Mechano-chemistry of rock materials for the industrial production of new geopolymeric cements

La riduzione delle emissioni di CO dall'industria del cemento rappresenta un compito prioritario nella roadmap definita per l'anno 2020 dalla Commissione dell'Unione Europea (UE) per un'Europa efficiente sotto il profilo delle risorse. Sono stati intrapresi diversi progetti di ricerca volti a sviluppare materiali non pericolosi come sostituti parziali del clinker nelle formulazioni cementizie, ma anche nuovi cementi a basso tenore di carbonio che sostituiscono completamente il clinker. Tra i nuovi materiali cementizi, i geopolimeri Si-Al sembrano i più promettenti, in termini di emissioni di CO e proprietà meccaniche e termiche. In questo capitolo, la lavorazione meccanochimica delle argille caoliniche per produrre metacaolino (MKA) per la sintesi di geopolimeri Si-Al viene proposta come processo alternativo per sostituire i trattamenti termici eseguiti a 650-850 ° C. I risultati ottenuti mostrano che il processo meccano-chimico è adatto anche per realizzare geopolimeri Si-Al miscelati a basso costo dove il 40% di MKA è sostituito da tufi vulcanici meccano-chimicamente attivati. La compatibilità della meccanochimica con la produzione industriale è stata studiata costruendo un prototipo di sistema di macinazione che è stato testato in un piccolo impianto industriale che produce zeoliti da rifiuti industriali. Il grado di automazione ha permesso al prototipo di funzionare incustodito per 10 mesi. Sulla base dei risultati ottenuti da questi test, è stato progettato un sistema di fresatura per una produzione in scala reale di materiali rocciosi attivati meccanicamente e chimicamente, e le sue prestazioni sono state analizzate.

The reduction of CO emission from cement industry represents a priority task in the roadmap defined for the year 2020 by the European Union (EU) Commission for a resource efficient Europe. Several research projects have been undertaken aimed at developing non-hazardous materials as partial substitute of clinker in cement formulations, but also new, low-carbon, cements fully replacing clinker. Among the new cementing materials, Si-Al geopolymers seem the most promising, in terms of CO emission and mechanical and thermal properties. In this chapter, mechanochemical processing of kaolin clays to produce metakaolin (MKA) for the synthesis of Si-Al geopolymers is proposed as an alternative process to replace thermal treatments performed at 650-850 °C. Results obtained show that the mechano-chemical process is also suitable to make low cost blended Si-Al geopolymers where 40% of MKA is replaced by mechano-chemically activated volcanic tuffs. The compatibility of mechano-chemistry with industrial production was investigated by building a prototype milling system that was tested in a small industrial facility producing zeolites from industrial wastes. The degree of automation allowed the prototype to work unattended for 10 months. Based on the results obtained from these tests, a milling system for a full scale production of mechano-chemically activated rock materials was designed, and its performances analysed.