Production of CO2-reduced Eco-cements using bauxite-mining overburden Belterra Clay and bauxite washing residue from Brazilian Amazon

Abstract

Zemente auf Kalziumsulfoaluminatbasis (CSA) wurden als Alternative zur Verringerung der CO2-Emissionen im Zementsektor genannt. In dieser Arbeit wurden Bauxitabbaurückstände für die Herstellung von CSA getestet. Diese Rückstände sind Belterra-Tone, welche die Bauxite im Amazonasgebiet bedecken, und Tone aus der Aufbereitung der Bauxitwäsche. Die Rohmehle, die aus Kalzit, Gips und Tonen bestehen, wurden mit Hilfe von Versuchsplanung und Stöchiometrie modelliert. Bis zu 38% der Tone konnten durch brennen bei 1250 °C verwertet werden. Die Klinker enthielten bis zu 45% Ye'elimit und große Mengen Belit, außerdem Brownmillerit und Fe-Perowskit. Im Vergleich zu Portlandzementen (PZ) wurde beim Klinkerprozess mindestens 30% weniger CO2 ausgestoßen. Die Haupthydrate waren Ettringit und Monosulfoaluminat. Die hergestellten Mörtel entwickelten eine ähnliche oder sogar höhere Druckfestigkeit als PZ. Beide Tonabfälle sind für die Herstellung von Ökozementen auf CSA-Basis geeignet.

Calcium sulfoaluminate based cements (CSA) have been quoted as an alternative to reduce CO2 emissions from the cement sector. In this work, residues of bauxite mining were tested as alumina source to produce CSA. These residues are the Belterra Clays that cover the bauxites in the Amazon and the clay from the bauxite washing beneficiation. Raw meals composed of calcite, gypsum and the clays were modelled using design of experiments and stoichiometry. Up to 38% of the clays could be used by clinkering at 1250°C. The clinkers had up to 45% of ye'elimite and high amounts of belite, besides brownmillerite and Fe-perovskite forming a discontinuous solid solution. At least 30% less CO2 was generated in the clinkering process compared to ordinary Portland cements (OPC). The main hydrates were ettringite and monosulfoaluminate. The produced mortars developed similar and higher compressive strength than an OPC. Both clay residues are suitable to produce CSA-based eco-cements.