Environmental assessment of wet-handled coal bottom ash application for cement production

Abstract

Портландцемент є одним з найенергоємніших матеріалів зі значним вуглецевим слідом його виробництва. Курс на зниження вмісту портландцементного клінкеру у в’яжучих є запорукою отримання стійких екологічних матеріалів. Найпоширенішою мінеральною добавкою під час виготовлення в’яжучих був доменний гранульований шлак, проте через прогнозовану обмежену його доступність у майбутньому виникає необхідність розширення сировинної бази неклінкерних компонентів. З погляду зниження впливу на довкілля практичний інтерес становить використання відходів. Вугільна зола мокрого видалення характеризується високою розмелювальною здатністю, у разі введення у в’яжучі в оптимальній кількості забезпечує перебіг пуцоланових реакцій за їх гідратації, не потребує значних енергетичних затрат для досягнення їх необхідних властивостей. Основним недоліком вугільної золи є її висока вологість, що вимагає додаткових енергетичних затрат на сушіння. Для сушіння матеріалів із високою вологістю перспективним є використання теплоти відхідних газів, утворених за сухого способу виробництва портландцементного клінкеру. Згідно з виконаними розрахунками використання вугільної золи як для часткової заміни доменного гранульованого шлаку у в’яжучому, так і для заміни портландцементного клінкеру доцільне з погляду питомої витрати енергоносіїв та викидів вуглекислого газу. В’яжуче із частковою заміною доменного гранульованого шлаку на вугільну золу характеризується таким самим питомим показником викидів вуглекислого газу, як і у разі використання тільки доменного гранульованого шлаку (0,63 т СО2/т в’яжучого), водночас у разі заміни портландцементного клінкеру на вугільну золу показник викидів вуглекислого газу становить 0,55 т СО2/т в’яжучого. Результати цього дослідження можуть допомогти у розробленні політики підвищення стійкості випуску в’яжучих із використанням різних типів мінеральних добавок.

The production of Portland cements with a reduced clinker content corresponds to the strategy of decarbonization of building materials, aimed at reducing the negative impact on the environment and climate changes. This direction of development of the cement industry requires the use of more mineral additives. The application of waste-derived materials as the main non-clinker component is promising. The advantage of using wet-handled coal bottom ash is its pozzolanic effect and high grindability, but the main disadvantage is increased moisture. The introduction of wet-handled coal bottom ash in the cement industry requires an integrated approach that covers aspects of technology, economics, and ecology. The article investigates the feasibility of using wet-handled coal bottom ash as an additive to binders in terms of environmental performance while ensuring the required strength indicators of Portland cement.