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Apr 28, 2024

Wie wird Zement hergestellt? (Geschäftsgeheimnisse enthüllt)

Was in diesem Artikel steht: Zement wird durch chemische Kombination von Rohstoffen wie Kalzium, Kieselsäure, Aluminium, Eisen und anderen Elementen unter strengen Herstellungskontrollen hergestellt. Darüber hinaus Kalkstein,

Was steht in diesem Artikel?

Zement wird durch chemische Kombination von Rohstoffen wie Kalzium, Kieselsäure, Aluminium, Eisen und anderen Elementen unter strengen Herstellungskontrollen hergestellt. Darüber hinaus werden Kalkstein, Muscheln und Kreide oder Mergel häufig mit Schiefer, Ton, Schiefer, Hochofenschlacke, Quarzsand und Eisenerz zur Herstellung von Zement kombiniert.

Dies hängt alles von der Art des Zements ab, der für die Verwendung als Beton hergestellt wird.

Zement ist einer der wesentlichen Bestandteile von Beton, dem am häufigsten in Massenproduktion hergestellten Baustoff der Welt. Bei dieser Substanz handelt es sich um ein Bindemittel, das als feines, graues Pulver entsteht.

Zement ist ein wichtiger Bestandteil vieler Bauarten. Ohne sie gäbe es keine unserer großartigen Wolkenkratzer, Gehwege, Brücken, Straßen und vieles mehr.

Im Jahr 2021 produzierten die USA über 92 Millionen Tonnen Zement. Wenn Sie interessiert sind, erfahren Sie hier, wie viel ein Meter Beton wiegt.

Für eine so enorm verbrauchte Ressource ist die Herstellung von Zement schwieriger als man denkt. Es gibt viele Arten von Zement, die gebräuchlichste ist hydraulischer Zement.

In diesem Artikel wird Schritt für Schritt der Prozess beschrieben, der zu den weit verbreiteten Zementsäcken führt, die wir heute in Geschäften finden.

Zement ist eine Mischung aus Mineralien. Die Zusammensetzung von Zement besteht hauptsächlich aus Kalkstein, Ton, Eisenerz und Gips. Unternehmen beschaffen und bereiten diese Materialien vor dem Herstellungsprozess vor, damit sie zu hochwertigem Zement werden können.

Kalkstein ist ein sedimentäres Karbonatgestein, das im Allgemeinen in Höhlen oder in der Nähe von flachem Meerwasser vorkommt. Kalksteinarbeiter graben den Stein aus, zerkleinern ihn und mahlen ihn zu einem feinen Pulver für die Zementproduktion. Utah, Michigan und West Virginia sind derzeit die Produzenten des größten Teils des Kalksteins in den USA.

Ton ist eine feinkörnige Substanz, die klebrig und formbar sein kann, aber an der Luft trocknet. Wie Kalkstein werden Arbeiter Ton zu einem feinen Pulver für die Zementproduktion mahlen.

Um die Kosten zu senken, stammt der Ton im Allgemeinen aus Tagebaugruben in der Nähe der Produktionsanlagen. Die größten Tonvorkommen in den USA befinden sich in Georgia und South Carolina.

Eisenerze sind Gesteine, die metallisches Eisen enthalten, das Maschinen extrahieren können, um ihre reine Form zu erhalten. Sie stammen hauptsächlich aus kleinen, unterentwickelten Lagerstätten, die Erze an Zementunternehmen verkaufen.

Kalifornien, Minnesota und Michigan sind derzeit die größten Eisenerzverkäufer in den USA.

Gips ist ein häufiger Bestandteil von Produkten wie Düngemitteln, Trockenbauwänden und Gips. Es ist ein weiches, weißes Mineral, das aus Calciumsulfat-Dihydrat gewonnen wird.

Seine Rohform ist ein nahezu undurchsichtiger Kristall, der sich typischerweise unter oxidierten Bedingungen bildet. Bergleute fördern Gips in 19 Bundesstaaten der USA, wobei Oklahoma, Nevada, Iowa, Texas und Kalifornien die größten Produzenten sind.

Sobald Zementunternehmen diese Materialien abgebaut und gesammelt haben, bringen sie sie zur Produktionsanlage und zerkleinern sie zu Pulver.

Der erste Schritt des Prozesses besteht darin, die einzelnen Mineralien auf eine Größe von etwa 15 cm zu zerkleinern. Dann gehen sie zu einer zweiten Zerkleinerungsstufe über, in der sie auf etwa 3 Zoll oder weniger zerkleinert werden.

Sobald die Mineralien klein genug sind, kombinieren die Hersteller alle Zutaten bis auf Gips im genauen Verhältnis. Dann führten sie sie durch den Zementofen.

Der Zementofen ist ein großer zylinderförmiger Stahlbehälter, der mit einem speziellen Schamottstein ausgekleidet ist. Es hat einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 12 Fuß und brennt bei 2700 °F.

Der Ofen ist leicht geneigt. Die Mineralien gelangen am oberen Ende in den Ofen und fallen beim Erhitzen nach unten. Beim Erhitzen verbrennen viele Mineralien und es bleiben Gase zurück.

Während der Ofen auf diese unglaublich hohe Temperatur erhitzt wird, finden mehrere chemische Reaktionen statt, ein Prozess, der in vier Hauptphasen unterteilt ist.

Erstens verdunstet jegliches freie Wasser in den Pulvern, sobald die Temperatur 212 °F erreicht. Bei 800 °F kommt es zur Dehydrierung und Bildung von Silizium-, Eisen- und Aluminiumoxiden.

Bei etwa 1800 °F entsteht CO2 und durch die Kalzinierung entsteht CaO. Bei 2750 °C verbinden sich schließlich die restlichen Mineralien und bilden Klinker. Der Klinker verlässt den Ofen als graue, marmorgroße Kugeln.

Nach dem Verlassen des Ofens bläst ein Ventilator kühle Luft über den Klinker, um ihn schnell abzukühlen. Sobald es kühl genug ist, wird es von den Arbeitern mit kleinen Mengen Gips vermischt.

Der Zweck des Gips besteht darin, die Zeit bis zum Aushärten des Zements zu verlängern, damit die Bauherren Zeit haben, ihn zu manipulieren.

Nach der Verbindung von Gips und Klinker durchläuft der Zement einen abschließenden Mahlprozess. Bei diesem Verfahren kommt typischerweise eine Kugelmühle zum Einsatz, eine Maschine mit mehreren rotierenden Kammern, in denen Mahlkugeln aus Stahl unterschiedlicher Größe untergebracht sind.

Dabei werden Gips und Klinker zu Zementpulver verarbeitet, das die Unternehmen dann an Geschäfte und Baustellen liefern.

Gips spielt eine entscheidende Rolle bei der Aushärtung von Zement. Es reguliert die Abbindezeit und ist daher ein wesentlicher Inhaltsstoff.

Der Hauptzweck der Zugabe von Gips zum Zementklinker besteht darin, den Hydratationsprozess des Zements zu verlangsamen, sobald er sich mit Wasser vermischt. Wenn sich Zementpulver mit Wasser vermischt, beginnt es mit C3A zu reagieren und verfestigt sich.

Die Erstarrung dauert nicht lange, was sich beim Mischen oder Transportieren von Zement als problematisch erweisen kann. Wenn Sie der Mischung jedoch Gips hinzufügen, beginnt die Reaktion stattdessen mit der Bildung von Ettringit. Ettringit ist ein wasserhaltiges Calciumaluminiumsulfat-Mineral.

Bei den Reaktionen des Zements entstehen sehr feinkörnige Kristalle, die die C3A-Partikel umhüllen.

Der Ettringit verlangsamt den Aushärtungsprozess des Zements drastisch und gibt den Arbeitern Zeit, den Zement problemlos zu mischen, zu transportieren und einzubauen. Dies kann für die Zusammensetzung und Verarbeitbarkeit von Beton von entscheidender Bedeutung sein.

Jeder Schritt im Prozess der Zementherstellung erfordert häufige Tests und Überwachung, um sicherzustellen, dass er den Standards der Branche entspricht. Die Art des Zements kann je nach Projekt oder Verwendungszweck des Zements unterschiedlich sein. Hier sind einige verschiedene Arten von Zement.

Portlandzement ist der am häufigsten vorkommende Zement. Aus diesem Grund wird er auch als gewöhnlicher Zement bezeichnet. Es ist der Hauptbestandteil von Beton, Mörtel und Fugenmörtel. Joseph Aspdin entwickelte diesen Zement zufällig im 19. Jahrhundert, nachdem er Kalkstein in seinem Ofen erhitzt hatte.

Der Name kommt von der Ähnlichkeit dieses Zements mit Portland Stone, einer Kalksteinformation. Portlandzement ist Standard beim Bau von Brücken, Gebäuden, Gehwegen und anderen üblichen Zementkonstruktionen.

Schnell trocknender Zement oder schnell erhärtender Zement enthält deutlich weniger Gips als gewöhnlicher Zement, wodurch die Zeit bis zur vollständigen Aushärtung verkürzt wird. Arbeiter nutzen es typischerweise in Bereichen mit hohem Verkehrsaufkommen, um schneller für den Verkehr freizugeben oder für Projekte zur Entfernung von Rahmenwerken. Aufgrund seiner Festigkeit zu Beginn des Trocknungsprozesses können sich Bauunternehmer auch für schnell trocknenden Zement entscheiden.

Weißzement ist genau das, wonach es klingt; gewöhnlicher Zement, der weiß statt grau ist. Im Allgemeinen wird Weißzement für Zierzwecke wie Gärten, Pools, Skulpturen usw. verwendet. Die Rohstoffe für diesen Zement können teurer als gewöhnlich sein und enthalten kein Eisenoxid.

Ähnlich wie bei Weißzement besteht der einzige Unterschied bei diesem Zement in der Farbe. Bei der Herstellung können der Pulvermischung Pigmente beigemischt werden, um unterschiedliche Farben zu erzeugen. Dieser Zement wird hauptsächlich für Zierzwecke verwendet, beispielsweise für dekorative Bodenbeläge.

Hersteller können Low-Heat-Zement herstellen, indem sie den Tricalciumaluminatgehalt auf weniger als 6 % halten. Dieser Zement ist sulfatbeständiger und weniger reaktiv als andere Zemente. Es kann Risse aufgrund hoher Hitze vermeiden und ist eine gute Option für Massenbetonprojekte.

Allerdings ist die Abbindezeit von Niedrigtemperaturzement im Allgemeinen schneller als die von normalem Zement, sodass die Verarbeitung schwierig sein kann.

Bei der Zementherstellung entstehen große Mengen Kohlendioxid und andere Schadstoffe, die zur globalen Erwärmung beitragen. Darüber hinaus verbraucht die Zementherstellung im Prozess große Mengen Energie und andere natürliche Ressourcen.

Der Prozess kann auch die Luftqualität beeinträchtigen, da dabei Staubpartikel in die Atmosphäre gelangen, was zu Atemwegserkrankungen führen kann.

Die Zementindustrie kämpft zweifellos darum, ihren erheblichen CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Bestimmte Unternehmen haben sich darauf konzentriert, ihr verschwendetes Kohlendioxid in etwas Wertvolles umzuwandeln, beispielsweise in chemische Rohstoffe oder Kraftstoffe.

Grüner Zement ist eine weitere mögliche Lösung für die großen Umweltauswirkungen der Zementproduktion. Grüner Zement entnimmt den Kohlenstoff aus dem Ofen und fügt die Mischung im offenen Raum des Zements hinzu oder ersetzt sie.

Hersteller können ihre Produkte auch aushärten, indem sie sie in einen Raum mit Kohlenstoff anstelle von Wasser stellen, wodurch die Kohlenstoffemissionen um 70 Prozent reduziert werden. Diese Zementvariante würde schneller aushärten, robuster sein und deutlich weniger Energie benötigen.

Auch wenn Zement allgegenwärtig ist, wissen nur wenige Menschen über seinen umfangreichen Herstellungsprozess Bescheid. Die Hunderte von Tüten im Regal unseres Heimdepots sagen uns nichts darüber, wie dieses weit verbreitete Material entstanden ist oder welche Auswirkungen es auf unseren Planeten hat.

Um den Prozess nachhaltiger zu gestalten, ist es wichtig zu verstehen, woher Zement kommt. Zement ist ein wesentlicher Bestandteil unserer Welt, wie wir sie kennen, aber seine Produktion bietet Raum für Wachstum.

Der Abbau und Abbau wertvoller Mineralien, der Staub beim Mahlen und die Kohlenstoffemissionen des Prozesses tragen alle zu einem schlechten CO2-Fußabdruck bei.

Hoffentlich werden Zementunternehmen Wege finden, die Umweltbelastung in Zukunft zu verringern.

Das Recycling von Abfallprodukten wie Wasser und Betonresten, die Aufnahme anderer Nebenprodukte wie Sand, Asche und andere Deponiematerialien sowie die Reduzierung des Einsatzes fossiler Brennstoffe sind alles gute Möglichkeiten, dies zu erreichen, ohne uns zu zwingen, vollständig auf Zement zu verzichten.

Dara Brant ist Chefredakteurin bei Green Building Elements. Bevor sie zu uns kam, berichtete sie im Your Energy Blog über Neuigkeiten zu alternativen Energien und lokale Entwicklungen. Dara hat eine Leidenschaft für nachhaltiges Leben und möchte mehr als ihren gerechten Teil dazu beitragen, eine bessere Zukunft für zukünftige Generationen zu schaffen. Sie können sich mit Dara auf LinkedIn verbinden.