Clinker: differenze tra le versioni

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{{nota disambigua|il materiale laterizio|clinkerClinker (laterizio)}}

[[File:Clinker spheres.jpg|thumb|Due sfere di clinker]]

[[Image:LDClinkerScaled.jpg|thumb|Aspetto tipico del clinker]]

Il '''clinker''' è il componente base, perricavato laprincipalmente produzioneda del[[argilla]] e [[cementocalcare]], cosìper chiamatola dal nomeproduzione del forno[[cemento (''kiln'') in cui avviene il processo di cotturaPortland]].

== Sinossi generale ==

Le materie prime per la produzione di clinker sono minerali contenenti: [[ossido di silicio]] (SiO₂), [[ossido di alluminio]] (Al₂O₃), [[ossido di ferro]] (Fe₂O₃), generalmente presenti nell'[[argilla]], [[ossido di calcio]] (CaO) e [[ossido di magnesio]] (MgO), presenti nelle [[Roccia carbonatica|rocce carbonatiche.]]

IlLa [[roccia]] prevalentemente utilizzata per la produzione è la [[marna (roccia)|marna]] poiché è composta da una [[argilla|frazione argillosa]] e da una [[carbonati|frazione carbonatica]]. I composti chimici per la produzione di ''clinker sono minerali contenenti: [[ossido di silicio]] (SiO₂), [[ossido di alluminio]] (Al₂O₃), [[ossido di ferro]] (Fe₂O₃), generalmente presenti nell''[[argilla]], [[ossido di calcio]] (CaO) e [[Cementoossido Portlanddi magnesio]] è(MgO), presenti nelle [[Roccia carbonatica|rocce carbonatiche]]. Il cemento con esso prodotto si configura come un materiale a [[legante idraulico|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.

L'estrazione del minerale avviene in miniere poste nelle vicinanze dei luoghi di produzione in quanto il costo dell'eventuale trasporto è molto elevato in relazione al valore del carico. 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).

La roccia prevalentemente utilizzata per la produzione del clinker è la [[marna (roccia)|marna]] poiché è composta da una frazione argillosa e da una frazione carbonatica.

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]].

L'estrazione del minerale avviene in miniere poste nelle vicinanze dei luoghi di produzione in quanto il costo dell'eventuale trasporto è molto elevato in relazione al valore del carico. 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).

== Calcolo delle componenti ==

Il ''clinker'' di [[Cemento Portland]] è un materiale a [[legante idraulico|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 ==

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:

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:<math>M_f=\frac{\%Al_2O_3}{\%Fe_2O_3}=2 - 4</math>

== ProcessoIl processo per la produzione del clinker ==

[[File:Hot Clinker 2.jpg|thumb|Clinker all'uscita dal forno di cottura.]]

Il minerale denominatoLa marna, viene frantumatofrantumata con l'uso di [[Frantoio|frantoi]], finemente macinatomacinata attraverso il processo di "macinazione del crudo" per mezzo di [[Mulino|mulini]] e inviatoinviata 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 [[Celsius|°C]]. Il materiale scaricato dal forno ha già la conformazione del ''clinker''; questo, tramite dei raffreddatori, viene portato a temperatura di circa 70&nbsp;°C.

Successivamente il ''clinker'' viene immagazzinato in grandi [[silo]] 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 (edilizia)|cemento]].

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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 chimiche di formazione dei clinker===

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&nbsp;°C

:<math>3CaO + Al_2O_3 \rightarrow 3CaOAl_2O_33CaO \cdot Al_2O_3</math>

:<math>2CaO + SiO_2 \rightarrow 2CaOSiO_22CaO \cdot SiO_2</math>

:<math>CaO + Fe_2O_3 \rightarrow CaOFe_2O_3CaO \cdot Fe_2O_3</math>

*1100 ÷ 1200&nbsp;°C

:<math>CaOFe_2O_3CaO \cdot Fe_2O_3 + 3CaOAl_2O_33CaO \cdot Al_2O_3 \rightarrow 4CaOAl_2O_3Fe_2O_34CaO \cdot Al_2O_3 \cdot Fe_2O_3</math>

*1250 ÷ 1480&nbsp;°C

:<math>2CaOSiO_22CaO \cdot SiO_2 + CaO \rightarrow 3CaOSiO_23CaO \cdot SiO_2</math>

La composizione finale sarà costituita dalle seguenti percentuali in peso:

*50% <math>3CaOSiO_23CaO \cdot SiO_2</math> (silicato tricalcio, [[alite]])

*25% <math>2CaOSiO_22CaO \cdot SiO_2</math> (silicato bicalcico, [[belite]])

*12% <math>3CaOAl_2O_33CaO \cdot Al_2O_3</math> (alluminato tricalcico, [[celite]] )

*8% <math>4CaOAl_2O_3Fe_2O_34CaO \cdot Al_2O_3 \cdot Fe_2O_3 </math> (alluminato ferrito tetracalcico, [[brownmillerite]])

==Filiera==

Non tutte le cementerie possiedono il ciclo completo per produrre il [[Cemento (edilizia)|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 (edilizia)|cemento]].

== Dati statistici sulla produzione mondiale ==

==Produzione mondiale del clinker==

{| border="0" style="background:#ffffff" align="top"

|+ align="center" style="background:DarkSlateBlue; color:white" |<span style="font-size: 120%;">PRODUZIONE MONDIALE DI CLINKER<br>(migliaia di tonnellate)</span>

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* [[Cemento armato]]

* [[Calce]]

* [[MaterialeClinker composito(laterizio)]]

* [[Chimica del cemento]]

* [[Idratazione del cemento]]

* [[Materiale composito]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto|preposizione=sul|wikt=clinker}}

== Collegamenti esterni ==

* {{Collegamenti esterni}}

{{Portale|ingegneria|materiali}}