水泥熟料替代减少碳排放
哥伦比亚Argos Rio Claro公司由其母公司Cementos Argos拥有和经营，希望通过混合其它水泥原材料来提高硅酸盐水泥的熟料替代率。这种替代有助于推动公司的可持续发展，在2050年甚至更早时间实现混凝土零碳排放。于是，迄今为止世界上最大的煅烧粘土窑建设项目诞生，其产能为1500吨/天。
通常这种项目需要一个复杂的系统来实现物料的管理、计量和混合，并达到一定精度要求，但Argos Rio Claro在保证精度和效率的前提下，简化了工艺步骤，使用一个紧凑的系统来管理工艺。
煅烧粘土带来的挑战
Argos Rio Claro公司选用天然火山灰原料作为煅烧粘土配方原料，并建造了年产45万吨的生产线。
最终产品火山灰水泥(PPC)，对环境的影响较小，比传统水泥加工减少38%的二氧化碳排放量，比普通硅酸盐水泥(OPC)生产节省30%的能源。
Argos Rio Claro可燃替代品主管Mauricio Giraldo表示，水泥行业在投入市场时通常更倾向于使用“成熟技术”。这个新项目，建造如此大的煅烧粘土窑，涉及许多未知数。申克公司的专业知识和经验促使Argos选择与之合作，由其提供所需的设备。
Giraldo博士说，全球有好几家公司正在研究煅烧粘土，遇到了一系列独特的挑战，包括不能100%准确预测材料特性这个事实。
什么是火山灰水泥?
“Pozzolana”一词来自意大利语，意指维苏威火山附近发现的火山粉末。天然火山灰可以是任何火山源材料或沉积粘土，自罗马帝国以来就被用作粘合材料。近来一系列其他材料被发现具有与氢氧化钙反应的能力，因此术语补充胶凝材料(SCMs)开始被使用。SCMs源于工业废物或加工过的材料，例如人造火山灰、高炉渣、粉煤灰或稻壳灰。用SCMs制成的水泥符合ASTM国际标准。
PPC或Pozzolana硅酸盐水泥由20-30%的Pozzolana或SCMs与OPC混合制成。当与水或石灰混合时，火山灰材料与氢氧化钙发生反应，形成具有水泥样性质的化合物。
普通硅酸盐水泥是工业上最常用的水泥，是石灰石、石膏和钙质材料的混合物。OPC混合时初始强度大，固化时间比PPC短。
然而，在其使用寿命期间，PPC具有更高的耐久性和可加工性，并且随着它的固化而加强。此外，PPC更加环保，由于能耗更低，其生产成本比OPC更低，这对水泥行业有利。
火山灰中各种各样的材料决定了精确计量和混料的必要性，以获得具有所需性能和特性的最终产品。火山灰材料的反应性取决于多种因素，如单个粒度、材料成分和温度。取得成功结果还需考虑的其他因素还包括母体材料的组成，组成材料和固化时间/程序。
火山灰的反应时间随着温度的升高或与高碱硅酸盐水泥一起使用而加快。Argos工厂准备使用的煅烧粘土材料，将增加可加工性。其他影响反应时间的因素包括需水量和化学混合物的重新校准。
投资于可持续商业实践
Cementos Argos投资7800万美元把这条生产线改造为生产和销售绿色水泥。火山灰水泥的生产更环保，部分原因是煅烧粘土的掺入减少了熟料的使用。火山灰和熟料的比例对其功能至关重要，这正是减少二氧化碳排放和降低能源消耗的原因。
根据 《材料》杂志上的一篇评论，“减少水泥工业碳排放的替代熟料技术,” “(水泥)生产中两个主要产生二氧化碳的环节是燃烧化石燃料加热回转窑以及熟料生产中与煅烧过程相关的化学反应，熟料是OPC的主要成分。”
它进一步指出， “生产一吨熟料排放约0.83吨二氧化碳，生产一吨OPC排放约0.54吨二氧化碳。燃烧化石燃料来加热水泥窑占排放量的35%到40% 。”
一般来说，火山灰材料有助于创造:
- 极细Blaine尺寸水泥，低孔隙率
- 这种低孔隙率填充了骨料和钢筋之间的空隙，减少了收缩或蜂窝形成，提高了最终产品的耐久性和强度
- 环保的制造过程，将原本作为水泥混合物废弃的成分变为工业副产品利用
- 抗硫酸盐侵蚀的材料，使其成为水力或海洋结构、水坝建设等的绝佳选择
- 与OPC相比，减少二氧化碳排放
世界上最大的煅烧粘土窑，采用申克的产品和技术进行精确计量和混料
Schenck Process申克集团应对挑战
熟料替代需要非常精确的计量，因为不同的替代率取决于各种辅助材料的研磨。已按正确剂量配料后的成分还需彻底混合，以达到均匀的结果。Giraldo博士说: “一袋水泥中的每一立方英寸材料需是相同且充分混合的，以便为最终用户建造时提供可行的产品。”
据Giraldo博士说，这通常需要一个复杂的设备系统来实现。然而，申克提出了由两个 MULTICOR® 计量系统组成的紧凑、简单系统方案，使得Cementos Argos能为其工艺流程安装最具成本效益、最准确和最高效的解决方案。
申克完整的解决方案细节
Cementos Argos于2019年推出了一种名为“Cemento Verde”的新型火山灰水泥。
Schenck Process申克设计的系统易于安装，并符合客户的规格，包括最大限度减少工厂占地面积、高准确性、高可靠性、耐用性好、维护量小。
Schenck Process申克的技术知识对此次项目的成功至关重要。申克提供了从设计到工程再到调试的完整解决方案，其哥伦比亚本地服务技术人员能快速地响应客户需求。
申克提供的具体系统部件包括:
- MULTICOR® 科里奥利质量流量计
- 控制仪表 (DISOCONT® TERSUS)
- 闸板阀
- 控制阀
- 充气斜槽
- 除尘器
- 鼓风机
- 工程图纸/设计
对Argos来说，具有特殊价值的是申克在流量计量和混料方面的技术。申克MULTICOR®是一种质量流量给料/配料计量装置，根据科里奥利原理进行精确流量计量。科里奥利原理是一种独特的散装固体计量原理，不受物料特性变化影响，所以与其他计量方法不同，不会因此产生误差。
MULTICOR® 计量物料流量精度为±0.5%，质量流量被精确计量，并与一个可调节的预喂料器相结合。通过提供精确的吞吐量和高价值的最终产品，MULTICOR® 能为工厂节省成本。
该项目从开始设计到安装完成共用了六个月的时间，并自2020年初开始运行。
未来“Argos方式”的推出
Giraldo博士说: “我希望看到这样的系统被复制推广，因为我相信它将改变整个行业的游戏规则。”
他补充说: “从图纸到现场建设，你知道自己计划做的事情切实可行，这是一种很棒的感觉。我很自豪能成为这个团队的一员。”
自2020年安装该窑以来，申克已在北美提供了另外三条水泥计量和混料生产线，并正在设计其他几条生产线。
Cementos Argos S.A.的项目总监Miguel R. Suarez表示:“从质量角度来看，(申克公司的)混料系统展现了非常好的性能，因为我们在混合物中实现了均匀性。”
Suarez列举了公司与申克合作获得的益处:
- 成本降低可追溯到优化水泥磨生产。
- 通过减少高达38%的水泥碳足迹来增强可持续性。
- 由于与以前的做法相比，混合过程提供了更高的精度和更小的标准偏差，从而提高了水泥质量。
- 提高了生产灵活性-在线混料允许运营人员快速改变比例和添加剂，以满足市场需求。
- 生产的改进，简化了设施容量规划；成品的调度速度和更好地利用存储筒仓，优化了存储设施。
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