改进的加工模式可以减少水泥生产中的石灰石

水泥行业长期以来一直是基础设施和发展的核心部分，但其对环境的影响仍然是一个挑战。“与水泥生产一样，石灰石的开采会影响自然资源和地下水。它也非常依赖新的采矿许可证，”于默奥工业博士学院和应用物理与电子系的博士生埃里克·维格(ErikViggh)说大学。

为了寻找水泥原材料以减少对天然石灰石的需求，对钢铁工业的副产品冶金矿渣进行了研究。矿渣已被证明是一种合适的替代品，可以显着减少水泥工艺中的二氧化碳排放。然而，目前尚不清楚水泥的质量如何受到影响。

通过研究，ErikViggh开发了一种化学模型，水泥行业可以使用该模型来评估工艺和原材料使用的变化如何影响水泥质量。这使得更容易引导生产减少对气候的影响。

在水泥生产中起着至关重要作用的一种物质是镁。天然石灰石中镁含量较低，但矿渣中镁含量较高。当原料加热至1,450摄氏度时，氧化镁熔化并成为液体物质的一部分。在冷却过程中，镁与水泥中的各种矿物质结合。然而，过多的镁会在冷却过程中形成一种称为方镁石的矿物质，这会导致混凝土膨胀和开裂等问题。

为了解决这一现象，ErikViggh使用高级计算创建了一个过程模型。该模型模拟了水泥相的形成，同时考虑了时间、温度和原材料的成分。这使得预测水泥各相的化学含量成为可能。以前，计算中仅包括石灰和硅，但现在还包括铝、铁和镁。

为了确保模型的可靠性，研究人员对由不同含量的氧化镁制成的水泥样品进行了实验室测试。对这些样品进行分析，以了解方镁石的形成以及熔体形成过程中氧化镁在颗粒之间的扩散。

模拟和测试的结果提供了对加热和冷却过程中形成的水​​泥相的数量和成分的深入了解。这些结果也与之前发布的数据非常吻合，证实了该研究的重要性和相关性。

“改进的化学模型与可用的热力学数据和新开发的冷却模型一起，在评估替代原材料的使用方面具有良好的潜力。这项工作还发现了先前工艺模型中的弱点，并为开发全新的未来研究工作提供了建议。水泥的制造工艺，”ErikViggh说。