Cementárna: Srovnání Mokré a Suché Technologie

15.03.2026

Stavebnictví využívá pojiva založená na anorganické bázi, která nabývají charakteru pevné látky a zajišťují soudržnou a kompaktní hmotu. Pojivové vlastnosti jsou dány podstatou látky, například vznikem nových minerálních fází, a aktivátorem.

Sádra a Sádrové Maltoviny

Sádrovec a jejich vznik závisí pouze na teplotě roztoku. V okolí Opavy a Hlučína se nacházejí badenské uloženiny karpatské čelní předhlubně. Těžba sádrovce v této oblasti probíhá již od konce první poloviny 19. století. V současnosti (od roku 1964) je v provozu jediný lom u obce Kobeřice.

Sádru a sádrové maltoviny rozdělujeme podle různých hledisek, např. vlastností.

Většinou tuhne za 9 až 12 hodin, ale může trvat i 40 hodin. Zlepšení se dosahuje úpravou podmínek, zpracovatelnosti, přilnavosti nebo dalších vlastností.

Do této skupiny pojiv by se daly zařadit také tzv. anhydritové maltoviny, které vznikaly výpalem sádrovce např. do 500 oC a vhodného budiče (např. struskou, síranem sodným apod.).

Čtěte také: Odpad a cementárny: Česká republika

Požadavky na doby tuhnutí a jemnosti mletí jsou uvedeny v tab. 3.

Vápno

Vápno je používáno již od starověku. Zmínky o vápně lze najít v knihách Mojžíšových a ve Starém zákoně. Nejstarší užití vápna se datuje do doby 7000 let př. n.l. Vápenné malty byly nalezeny např. v egyptských pyramidách. Z Egypta se výroba vápna pravděpodobně rozšířila. Vápnem je pojeno zdivo např. na Velké čínské zdi. Rozmach výroby je spojen s rozmachem Římské říše.

Vápno se používalo např. pro stavbu městských vodovodů, mostů s akvadukty (např. Nimes v jižní Francii), přístavní mola (např. přístavu v Ostii okolo roku 45 n.l. Claudia).

V Čechách vlastnil břevnovský klášter benediktinů vápenku již ve 12. století. Vápno se používalo při stavbě významných staveb panovníků a šlechty (např. katedrálu, Karlštejn). Zejména tzv. pražské vápno se vyváželo do Benátek, Německa či Anglie.

Na konci 18. století se začalo vyrábět hydraulické vápno, pálené Františkem Hergetem na Zlíchově. Rozmach výroby vápna pak nastal v polovině 19. století. Vznikaly rozsáhlé výrobní haly, sklady, správní budovy a obytné domy. Ve třetí čtvrtině 19. století začal vápno vytlačovat cement, který vápno vytlačil z některých aplikací.

Čtěte také: Kompostování s mokrou slámou

Vápno nachází uplatnění jako nátěrová hmota, v průmyslu nebo zemědělství.

V České republice se nachází dostatek vhodné suroviny (obr. 4.), tj. vápence (okolí Vrchlabí, Albeřic), Brně a v Mikulově. V Čížkovicích a Tlumačově se vyrábělo vápno hydraulické.

Pálené vápno (CaO) vzniká dekarbonatizací vápence (uhličitanu vápenatého, CaCO3) při teplotách 1000 až 1250 oC. Ze 100 kg CaCO3 vznikne 56 kg CaO a 44 kg CO2. Dekarbonatizace začíná v závislosti na vnějších podmínkách, již od 600 oC.

Druhou částí výroby vápna, resp. stavebnictví je hašení vápna. Hašením se oxid vápenatý - CaO) převádí na hydroxid vápenatý - Ca(OH)2. Špatným vyhašením lze i velmi kvalitní pálené vápno znehodnotit.

Hašení je možno provádět tzv. na sucho nebo za mokra. Při hašení se musejí dodržovat přísná bezpečnostní opatření.

Čtěte také: Vlhké sklady dřeva

Hydraulické vápno se vyrábí pálením vápenců, dolomitických vápenců nebo vápnitých slínů a slínovců (tj. obsahujícími hydraulické oxidy (tzv. C2S, tj. 2 CaO.SiO2). Hydraulická vápna se nevyrábějí.

Při rekonstrukcích památkových objektů lze zajistit tedy buď dovozem (např. z Francie), nebo přídavkem hydraulických či pucolánových složek (např. metakaolínu) do vzdušného vápna.

Cement

Cement je hydraulické pojivo, tj. anorganická látka, která s vodou tvoří kašovitou suspenzi, která tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a procesů. Cement musí být v cementu CEM nejméně 50 % hmotnosti.

Výroba cementu se rozšířilo zejména v posledních dvou stoletích. Nicméně, princip hydraulického tuhnutí a tvrdnutí však byl znám již ve starověku.

Staří Egypťané a Řekové používali hydraulické malty již 3000 let př.n.l. z Řecka, Fénicie a Říma. Plinia Secunda a pro slovo „caementa“ použil výraz „ciment“. Tyto maltoviny tvrdnoucí pod vodou v pevnou hmotu. Římané využívali sopečný popel z okolí Neapole resp. pozzuoli, nebo pemzy. Využívali je pro stavbu městské vodovody, mosty s akvadukty (např. Nimes v jižní Francii), přístavní mola (např. přístavu v Ostii okolo roku 45 n.l. Claudia).

V průběhu 18. století se problematikou hydraulických maltovin zabýval např. John Smeaton, stavba majáku v Eddystonu). Smeaton zjistil, že hydraulické malty se získají pálením vápence s obsahem jílovitých složek téměř do slinutí. Pojivo nazval „římský cement“, protože se svojí barvou podobal pojivu starých Římanů. Na začátku 19. století byla L. J. Vicatem popsána výroba cementu pálením vápence a jílu přirozeně.

Patent na výrobu cementu byl udělen v roce 1824 Johnu Aspdinovi, zedníkovi z Leedsu. Aspdin si svůj výrobek nechal patentovat pod názvem portlandský cement, protože se barvou podobal kameni z ostrova Portlandu. „Vynález“ portlandského cementu „dokončil“ I. Ch. Johnson stálého sledování správného mísícího poměru surovin.

V 19. století Čech dovážel cement z Anglie, méně z Německa. První pokusy s výrobou portlandského cementu v Čechách podnikl v r. 1864 Quido Schmidt v Hlubočepích. Další cementárny vznikly v 70. letech 19. stol. (Bárta 1961). Ve Vítkovicích vyráběl vápeno-struskový cement.

Během výroby cementu vzniká tavenina a tvoří se nové sloučeniny (fázemi) požadovaného složení. Reakce v žáru a vznik taveniny podmiňující vytvoření slínku byly co nejrychlejší a nejúplnější.

Surovinový kal obsahuje mezi 33 až 40 % vody. Kal se homogenizuje (mechanicky, pneumaticky) a tím se homogenizuje. Homogenizovaný kal se pak vypaluje do slinutí. Tím se snižuje spotřebu energie a zlepší se pracovní prostředí. U suchého způsobu se suroviny vysušeny výpalem spalinami. Mokrý způsob výroby spotřebuje 5500 - 6300 kJ na 1kg slínku. V současné době vyrábí Českomoravský cement pouze suchým způsobem. Existovaly však i cementárny, které produkovaly 14 % z celkového množství vyrobeného slínku.

Suroviny pro výrobu cementu

Suroviny se těží způsobem v lomech (obr. 7). Natěžená hornina se dopravována (auty, pásovými dopravníky) na drtírnu. Někdy se povrchově těží např. v hliništích. Optimální směs pro výrobu surovinové moučky se připraví smícháním vápence, slínu a dalších minerálů.

Drcení surovin bývá zpravidla dvoustupňové. Volba drtiče závisí na vlastnostech zdrobňované suroviny a z následné technologie výroby. Pro drcení lepivých surovin se používají kladivové drtiče s válci. Čelisťové drtiče se používají pro hrubé a střední drcení tvrdých a houževnatých surovin. Princip spočívá v drcení v průběhu pohybu pohyblivé čelisti proti čelisti pevné. Drcený materiál propadává k výpustné štěrbině. Pro drcení hornin se používají i nárazové drtiče, kde dochází k drcení nárazy rychle se pohybujících zrn na nepohyblivé pancéřové desky. U třídičů se využívá soudržnosti, tj. k vracení nadsítných zbytků.

Dále se suroviny ukládají v zásobnících nebo na předhomogenizačních skládkách (obr. 8). Předhomogenizační skládka zajišťuje dostatečnou zásobu suroviny a minimalizuje kolísání vstupní surovinové směsi.

Mletí surovin je technologicky i energeticky nejnáročnějším procesům. Hrubší částice (tzv. krupici) se vrací zpět do mlýna.

K mletí se používají mlýny s volnými mlecími tělesy - především tzv. kulové mlýny. Kulové mlýny jsou vyplněny volnými mlecími tělesy - železnými koulemi. Materiál je drcen nárazem, tlakem a roztíráním.

Pomletá surovina se dopravuje do sil (obr. 11), kde dochází k homogenizaci a uskladnění pomleté suroviny.

Výpal slínku je nejdůležitější úsek technologického postupu při výrobě cementu. K výpalu se používají rotační pece (obr. 12) s žárovzdornou vyzdívkou. Pec dosahuje délky až 230 m a otáčí se kolem osy s frekvencí 1 až 2 otáčky za minutu. Teplota v peci dosahuje až 1000 oC.

Pro předehřívání surovin se využívají předehřívací zařízení (obr. 14 a 15), kde se využívá horkých spalin odcházejících z pece. Tento systém se používá se při suchém způsobu výroby cementu. Dalším typem výměníků jsou výměníky šachtové. Kalcinátory slouží k předehřátí surovin a téměř úplnému rozkladu CaCO3 ještě před vstupem do vlastní rotační pece. Zde se teplo využije k dekarbonatizaci suroviny. Tímto způsobem může zvýšit o 200 až 300 t/den.

Jako zdroj energie pro výpal se stále více používají tzv. alternativní paliva (uhlí, zemní plyn). Alternativními palivy jsou např. použité oleje, masokostní moučka apod. Vzhledem k použití cementu se např. jílovité vápence, slínovce, krystalické vápence (mramory), tj. horniny sedimentárního, popř. metamorfovaného původu. Nevhodné jsou dolomitické vápence, tj. vápence s obsahem hořčíku. Oxid hořečnatý totiž způsobuje rozpínání cementu. Vápenců se používá až 80 hm. %, zbytek připadá na jílovité složky, křemen, sloučeniny železa apod. Jílovce, jílovité břidlice, tj. hlinité suroviny (fáze tvořené SiO2, Al2O3, popř. Fe2O3 a dalšími oxidy) se používají v případě, že základní složkou směsi je vysokoprocentní vápenec, obsahující příliš mnoho CaCO3. Pro úpravu obsahu některého hydraulického oxidu se používají korekční přísady, např. loužence, tzv. křemelina (korekce SiO2).

Vlastnosti surovinové směsi ovlivňuje syrový faktor, který většinou kolísá v rozmezí 1,5 - 2,5. Vyráběných druhů cementů je celá řada.

Cementy se vyrábějí a používány v různých pevnostní třídy. Běžné třídy jsou 32,5, 42,5 a 52,5. Podle ČSN EN 196-1 se za označení třídy ještě připojuje se za označení třídy ještě písmeno R (tzv. rychletuhnoucí cementy). Cementy s normálním nárůstem pevnosti označují písmenem N. L.

Teplota výpalu je zhruba 1450 oC. Při zvýšené teploty dochází ke zhutňováním, tj. snížením pórovitosti. Při výpalu vzniká 20 až 30 % taveniny.

V teplotním intervalu 100 - 200 oC a je charakterizováno únikem vody. Rozklad pevných látek nastává nejdříve. Dehydroxylace jílových minerálů probíhá mezi 450 až 600 oC. Vznikají produkty reakcí v pevném stavu - vápenaté silikáty CaO . SiO2 (CS), 3 CaO . Al2O3 (CA) a 2 CaO . SiO2 (C2S). V případě, že je surovinová směs jemně mletá a dobře homogenizovaná, začíná tvořit C2F a C4AF. V rozmezí teplot 900 až 1200 oC dochází k rozkladu uhličitanu vápenatého (CaCO3) na volné vápno (CaO) a CO2. V teplotách nad 1250 oC reaguje volné vápno s ostatními oxidy za vzniku dalších vápenaté sloučeniny, např. C5A3 (5 CaO . 3 CaO . 3 CaO . Vznikají C3S (3 CaO . SiO2), C4AF, C2F a dalších sloučenin. Vznik hlavních složek slínku v závislosti na teplotě, resp. době a teplotě výpalu zachycují obr. 16 a obr. 17.

Slínek je tvořen směsí různých tuhých roztoků. Složení slínku, tj. přítomnost a vzájemné zastoupení tzv. alitické a belitické fáze, rozhoduje o kvalitě slínku a cementu. Alit je 3 CaO . SiO2 (zkráceně označované jako C3S, resp. belit je 2 CaO . SiO2 (C2S, resp. 3 CaO . Al2O3 (C3A, resp. celit je 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3 (C4AF). V portlandském slínku rozlišují tzv. alit, belit a celit. Alit je nejdůležitějším minerálem. Alit ovlivňuje dobu tuhnutí, vývin hydratačního tepla a pevnosti (zejména počáteční) cementu. Belit ovlivňuje zejména konečné pevnosti a značným vývinem hydratačního tepla. Celit je ferrialuminátovou fází a reprezentována zejména sloučeninou C3A. Celit ovlivňuje rychlost hydratace a vývin hydratačního tepla a představována zejména tetrakalciumaluminoferritem - C4AF. V cementu se může vyskytovat i volné CaO - periklas, který vzniká rozpadem C3S. Periklas se objevuje při obsahu MgO vyšším než 2 %. Hydratace periklasu je doprovázena objemovou změnou. Rychlost hydratace je závislý na podmínkách a rychlosti chlazení slínku. V cementu jsou obsaženy i alkalické kovy.

Hydratací cementu se cementu přeměňují na hydratační produkty, tzn. sloučeniny obsahující chemicky vázanou (krystalovou) vodu. Hydratační produkty jsou nerozpustné a stálé. Hydratace probíhá ve své podstatě hydrolýzou s následující hydratací. Hydratace alitu probíhá dle rovnice: 2 (3 CaO . SiO2) + 6 H2O ® 3 Ca(OH)2 + 3 CaO . 2 SiO2 . Hydratací belitu vzniká: 2 (2 CaO . SiO2) + 4 H2O ® 3 Ca(OH)2 + 2 CaO . 2 SiO2 . Hydrosilikáty se vyskytují v jemných krystalcích, nejčastěji destičkovitého tvaru. Vznikají α a β-C2S hydrosilikáty obecného vzorce m CaO . n SiO2 . p H2O (označované někdy souborně také jako tzv. C-S-H gel, resp. hydrosilikáty C-S-H). Běžně se vyskytují hydrosilikáty typu 5 CaO . 6 SiO2 . 5 H2O, někdy se tato fáze uvádí také v podobě Ca5(OH)2Si6O16 . 5 H2O, resp. Ca5H2(Si3O9)2 . 3 H2O. Vlastnosti hydrosilikátů závisí na složení výchozím minerálu. Konečným stabilním produktem dlouhodobé hydratace C3A je kubický 3 CaO . Al2O3 . 6 H2O. Hydratace C3A probíhá, který vzniká přes některé meziprodukty, např.: 4 CaO . Al2O3 . 13 H2O (ettringit), 4 CaO . Al2O3 . H2O (hydrocalumit) a 2 CaO . Al2O3 . 8 H2O. Hydratace C4AF probíhá dle rovnice: 3 CaO . Al2O3 . Fe2O3 + 3 Ca(OH)2 + 12 H2O ® 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3. 13 H2O. Vzniká jako poměrně stálý meziprodukt 4 CaO . Fe2O3 . 19 H2O, konečným stálým produktem jsou 3 CaO . Al2O3. Fe2O3. 6 H2O.

Integrovaná prevence

Integrované zhodnocení všech vlivů provozu cementárny na životní prostředí by mělo vést k vydání jednoho komplexního tzv. integrovaného povolení k provozu, vydaného na základě vzájemné komunikace mezi žadatelem a povolujícím subjektem. Zákon definuje povinnost získat integrované povolení do 30. 10. 2007.

Výroba cementu je v České republice rozdělena mezi čtyři významné výrobce - a. s. Českomoravský cement (nástupnická společnost), a. s. Holcim (Česko), člen koncernu, a. s. Lafarge Cement a Cement Hranice, a. s. Lze všeobecně konstatovat, že včasná privatizace na počátku uplynulého desetiletí přinesla velkým tuzemských výrobcům cementu pozitivní změny. Za účasti kapitálově silných zahraničních partnerů proběhla výrazná obnova, modernizace a zefektivňování výroby.

Cementárny v uplynulých letech výraznými investicemi do technologie skladby suroviny na výpal slínku zahájily program úsporné těžby vápenců společně s programy renaturalizace vytěžených lomových prostor. Používání vysokoprocentních vápenců je udržováno na technologickém minimu a k nízkoprocentním vápencům přistupují dalších alternativní suroviny, jako jsou hlinité či železité kyzy a další materiály snižující teploty vzniku taveniny. Nároky na těžbu, její ekologii a navracení lomových prostor přírodě jsou velmi vysoké a mnohem efektivnější je těžbu minimalizovat. Samostatnou kapitolou je výrazné využívání vysokopecní strusky, popílku či vápenců při mletí konečného produktu - cementu.

Vzhledem k počtu podaných žádostí a vydaných povolení hrozí přetížení krajských úřadů zejména s postupujícím rokem 2007. Aby byl proces udělování integrovaného povolení skutečně racionální, ať už pro nový zdroj, nebo pro podstatnou změnu, bylo by třeba novelizovat i vyhlášku č. Podoba žádosti je v současné době velmi komplikovaná. Především požaduje po provozovateli celou řadu detailních údajů, které pak lze pro posouzení vlastní žádosti jen obtížně využít. Navíc některé údaje je třeba v současně platné struktuře žádosti opakovaně uvádět na více místech žádosti. Zjednodušení struktury, které by nebylo na úkor vypovídací schopnosti, by navíc urychlilo nejen přípravu žádosti, ale i vlastní schvalovací proces IPPC. Tato novela by samozřejmě měla přijít až po 30. 10. 2007, aby nezkomplikovala již probíhající řízení.

Zákon č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci (v platném znění), se dotýká více než 700 výrobních a zemědělských podniků a zařízení na nakládání s odpady. Zákon umožňuje požadovat přísnější limity s ohledem na stav daného území, technické, ekonomické a časové možnosti provozovatelů (BAT), a plán zlepšování environmentální výkonnosti (minimalizaci znečištění) v rámci preventivních opatření. Program integrované prevence byl přijat českými cementárnami již v roce 2000 vytvořením autorizovaného překladu základního dokumentu pro tuto oblast, tj. Referenčního dokumentu o nejlepších dostupných technikách v cementářském a vápenickém průmyslu, vypracovaném v příslušných komisích EU v Seville a Bruselu.

Úrovně emisí a spotřeby "spojené s nejlepšími dostupnými technikami" je třeba chápat tak, že tyto úrovně představují ekologický provoz, který by bylo možno očekávat jako výsledek uplatnění popsaných technik v tomto odvětví, přičemž se přihlíží k rovnováze nákladů a výhod obsažených v definici BAT. Vzhledem k tomu, že referenční dokumenty nestanovují právně závazné normy, podávají informace pro poradenství v průmyslu, pro členské státy a veřejnost o dosažitelných úrovních emisí a spotřeby při použití určených technik. Na spotřebu energie a množství emisí do ovzduší při výrobě cementářského slínku má hlavní vliv zvolený výrobní způsob. Plynulý a stabilní pecní proces blížící se určeným parametrům procesu je výhodný s ohledem na všechny emise pecí, jakož i na spotřebu energie. Emise SO2 z cementáren jsou primárně určeny obsahem těkavé síry v surovinách.

Během deseti let od zahájení tvorby původního BREFu došlo v cementářské a vápenické výrobě k mnoha novým jevům, mezi ně lze jmenovat zvýšené používání odpadů jako surovin a paliv nebo nástup spoluspalovacích procesů ve využívání odpadů. Jeví se proto nezbytným znát a definovat druhy sintrovaných a spalovaných materiálů v pecích, charakteristiky těchto materiálů, používání směsí odpadů, definovat stupně výměníků, popř. předkalcinátorů, v kterých odpad vstupuje do procesu, dále přídavné techniky používané při výrobě (desulfurizace, denitrifikace), současná spotřeba energie, vliv spalovaných odpadů na kvalitu pecních odprašků a další, které původní BREF neřešil. Druhotně je možné zvážit další začlenění podmínek, jako jsou podmínky pro přípravu a skladování odpadů.

Pracovní setkání TWG rovněž vydalo návrhy informačních tabulek (Templates), které po odsouhlasení byly členskými státy vyplněny pro revizi stávajícího BREFu do 1. 6. 2006. Názvy těchto tabulek jsou dále uvedeny v originále (Operating Data of Raw Gases, Use of Waste as Raw Material, Use of Fuel Non-Waste, Use of Waste as Fuel, Number of Cement Plants, Number of Lime Plants). Přibližně v září 2006 se předpokládá další plenární zasedání TWG, které by mělo odsouhlasit rozsah informací nově začleňovaných do dokumentu BREF.

Pro oblast výroby cementu tzv. Wish Lists definovaly mimo jiné potřebu rozšíření informací z výroby cementu z nových členských států EU. Revize kapitoly 1.2 - Používané výrobní procesy a techniky, požaduje informace o používání alternativních paliv, použití odpadů jako paliva, jako složky surovinové směsi a jako aditiv. Revize kapitoly 1.4 - Techniky uvažované při stanovení BAT, požaduje zejména kompletaci a inovaci informací o energetické účinnosti, např. Vznikající revidovaný dokument BREF bude členěn na cementářský a vápenický oddíl jako dříve a nová část zabývající se oxidem hořečnatým bude součástí vápenického oddílu.

Nicméně, z oblasti mezinárodní odborné cementářské a vápenické veřejnosti je známo, že cementářská část tohoto dokumentu bude muset být rozšířena o některé poznatky z v mezidobí přijatých direktiv EU, a to zejména z oblasti přeshraničního přenosu těžkých kovů a z oblasti nových poznatků emisí látek typu POPęs.