Clinker

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Due sfere di clinker
Aspetto tipico del clinker

Il clinker è il componente base per la produzione del cemento.

Le materie prime per la produzione di clinker sono minerali contenenti: ossido di calcio (CaO), generalmente ricavato da calcare, ossido di silicio (SiO2), ossido di alluminio (Al2O3), ossido di ferro (Fe2O3) e ossido di magnesio (MgO).

L'estrazione del minerale avviene in cave poste nelle vicinanze dei luoghi di produzione in quanto il costo dell'eventuale trasporto è molto elevato in relazione al valore del carico. In genere la composizione del minerale è adatta di per sé a produrre il clinker, ma in taluni casi è invece necessario aggiungere altre sostanze quali argilla e calcare. È possibile anche aggiungere sabbia per poter regolare il modulo silicico, mentre per il modulo dei fondenti possono essere utilizzati materie recuperabili che contengono ossido di ferro (Fe2O3) o ossido di alluminio (Al2O3).

Il clinker di Cemento Portland è un materiale a comportamento idraulico che deve essere composto da almeno due terzi in massa di silicati di calcio: tricalcico (3CaO·SiO2) e bicalcico (2CaO·SiO2). La parte rimanente contiene ossido d'alluminio (Al2O3) principalmente sotto forma di alluminato tricalcico (3CaO.Al2O3), ossido di ferro (Fe2O3) principalmente sotto forma di ferrito alluminato tetracalcico (o brownmillerite 4CaO.Al2O3.Fe2O3) e altri ossidi. I quattro costituenti principali del clinker in letteratura sono indicati rispettivamente con i nomi di: alite, belite, celite, e fase ferrica. Il rapporto in massa CaO/SiO2 non deve essere minore di 2,0. Il tenore di ossido di magnesio (MgO) non deve superare il 5,0% in massa.

Nella produzione del cemento, successivamente alla cottura e alla preparazione del clinker, si aggiungeranno in seguito altre sostanze di minor valore rispetto al clinker stesso (quali ad esempio i residui di fonderia e di acciaieria, la cosiddetta loppa di altoforno) che porteranno il cemento ai valori di resistenza desiderati, conseguendo consistenti risparmi nei costi di produzione.

I "moduli" del clinker[modifica | modifica sorgente]

I moduli sono valori caratteristici di ogni clinker che permettono di conoscere in che relazione stanno i diversi componenti. Per il clinker Portland si ha:

  • Modulo idraulico
M_i=\frac{%CaO}{%Al_2O_3+%Fe_2O_3+%SiO_2}=2\mathrm{,}2
  • Modulo silicico
M_s=\frac{%SiO_2}{%Al_2O_3+%Fe_2O_3}=2\mathrm{,}4 - 2\mathrm{,}7
  • Modulo calcareo
M_c=\frac{%CaO}{%SiO_2}=2\mathrm{,}4
  • Modulo dei fondenti
M_f=\frac{%Al_2O_3}{%Fe_2O_3}=2 - 4

Processo per la produzione del clinker[modifica | modifica sorgente]

Clinker all'uscita dal forno di cottura.

Il minerale denominato calcare o marna, viene frantumato con l'uso di frantoi, finemente macinato attraverso il processo di "macinazione del crudo" per mezzo di mulini e inviato all'area di cottura dove avvengono le trasformazioni fisico-chimiche che consentiranno la trasformazione della farina in clinker.

La cottura avviene secondo tre metodologie, via umida, via semisecca, via secca. Nella via umida la farina presenta un tenore di umidità del 18 - 45% la consistenza è simile ad una melma e viene alimentata nel forno con delle pompe. Nella via semisecca la farina presenta un tenore di umidità del 10 -20% e viene alimentata nel forno sotto forma di granuli. Nella via secca la farina presenta un tenore di umidità inferiore al 1% e viene alimentata nel forno sotto forma di polvere.

La cottura avviene in speciali forni costituiti da un cilindro di 3-6 metri di diametro per 55 -180 metri di lunghezza disposto orizzontalmente con una leggera inclinazione da 2 a 6% ed ha una rotazione di modesta velocità variabile da 1 giro/minuto a 4 giri/minuto per favorire l'avanzamento del materiale lungo le Virole.

L'immissione del materiale avviene nella direzione opposta al flusso di calore in modo che avanzando lungo le Virole aumenti gradualmente di temperatura fino a raggiungere circa 1450 °C. Il materiale scaricato dal forno ha già la conformazione del clinker questo tramite dei raffreddatori viene portato a temperatura di circa 70 °C.

Successivamente il clinker viene immagazzinato in grandi silos e macinato (processo definito macinatura del cotto) in relazione alle necessità con diversi tipi di sostanze di carica al fine di ottenere le varie tipologie di cemento.

La produzione di clinker a via umida è in disuso per l'elevato consumo termico della metodologia. Una buona parte dell'energia termica è utilizzata per l'evaporazione dell'acqua contenuta nella melma. La produzione di clinker tramite la via semisecca, a causa dell'umidità contenuta nella farina alimentata, viene sempre meno utilizzata. La produzione di clinker nelle moderne cementerie avviene utilizzando il processo a via secca.

Reazioni di formazione dei clinker[modifica | modifica sorgente]

Se analizziamo il processo di produzione, quindi cosa succede all'interno del forno di cottura, si ha che le prime reazioni hanno inizio in un range di temperatura tra i:

  • 1000 ÷ 1100 °C
3CaO + Al_2O_3 \rightarrow 3CaOAl_2O_3
2CaO + SiO_2 \rightarrow 2CaOSiO_2
CaO + Fe_2O_3 \rightarrow CaOFe_2O_3
  • 1100 ÷ 1200 °C
CaOFe_2O_3 + 3CaOAl_2O_3 \rightarrow 4CaOAl_2O_3Fe_2O_3
  • 1250 ÷ 1480 °C
2CaOSiO_2 + CaO \rightarrow 3CaOSiO_2

La composizione finale sarà costituita dalle seguenti percentuali in peso:

  • 50% 3CaOSiO_2 (silicato tricalcio, alite)
  • 25% 2CaOSiO_2 (silicato bicalcico, belite)
  • 12% 3CaOAl_2O_3 (alluminato tricalcico, celite )
  • 8% 4CaOAl_2O_3Fe_2O_3 (alluminato ferrito tetracalcico, brownmillerite)

Filiera[modifica | modifica sorgente]

Non tutte le cementerie possiedono il ciclo completo per produrre il cemento. Vi sono infatti semplici centri di macinazione che acquistano clinker (o utilizzano clinker prodotto da altri stabilimenti o da altre linee) e lo miscelano con sostanze di carica durante la "macinazione del cotto" per produrre le diverse tipologie di cemento.

Produzione mondiale del clinker[modifica | modifica sorgente]

PRODUZIONE MONDIALE DI CLINKER (migliaia di tonnellate)
Paesi 2005 2006 2007

Cina

950.000 1.000.000 1.100.000
India 150.000 150.000 160.000
USA 104.000 101.000 102.000
Giappone 74.000 70.000 70.000
Russia 65.000 65.000 65.000
Rep. Corea 62.000 62.000 62.000
Spagna 42.000 54.000 50.000
Italia 46.000 46.000 46.000
Brasile 45.000 45.000 45.000
Messico 40.000 40.000 40.000
Totale mondiale 2.200.000 2.400.000 2.500.000
  • I dati del 2007 sono stimati.[1]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries. 2005-07.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]