Kỹ thuật hóa học đại cương chương 7 công nghệ silicat

Công nghệ sản xuất thủy tinh Thủy tinh có thể coi như một khối chất lỏng của hỗn hợp các oxit chủ yếu là SiO2 nóng chảy và bị làm quá lạnh và đông cứng lại.. Các chất khử bọt thường dù

CHƯƠNG 8: CÔNG NGHỆ SILICAT

8.1 Công nghệ sản xuất thủy tinh

Thủy tinh có thể coi như một khối chất lỏng của hỗn hợp các oxit (chủ yếu là SiO2) nóng chảy và bị làm quá lạnh và đông cứng lại Các silicat nóng chảy có đặc tính polymer nên có độ nhớt lớn Khi nguội dần do độ nhớt cao cho nên rất khó kết tinh mà thường tạo thành pha thủy tinh

Về cấu trúc thủy tinh cho đến nay vẫn chưa rõ rang Hiện đang tồn tại 2 giả thuyết

1 Thuyết cấu trúc liên tục vô định hình (giả thuyết tạo lưới): Giả thuyết này coi thủy tinh là một hệ đồng thể- là vật thể silicat vô định hình được hình thành từ các đơn

vị cấu trúc là SiO2 Chúng sắp xếp hỗn độn tạo lưới bất đối xứng về không gian 3 chiều của các đa diện phối trí (tứ diện SiO4) Các đa diện này liên kết với nhau qua nguyên tử oxy làm cầu nối

2 Thuyết vi tinh thể của Lebedev Thủy tinh là một tập hợp các vi tinh thể có độ phân tán cao (trong đó chủ yếu là các vi tinh thể thạch anh).Về lượng những vi tinh thể này chỉ chiếm 20% tòan khối thủy tinh và tồn tại không theo quy luật nào

cả

Thành phần cơ bản của thủy tinh thông thường là: mR2O – nRO – pRO2 (R2O3) Trong đó R2O là oxit kim lọai kiềm, RO là oxit kim lọai kiềm thổ, PbO… và RO2

(R2O3) là oxit silic, nhôm, bo…

8.1.1 Nguyên liệu

* Nguyên liệu chính: cung cấp các oxit sili, kiềm, kiềm thổ…

- Cát (SiO2): là thành phần chủ yếu của các loại thủy tinh, chiếm 60 - 70% Trong cát còn chứa các oxit khác như CaO, MgO, Al2O3, Fe2O3 Nếu hàm lượng của Fe2O3 cao sẽ làm cho thủy tinh có màu làm giảm độ truyền ánh sáng Sản xuất thủy tinh thường đòi hỏi cát chứa Fe2O3≤ 0,2%, thủy tinh cao cấp ≤ 0,1%

- Hàn the (Na2B4O7.10H2O): ở nhiệt độ cao hàn the bị phân hủy cung cấp cho thủy tinh

B2O3 Oxit này làm giảm hệ số giãn nở của thủy tinh, tăng độ bền hóa, độ bền nhiệt Nó thường được dùng cho thủy tinh trong phòng thí nghiệm, bóng đèn

- Al2O3 làm tăng độ bền của thủy tinh, nhưng cũng làm cho quá trình nấu chảy khó khăn

và giảm sự giãn nở của thủy tinh Dạn nguyên liệu đưa vào: tràng thạch, cao lanh,nhephlin…

- Na2CO3 (Na2SO4, NaCl, NaNO3): cung cấp Na2O cho thủy tinh Cùng với SiO2 thì

Na2O là thành phần không kém quan trọng Có tác dụng giảm độ nhớt, hạ thấp nhiệt độ nấu và khử bọt Nếu Na2Onhiều sẽ làm giảm độ bền cơ học

- BaO và PbO: làm cho thủy tinh có trọng lượng riêng lớn, chiết suất cao, ánh đẹp do đó được dùng trong việc sản xuất thủy tinh quang học, thủy tinh pha lê, thủy tinh bát đĩa cao cấp Hàm lượng PbO cao có thể tạo ra ngọc thạch nhân tạo để làm đồ trang sức

* Nguyên liệu phụ:

Là các nguyên liệu đưa vào thuỷ tinh giúp quá trình nấu nhanh và có tác dụng như là chất khử bọt, khử màu, nhuộm màu hoặc tăng cường một tính chất riêng biệt nào đó

- Chất khử bọt: Là chất có thể giải phóng khỏi thuỷ tinh các bọt khí Các chất khử bọt

thường dùng là muối nitrat, oxyt asen, sunfua, các muối fluor và amoni

Ví dụ: NaNO3 = Na2O + N2 + O2

- Chất nhuộm màu: Gồm 2 loại

+ Chất nhuộm màu phân tử: Đó là các oxyt vô cơ mang màu

Mn2O3 : Cho màu tím Selen : Màu hồng

Coban : Màu đen đến xanh đậm Oxyt sắt : Màu vàng, xanh lục

Oxyt Cu, Cr : Màu vàng

+ Chất nhuộm màu phân tán keo

Gồm các hợp chất của Au, Cu, Sb (Antimon) nằm trong thuỷ tinh ở dạng phân tán keo thuỷ tinh, sau khi tạo hình thì đem gia công lần thứ hai với các chất nhuộm màu trên và sẽ cho các màu sắc khác nhau

Cu2S, Sb2O3: Cho màu đỏ

Au : Cho màu tía

- Chất gây đục: Chủ yếu là các hợp chất chứa Fluor như CaF2, Na2SiF6, hoặc những hợp chất khó tan như SnO2, TiO2

AlF3 tạo cho thuỷ tinh có màu trắng như sữa, như màu của sứ

- Chất khử màu: Trong cát chứa nhiều ion Fe2+ sẽ cho màu tự nhiên của thuỷ tinh là màu xanh lục vì ion này gây màu rất mạnh Để nhuộm màu trước hết phải khử màu Fe2+

bằng cách chuyển về oxit sắt 3 FeO  Fe2O3 Rồi đưa sắt về hợp chất dễ bay hơi (dùng chất oxy hoá mạnh như NaNO3, các hợp chất flo, axit asenic )

7.1.2 Quá trình nấu thuỷ tinh

Đầu tiên phối trộn các nguyên liệu theo đúng tỉ lệ và đảo trộn để nguyên liệu phân tán đồng đều vào nhau

1) Giai đoạn tạo silicat: 600-10000

C Khi nhiệt độ tăng dần, nước trong nguyên liệu bị tách ra, tạo ra các muối kép

CaCO3 + Na2CO3 = Na2Ca(CO3)2

* 600 – 8000C muối kép tạo silicat và thoát CO2

Na2Ca(CO3)2 + 2SiO2 = Na2SiO3 + CaSiO3 + 2CO2

* 720 - 9000C

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2

Na2Ca(CO3)2 + Na2CO3 + 3SiO2 = 2Na2SiO3 + CaSiO3 + 3CO2

* 9120C: CaCO3 bị phân hủy

CaCO3 = CaO + CO2

* 10100C: CaO + SiO2 = CaSiO3

2) Giai đoạn tạo thủy tinh:

Bắt đầu từ 9000C đến 12000

C: Trong khoảng nhiệt độ này các muối silicat chảy lỏng thành một khối trong suốt, nhưng còn nhiều bọt khí và thành phần thủy tinh chưa đồng nhất

3) Giai đoạn khử bọt:

Nhiệt độ khoảng 1400 - 15000

C

Ở giai đoạn này các bọt sẽ được thoát ra hết do nhiệt độ tăng làm độ nhớt của chất lỏng giảm và các chất khử bọt phát huy tác dụng (các khí như O2, CO2 thoát ra) Cuối giai đoạn khử bọt, bằng mắt thường ta không thể nhìn thấy các bọt trong thủy tinh

4) Giai đoạn đồng nhất

Sau khi giai đoạn khử bọt kết thúc, người ta vẫn phải giữ thủy tinh trong một thời gian nhất định ở nhiệt độ cao Do ở nhiệt độ như vậy độ nhớt của thủy tinh rất thấp tạo điều kiện khuyếch tán các thành phần của nguyên liệu đồng đều ở các hướng

5) Giai đoạn làm lạnh

Ở trạng thái quá lỏng không thể gia công thuỷ tinh thành sản phẩm được  phải hạ thấp nhiệt độ của xuống 1100 - 13000C để có độ nhớt đảm bảo cho quá trình tạo hình

Hình 8.1 Cấu tạo cơ bản của một lò bể nấu thủy tinh

1 Cửa nạp liệu; 2 Đầu phun đốt nhiên liệu; 3 Cửa lấy thủy tinh ra để tạo hình; 4 Vùng tạo

silicat; 5 Vùntg tạo pha đồng nhất; 6 Vùng lấy thủy tinh ra

Quá trình nấu thủy tinh trong lò bể xảy ra như sau: phối liệ được đưa vào lò theo cửa (1) Khi được nng nóng lên tới 250 -300oC, chúng bắt đầu hình thành các cabonat kép; khi lên tới khỏang 900oC, bắt đầu quá trình tạo silicat và giải phóng khí CO2 và O2 Khi nhiệt độ đạt tới 1200-1400oC ở vùng nấu thủy tinh (4), khối vật chất nóng chảy tạo thành silicat đồng thể Để đồng nhất dung dịch nóng chảy ở vùng tạo pha thủy tinh đồng nhất (5), người ta thường phải tăng nhiệt độ lên 1500oC Sau khi tạo được pha đồng nhất, muốn đem tạo hình thì lại phải hạ nhiệt độ xuống dưới 1200oC mới đủ độ dẻo để gia công

tạo hình; quá trình này xảy ra ở vùng lấy thủy tinh ra(6) Thủy tinh lấy ra để gia công từ cửa (3)

7.2 Công nghệ sản xuất đồ gốm

Gốm là vật liệu vô cơ phi kim lọai được tạo nên do khối vật chất gồm các hạt nhỏ, mịn của các chất rắn được nung tới nhiệt độ gần nóng chảy (nhiệt độ thêu kết), kết dính lại với nhau, sau khi để nguội cả khối sẽ đông cứng lại Hình dạng của đồ gốm được giữ nguyên như khi chúng được tạo hình trước khi nung

Những tính chất quan trọng của gốm là bền nhiệt, không tan trong nước và hầu như không tan trong các dung dịch axit, bazơ và muối, chịu áp lực tốt, dẫn nhiệt và dẫn điện kém nhưng giòn khó gia công thành dạng sợi hay những hình dạng phức tạp

Người ta chia gốm ra làm hai lọai: gốm thô và gốm tinh Gốm thô gồm gốm xây dựng như gạnh ngói, gốm chịu lửa, gốm gia dụng như nồi niêu, chum, vại…Gốm tinh gồm có đồ sứ gốm

kỹ thuật (gốm silicatvà phi silicat như gốm oxit, gốm cacbua, borua)

Nguyên liệu chung nhất để sản xuất gốm thông thường có có lọai chính:

- Chất dẻo hóa khi hợp nước: các loại đất sét;

- Các chất trơ: cát, cao lanh, samot…

- Chất chảy, trợ chảy khi nung: carbonat kim loại kiềm, kiềm thổ, fenspat…

Công nghệ sản xuất gốm thô rất đơn giản như sản xuất gạch, ngói đồ sành, đồ đất nung…bao gồm ba công đọan chính là chuẩn bị nguyên liệu gốm, gia công tạo hình và nung sản phẩm Nguyên liệu sản xuất gốm thô thường chỉ là đất sét Nguyên liệu sau khi khai thác được nghiền, cán nhuyễn với nước để có độ dẻo nhất định; sau đó đem gia công tạo hình Chúng ta thường thấy có hai phương thức gia công tạo hình chính là ép theo khuôn và nặn vuốt trên bàn xoay Sản phẩm tạo hình được hung khô được gọi là phôi mộc Phôi mộc có thể để nguyên đem nung hoặc tráng men rồi mới nung ta thu được hàng mộc hay hàng men

Sản xuất gốm tinh phức tạp hơn nhiều, ở đây chúng ta xem xét một công nghệ cụ thề là sản xuất các sản phẩm sứ Thành phần phối liệu của sứ đơn giản nhất là sét (cao lanh) 50%, cát (thạch anh) 25% và trường thạch (fenspat) 25% Người ta có thể thay đổi lượng các thành phần

và thêm vào phối liệu những phụ gia khác nhau

Sau khi nghiền phối liệu, hỗn hợp được nghiền tinh cho tới khi đạt độ mịn theo yêu cầu rồi tiến hành gia công tạo hình Gia công tạo hìn có 3 cách: đổ khuôn, ép khuôn và nặn vuốt bằng tay Đồ vật su khi tạo hình được phơi hoặc sấy khô, sau đó được gọt, sửa và chuốt lại Phôi khô tiếp tục được vẽ trang trí và tráng men Cuối cùng là thiêu kết trong lò Nhiệt độ thông thường là

1200 – 1400 oC Riêng công đọan trang trí các đồ sứ có thể tiến hành sau khi thiêu kết Sau đó chỉ cần “hấp” lại ở nhiệt độ thấp hơn để hình trang trí dính liền vào lớp men có sẵn Công nghệ này thường được gọi là công nghệ màu nhẹ lửa So với màu nặng lửa nung ở nhiệt độ trên

1200oC) thì màu nhẹ lửa phong phú và dễ gia công hơn nhiều; song vì thế nó kém giá trị hơn

Màu trong trang trí đồ gốm sứ là những oxit kim loại mang màu ( Vd như coban màu xanh lam, sắt màu nâu đỏ, uranym màu vàng, crom- xanh lý…) được trộn lẫn với men trắng và vẽ lên phôi sứ trước khi nung hoặc hấp Riêng màu kim lọai như vàng kim thì người ta phải trộn muối tan của vàng với dầu thông để vẽ hoặc in lên đồ sứ Khi nung, chất hữu cơ cháy sẽ khử vàng về dạng kim loại và dính chặt vào lớp men sứ tạo ra những trang trí bằng vàng kim

7.3 Công nghệ sản xuất ximăng

7.3.1.Một số khái niệm

Xi măng Portland là chất kết dính thủy lực (*) Đó là sản phẩm nghiền mịn của clinke (95-97%) với thạch cao thiên nhiên và một số phụ gia khác nhằm cải thiện một số tính chất của xi măng theo yêucầu sử dụng (3-5%)

(*) Chất kết tinh thủy lực là chất ở dạng bột mịn cấu thành từ các muối khóang khan họat tính mà khi tiếp xúc với nước thì biến thành một vật liệu dạng rắn, một lọai đá nhân tạo

Những loại ximăng ngày nay đang sử dụng có những thành phần hóa học rất khác nhau và được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như xi măng chịu nhiệt, ximăng chịu axit, kiềm, nước muối, ximăng xỉ v.v…

Clinke sản xuất bằng cách nung đến kết khối phối liệu đã được đồng nhất gồm đá vôi, đất sét hoặc đá vôi đất sét, quặng sắt… hoặc đá vôi, đất sét với các phế liệu của ngành CN khác ( xỉ

lò cao, tro than,…)

Thành phần hóa học ximăng Pooclăng: gồm bốn loại oxit chủ yếu:

CaO : 63% - 67% Al2O3 : 4 - 7%

SiO2 : 21% - 24% Fe2O3 : 2,5 - 4%

Nếu xét về thành phần khoáng thì trong ximăng Pooclăng bao gồm canxi silicat, canxi aluminat và canxi ferit

Nếu kí hiệu: CaO = C; SiO2 = S; Al2O3 = A; Fe2O3 = F

thì thành phần khoáng có trong ximăng là:

Canxi silicat : C3S, C2S, C3S2…

Canxi aluminat : C3A, C5A, CA, CA2…

Canxi ferit : C4AF, C2F, C3A3F, v.v…

Ngoài ra còn có khoáng chứa oxit kim loại kiềm

Thành phần khóang vật của clinke:

Tên khóang Công thức khóang Thành phần % Đặc tính đóng

rắn của khóang Alit 3CaO.SiO2 (C3S) 60-65% Đóng rắn nhanh

Rất bền vững Belit 2CaO.SiO2 (C2S) 20-25% Đóng rắn chậm

rất bền vững Celit 3CaO.Al2O3 (C3A) 12% Đóng rắn nhanh

Kém bền vững Alumino-Ferit 4CaO.Al2O3.Fe2O3

(C4AF)

1-5% (7-14%) Đóng rắn chậm

Kém bền vữnn

* C 3 S: Quyết định chất lượng ximăng C3S đóng rắn nhanh cho cường độ chịu nén cao C3S chỉ hình thành trong quá trình nung luyện trên cơ sở các khoáng khác đã tạo thành pha lỏng

Quá trình sản xuất xi măng chia ra làm 3 giai đọan:

- Chuẩn bị nguyên liệu (nghiền và đồng nhất phối liệu)

- Nung phối liệu đến kết khối tạo clinke và làm lạnh nhanh

- Ủ và nghiền clinke với các loại phụ ra cần thiết

Các phương pháp sản xuất xi-măng:

- Phương pháp ướt (phối liệu dạng bùn, độ ẩm 36 – 42%) có thể dùng lò quay hoặc

lò đứng Ở phương pháp này hỗn hợp phối liệu được nghiền ướt trong máy nghiền bi, thành dạng huyền phù, có hàm ẩm cao Phối liệu sau khi nghiền đạt độ đồng nhất cao,nhờ đó clinke có thể đạt chất lượng tốt Tuy nhiên hàm ẩm phối liện cao nên nhiệt năng tiêu tốn cho quá trình sấy và nung lớn, đồng thời cũng cầnlò có chiều dài lớn, chiếm nhiều mặc bằng sản xuất Hiện nay trên thế giới phương pháp ướt được sử dụng ít mà chủ yếu là phương pháp khô và bán khô

- Phương pháp khô (phối liệu vào lò ở dạng bột) có thể dùng lò quay hoặc lò đứng

- Phương pháp bán khô (phối liệu vào lò ở dạng viên) dùng lò đứng

7.3.2 Nguyên liệu sản xuất ximăng

- Đá vôi: đá vôi chiếm khoảng 75 - 80% khối lượng nguyên liệu

- Đất sét: chiếm khoảng 20 - 35% phối liệu

- Phụ gia: Để tăng cường hoặc hạn chế một số tính nào đó của ximăng

+ Phụ gia khoáng hoá: Có tác dụng như xúc tác nhưng sau đó nằm lại trong ximăng

+ Phụ gia điều chỉnh: để điều chỉnh tốc độ kết dính và thời gian đóng rắn của sản phẩm + Phụ gia thuỷ: Tăng tính bền nước trong môi trường khoá của ximăng: xỉ lò cao

+ Phụ gia đầy: Có tác dụng làm chất độn, giảm giá thành của sản phẩm: gạch, đá, vôi Các nguyên liệu được trộn lẫn và nghiền mịn đến kích thước 0,06 - 0,07mm rồi đưa vào lò nung theo phương pháp ướt hoặc phương pháp khô theo đúng tỷ lệ

7.3.3 Nung luyện Clinke

Các phản ứng hoá lý:

- Phương pháp khô: nguyên liệu được nghiền riêng từng loại hoặc nghiền chung thành dạng bột

rồi trộn lẫn với nhau, thêm một ít nước để có thể đóng bánh hoặc ve viên

- Phương pháp ướt: nghiền nguyên liệu cùng với nước tạo thành hỗn hợp dạng bùn (patơ) sau đó

rót vào lò nung

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao các oxyt trong nguyên liệu ban đầu phân hủy và tác dụng với nhau tạo thành những hợp chất mới gọi là các khoáng silicat Các khoáng đó ở t0

cao (14500C) nằm trong pha lỏng Khi làm lạnh kết lại thành những hạt gọi là clinker  nghiền mịn

 xi măng  tác dụng với nước sau một thời gian sẽ đóng rắn

- Trong khoảng nhiệt độ từ 500 - 6000C các khoáng sét mất nước

Al2O3.2SiO2.2H2O  Al2O3.2SiO2 + 2H2O

- Ở nhiệt độ khoảng 9000C các khoáng khan phân hủy thành các oxít:

Al2O3.2SiO2  Al2O3 + 2SiO2

- t0C  10000C tạo ra Al2O3.SiO2 và  12000C – 13000C tạo ra 3Al2O3.2SiO2 do tương tác giữa các axit tương ứng

- Tại nhiệt độ trên 9000C đá vôi cũng bị phân hủy

CaCO3 CaO + CO2 H > 0 Trong khoảng từ 800 – 12500C hầu hết các khoáng quan trọng trong thành phần của clinke ximăng đã được tạo thành Riêng khoáng C3S(3CaO.SiO2) được tạo thành rất chậm do kết quả phản ứng của C2Svới CaO Quá trình này chỉ diễn ra với tốc độ nhanh khi có mặt của pha lỏng Pha lỏng là do C5A3 và C4AF ở nhiệt độ 14500C bị chảy lỏng tạo thành Khoáng C3S là thành phần quan trọng quyết định tính chất của ximăng Nhưng khoáng này chỉ được tạo thành ở nhiệt

độ cao Do vậy nhiệt độ nung luyện clinke có ảnh hưởng đến chất lượng

Lò nung clinker

a Lò đứng:

Là một hình trụ đứng, rỗng, chiều cao có kích thước gấp 3 – 4 lần đường kính Lò được chia làm 3 vùng: vùng sấy, nung, làm sạch Nguyên liệu đưa vào lò đứng ở dạng khô

b Lò quay:

Loại lò quay là một ống kim loại hình trụ rỗng, đặt nghiêng một góc từ 30

– 50 Chiều dài lớn hơn đường kính từ 30 – 40 lần

Toàn bộ chiều dài lò được đặt trên một hệ thống bệ đỡ có con lăn, đặt trên trụ lò bằng bê tông Lò làm việc theo nguyên tắc ngược chiều: nguyên liệu vào đầu cao (đầu lạnh) clinke ra đầu thấp (đầu nóng của lò), nhiên liệu và khí đi vào đầu thấp Lò chia làm 6 vùng:

Vùng sấy: t o

> 100oC và vùng đốt nóng t o~ 500oC– Quá trình làm mất nước (chiếm 50 – 60% chiều dài)

Vùng phân hủy to = 900-1000oC (chiếm 20 – 23% chiều dài)

Al2O3.2SiO2 →Al2O3 + 2SiO2

CaCO3 →CaO + CO2 Vùng tỏa nhiệt t = 1000 – 1300oC các phản ứng phân hủy xảy ra mãnh liệt tạo ra các khóang

ở pha rắn (chiếm 5 – 4% chiều dài)

CaO + Al2O3 →CA 2CaO + SiO2 → C2S 5CaO + Al2O3 → C5A3 → C3A 2CaO + Fe2O3 → C3F

C3F + CaO + Al2O3 → C4AF Vùng kết khối t = 1300 -1450oC (chiếm 10 – 15% chiều dài), tất cả các pha rắn chuyển thành pha lỏng trong đó xảy ra phản ứng C2O + CaO → C3S là khóang chủ yếu của xi măng nhưng chỉ tạo ra trong pha lỏng

Vùng làm nguội t = 1000-800oC (chiếm 10% chiều dài)

Phối liệu được nạp vào lò, chuyển động theo chiều dài của lò, chủ yếu là trượt trên bề mặt trong của lò Thời gian vật liệu lưu trong lò vào khoảng 3 – 6 giờ

Hình 8.2 Lò quay nung xi măng

1 Bộ phận nạp nguyên liệu ; 2 Lò quay ; 3 Phần làm nguội sản phẩm

Vật liệu ra khỏi lò nung nhiệt độ 100 – 2000C Đây mới là bán thành phẩm, người ta tiếp tục ủ, thêm phụ gia, nghiền và đóng bao chống ẩm để dễ vận chuyển đến nơi tiêu thụ

Xử lý Clinke và tạo ximăng

- Ủ: Clinker ra khỏi lò được đưa vào kho ủ 10-15 ngày, ủ có tác dụng vừa làm lạnh vừa để các

CaO tự do còn lại trong clinker hút hơi ẩm tạo ra Ca(OH)2 làm nở thể tích và làm clinke giòn dễ nghiền hơn Khối clinker bị nứt nẻ dễ dàng cho quá trình nghiền Người ta có thể phun nước dạng sương mù để tăng hiệu quả làm lạnh, rút ngắn thời gian ủ

- Nghiền: Clinke – sản phẩm của quá trình nung hỗn hợp nguyên liệu chưa phải xi măng Clinke

sau đó được nghiền mịn Trong quá trình nghiền người ta cho vào các phụ gia như CaSO4.2H2O,

xỉ lò cao Độ mịn càng cao thì cường độ nén càng lớn độ kết dính và độ đóng rắn cao

Xi măng bột từ máy nghiền ra thường có nhiệt độ 80 -130oC được tiếp tục làm lạnh trong các silo chứa rồi được đón bao

Hình 8.3 Qui trình công nghệ sản xuất xi măng Portland

Quá trình lý hóa xảy ra trong lò có thể tóm tắt như sau: Ở vùng nhiệt độ đến 200o

C chù yếu là quá trình tách nước tự do (độ ẩm) trong nguyên liệu

Sự tách nước liên kết xảy ra hòan tòan khi nhiệt độ đạt tới 950o

C Các quá trình khác xảy

ra cụ thể là ở 700oC bắt đầu tạo monocanxi aluminat, từ 900oC đến 1000oC xảy ra các quá trình phân hủy cacbonat, từ 1000oC đến 1300oC là vùng tạo tricanxi aluminat và từ 1300oC bắt đầu quá trình tạo tricanxi silicat và ferit Trong vùng nóng nhất của lò ( từ 1300oC đến 1500oC) chủ yếu là phản ứng tạo tricanxi silicat Đồng thời ở đây cũng tạo ra sự chuyển pha Sự xuất hiện pha lỏng lúc này là rất quan trọng; nó là thành phần để kết dính các phần tử khóang mới hình thành lại với nhau, đồng thời với sự quay của lò, hỗn hợp khóang tạo thành các viên clinke

Clinke ra khỏi lò còn có nhiệt độ rất cao Người ta dùng dòng khí thổi quá để làm nguội Dòng không khí sau khi trao đổi nhiệt sẽ nóng lên và được dẫn vào đốt với nhiên liệu hoặc để sấy nóng phối liệu ban đầu Clinke nguội được đem nghiền mịn thành xi măng

Xi măng khi hợp nước sẽ xảy ra quá trình đóng rắn Trong đó xảy ra các phản ứng của các khóang với nước, sự hòa tan các khóang và tách ra các pha khóang có khả năng ngưng kết cao đồng thời với sự tỏa nhiệt (nhiệt hydrat hóa)

Bên cạnh các phản ứng hợp nước của các khóang nói trên, trog quá trình đóng rắn của xi măng còn có các phản ứng của các oxit kim lọai kiềm thổ như canxi, magie và các phụ gia khác như thạch cao các phản ứng cũng tỏa ra một lượng nhiệt lớn tham gia vào việc thúc đẩy quá trình đóng rắn của xi măng

Bên cạnh xi măng Portland là lọai xi măng tốt nhất, còn có các loại ximăng khác như xi măng Romnan có hàm lượng CaO tới dưới 50%, màu vàng nâu và kèm bền hơn Xi măng Puzzolan có hàm lượng CaO rất cao và chỉ chứa 10 -20% sét