Forrige indlæg om cementproduktion handlede om cementens hovedingrediens, kridt, og i dette kommer jeg ind på de øvrige komponenter.

Langt hovedparten af den cement, der produceres i verden, er grå cement, men der er også en niche for hvid cement. Aalborg Portland (AP) er verdens største producent af hvid cement, når man medregner produktionen på AP’s fabrikker i Egypten, Malaysia og Kina.

For at kunne lave hvid cement, skal man have særligt rene råmaterialer med lavt jernindhold, da jern gør cementen grå. Mangan og kobber er også af det onde.

Så råmaterialer til hvid produktion er et kapitel for sig, og dette indlæg handler mest om råmaterialer til produktion af grå klinker.

Til at lave grå klinker, som senere formales til cement, bruges på AP omkring 80 % kridt, 12 % flyveaske, godt 4 % sand, 2 % kisaske (kilde til jernoxid) og så det løse. Procenterne er for de råmaterialer, der tilføres ovnen, og de er på tør basis – altså uden vand.

Forholdet mellem flyveaske og sand er anderledes, når der produceres grå klinker til lavalkali, sulfatbestandig cement. Den hvide cement, AP producerer i dag, er sulfatbestandig og super lavalkali.

Derudover indbygges aske fra brændslerne i klinkerne, og det tager man kemisk højde for ved blandingen af sine råmaterialer.

Procenterne er cirkatal og kan variere lidt – blandingen afhænger især af flyveaskens kemiske sammensætning.

Flyveaske

Når vi taler om flyveaske på AP, mener vi den grå askerest fra stenkul, som afbrændes på kraftværker. Kraftværkerne opfanger flyveasken i filtre.

Askeresten er jord og klippe, som blandede sig med det organiske materiale, som siden blev til kul. (Ja: organisk. Kul er sådan set biobrændsel, det er blot meget gammelt.)

Askens kemiske sammensætning afhænger derfor af kullenes herkomst, men asken indeholder typisk omkring 50 % SiO₂ og 25 % Al₂O₃ plus det løse og lidt restkulstof. Stenkul har typisk 10 – 15 % aske.

Flyveaske er på AP den primære kilde til aluminium i grå cement, og den skarpsindige læser bemærker, at for hver gang man får et tons aluminiumsoxid, får man to tons silica.

Flyveaske er meget finkornet og behøver ingen formaling før brug. Det er også ekstremt slidende.

Brugen af stenkul er på retur i Europa (CO₂, vindmøller og alt det der), og dermed falder mængden af let tilgængelig flyveaske, men der er andre mulige kilder til aluminiumsoxid.

Meget brugt ude i verden er ler, skifer og bauxit. Bauxit er en aluminiumsrig bjergart, og der er masser af det i fx Middelhavslandene.

Frem til 1988 brugte AP både flyveaske og ler. Leret blev gravet og slemmet i Hvorup nord for Limfjorden og så pumpet til fabrikken gennem rør på bunden af fjorden.

I dag bruges rørene til bl.a. lyslederkabler, og ler bliver næppe fremtidens afløser for flyveaske– dertil indeholder det for meget alkali og vand.

Sand

Variationer i flyveaskens forhold mellem SiO₂ og Al₂O₃ afgør, hvor meget sand der skal bruges.

Sandet til grå produktion kommer fra Hals Barre, hvor der jævnligt renses op med sandsuger for at holde indsejlingen til Limfjorden farbar. Strømmen i Kattegat er en pålidelig leverandør.

Det opsugede sand blev tidligere ”klappet” (dumpet) i Kattegat, men det meste bruges nu til cementproduktion.

Klor (Cl) skal minimeres af hensyn til både proces og kvalitet, og da saltvand i sagens natur indeholder klor (NaCl), opbevares sandet i sættebassiner i mindst 7 måneder, så det meste salt vaskes ud, inden sandet bruges.

Sandet indeholder typisk 88-89 % SiO₂ og skal formales, før det kommer i ovnen. Det sker i en kuglemølle med malelegemer af stål. Møllen har gummiforing, så det larmer ikke så slemt, som man skulle tro.

Tørformaling af sand er mulig, men da respirabel kvarts er noget stads, der gør folk syge med silikose (”stenlunger”), formales sandet sammen med vand til en sandslam, som så blandes med kridtslam. Den færdige blanding (”ovnslam”) opbevares i to bassiner med et samlet volumen på godt 23.000 m³.

AP’s store ovn, som producerer grå klinker, bruger omkring 200 m³ ovnslam i timen. Det svarer til, at du skulle slæbe 200.000 liter mælk hjem fra brugsen hver time!

Og så slap du endda billigt, for 1 liter ovnslam vejer ca. 1,78 kg, hvilket er en del mere end letmælk.

Kisaske

Kisaske er et affaldsprodukt fra svovlsyrefremstilling af jernmalm og kan indeholde mere end 90 % jernoxid. Kisaske er pulverformig, men finformales også til en slam, som er pumpbar. Kisaske er ræverødt.

Da kisasken er ret sur (det med svovlsyren) er den også korrosiv, og på AP blandes derfor noget kridt i til neutral pH for at skåne rør, pumper m.v.

Nogle fabrikker bruger jernmalm eller slagge som jernkilde, og hvis man bruger bauxit, får man som regel også et jerntilskud derfra. Hvad der er bedst for den enkelte fabrik afhænger af prisen, og hvad der er nærmest.

Det løse

Derudover var der det løse. Det løse er bl.a. fluorid, der er en potent katalysator, som ved sin blotte tilstedeværelse gør, at visse kemiske reaktioner i ovnen (især dannelsen af C₃S) sker ved en lavere temperatur end ellers.

Hovedkilden til fluorid (calciumfluorid, CaF₂) i denne verden er flussspat, et naturligt forekommende mineral, men det skal formales og er dyrt.

AP bruger mest fluoridholdige affaldsprodukter fra anden industri. En overgang fik vi fx filterkage fra en fabrik i Belgien, der leverer calciumfluorid til tandpastaproduktion. “Filterkage” er det fnuller, man fanger, når man renser (spilde)vand med en filterpresse.

Da fluorid nedsætter den nødvendige brændezonetemperatur, sparer det også brændsel og giver lavere produktion af NO_x.

På AP tilsættes også gips for at justere klinkernes indhold af SO₃. Det er meget ualmindeligt, da det som oftest er at bede om problemer, men med det rette kemiske mix og stram proceskontrol giver det cementstyrken et løft. AP er førende på dette felt.

Gipsen er afsvovlningsgips, dvs. den gips der dannes, når man renser SO₂-holdig gas med kridt.

Gipsen kommer enten fra AP’s egne afsvovlningsanlæg eller fra Nordjyllandsværket, som så får kridtslam fra AP til afsvovlning – industrielt samarbejde.

Der bruges også filterstøv fra de ovne, som producerer klinker til hvid cement (forbrændingsgasser m.m. afstøves). Dette støv indeholder en del alkali og bruges til at justere de grå klinkers alkaliindhold, som ellers varierer med flyveaskens kvalitet.

Alkali og svovl skal helst være i balance, men den historie er lidt langhåret, så den springer vi over.

Råmaterialer til hvid cement

Råmaterialer til hvid cement vi jeg gå let henover. Nøglen til hvidhed er så lavt jernindhold som muligt, og derfor anvendes bl.a. flyvesand samt kaolin, der er en særlig, jernfattig lerart. Kaolin kaldes også porcelænsler – på engelsk ”china clay”.

Sandet til hvid klinkerproduktion skal formales meget fint, og for at undgå afsmitning af misfarvende jern, bruges flintesten som malelegemer i stedet for stål. Porcelænskugler var også en mulighed.

Da jernet mangler til at lave ”lava” i brændezonen på de hvide ovne, skal nodulerne laves tidligere, mens råmaterialerne endnu indeholder vand. Ellers bliver ovnene et inferno af støv.

Fraværet af “lava” i de hvide ovnes brændezone forhindrer molekyler og ioner i at drøne rundt, og de kemiske reaktioner skal derfor ske ved faststofsintring inde i nodulerne. Derfor skal råmaterialerne formales meget fint, så partiklerne er i nærkontakt.

Næste indlæg handler om cementovne.

/Eric

Relateret:

• Om cementproduktion
• Kridt og kalksten til cementproduktion
• Lange vådovne til cementproduktion
• Tørre og semi-tørre cementovne
• Brændsler til cementproduktion
• Emissioner, røgrensning, fjernvarme og sand fra Sahara
• Formaling af klinker til færdig cement
• Processtyring og kvalitetskontrol på cementfabrikken