Low-CO2 Ferrite-rich Belite Ye’elimite Cements

Promovendus/a: Rahul Roy

Promotor(en): Prof. dr. Yiannis Pontikes, De heer Tobias Hertel

Dit doctoraatsonderzoek richt zich op de ontwikkeling van een milieuvriendelijk alternatief voor traditioneel portlandcement, dat een belangrijke bron van wereldwijde CO₂-uitstoot vormt en in 2024 verantwoordelijk is voor 7% van de mondiale emissies. De studie onderzoekt een nieuw type cement, met name ferriethoudend beliet-ye’elimiet sulfoaluminaatcement, dat het potentieel heeft om zowel de CO₂-uitstoot als het energieverbruik tijdens de productie aanzienlijk te verminderen. Een belangrijke innovatie in dit werk is het gebruik van industriële bijproducten—voornamelijk bauxietresidu en zoutspecie—ter vervanging van de dure en schaarse grondstoffen, zoals bauxiet, die doorgaans worden toegepast bij de productie van calcium sulfoaluminaat (CSA) cement. Deze residuen, rijk aan aluminiumoxide en ijzer, maken het mogelijk om CSA-cement te produceren bij lagere temperaturen, met verbeterde ecologische en economische prestaties. In de gesynthetiseerde cementen werd meer dan 35% van de grondstofsamenstelling vervangen door bauxietresidu, terwijl aluminarijke zoutspecie met succes werd ingezet om bauxiet volledig te vervangen, wat leidde tot een toename van de sterktebepalende fases in het cement. Deze benadering ondersteunt een circulaire economie door industrieel afval om te zetten in waardevolle hulpbronnen, en creëert tegelijkertijd kansen voor synergie tussen de aluminium- en cementindustrie. Niettemin blijven er uitdagingen bestaan. Een belangrijk knelpunt is de beperkte reactiviteit van de ijzerrijke componenten (de ferrieten) in het cement bij contact met water, wat de prestaties kan beperken. Het onderzoek verkent daarom optimalisatiestrategieën, waaronder de toevoeging van sulfaatmineralen en chemische hulpstoffen zoals tri-isopropanolamine (TIPA). De resultaten tonen aan dat het vinden van de juiste balans in deze toevoegingen cruciaal is om zowel de vroege sterkteontwikkeling als de algehele prestaties van het cement te verbeteren.

Samenvattend toont dit werk een veelbelovende route naar duurzamere en meer circulaire cementproductie, door de combinatie van afvalvalorisatie, procesoptimalisatie en chemische activering.