Teollisuuden sivuvirtoihin perustuvien kalsiumsulfoaluminaatti-sementtien (CSA) valmistus

Sementtiteollisuus aiheuttaa 5-8% kaikista ihmisen aiheuttamista CO2 päästöistä. Väitöskirjatutkimuksessani kehitin perinteistä sementtiä vähemmän CO2-päästöjä tuottavaa kalsiumsulfoaluminaatti, eli CSA-sementtiä, jonka valmistamiseen voidaan hyödyntää jätemateriaalia, jota Suomessa muodostuu vuositasolla 1.6 miljoonaa tonnia. Tutkimuksessani jätemateriaalit olivat pääasiassa metallugisen teollisuuden tuottamia kuonia. Tutkimuksessa kehitetyttyjen CSA-sementtien perusidea on korvata perinteisen sementin päämineraaleja alhaisemman kalkkipitoisuuden omaavilla mineraaleilla. Tällöin sementin valmistukseen vaadittavan kalkkikiven (CaCO3) määrä laskee ja siten kalkkikiven poltosta johtuvat CO2-päästöt alenevat. CSA-sementin sisältämät mineraalit tarvitsevat alhaisemman muodostumislämpötilan, mikä alentaa CSA-sementin valmistuslämpötilaa noin 200 asteella perinteiseen sementtiin verrattuna. Lisäksi CSA-sementtien valmistaminen mahdollistaa sulfaatti-, rauta- ja alumiinioksidipitoisten jätemateriaalien monipuolisen käyttämisen. Edellä mainittujen oksidien käyttö perinteisessä sementissä on hyvin rajallista. Alustavien laboratoriotutkimustulosten perusteella CSA-sementin valmistamista kokeiltiin pilottimittakaavan tuotantokokeessa tammikuussa 2020 (Weimar, Saksa), jossa valmistettiin onnistuneesti yhteensä 400 kg ominaisuuksiltaan laboratoriokokeiden mukaisia sementtejä. Valmistetussa sementissä parhaimmillaan 85% raaka-aineista oli korvattu teollisuuden jätemateriaaleilla. Raaka-aineiden korvaamisen ja alhaisemman polttolämpötilan yhteisvaikutuksesta CO2-päästöt alenivat huomattavasti perinteiseen sementin valmistukseen verrattuna. Valmistettujen sementtien mekaanisia ja kemiallisia ominaisuuksia ja käyttöä on tutkittu mm. talvibetonoinnissa, kaivostäytöissä, vaarallisen jätteen sekä rikastushiekkojen sisältämien sulfaatti- ja raskasmetallipitoisuuksien stabiloinnissa.