Selluteollisuuden sivuvirtojen hyödyntäminen sementtimäisissä sideaineissa

Ympäristökuormituksen aiheuttamien haasteiden ratkaiseminen on noussut yhdeksi keskeiseksi tehtäväksi nykyisissä teollisissa prosesseissa. Yhtäältä neitseellisten raaka-aineiden kulutus on korkeaa, toisaalta suuria määriä prosessista poistettuja jätteitä loppusijoitetaan kaatopaikoille. Yksi ihmiskunnan käytetyimmistä materiaaleista on betoni, jonka sideaineena käytetään sementtiä. Sementin tuotannossa käytetään suuria määriä kalkkikiveä (CaCO3), josta korkean valmistuslämpötilan takia vapautuu paljon hiilidioksidia (CO2). Tämän lisäksi korkean lämpötilan (1400 °C +) saavuttaminen vaatii paljon energiaa. Tämän johdosta rakennusteollisuuden päästöjä on pyritty vähentämään erilaisten sementin seosaineiden avulla. On myös osoitettu, että betonia voidaan valmistaa ilman sementtiä alkaliaktivoinnin kautta. Yksi käytetyimmistä sementin seosaineista ja alkaliaktivoitujen materiaalien pääraaka-aineista on terästeollisuuden prosessin sivujae granuloitu masuunikuona, jota on hyödynnetty myös tässä väitöskirjassa. Myös selluteollisuus tuottaa sellaisia mineraalisia sivuvirtoja, että niiden kykyä toimia vastaavissa sovellutuksissa oli syytä tutkia.

Tässä väitöskirjassa on tutkittu kahden selluteollisuudessa syntyvän sivujakeen, soodakattilan lentotuhkan ja viherlipeäsakan, ominaisuuksia sekä kykyä toimia osana sementtipohjaisia materiaaleja tai sementittömiä alkaliaktivoituja materiaaleja. Soodakattilan lentotuhkan osalta tutkimustulokset olivat selkeitä – se on koostumukseltaan pitkälti natriumsulfaattia, ja alkaliaktivaattorina käytettynä sen ominaisuudet vastasivat hyvin kaupallista natriumsulfaattia. Viherlipeäsakan kohdalla tulokset eivät kuitenkaan olleet yhtä johdonmukaisia johtuen kyseisen materiaalin haastavasta koostumuksesta. Viherlipeäsakka poistetaan prosessista melko märkänä, tahnamaisena jakeena. Tässä työssä viherlipeäsakkaa tutkittiin käytettävän pääosin kuivana ja/tai lämpökäsiteltynä niin, että käsittelylämpötila pysyi alle 650 °C:ssa. Viherlipeäsakalla havaittiin olevan kyky toimia masuunikuonan aktivaattorina, sillä lämpökäsittelyn aikana viherlipeäsakan kyky nostaa nesteen pH-arvoa kasvoi. Kun lämpökäsiteltyä sakkaa testattiin sementtiä korvaavana seosaineena, havaittiin, että sakan lisäys heikentää lujuuskehitystä, joten sen ei näin ollen voida nähdä osallistuvan itse hydrataatioreaktioon. Tuloksista voitiin kuitenkin nähdä, että sakassa alun perin esiintyvät magnesiumyhdisteet muodostuvat hydrataatioreaktion aikana uudelleen.

Tämän väitöskirjan tulokset osoittavat, että soodakattilan lentotuhkalla on kyky toimia alkaliaktivaattorina tilanteissa, joissa korkeaa alkulujuutta ei tavoitella. Lisäksi väitöskirja lisää ymmärrystä hyödyntämisen kannalta haastavana pidetyn viherlipeäsakan ominaisuuksista ja hyödyntämisestä betonin kaltaisten materiaalien raaka-aineena.