Дэлхийн нийтээр ялгаруулж буй хүлэмжийн хийн 8-10%-ийг цементийн үйлдвэрлэл дангаараа эзэлдэг байна. Цементийн үйлдвэрүүд нь CO₂-ийн ялгаралтын түвшин болон эрчим хүчний хэрэглээгээ багасгах арга замыг идэвхтэй эрэлхийлж байна. SiO₂ болон CaO агуулсан байгалийн түүхий эд ашиглан кальцийн силикатын төрлийн холбогч материал гарган авах технологийн туршилтууд бусад улс оронд  эрчимтэйгээр хийгдэж байна. Үүнийг нэг нь целайтмент (Celitement) бөгөөд түүнийг гарган авахад портландцементтэй харьцуулахад энерги 50%-аар бага зарцуулдаг, хүлэмжийн хийн ялгарлыг 50%-аар бууруулдаг сайн талтай байна. 

Кварцын элс, цахиур болон хөнгөнцагааны оксид ихээр агуулсан түүхий эд, хаягдлаас цементийг орлуулах гидравлик барьцалдуулагч материал гарган авах технологийг ХБНГУ-ийн Карлсруэгийн технологийн институтэд анхлан боловсруулж гарган авсан бүтээгдэхүүнээ целайтмент (Celitement) хэмээн нэрлэсэн байна. 

Уг технологи нь кварц агуулсан түүхий эд, хаягдлыг шатаасан шохойтой хольж автоклавт усны уураар 160-200°С температурт боловсруулж кальцийн гидрат силикат (3CaO∙2SiO₂∙H₂O) гарган авах процесс дээр суурилсан байна.

Зураг 1. Целайтмент гарган авах технологийн бүдүүвч

Кальцийн силикат гидратууд (C-S-H) нь цемент суурьтай олон төрлийн барилгын материалын "барьцалдуулагч" хэсэг бөгөөд өөртөө талст ус агуулдаг онцлогтой аж.

Зураг 2. Целайтмент гарган авах арга ба бэхжилтийн процесс

Целайтментийн найрлаганд дараах төрлийн эрдэсүүд зонхилдог байна. 

Үүнд: 

• 3CaO·SiO₂  - алит
• 3CaO·Al₂O₃ - 3 кальцит алюминат
• 4CaO· Al₂O₃·Fe₂O₃ 4- кальцит алюмоферрит 
• 2CaO·SiO₂ - белит

Портланд цемент гарган авах процесс нь 1400-1500°С температурт явагдах энерги их зарцуулах процесс байдаг бол целайтментийн синтезийг автоклавт 160-200°С-д 0.9-1.6 МПа даралтад усны уурын орчинд дээрх эрдэсүүдийг үүсгэдэг байна.

Шатаасан шохойг усанд уусгах үед устай харилцан үйлчилж экзотерм эффект үүсгэж системийн температур өөрөө аяндаа 100-130 хүртэл нэмэгддэг нь элс-шохойн эдлэл дэхь шингэн фаз дотор шохойн концентраци их болж улмаар өндөр суурилаг кальцийн гидрат силикат үүсэх нөхцөл бүрдэнэ. 

Өндөр суурилаг кальцийн гидрат силикатуудыг ерөнхий байдлаар  гэж тэмдэглэх бөгөөд үүнд кальцийн оксидын молекул жинг цахиурын оксидын молекул жинд харьцуулсан харьцаа  1.0-2.4 байна. Автоклавын боловсруулалтын хугацаа нэмэгдэх тусам тоберморит- эрдэсийн үүсэлт нэмэгдэнэ. Илүү өндөр даралт, температураар олон цагаар үйлчлэхэд ксонотлит-  үүсэх боломжтойг тогтоосон байна. - эсвэл - гидрат - гэсэн гидросиликат нь гол төлөв призм маягийн пластинкийг үүсгэн бөөгнөрч тогтсон байна. - гидрат -ийн ДТА-аар 500 ба 550 т хоёр эндоэффект ажиглагдана. Харин ДТА-аар тоберморит нь 160-т эндоэффект (дулаан шингээх), 1,25-ийн сууринд 865-т, 1,33 сууринд 900-т мөн экзоэффектүүд гардаг. 

Целитмент-Celitement –ийн гол онцлог шохой болон цахиур агуулсан дээжийг автоклавт боловсруулж шинэ материал гарган авахад 2 чухал шинж чанарыг бий болгодог. 

Үүнд: 

1. Үйлдвэрлэлийн үеийн эрчим хүчний хэрэглээ болон -ийн ялгаралт багатай

2. Бүтэц ба шинж чанарын хувьд өөрчлөлт гарсан

Зураг 3. A- Эттрингитийн эрдэсийн зураг, В- альфа-С₂SH фаз

Гарган авч буй бүтээгдэхүүнд кальцийн силикатын гидрат (3CaO∙2SiO₂∙H₂O)-ийн кристалл үүсэлт портландцементээс илүү их кристалл үүсэлт явагдсан байна. Эндээс үзвэл целайтмент нь портландцементээс илүү их барьцалдуулах чадвартайгаас гадна шахалтын бат бэх нь 80 МПа хүрч байсан байна. 

Зураг 4. Целайтментийн пастын микроскопын зурагнууд (А-гидратацид ороод 10 минутын дараа, В- 8 цагийн дараа, С- 24 цагийн дараа болон D- 7 хоногийн дараа)

Эрдэсийн найрлагын хувьд целайтмент болон портландцементийн хооронд ихээхэн ялгаа байдаг. Портландцемент нь клинкерийн эрдэс,   усгүй кальцийн сульфатаас бүрддэг бол целайтмент нь гидравлик кальцийн гидрат силикатын шинэ төрлөөс бүрддэг байна.

Карлсруэгийн технологийн институтын эрдэмтэд целайтмент гарган авах туршилт судалгааны ажлыг эхлээд лабораторийн түвшинд  гүйцэтгэсэн бөгөөд нэг жил гаруйн хугацаанд маш амжилттай туршилт хийсний дараа хагас үйлдвэрлэлийн туршилтыг эхлүүлсэн байна. Үүний дараагийн алхам нь тус институт “Швенк” групптэй хамтран анх 2011 онд өдөрт 100 кг целайтмент үйлдвэрлэх туршилт гүйцэтгэсэн байна. Тус институт нь уг технологийг патентжуулж, практик хэрэглээнд нэвтрүүлснээр одоогийн байдлаар жилд 50000 тонн целайтмент үйлдвэрлэх 3 жижиг үйлдвэр байгуулаад үйлдвэрлэл явуулж байна. 

Зураг 5. Целайтментийн үйлдвэр ба автоклав

Кальцийн гидросиликатууд дээр суурилсан холбогч бодисууд нь химийн холбоотой ус агуулдаг тул тэдгээрийг үйлдвэрлэхэд ус шаардлагатай байдаг. Ийм төрлийн үйлдвэрлэлийг автоклавын орчинд явуулахад хялбар боловч гидравлик барьцалдуулагч гарган авахад хангалтгүй байдаг аж. Өөрөөр хэлбэл хоёрдугаар шатанд барьцалдуулагч материал гарган авах шаардлагатай болдог. Мэдээж хэрэг түүхий эдэд СаО болон SiO₂ агуулагдсан байх шаардлагатай. Иймээс кварцын элснээс гадна хээрийн жонш, наанги шавар эсвэл шил зэрэг цахиурын оксид их хэмжээгээр агуулсан түүхий эдүүдийг ашиглах бөгөөд шаардлагатай тохиолдолд тэдгээрийг маш нарийн нунтаглана. Кальцийн оксидын түүхий эдээр 1000°С-ийн температурт шатаан гарган авсан шохойг CaO ашиглах нь хамгийн хялбар арга бөгөөд цементийн клинкер гарган авах процессоос гарсан халуун нунтагийг ашиглах мөн боломжтой ажээ.

Эхлээд кварцын түүхий эдийг шатаасан шохой болон устай сайтар хольж гомоген зутан гарган авсны дараа автоклавт 150-210°С-ийн температурт усны ханасан уурын парциаль даралтаар үйлчилдэг. Портландцементийн клинкерийн үйлдвэрлэлийн үед хайлмал фаз үүсгэдэг функцийг автоклавын орчинд усан фаз гүйцэтгэх бөгөөд цахиурын оксид агуулсан түүхий эдийг хангалттай хэмжээнд гидролизод оруулдаг байна.

Түүхий эдийн найрлага, даралт ба температурыг оновчтой сонгон авсанаар гидротермаль процессийн үед силанолийн бүлгүүд агуулсан кальцийн гидрат силикатууд үүсдэг. Үүнд нэн ялангуяа кальцийн оксидын хэмжээ чухал бөгөөд ойролцоогоор ердийн портландцементэд агуулагддаг СаО-ийн хэмжээнээс хоёр дахин бага байдаг байна. Хамгийн тохиромжтой кальцийн гидрат силикат бол жишээ нь α -Ca₂[HSiO₄]OH ба зарим тохиолдолд кальцийн агууламж нь   илүү бага байх тохиолдол гардаг байна.

Автоклавын аргаар боловсруулсан завсрын бүтээгдэхүүн нь силанолийн бүлэгт агуулагдаж буй устөрөгчийн холбоогоор холбогдсон байдаг учраас гидравлик чанаргүй байдаг. Түүнийг гидравлик шинж чанартай болгохын тулд хатаагаад урвалын идэвхгүй SiO₂ агуулсан кварцын элс, шил болон хээрийн жонш зэрэгтэй хамт тээрэмдэнэ. Ингэснээр завсрын бүтээгдэхүүнд агуулагдаж буй устөрөгчийн холбоог таслах ба урвалын идэвхтэй хэлтэрхийнүүд нь нунтагласан түүхий эдийн буюу силикатын гадаргуу дээр хэсэгчлэн конденсацлагдаж, маш эмх замбараагүй байдлаар байрладаг ажээ. 

Бүтэц нь бүрэн өөрчлөгдөж нунтагласан силикатуудын гадаргуу дээр шинэ гидварлик кальцийн гидрат силикатан барьцалдуулагч үүсдэг байна. Автоклавын аргаар боловсруулан гарган авсан завсрын бүтээгдэхүүн болон нунтагласан кварц эсвэл силикатыг оновчтой сонгох замаар барьцалдуулагч материалын шинж чанарыг өргөн хүрээнд өөрчлөх боломжтой байна. Шинээр үүссэн кальцийн гидрат силикатууд нь аморф материал аж. Энэ нь тэдгээрийн бүтэц болон химийн талаас нь шинж чанарыг нь тодорхойлоход нэн хүндрэлтэй байдаг байна.

Целайтементийг аль хэдийн зах зээл дээр байгаа гидравлик холбогчтой харьцуулахын тулд эхлээд харьцуулах үндэслэлийг тодорхойлох шаардлагатай. Портландцементийн клинкерийн адил целайтмент үндсэн барьцалдуулагчийн зэрэгцээ бусад нэмэлт материалтай холих боломжтой юм. Аль алиныг нь домень зуухны шаарга, дэгдэмхий үнс, шохой, гөлтгөнө зэрэгтэй хольж болно. Үүссэн кальцийн силикат гидратын хэмжээ нь эцсийн эцэст гидравлик холбогчийн үйл ажиллагаанд шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд дараах зурагт цементтэй харьцуулан харуулав.

Зураг 6. Цементийн клинкер болон целайтементийн фазын агууламжийг харьцуулсан байдал

Энэ нь бүх гурван системийн хувьд бараг ижил байна. Ийм учраас Селитмент болон Портланд цементийн чулуунцрын түүхий эд, эрчим хүч, СО₂-ын балансыг доор харьцуулав.

Зураг 7. Түүхий эд ба эрчим хүчний зарцуулалтыг харьцуулсан байдал

CO_2-ийн балансийг тодорхойлохдоо зөвхөн бодитоор ялгарсан CO₂-ыг тооцно. Хүлэмжийн ялгарлыг тооцохдоо сэргээгдэх эрчим хүчнээс үү эсвэл үл сэргээгдэх эрчим хүчнээс ялгарч байгаа эсэхийг ялгаж салгаж үзэх нь зүйтэй. Иймээс ялгарлын хэмжээг тодорхойлох нь тухайн нөхцөл бүрт өөр өөр байна.