0,5 H2O % 0,020 Nema 0,500Oksidabilni organski sastojci % 0,010 0,060 0,100Al2O3 % 0,060 0,300 0,300Fe2O3 % 0,120 0,200 0,150SiO2 % 0,900 2,000 2,500CaCO3 + MgCO3 % 1,500 12,000 1,500

Iz tabele se vidi da ODG-gips ispunjava zahtjeve kvaliteta gipsa, a njegovekarakteristike su sline onim kod prirodnog gipsa. Izuzetak je itoa (sadraj CaSO4 x2H2O) koja je via kod ODG-gipsa, nego kod prirodnog mineralnog gipsa, koji takoesadri i drugih minerala kao inertnog materijala. Mineraloki sastav ODG-gipsa zavisiod uslova rada i naina sagorijevanja uglja u kotlu, pa ODG-gips moe sadravati do 6%po masi primjesa, kao staklastih estica leteeg pepela (od 0,1 do 0,2% po masi) ili kaokristalnih ili amorfnih primjesa adsorbenata. To su uglavnom silikati, glina, kvarc,hematit, dolomit, siderit, magnezit (max.do 5% po masi) kalcit (max. do 5% po masi) i

tragovi sekundarnih formacija kalcijum fluorida (CaF2), kalcijumhlorida (CaCl2) ikalcijum sulfit poluhidrata (CaSO3 x 0,5 H2O ). Sve ove komponente bitno ne utiu nakvalitet gipsa koji se koristi kod proizvodnje kalcijum sulfo aluminatnog cementa.

Koliine gipsa koje se oekuju kod procesa odsumporavanja dimnih gasova uTermoelektrani Ugljevik su, obzirom na koncentraciju sumpor dioksida u dimnimgasovima, u koliinama koje e zadovoljiti potrebe proizvodnje 600 000 t/godinikalcijum sulfo aluminatnog cementa. Sagledavanje koliine oekivanog gipsa pokazujusljedee (7).

Termoelektrana Ugljevik za proizvodnju elektrine energije koristi mrki ugalj koji

je sa visokim sadrajem sumpora. Pregled godinje potronje uglja u TermoelektraniUgljevik sadri tabela 2.3.

Tabela 2.3Pregled godinje potronje uglja u Termoelektrani Ugljevik i sadraj sumpora

Godina Utroak uglja (t) % Sukupni uuglju*

2004 1.138.000 4,252005 1.053.000 4,362006 1.523.000 4,362007 1.650.821 4,52

2008 1.701.091 4,522009 1.873. 978 4,522010 1 343 107 3,70

* Sadraj sumpora odreivan svakodnevno u laboratoriji Termoelektrane Ugljevik i predstavlja godinjiprosjek svih analiza.

Prosjene vrijednosti hemijskog sastava uglja koji se koristi u TermoelektraniUgljevik sadri tabela 2.4.


35/90

35

Tabela 2.4Karakteristike uglja koji se koristi u Termoelektrani Ugljeviku

Komponenta % teinskiUgljenik 28.75Pepeo 25.34

Vlaga 29.35Vodonik 2.82Sumpor 4.67Azot 0.53Kiseonik 8.54

Karakteristike dimnog gasa koji se emituje iz Termoelektrane Ugljevik, sadritabela 2.5.

Tabela 2.5Karakteristike dimnog gasa Termoelektrane UgljevikKoliina gasa(vlaan) 1,460,000 m3N/h vlaanTemperatura gasa 192o CPritisak gasa 0 mmH2OVoda 9.19 % zapremineSO2 25,000 mg/m3 N suvNO2 600 mg/m3 N suvO2 6% zapremineCO2 14.04% zapremineHCl 60 mg/m3 N suvHF 60 mg/m3 N suvPraina 150 mg/m3 N suva

Tabela 2.6Koliine nastalog sumpor dioksida u Termoelektrani Ugljevik

Godina NastajeSO2 (t)

EmisijaSO2 (t)

SO2 (t) zaodsumporavanje

2004 96730 91 893 90 376,72005 91821 87 230 85 790,72006 132805 126 165 124 083,32007 149234 141 772 139 432,72008 153778 146 089 143 678,5

2009 169406 160935 1577162010 108358,7 108358,7 108358,7


36/90

36

Tabela 2.7Oekivana koliina gipsa iz procesa odsumporavanja dimnih gasova u TE Ugljevik

Godina SO2 t/godini zaodsumporavanje

Koliina nastalog gipsat/godini

2004 90 376,7 242 887,4

2005 85 790,7 230 562,52006 124 083,3 333 473,82007 139 432,7 374 725,42008 143 678,5 386 135,92009 157716 423 861,62010 108 358,7 291212,1

Kao to prezentirani podaci pokazuju proces odsumporavanja dimnih gasova eobezbijediti dovoljnu koliinu gipsa oekivanog zadovoljavajueg kvaliteta, obzirom napredvienu tehnologiju odsumporavanja koja e se koristiti u Termoelektrani Ugljevik.

2.2 Letei pepeo iz Termoelektrane Ugljevik

Obzirom na prosjeni sadraj pepela u uglju od 25,34% i potronju uglja nagodinjem nivou od 1.873. 978 tona (u 2009 godini) u procesu se oekuje oko 476 866t/godini pepela. To su koliine koje su vie nego potrebne za proizvodnju 600 000t/godini cementa.

Osnovne karakteristike pepela koji nastaje iz uglja sadri tabela 2.8, a detaljnaispitivanja pepela Aneks 1(4). Sadraj prirodenih radionukleida u uzorcima pepela

Termoelektrane Ugljevik sadri tabela 2.9 (5).

Tabela 2.8Hemijski sastav pepela koji nastaje u Termoelektrani Ugljevik

Jedinjenja %

SiO2 31.97

Fe2O3 11.89

Al2O3 17.09

CaO 15.08

MgO 3.62Na2O 0.62

K2O 1.30

P2O5 0.19

TiO2 0.58

SO3 17.46


37/90

37

Ispitivanje stepena radioaktivnosti pepela koji nastaje u procesu sagorijevanja u

Termoelektrani Ugljevik, izvrena od strane Mainskog fakulteta Univerziteta u Sarajevu,Instituta za procesnu tehniku, energetiku i tehniku sredine (5) pokazuju podaci navedeniu sljedeoj tabeli.

Tabela 2.9Sadraj prirodenih radionukleida u uzorcima pepela Termoelektrane Ugljevik

Radioaktivni niz Radionukleid Aktivnost u Bqkg-1

Niz U-223 Ra-226Pb-214Bi-214

184,93 + 9,76201,81 + 6,36165,29 + 10,10

Niz Th-232 Ac-228Th-208

62,29 + 6,4463,05 + 5,25

Prirodni kalijum K-40 448,58 + 33,31

2.3 KrenjakKrenjak koji se planira koristiti kod proizvodnje kalcijum sulfo aluminatnog

cementa e se eksploatisati iz rudnika krenjaka Vujak- Ugljevik. Prosjeni hemijskisastav krenjaka sadri tabela 2.10, a detaljne podatke o krenjaku sadri Aneks 2(6).

Tabela 2 .10Hemijski sastav krenjaka

Komponenta Sadraj (% teine)CaCO3 85,62Fe2O3 1,15

Al2O3 2,65MgO 0.431SiO2 8,96CaO 47,97

Mg CO3 0,901K2O 0,241

Na2O 0,043P2O5 0,040Mn 165 ppmZn 22 ppmCu 24 ppmCo 15 ppm

TiO2

1670 ppmCr 21 ppmPb 45 ppmNi 50 ppmCd 3 ppm

Zapreminska teina 1,2t/m3Veliina estice


38/90

38

2.4 Boksit

Proizvodnja boksita je u Rudniku boksita Milii koji je udaljen oko 80 km odUgljevika. Proizvodi se boksit koji se koristi za proizvodnju glinice u Zvorniku. Godinja

proizvodnja je na nivou 300 000 tona glinice. Kapacitet rudnika je takav da moeobezbijediti dovoljne koliine boksita za proizvodnju 600 000 t/godinu kalcijum sulfoaluminatnog cementa. Osnovne karakteristike boksita iz Rudnika boksita Milii suprezentirani u tabeli 2.11.

Tabela 2.11Hemijska analiza prosjenog etvoromjesenog uzorka samljevenog boksita

(decembar 2010- januar, februar, mart 2011)g.. (%) 12.68Al2O3 (%) 53.25SiO2 (%) 5.36

MSi 9.93Fe2O3 (%) 24.60TiO2 (%) 2.53CaO (%) 1.09ZnO (%) 0.005P2O5 (%) 0.111V2O5 (%) 0.049MnO (%) 0.063F (%) 0.010C org (%) 0.056CO2 (%) 0.62

2.5 Glina, laporci

Struktura krovinskih litolokih lanova na podruju povrinskog kopa Ugljevik-Istok ( po vertikalnom geolokom stubu) bila je sledea:

1. Glinoviti laporci.................................................61,0%2. Gline (laporovite i ljunkovite)..........................19,0%3. Laporci................................................................9,4%4. Krenjaci.............................................................8,4%

5. Ugljevite gline.....................................................1,2%6. Pjeari...............................................................1,2%

Okonturena koliina otkrivke za povrinski kop Ugljevik-Istok je 351.955.800 m3.Na osnovu rezultata istranog buenja u ukupnoj gore navedenoj koliini

otkrivke, laporac uestvuje sa 189.500.000 m3.m. to iznosi 53,8%, glinoviti laporac141.000.000 m3.m., to iznosi 41,2%.


39/90

39

Fiziko mehaniki parametri, na osnovu laboratorijskih ispitivanja za laporce i

glinovite laporce su sledei:Min-max/usvojeno

Zapreminska teina KN/m3 14,01-22,14 / 20,60

Min-max/usvojenoVlanost W (%) 12,90-26,40/15-25

Neophodno je istai da je u fazi pripreme projekat istraivanja koliina i kvalitetagline i laporaca u podruju Rudnika i termoelektrane Ugljevik. Projekat e se realizovatiu toku 2012 godine, tako da e se obezbijediti kvalitetni podaci o ovoj sirovini kodproizvodnje portland cementa.

Ranija istraivanja koliina i kvaliteta krenjaka iz rudnika krenjaka pokazuje daje krenjak kvaliteta koji odgovara standardima kod proizvodnje cementa. Osim toga, upripremi je projekat istraivanja koliina i kvaliteta krenjaka na lokacijama Rudnika i

termoelektrane Ugljevik, koji e se realizovati u 2012 godini. Ukoliko istraivanjepokae da ima dovoljno krenjaka zadovoljavajueg kvaliteta, to e njegovu proizvodnjuuiniti neto jevtinijom kada je u pitanju njegova proizvodnja i transport do fabrikecementa.


40/90

40

3. Tehnoloki postupak proizvodnje portland i kalcijum sulfoaluminatnog cementa (CSA cement CSA Binder)

3.1 Proizvodnja portland cementa

Proces proizvodnje portland cementa se moe generalno podijeliti u nekolikofaza:

prva faza: rudarenje i proizvodnja osnovnih sirovina koje uestvuju u proizvodnjicementa (80% krenjak i 20% glina ili laporac),

druga faza: mljevenje krenjaka do finih estica i dodatak ostalih komponenata(glina, laporac i dr.),

trea faza: suenje osnovnih sirovina, njihovo grijanje i dovoenje u rotacionu

pe gdje kod visoke temperature dolazi do nastanka komponenata iji pregledsadri tabela 3.1.,

etvrta faza: nastali proizvod-klinker se melje do finih estica i dodaje gips da bise dobio konani proizvod-cement.

Tabela 3.1Glavne mineralne komponente u portland cementu

Jedinjenje Oznaka Hemijska formula Tipina koncentracija,%

Trikalcijum silikat C3S 3CaO SiO2 60-70Dikalcijum silikat C2S 2CaO SiO2 10-20

Trikalcijum aluminat C3A 3 CaOAl2O3 5-10%Tetra kalcijum alumino-ferat

C4AF 4CaO Al2O3Fe2O3 3-8

U rotacionoj pei se dovode topli gasovi koji postepeno zagrijavaju smjeu zaproizvodnju klinkera. Smjea i topli gasovi se kreu protustrujno tako da se na krajukretanja smjee postie najvea temperatura. Sukcesivne hemijske reakcije se deavaju uzavisnosti od temperature u kojoj se nalazi smjea:

Kod temperature 70-110oC dolazi do isparenja slobodne vode koja je u smjei, Kod temperature od 400-6000C minerali u glini se razlau do svojih oksida,

najee do SiO2 i Al2O3. Dolomit prelazi u kalcijev karbonat, MgO i CO2 Kod temperature 650-900oC kalcijum karbonat reaguje sa SiO2 i formira Ca2SiO4, Kod tempereture 900-1050oC zaostali kalcijum karbonat se razlae do CaO i CO2, Kod temperature 1300-1450oC deava se parcijalno taljenje (20-30%) i nastali

belit reaguje sa CaO uz formiranje alita (Ca3O.SiO4). Alit je karakteristian konstituent portland cementa. Da bi se reakcija zavrila

neophodno je temperatura od 1400-1450oC. Parcijalno taljenje dovodi doformiranja agregata promjera 1-10 mm.


41/90

41

Hemizam kod proizvodnje portland cementa se moe prikazati preko nekolikotemperatrurnih i vremenskih zona (11,12):

zona 1: 0-35 min, 800-1110oC,dekarbonizacija, nastanak 3 CaOAl2O3 iznad 900

oC, taljenje Al2O3 i Fe2O3CaCO3 CaO + CO2

zona 2: 35-40 min, 1110-1300oCegzotermna reakcija i nastanak sekundarne silikatne faze2CaO + SiO2 2CaOSiO2

zona 3: 40-50 min, 1300-1450-1300oCsinterovanje i reakcija u talini uz nastanak tercijarnih silikata i tetra kalcijumalumino-ferataCaOSiO2 + CaO 3 CaOSiO23CaOAl2O3 + CaO + Fe2O3 4CaOAl2O3Fe2O3

zona 4: 50-60 min, 1300-1100o

Chlaenje i mineralizacija razliitih mineralnih faza koje su nastale u pei.

ematski prikaz osnovnog tehnolokog postupka proizvodnje portland cementa jedat na slici 3.1. Na slici 3.2 dat je plan fabrike cementa (Layout) i na slici 3.3 ematskipikaz postrojenja. Na fotografiji datoj na slici 3.4 prikazan je izgled kompletne fabrike zaproizvodnju cementa.

Slika 3.1 Osnovna ema tehnolokog postupka proizvodnje portland cementa


42/90

42

Slika 3.2 Plan fabrike cementa (Layout)

Slika 3.3 ematski prikaz postrojenja fabrike cementa Hercules Cement Plant


43/90

43

Slika 3.4

Fotografski snimak kompletne fabrike cementa

Rotaciona pe je uvedena u proizvodnju klinkera 1885 godine i danas se koristi u95% svjetske proizvodnje cementa. Izrauje se od elika sa unutranjom oblogom odvatrostalnog materijala. U okviru postrojenja u nagibu je od 1-40 i kod rada lagano rotira0d 30-250 0brtaja/satu. Sirovinska smjea se unosi na vrh rotacione pei i lagano se kreeprema dnu pei. Sa suprotne strane se unosi gorivo koje proizvodi veliki koncentriniplamen prema kome se kree smjea sirovina koja dostie maksimalnu temperaturu.Nastali klinker se vodi u hladnjak koji istovremeno predstavlja izmjenjiva toplote potovri zagrijavanje vazduha za sagorijevanje goriva.

Osnovna ema rotacione pei je data na slici 3.5.Danas se koriste rotacione pei razliitih dimenzija i kapaciteta. Koriste se peidimenzija 5,8 x 225 m kapaciteta 3000 t/dan.

Pored rotacione pei kao osnovnog dijela opreme za proizvodnju klinkera, koristese:

Predgrijai, Hladnjak,


44/90

44

Mlinovi, Ventilatori i Ureaji za ienje izlaznog gasa.

Slika 3.5

Osnovna ema rotacione peiHladnjaci, ija uloga je da ohlade klinker uz istovremeno zagrijavanje vazduha za

sagorijevanje, su najee graeni kao rotacioni hladnjaci cilindrinog oblika. U hladnjakkaskadno pada klinker kroz koji prolazi vazduh koji, hladei klinker, se zagrijava.Cilindrini hladnjaci, obino od 7-9 cilindara se pripajaju na pe tako da rotiraju zajednosa rotacionom pei. Izgled rotacione pei sa hladnjacima je dat na slici 3.6. Danas sekoriste i tzv. veliki hladnjaci koji bre hlade klinker i veeg su kapaciteta.

Slika 3.6Izgled rotacione pei sa hladnjacima

Kod proizvodnje portland cementa koristi se znaajna potronja energije: za proizvodnju klinkera u pei 1750 Kj/kg


45/90

45

termalni gubici, potronja elektrine energije za mlinove i dr., ukupno potrebna energija 3600 Kj/kg.

Pri ovim precesima nastaje ugljen dioksid:

-~ 1 tona CO2 kod proizvodnje 1 tone cementa, 0,08 t/ toni betona.

Kod ove proizvodnje se u pojedinim fazama koriste visoke temperature: predgrija 20-900oC, prosjek 450oC, kalcinator 900oC rotaciona pe 900-140oC,

hlaenje klinkerea 1400-20oC

Kao gorivo kod proizvodnje cementa koristi se ugalj, petrol koks, teka ulja,prirodni gas i rafinerijski gas, kao i pojedini otpadni materijali. Za ove potrebe je

pogodan ugalj, tako da pojedini bituminozni ugljevi mogu ostvariti tempereturu u pei ido 2050oC, dok prirodni gas moe da ostvari temperaturu do 1950oC. Pored navedenihgoriva koriste se i pojedini otpadni materijali kao to su automobilske gume.Automobilske gume mogu da se direktno spaljuju ili se drobe u estice veliine 5-10 mmi kao takve se ubacuju u komoru za spaljivanje. elik i cink iz gume se hemijskiinkorporiraju u klinker. Primjer postrojenja koje koristi automobilske gume kodproizvodnje klinkera sadri slika 3.7. Smatra se da su cementare, zbog svoga procesa radai visokih temperatura, pogodne za spaljivanje pojedinih opasnih materijala. Meutim, kodspaljivanja otpadnih materijala moe doi do do problema vezanih za zatitu ivotnesredine.

Slika 3.7 Postrojenja koje koristi automobilske gume kod proizvodnje klinkera


46/90

46

3.2 Proizvodnja kalcijum sulfo aluminatnog cementa

Proizvodnja kalcijum sulfo aluminatnog cementa je tehnoloki slina proizvodnji

portland cementa. I kod ove proizvodnje se koristi slina oprema kao kod proizvodnjeportland cementa uz nekoliko osnovnih tehnolokih faza:

prva faza: rudarenje i proizvodnja osnovnih sirovina koje uestvuju u proizvodnjicementa (krenjak, boksit, gips i silikat),

druga faza: mljevenje krenjaka i ostalih sirovina i njihovo blendiranje, trea faza: suenje osnovnih sirovina, njihovo grijanje i dovoenje u rotacionu

pe gdje kod visoke temperature dolazi do nastanka komponenata iji pregledsadri tabela 1.10,

etvrta faza: nastali proizvod-klinker se melje do finih estica i dodaje 15% gipsada bi se dobio konani proizvod-kalcijum sulfo aluminatni cement.

Osnovna ema ove proizvodnje je sljedea:

jevenje iproizvodnja homogenizacijasirovina

Osnovne sirovine

Priprema sirovina Preiprema Proizvodnjaza pe aditiva klinkera

KlinkerMljevenje i Priprema Zavrnosuenje aditiva mljevenjeaditiva

Cement

U procesu hidratacije kalcijum sulfo aluminatni cement formira entringit.Retarder koji usporava reakciju je neka od fosfono alkil karboksilna kiselina ili njena so.Retarder se moe pripremiti kao smjea koja se dodaje u cement ili se moe ukljuiti u

pripremi formulacije cementa. Tabela 3.2Osnovni mineralni sastav CSA cementa (Italcementi Alipre)

C4A3S C2S CS OstaloAlipre 58 20 7 15


47/90

47

Ovakav sastav cementa onemoguava razvoj hidratacionih procesa, za razliku odportland cementa, uz nastanak etringita koji utie na proces stvrdnjavanja betona. Samimtim i osnovna reakcija nastanka etringita je sljedea:

C4A3S + 8CSH2 + 6CH + 74H 3 C6AS3H32

Gdje je:C4A3S kalcijum sulfo aluminatCSH2 kalcijum sulfatCH- kalcijum hidroksidC2S belit

Tabela 3.3Osnovni hemijski sastav CSA cementa (razliitih proizvoaa)(16,17)Proizvoa CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 MgOAlipre(Italija) 36-41 7 27-33 1,5 12-16 52525 (Kina) 42 8,35 25,6 2,84 13,8 2,01

SAC(Kina) 40,92 11,16 24,41 2,29 14,66 2,89Lafarge Barnstone(B2)

47 9,9 33,2 1 7,9

CSA(Mehta 3) 48,3 8,7 18,4 13,2 11,4CSA(Mehta 5) 51,8 15,7 13,1 5 14,4

Specifina povrina cementa je 4600 250 cm2/g.Vrijeme stvrdnjavanja, minuta:Poetno 25, krajnje 35.

Osnovne karakteristike betona proizvedenog iz ovoga cementa su:

visoka otpornost na koroziju, stabilnost dimenzija, niski efekat skupljanja.


48/90

48

4. Ekonomski parametri proizvodnje 600 000 t/gcementa

4.1 Proizvodnja portland cementa

Proizvodnju portland cementa u koliinama od 600 000 t/g je tehnoloki moguerealizovati u Ugljeviku obzirom na dostupnost sirovina i energije kojima raspolaeOptina Ugljevik. Osim toga i osnovni ekonomski pokazatelji opravdavaju ovuproizvodnju. Ti pokazatelji su sljedei(10).

4.1.1 Snabdijevanje sa energijom

Rudnik uglja Ugljevik proizvodi mrki ugalj toplotne vrijednosti oko 10 000 kJ/kg.Za proizvodnju cementa se moe koristiti mrki ugalj u koliini od 50-70%, a ostatak bi semogao koristiti petrol koks. Rauna se cijena uglja 2 Eura/GJ.

Postojea Termoelektrana Ugljevik bi snabdijevala fabriku cementa saelektrinom energijom ija je sadanja cijena 0,087 Eura/kWh za dnevnu potronju i0,042 Eura/kWh za nonu potronju, odnosno prosjena cijena je 0,07 Eura/kWh. Ovacijena bi mogla da bude i nia.

4.1.2 Postrojenje za proizvodnju cementa

Novo postrojenje projektuje se za proizvodnju 600 000 tona/godinu cementasljedeih klasa:

350.000 MT 32,5 B II200.000 MT 42,5 Al50,000 MT - 52,5 N

Za proizvodnju se predvia rotaciona pe kapaciteta 1800 tona/danu i mlin zamljevenje cementa kapaciteta 130-140 tona/satu. Ukoliko se eli vee korienje jevtinijenone elektrine energije tada se projektuje mlin kapaciteta 180-200 t/h.


49/90

49

4.1.3 Osnovne tehnoloke karakteristike postrojenja za proizvodnju

cementaOsnovne karakteristike postrojenja za proizvodnju cementa sadri tabela 4.1.

Tabela 4.1Osnovne tehnike karakteristike postrojenja za proizvodnju cementa

Transport/ odlaga predhomogenizacije 600 t/h

Predhomogenizacioni ekstractor 250 t/h

Transport do hvataa estica mlina 150-220 t/h

Transport sirovina 180 t/h

Mljevenje osnovnih sirovina 170 t/h

Transport do homogenizacionog silosa 200 t/h

Transport materijala do rotacione pei 140 t/h

Proizvodnja u rotacionoj pei 1.800 t/d

Transport do skladita klinkera 140 t/h

Mljevenje uglja/petrol koksa 20 t/h

Snabdijevanje mlina klinkera 20-140 t/h

Snabdijevanje mlina gipsom 4-40 t/h

Snabdijevanje mlina krenjakom 4-40 t/h

Mljevenje cementa 140 t/h

Skladite

Predhomogenizacija krenjaka 30.000 t

Korektiv osnovnih sirovina i cementa 6.000 t

Ugalj i petrol koks 5.000 t

Cement 15.000 t

Klinker 40.000 t

4.1.4 Glavna oprema fabrike cementa

Apron fider kapacitet: 120 t/h materijal: laporac, ugalj i gips veliina materijala: laporac drobljen 0-150 mm; ugalj iz rudnika Ugljevik, a gips

iz procesa odsumporavanja dimnih gasova u termoelektrani Ugljevik


50/90

50

Mlin za ugalj sa doboom za suenje

kapacitet: 27 t/h lignita (HGI 59,8) ili 12,5 t/h petrol koksa veliina ulazne sirovine: < 30 mm vlaga: lignita max 32% prije suionika; petrol koksa max. 7%

nastali lignit sa sadrajem praine max. 8- 10% R , 0,09 mm petrol koks prainast 2-3 % R, 0,09mm;

Traka za odlaganje sa odbacivaem materijal koji se transportuje: laporac i laporac i krenjak brzina operacije: 200 t/h maksimum metoda rada: CHEVRON

Traka za odlaganje sa odbacivaem materijal koji se transportuje: laporac i laporac i krenjak brzina operacije: 130 t/h maksimum metoda rada: CHEVRON

Transport materijala material koji se transportuje: laporac i laporac i krenjak brzina transporta: 130 t/h

Vertikalni roler mlin za sirovine kapacitet mljevenja: 170 t/h veliina ulazne sirovine: 0-30 mm sadraj vlage u materijalu: max. 9%

rezidualni sadraj vlage: max. 1% finoa konanog proizvoda: 15% R 90 m meljivost: max. 6,8 kWh/t mjereno na brojau glavnog motora mlina

Vreasti filter mlina osnovnih sirovina koliina vazduha za izdvajanje estica: 230.000 Nm3/h vrsta estica: estice od sirovina izdvajanje estica: 80g/Nm3 temperatura: 150C

Rotaciona pe za za proizvodnju klinkera

Tangencijalni silos za blending materijala materijal za punjenje: mljevene sirovine usipna teina: 1,2 t/m3 temperatura: 80C kapacitet: 5000 tona


51/90

51

4.1.5 Osnovna oprema fabrike cementa

Predgrija-kalcinator

4 stepeni jedinini nosei sistem visina sistema od centra pei: approx. 62 m spojen sa kalcinatorom niske vrijednosti NOx sa sekundsrnim sistemom izgaranja predgrija ID fen; brzina duvanja ID fena na ulazu 6500 m3/h kod 870 mbar i 330C pad pritiska 53,5 mbar

Rotaciona pe

diametar: 3,8 x 58 m na tri nosaa

brzina okretanja pei: min/max 0,65/4 okreta/min. osnovno gorivo: mljeveni ugalj, lignit i petrol koks kalorina vrijednost: lignita 2300 kcal/kg na bazi vlanog uglja; petrol koks 8000

kcal/kg na bazi suvog materijala proizvod klinker izlazni proizvod: 1800 t/danu potronja toplote: 800kcal/kg klinkera kapacitet izgaranja: 180,5 GJ/h

Hladnjak klinkera

kapacitet: 1800 t/danu sa ekiastom drobilicom ulazna temperature materijala: 1400C izlazna temperature materijala: 75C vea od okolne ukupna povrina hlaenja: oko 50m2 ukljuenje u postojei objekat efikasnost hlaenja: min.75%

Vreasti filter za hlaenje klinkera

sa izmjenjivaem toplote koliina gasa sa esticama klinkera: 100.000 Nm3/h vrsta estica: klinker koliina izdvojenih estica: 20/50 g/Nm3 temperatura: 120C


52/90

52

Horizontalni mlin sa kuglama za cement

Mlin sa dvije separatorske komore kapacitet: 130 t/h veliina ulaznog materijala: 0-30 mm

smjea ulaznog materijala: klinker-letei pepeo-krenjak finoa nastalog proizvoda: 3200 cm2/g

Maine za pakovanje cementa u vree x 2

25 - 50kg vree kapacitet 50 t/h 10 brizgalica

4.1.6 Cijena proizvodnje portland cementa

Ukupna investicije, bez ukljuenja opreme za rudnik krenjaka, je do 156 400 000KM ( 80 000 000 Eura).

U tabeli 4.2 dati su osnovni normativi za proizvodnju klinkera i cementa. Utabelama 4.3, 4.4 i 4.5 su navedeni detaljni podaci o cijenama proizvodnje klinkera icementa na bazi normativa koji su navedeni u tabeli 4.2.

Tabela 4.2Osnovni normativi za proizvodnju klinkera i cementa

Proizvodnja klinkera 570.000 t/g Osnovni par.Koliina/t,tona

F/K 1,6Sirovine VlagaKrenjak 63% 7% 0,674Laporac 33% 10% 0,363Letei pepeo 4% 0% 0,040Ugalj mrki 50% 800 Kcal/kg 0,100Petrolkoks 50% 800 Kcal/kg 0,50Elektrina energija,proizvodnja i mljevenje

125Kwh/ton 125 Kwh/ton

Gips za proizvodnjucementa 5% 0.050


53/90

53

Tabela 4.3Cijena proizvodnje portland cementa

Osnovni podaci

Proizvodnja klinkera 570.000 t/g Osnovnipar.F/K 1,6Sirovine VlagaKrenjak 63% 7%Laporac 33% 10%Letei pepeo 4% 0%Cijena krenjaka 2,9 KM/toniCijena laporca 2.9 KM/toniCijena pepela 0 KM/toni

Mljevenje cementa Klinker

Letei

pepeo Krenjak32,5Cem II B-M (V-W) 350.000 65% 23% 10%42,5 II A/l 200000 80% 5% 13%52.5 I N 50000 93% 0% 5%Ukupno 600.000Cijena vrea za cement 0,4 KM/vreiDoziranje smjee 0,02%Cijena krenjaka 2,9 KM/toniCijena pepela 1,0 KM/toniCijena gipsa 5,0 KM/toni

Proizvodnja klinkera

Cijena uglja >4000 kcal/kg 4,0 KM/GJCijena petrol koksa >8000 kcal/kg 7,0 KM/GJPotronja toplote 800 Kcal/kg

6,5 GJ/tonKl% uglja 50%% petrol koksa 50%Cijena energijeElektrina energijaCijena Kwh 0,14 KM/Kwh

Specifina potronja za klinker 70 Kwh/tonProsjena specifina potronja zamljevenje cementa 55 Kwh/toniCpecifina cijena radaRaunato na 600.000 tona/godiniklinkeraPriprema sirovina i proizvodnjaklinkera 8,0 KM/toniMljevenje Cementa 3,0 KM/toni


54/90

54

Uslune djelatnostiPriprema sirovina i proizvodnjaklinkera 2,0 KM/toniMljevenje cementa 0,8 KM/toniCijena rada ukupno 6000000 KM

75% Priprema sirovina iproizvodnja klinkera 4500000 KM25% Mljevenje cementa 1500000 KMProizvodnja klinkera 570.000 tpgProizvodnja cementa 600.000 tpg

Specifina cijena radaPriprema sirovina i proizvodnjaklinkera 7,9 KM/toniCementa 2,5 KM/toni

Tabela 4.4

Specifina cijena proizvodnje klinkeraProizvodnja klinkera 570.000 t/godiniSirovine 968.772 t/godini

Sirovine

potrebne Suva/t/godiniVlana,t/godini KM/toni

Laporac 33% 301.064 331.170 3,0 1,70 KM/toniKrenjak Laktanica 63% 574.831 614.802 3,0 3,25 KM/toniLetei pepeo izprocesa spaljivanja 4% 22800 22800 0

Specifina cijena za sirovine 4,95 KM/toniProizvodnja klinkera

Gorivo

Specifina toplota izgaranja 800Kcal/kgKl

3,25 GJ/ton Kl

Ugalj 50% 1,63 GJ/ton Kl 6,5 KM/toniPetrol koks 50% 1,63 GJ/ton Kl 11,4 KM/toni

Specifina cijenagoriva17,9 KM/toni

Elektrina energija

Specifino spaljivanjeza: 70 Kwh/toni 0,14 KM/KWh 9,8 KM/toniPripremu goriva

Documents

Prof. Dr Jovan Đuković, Studija proizvodnje portland i specijalnog kalcijum sulfo aluminatnog cementa