Il cemento Portland: composizione, produzione e impatto ambientale

Cenni  storici

Joseph Aspdin, un costruttore inglese di Leeds, nel 1824, bruciando calcare e argilla in polvere sulla stufa della sua cucina, realizzò e brevettò il primo cemento Portland.

Lo chiamò così perché, una volta indurito, il materiale aveva un aspetto simile alla pietra di Portland, una pietra calcarea molto usata nell’edilizia inglese dell’epoca.

Con questo metodo rudimentale, Joseph Aspdin pose le basi per un'industria che ogni anno trasforma letteralmente montagne di calcare, argilla, cemento e altri materiali in una polvere così fine da passare attraverso un setaccio.

Il cemento Portland è l'ingrediente base del calcestruzzo.

Il calcestruzzo si forma quando il cemento Portland, a contatto con l'acqua, crea una pasta che si lega a sabbia e roccia, indurendo. Il calcestruzzo è la risorsa più utilizzata al mondo dopo l'acqua.

Come si produce il cemento Portland

Il cemento è prodotto da materiali riscaldati insieme ad alte temperature fino a formare una sostanza simile alla roccia che viene poi macinata fino a ottenere una polvere fine.

• Ingredienti principali:

Calcio – Silicio – Alluminio – Ferro – Calcare – Marna - argilla

• Altri ingredienti utilizzati per produrre cemento:

Conchiglie – gesso – scisto – ardesia - sabbia silicea - minerale di ferro – ceneri volanti - scorie d'altoforno.

Il processo di fabbricazione del cemento portland

Estrazione e frantumazione degli aggregati
I produttori di cemento estraggono da “cave di inerti”, materie prime come calcare, argilla e sabbia.
Dopo l'estrazione, i produttori frantumano la roccia in pezzi delle dimensioni di una palla da baseball e ne inviano campioni a un laboratorio per l'analisi. Ogni fase del processo di produzione del cemento viene attentamente monitorata per garantirne efficienza e qualità.

Macinazione, miscelazione
Sebbene ogni cementificio possa differire per disposizione, attrezzature e aspetto, il processo generale di produzione del cemento Portland è lo stesso: I frammenti di roccia vengono finemente macinati e combinati con altri ingredienti, tra cui argilla, gesso, marna, scisto, ardesia, sabbia e minerali di ferro. I sottoprodotti industriali riciclati utilizzati per integrare alcuni o tutti questi componenti includono rivestimenti per pentole esauriti, scorie e ceneri volanti, di fondo o di incenerimento. Alcuni produttori macinano le materie prime a secco, mentre altri utilizzano un processo di macinazione a umido con l'utilizzo di acqua.

Preriscaldamento
I materiali macinati, miscelati e amalgamati passano attraverso una torre di preriscaldamento, che sfrutta il calore generato dall'impianto per avviare reazioni chimiche tra i componenti, rendendo il processo successivo, la cottura in forno, ancora più efficiente.

Cottura in forno
La materia prima finemente macinata entra nella parte superiore del forno, una grande struttura cilindrica in acciaio rivestita con mattoni refrattari speciali. Nella parte inferiore del forno, una fiamma ruggente riscalda il materiale a circa 1.200 °C, rendendolo parzialmente fuso. Oltre ai combustibili fossili, gli stabilimenti utilizzano anche combustibili alternativi, tra cui il combustibile derivato dalla fusione dei pneumatici.

Formazione di clinker
Mentre i materiali attraversano il forno, si verificano una serie di reazioni complesse che danno origine a una nuova sostanza chiamata Clinker. Il clinker esce dal forno sotto forma di palline grigie delle dimensioni di biglie.

Raffreddamento
Il clinker esce dal forno incandescente e ha una consistenza simile a quella di una colata lavica. Viene rapidamente raffreddato fino alla temperatura di lavorazione in un raffreddatore per clinker, dove l'aria calda proveniente dai raffreddatori viene recuperata e reimmessa nei forni. Questo processo consente di risparmiare combustibile e aumentare l'efficienza della combustione.

Controllo delle emissioni
I dispositivi di controllo delle emissioni raccolgono le particelle di polvere e trattano le emissioni per ridurre l'impatto ambientale. Questo avviene durante l'intero processo produttivo, rendendolo più sostenibile. I produttori stanno implementando innovazioni, tra cui la tecnologia di cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio (CCUS), che può contribuire a ridurre ulteriormente l'impronta di carbonio di un cementificio.

Polverizzazione
Il clinker continua a raffreddarsi e un mulino a sfere lo macina con gesso o altri ingredienti fino a ottenere un cemento fine, circa 150 miliardi di grani per libbra. L'aggiunta di percentuali più elevate di calcare o SCM può ridurre l'impronta di carbonio di un impianto fino al 10%.

Preparazione per la costruzione
Il cemento è ora pronto per essere utilizzato in strutture e pavimentazioni in calcestruzzo di lunga durata. Quando un progetto si trova entro 24 km da un impianto di calcestruzzo preconfezionato, il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni associate al trasporto rappresentano vantaggi significativi.

Produzione sostenibile di cemento portland

L'industria del cemento e del calcestruzzo si impegna a raggiungere la neutralità carbonica entro il 2050 o prima. L'uso di miscele di cemento a basse emissioni di carbonio, combustibili alternativi, riutilizzo di prodotti di scarto e altre innovazioni è in atto e continuerà a crescere per ridurre l'impatto ambientale delle costruzioni in calcestruzzo.