lò nung Sản xuất xi măng

Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn MỤC LỤC MỤC LỤC 1 I.TỔNG QUÁT: 2 1.Qui trình sản xuất: 2 2.Thành phần nguyên liệu: 2 3.Thành phần khoáng: 3 II.CÁC HỆ KHOÁNG CHÍNH TRONG CLINKER XI MĂNG: 4 1.Hệ silicat canxi CaO- SiO2: 4 a.Canxi metasilicat CaO.SiO2: có 3 dạng: 4 b.Hợp chất 3CaO.2SiO2: 5 c.Orthosilicat 2CaO.SiO2: 5 d.Tricanxi silicat 3CaO.SiO2: 6 2.Hệ khoáng CaO-Al2O3: 7 3.Hệ khoáng CaO-Fe2O3: 7 4.Hệ khoáng CaO-Al2O3-Fe2O3: 8 5.Các hệ khác: 8 III.CÁC PHẢN ỨNG TRONG QUÁ TRÌNH NUNG: 9 1.Phân hủy các cấu tử nguyên liệu khi nung nóng: 9 2.Sự tạo thành các khoáng: 12 a.Nhiệt độ dưới 800oC: 12 b.Nhiệt độ 800- 900oC: 13 c.Nhiệt độ từ 900- 1100oC: 14 d.Nhiệt độ 1100- 1450oC: 15 e.Làm lạnh: 17 3.Phản ứng tạo C3S trong pha lỏng: 17 a.Sự hình thành pha lỏng: 17 b.Sự hình thành và kết tinh C3S: 18 IV.KẾT LUẬN: 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 1 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn I.TỔNG QUÁT: 1.Qui trình sản xuất: Xi măng Portland được tìm ra vào năm 1821, còn có tên là xi măng silicat hay xi măng phổ thông. Đây là một loại chất kết dính rắn trong nước, được sản xuất theo phương pháp nung hổn hợp đá vôi và đất sét đến nhiệt độ nóng chảy thành clinker, rồi nghiền nhỏ với thạch cao. Qui trình sản xuất xi măng gồm 3 giai đoạn chính: 1. Giai đoạn chuẩn bò nguyên liệu. 2. Giai đoạn nung tạo clinker. 3. Giai đoạn nghiền clinker. Trong giai đoạn chuẩn bò nguyên liệu, tùy theo tính chất nguyên liệu và lò nung mà người ta chọn phương pháp nghiền khô hay ướt. Sau khi tính tóan phối liệu, các nguyên liệu được đưa vào nghiền nhỏ. Độ nghiền nhỏ càng cao, các phản ứng trong quá trình nung càng tốt, càng nhanh, đỡ tốn nhiên liệu và chất lượng xi măng được nâng cao. Giai đoạn nung là quan trọng nhất. Có 2 loại lò: lò đứng và lò quay để nung xi măng. Trong lò, hỗn hợp nguyên liệu trải qua các giai đoạn như: thoát ẩm, gia nhiệt trước, phóng nhiệt, nung kết để tạo các khoáng chính trong xi măng và làm nguội clinker. Clinker sau nung được để khoảng 2 tuần để ổn đònh rồi đem nghiền. Xi măng sau khi nghiền được đóng bao và xuất xûng. 2.Thành phần nguyên liệu: Muốn đảm bảo chất lượng, thành phần hóa học của xi măng phải đạt các tiêu chuẩn sau:  Cao 63- 67%  SiO 2 21- 24%  Al 2 O 3 4- 7%  Fe 2 O 3 2.5- 4% Các oxyt tạp chất khác: MgO < 5% TiO 2 < 0.3% HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 2 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn Mn 2 O 3 < 1.5% R 2 O < 1.5% Những oxyt trong clinker đều ảnh hưởng đến thành phần khóang của clinker và tính chất sử dụng của ximăng Portland. Thành phần hóa học chủ yếu của phối liệu gồm 4 oxyt chính: *Oxyt CaO: về cơ bản, nó phản ứng hết với các oxyt SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 để tạo thành các khoáng chính trong clinker. Nếu hàm lïng CaO vừa phải, nó phản ứng tạo thành khoáng C 3 S nhiều thì sẽ làm cho mác xi măng cao. Nếu CaO dư, lại nằm tự do ở điều kiện nung nhiệt độ cao sẽ chuyển thành CaO quá già, phản ứng với hydrat chậm. Sau khi ximăng đã đóng rắn thì mới phản ứng với nùc tạo Ca(OH) 2 gây nở thể tích, phá vỡ cấu kiện xi măng. Xi măng có nhiều CaO tự do sẽ kém bền. *Oxyt SiO 2 : chủ yếu tác dụng với CaO để tạo thành khoáng silicat canxi (C 2 S và C 3 S). Nếu quá nhiều SiO 2 thì lượng khoáng C 2 S tăng lên, xi măng đóng rắn chậm nhưng thời gian dài nó phát triển cường độ và cũng đảm bảo mác xi măng. *Oxyt Al 2 O 3 : chủ yếu phản ứng với CaO và SiO 2 tạo thành khoáng họ aluminat canxi và alumoferit canxi. Xi măng nhiều Al 2 O 3 ninh kết đóng rắn nhanh nhưng kém bền trong môi trường sulfat và nước biển. *Oxyt Fe 2 O 3 : làm giảm nhiệt độ tạo pha lỏng, phản ứng chủ yếu tạo thành alumoferit canxi làm cho xi măng bền trong môi trường xâm thực của nước biển và sulfat. CaO chủ yếu do đá vôi cung cấp. Đá vôi có thành phần phải chứa 75- 100% CaCO 3 . Đất sét được dùng như nguồn nguyên liệu cung cấp SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 . Nếu thiếu, ta dùng một số nguyên liệu khác để bổ sung. Dùng quặng boxit để bổ sung Al 2 O 3 , còn quặng sắt để bổ sung lượng Fe 2 O 3 thiếu. Ngoài ra còn có một số oxyt khác bò lẫn vào. MgO có trong đá vôi, hầu hết thường nằm ở dạng tự do. Khi được nung ở nhiệt độ cao, MgO thủy hóa rất chậm. Khi thủy hóa, MgO nở thể tích, gây nứt vỡ công trình. Còn các R 2 O do đất sét đưa vào, khi ở nhiệt độ cao, một phần tan trong pha lỏng tạo thủy tinh hay tham gia phản ứng tạo khóang chứa kiềm của C 3 A và C 2 S. Nếu clinker nhiều kiềm làm cho xi măng giảm cường độ, gây không ổn đònh thể tích. 3.Thành phần khoáng: Bốn oxyt chính tạo thành 2 loại khoáng chủ yếu trong clinker như sau: HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 3 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn *Khoáng silicat canxi: +Silicat tricanxi: (còn gọi là alit) 3CaO.SiO 2 viết tắt là C 3 S, chiếm 37- 60%. +Silicat bicanxi (còn gọi là belit): 2CaO.SiO 2 viết tắt là C 2 S, chiếm 15- 37%. *Khoáng aluminat canxi: +Aluminat tricanxi: 3CaO.Al 2 O 3 viết tắt là C 3 A chiếm 10- 18%. +Fero aluminat tetracanxi: (còn gọi là xelit) 4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 viết tắt là C 4 AF chiếm 7- 18%. Tổng 4 loại khoáng chiếm 97%. Trong đó tổng khoáng silicat chiếm 75- 82%, tổng khoáng aluminat chiếm 18- 25%. Với mục đích vận dụng của môn học “Hóa học chất rắn” nên tiểu luận này tìm hiểu sâu về các phản ứng pha rắn trong quá trình nung clinker xi măng. Như đã giới thiệu ở trên, quá trình nung là quá trình chính tạo nên các loại khoáng trong clinker xi măng. Vì vậy, ta tìm hiểu kỹ hơn về các hệ khoáng có thể tạo thành trong quá trình nung. Tính chất cũng như điều kiện tạo thành chúng. II.CÁC HỆ KHOÁNG CHÍNH TRONG CLINKER XI MĂNG: 1.Hệ silicat canxi CaO- SiO 2 : Trong hệ này có 4 loại khoáng: (1) metasilicat CaO.SiO 2 ; (2) hợp chất 3CaO.2SiO 2 ; (3) orthosilicat 2CaO.SiO 2 ; (4) hợp chất 3CaO.SiO 2 . a.Canxi metasilicat CaO.SiO 2 : có 3 dạng: α- CaO.SiO 2 , pseudowollastonit, là dạng hình thành ở nhiệt độ cao, có cấu trúc tinh thể tam tà giả sáu phương. Dạng này rất hiếm trong tự nhiên. β- CaO.SiO 2 , có 2 kiểu, là dạng hình thành ở nhiệt độ thấp. Wollastonit có cấu trúc tam tà. Parawollastonit có cấu trúc đơn tà. Dạng α- CaO.SiO 2 có được khi làm kết tinh hỗn hợp lỏng của đá vôi và silicat với đúng tỷ lệ đó. nó cũng được tạo thành khi đun nóng 2 dạng nhiệt độ thấp kia lên trên 1125 0 , sự biến đổi diễn ra với sự hấp thu nhiệt và không có sự thay đổi thể tích. Cả 3 dạng có tỷ trọng khoảng 2,90. HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 4 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn b.Hợp chất 3CaO.2SiO 2 : Có tên gọi rankinit, là hợp chất không bền. Quá trình chảy lỏng không bảo toàn, phân tách thành 2CaO.SiO 2 và pha lỏng ở 1464 0 . Có cấu trúc dạng đơn tà. Hợp chất này ít có trong thành phần của clinker xi măng. c.Orthosilicat 2CaO.SiO 2 : Có trong thành phần clinker xi măng và trong xỉ lò. Nóng chảy ở nhiệt độ 2130 0 , tồn tại ở 4 dạng. α- 2CaO.SiO 2 tạo thành bền vững ở nhiệt độ 1420- 1447 0 , có cấu trúc sáu phương. Khi làm nguội, nó biến đổi thuận nghòch thành dạng α’. Tỷ trọng khoảng 3,04. α’-2CaO.SiO 2 là bredigit, có cấu trúc tà phương, được tạo thành trong khoảng nhiệt độ từ 800- 1447 0 . Khi làm nguội lâu dài ở nhiệt độ 650- 670 0 , nó sẽ biến đổi thuận nghòch thành dạng β. Tỷ trọng khoảng 3,40. β-2CaO.SiO 2 , là larnit, cấu trúc đơn tà, không tạo thành từ sự đun nóng dạng γ mà do sự làm nguội ở 650- 670 0 của dạng α’ tạo thành. Khi làm nguội khoáng tinh khiết β ở 520 0 , nó sẽ biến đổi thành dạng γ. Sự biến đổi này trải dài trong khoảng nhiệt độ rộng. γ-2CaO.SiO 2 còn gọi là belit, cấu trúc tà phương. Được tạo thành từ phản ứng giữa đá vôi và cát ở 1600 0 . Trong quá trình nung thì chủ yếu tạo thành do sự biến đổi của dạng α, α’ tạo thành. Tỷ trọng khoảng 2,97. Dạng γ có tỷ trọng thấp hơn rất nhiều so với các dạng α, α’ và β. Khi làm nguội, các dạng α, α’ và β không bền, chuyển về dạng γ bền hơn, sẽ làm tăng thể tích lên khoảng 10%. Sự tăng thể tích lan rộng, nhưng không đồng thời sẽ gây ra ứng suất giữa các phần, phá vỡ mạng tinh thể, kết quả là làm cho clinker tả thành bột mòn. mà theo thuyết hóa học tinh thể, các dạng α, α’ và β lại có ái lực mạnh với nước, tính ninh kết đóng rắn cao hơn nhiều so với dạng γ. Như vậy, phải giữ sự tồn tại của các khoáng đó. Để ổn đònh chúng, người ta phải làm nguội với tốc độ nhanh qua vùng nhiệt độ nguy hiểm để chúng không kòp biến đổi. Ngoài ra, còn có phương pháp về hoá học tinh thể. Tạo điều kiện để trong khoáng clinker có mặt pha lỏng sẽ bao thành một màng xung quang khoáng C 2 S ở nhiệt độ cao, khi làm nguội, màng đó cứng chắc,sẽ ngăn chặn không cho biến đổi thành γ. Thực chất là dùng phụ gia ổn đònh là các oxyt xâm nhập vào mạng lưới C 2 S ở nhiệt độ cao tạo dung dòch rắn ổn đònh. Các phụ gia HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 5 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn ổn đònh hiệu quả nhất là 0,1% B 2 O 3 ; 1% Cr 2 O 3 hoặc 3CaO.P 2 O 5 . Những loại này rất hiệu quả trong việc ngăn sự biến đổi β thành γ. Để ổn đònh α thì cần 34% 3CaO.P 2 O 5 , còn dạng α’ thì cần khoảng 15%. Ngoài ra, còn dùng nhiều loại oxyt khác, chúng cũng làm giảm nhiệt độ hình thành của các dạng khoáng này. d.Tricanxi silicat 3CaO.SiO 2 : Gọi chung là khoáng alit. Đây là khoáng cơ bản trong clinker xi măng, nó tạo cho xi măng Portland có cường độ cao và đóng rắn nhanh. Tạo thành do phản ứng giữa CaO và 2CaO.SiO 2 ở nhiệt độ từ 1250- 1900 0 . Trên khoảng nhiệt độ này, nó không phân ly thành CaO và 2CaO.SiO 2 ,nhưng khi nóng chảy lại phân hủy thành CaO và pha lỏng. Dưới nhiệt độ 1250 0 , C 3 S không bền, sẽ phân hủy chậm thành CaO và 2CaO.SiO 2 . C 3 S tồn tại ở một số dạng: 3 dạng tam tà (T 1 , T 11 , T 111 ), 2 dạng đơn tà (M 1 , M 11 ) và dạng mặt thoi ở nhiệt độ cao. Sự khác nhau giữa chúng chỉ là cân bằng tạo thành. chuỗi biến đổi của chúng là: RMMTTT  → → → → → 00000 1050 11 990 1 980 111 920 11 600 1 Alit trong xi măng thường là dạng đơn tà, ít thấy dạng tam tà hay mặt thoi. Khi ở nồng độ 2% MgO, ion Mg 2+ sẽ thay thế Ca 2+ trong mạng tại nhiệt độ 1500 0 C. Dạng đơn tà của C 3 S sẽ ổn đònh tại nhiệt độ thường khi có mặt khoảng 1,5% MgO. Còn với giới hạn 0,9% trọng lượng Al 2 O 3 , sẽ có sự thay thế: ++ ⇔ 43 34 SiAl với sự cân bằng điện tích. Chính sự có mặt của Al sẽ làm cho dạng tam tà ổn đònh tại nhiệt độ phòng. Khi có mặt cả MgO và Al 2 O 3 thì chỉ cần 1% MgO để làm ổn đònh dạng đơn tà. Theo nhiều nhà khoa học, thành phần cấu trúc của alit tan lẫn rất nhiều oxyt, tỷ lệ dao động khá lớn:  CaO= 70,9- 73,1%  SiO 2 = 25,63-23,39%  Al 2 O 3 =0,7- 1,94%  Fe 2 O 3 = 0,35- 1,36%  MgO= 0,23- 1,1  TiO 2 = 0,05- 0,27% Trong xi măng, C 3 S không tồn tại một mình mà còn cùng với các oxyt khác. Chính các oxyt này ảnh hưởng lên tính ổn đònh của nó. Một số oxyt HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 6 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn thường thấy như MgO, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 . Các oxyt này tạo thành dung dòch rắn nên khi làm nguội, tạo lớp vỏ rắn bao quanh C 3 S, ngăn cản sự phân hủy cũng như biến đổi của nó. 2.Hệ khoáng CaO-Al 2 O 3 : Có 4 dạng khoáng ổn đònh: 3CaO.Al 2 O 3 ; CaO.Al 2 O 3 ; CaO.2Al 2 O 3 ; CaO.6Al 2 O 3 . Các dạng này đều nóng chảy không bảo toàn. Dạng CaO.Al 2 O 3 (CA) tại nhiệt độ nóng chảy 1600 0 , phân hủy thành CA 2 và hỗn hợp lỏng. Cấu trúc thường là tinh thể đơn tà, đôi khi lại có dấu hiệu giống như giả sáu phương. Tỷ trọng 2,98 và độ cứng 6,5. Dạng CaO.2Al 2 O 3 (CA 2 ) tại nhiệt độ nóng chảy 1762 0 , phân hủy thành CA 6 và hỗn hợp lỏng. Cấu trúc thường là tinh thể đơn tà. Tỷ trọng 2,86. Dạng 3CaO.Al 2 O 3 (C 3 A) không ổn đònh tại nhiệt độ nóng chảy 1539 0 , phân hủy thành CaO và hỗn hợp lỏng có thành phần trọng lượng: CaO 57,2; Al 2 O 3 42,8. Đó chính là nguyên nhân phải ủ hổn hợp có thành phần C 3 A tại nhiệt độ 1365 0 trong nhiều giờ. Dạng này có nhiều trong xi măng. Có cấu trúc cubic hoặc isometric. Độ cứng 6 và tỷ trọng là 3,04. Ngoài các dạng bền trên, còn có dạng C 5 A 3 có nhiều trong xi măng. Khoáng C 5 A 3 có 2 dạng thù hình là C 12 A 7 và C 9 A 5 . Với hệ khoáng aluminat này, trong xi măng có 2 khoáng có nhiều là C 3 A và C 4 AF. 3.Hệ khoáng CaO-Fe 2 O 3 : Có 3 loại khoáng ferit canxi được tạo thành: C 2 F, CF và CF 2 . C 2 F nóng chảy ở 1450 0 C. Điểm eutectic giữa C 2 F và CaO nằm ở nhiệt độ 1480 0 C, rất sát với thành phần của C 2 F. Trong clinker xi măng portland pha ferit một hoặc hai canxi không tồn tại mà mà nằm trong C 6 AF 2 -C 2 F. CF phân hủy ở nhiệt độ 1216 0 C tạo C 2 F và pha lỏng. Nó cũng có thể hình thành bằng cách nung nóng hỗn hợp CaCO 3 và Fe 2 O 3 ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy. HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 7 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn CF 2 chỉ bền ở nhiệt độ 1155- 1226 0 C và là pha ban đầu tạo pha lỏng với thành phần 19-20% CaO. Ở 1226 0 , CF 2 phân tách thành hematit (α Fe 2 O 3 ) và pha lỏng, ở 1155 0 thì cho hematit và CF. Nung phối liệu ở 800 0 C hình thành CaO.Fe 2 O 3 , và ở 900- 1000 0 C xuất hiện2CaO.Fe 2 O 3 . sự xuất hiện của CF 2 tăng nhanh tốc độ tạo thành pherit canxi. 4.Hệ khoáng CaO-Al 2 O 3 -Fe 2 O 3 : Thành phần alumo ferit canxi là dung dòch rắn tạo nên pha trung gian C 6 A 2 F, C 4 AF, CAF. Thành phần chủ yếu thấy trong xi măng là C 4 AF, nóng chảy ở 1415 0 . Hệ khoáng này là một hệ đặc biệt trong clinker ximăng, có những cân bằng pha phức tạp giữa 3 cấu tử. Một số tài liệu xem xét khoáng C 4 AF như là một dạng đặc biệt của hệ khoáng CaO-Al 2 O 3 . 5.Các hệ khác: Trong clinker, khi làm lạnh nhanh, pha lỏng có thể tạo thành pha thủy tinh. Thành phần pha thủy tinh phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh cũng như tỷ lệ các cấu tử khi có mặt các oxit tham gia tạo thủy tinh và độ nhớt pha lỏng…. Khác với thủy tinh thông thường, trong thủy tinh clinker ít có SiO 2 hơn, có sự hoà tan kiềm, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 và cả MgO. Lượng pha thủy tinh trong clinker thường tối thiểu là 15%, tối đa tới 30%. Trong clinker có các oxit kiềm nên có thể xảy ra hệ 3 cấu tử CaO-Na 2 O- Al 2 O 3 hoặc CaO-K 2 O-Al 2 O 3 . Trong vùng nhiều CaO có thể tạo thành hợp chất bền vững 8CaO.Na 2 O.3Al 2 O 3 nhưng không tạo hợp chất ba bền vững tương tự đối với K 2 O. Hợp chất CaO-Na 2 O-Al 2 O 3 có thể xảy ra thay thế Ca với Al, Na với Si. Nếu pha lỏng chứa CaSO 4 sẽ xảy ra phản ứng phân hủy hợp chất trên để tạo C 3 A và Na 2 SO 4 : CaO-Na 2 O-Al 2 O 3 + CaSO 4  9C 3 A + Na 2 SO 4 Trong phối liệu clinker có thể chứa K 2 O, nó tác dụng vào mạng lưới silicat, trong đó 12C 2 S có 1CaO bò thay thế bởi K 2 O. 12C 2 S  24CaO.2SiO 2  K 2 O.23CaO.12SiO 2 . HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 8 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn Hợp chất 3 này rất bền khi tiếp xúc với C 3 A và C 4 AF. Tương tự, Na 2 O thay thế cho 1CaO trong khoáng C 3 A. 3C 3 A  9CaO.3Al 2 O 3  8CaO.Na 2 O.3Al 2 O 3 Các khoáng này chính là dạng ổn đònh khi có mặt K 2 O và Na 2 O. Trong clinker, ngoài các thành phần nói trên còn có các MgO, CaO tự do. Nếu có lẫn các Mn 2 O 3 , TiO 2 , P 2 O 5 và muối sulfat sẽ tạo nên các chất biến tính khoáng clinker và tạo nên dung dòch rắn ổn đònh dạng thù hình của khoáng clinker. Trong nghiên cứu, phát hiện thấy Mn 2 O 3 có thể tạo hợp chất ba, bốn độc lập trong clinker như: 4CaO.Al 2 O 3 .Mn 2 O 3 ; 4CaO.Al 2 O 3 .0,6Mn 2 O 3 .0,4Fe 2 O 3 ; 3CaO.Mn 2 O 3 . III.CÁC PHẢN ỨNG TRONG QUÁ TRÌNH NUNG: Quá trình nung clinker xi măng xảy ra các phản úng chủ yếu sau: 1.Quá trình bốc hơi nùc tự do. 2.Quá trình giải phóng nước liên kết trong đất sét. 3.Sự phân hủy MgCO 3 . 4.Sự phân hủy CaCO 3 . 5.Sự kết hợp của đá vôi và đất sét. Trong các quá trình trên, quá trình quan trọng nhất chính là quá trình 5. Tuy nhiên, chúng ta vẫn phải xem xét một cách tương đối các quá trình liên quan. 1.Phân hủy các cấu tử nguyên liệu khi nung nóng: Khi nung carbonat xảy ra quá trình phân hủy nhiệt theo phản ứng sau đây: 23 COMeOMeCO +⇔ Trong đó Me là Ca, Mg, Ba…. Đây là phản úng dò thể, nếu không hạn chế bởi quá trình khuếch tán thì phản ứng trên xảy ra đơn thuần theo phản ứng hóa học Tô-pô trong pha rắn. Thực chất phản ứng thuận nghòch và nếu khống chế thỏa mãn các điều kiện phản ứng có thể xảy ra hoàn toàn. Phản ứng hoá học Tô-pô có đường cong động học đặc trưng hình chữ S, còn tốc độ phản ứng ban đầu phát triển mạnh qua trò số cực đại và cuối cùng trở về trò số không. Thử tính thế hóa học cho phản ứng: HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 9 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn CaCO 3  CaO + CO 2 ∆H 298 (kcal/mol) -288,45 -94,052 -151,9 ∆S 298 .10 3 (cal/mol) 22,2 51,06 9,5 a 24,98 10,55 11,67 b 5,24 2,16 1,08 c -6,20 -2,04 -1,56 Với ∆C p = a + b.10 -3 T + c.10 5 T -2 (j/mol) Τa tính được: ∆H T = 42,498 –2,76.10 -3 T –1.10 -6 T 2 –2,6.10 2 /T ∆S T = 38,36.10 -3 –2.10 -6 T –2,76.10 -3 ln(T) –1,3.10 2 /T 2 ∆G T = 42,498 -41,12.10 -3 T +.10 -6 T 2 +2,76.10 -3 Tln(T) –1,3.10 2 /T ∆G T > 0 với mọi T. Như vậy phản ứng không thể tự xảy ra được mà phải có sự tạo một điều kiện thích hợp cho phản ứng xảy ra. Hằng số cân bằng tốc độ phản ứng: 2 3 2 CO CaCO CaOCO p P P P.P K == Mà ta có phương trình Van’t Hoff: p KlnRTG −=∆ . Theo các phương trình trên, để phản ứng có thể xảy ra thì 0 ≤∆ G hay 0≥ p Kln . Như vậy, khả năng phân hủy CaCO 3 phụ thuộc nhiều vào áp suất hơi của CO 2 . Để phản ứng có khả năng xảy ra, phải giảm đến mức tối thiểu hàm lượng CO 2 trong môi trường lò nung, phải có sự thông khí tốt hay khống chế tác nhân sấy trong lò. Với công thức tính ∆H trên của phản ứng, ∆H >0 với mọi giá trò T. Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh để phá vỡ cấu trúc, giải phóng CO 2 . Nhiệt lượng cung cấp càng nhiều, phản ứng sẽ xảy ra càng mãnh liệt.Theo lý thuyết, CaCO 3 bắt đầu phân hủy ở 600 0 C và mạnh nhất ở 900 0 C. Trong thực tế, phản ứng phân hủy CaCO 3 bắt đầu ở nhiệt độ trên 600 0 nhưng rất chậm. Tốc độ phân hủy mạnh rõ ràng nhất ở 750- 900 0 , và mãnh liệt trên 900 0 C. Nếu không dùng đá vôi mà dùng đá dolomit thì phản ứng sẽ xảy ra 2 giai đoạn: phân hủy tạo CaCO 3 , MgCO 3 và sự phân hủy của 2 chất này. 33 750 33 0 MgCOCaCOMgCO.CaCO + → HV: Lê Thò Hồng Nhan Trang 10 [...]... hợp nhất thì quá trình tạo khoáng sẽ hoàn chỉnh cà về kích thước lẫn hình dạng IV.KẾT LUẬN: Quá trình sản xuất ximăng trải qua nhiều giai đoạn, trong đó giai đoạn nung clinker đóng vai trò rất quan trọng Giai đoạn này quyết đònh đến sự hình thành các khoáng chất cần thiết của ximăng Trong giai đoạn nung clinker, các phản ứng chủ yếu xảy ra ở pha rắn như phân hủy và tạo thành các khoáng Các cấu tử trong... Sự có mặt của chúng cùng với các oxit CaO, Al2O3, SiO2, Fe2O3 làm cho nhiệt độ tạo pha lỏng giảm đi Ví dụ: khi thành phần Na2O 1%; CaO 48%; Al2O3 31%; Fe2O3 13,5%; SiO2 6,5% thì nhiệt độ nóng chảy là 1310oC Khi xuất hiện pha lỏng, hiện tượng kết khối với sự có mặt pha lỏng bắt đầu Dấu hiệu của sự kết khối là giảm độ xốp và tăng mật độ (khối lượng riêng) của sản phẩm nung, tăng khả năng tiếp xúc của... xem là nhiệt độ bắt đầu xuất hiện pha lỏng trong hệ Nhiệt độ càng tăng cao, pha lỏng xuất hiện ngày càng nhiều Các hệ cấu tử đều đã đạt tới nhiệt độ nóng chảy eutecti Một số hệ như: Hệ Nhiệt độ nóng chảy (oC) C2S-C3A-C12A7-C4AF 1280 C2S-C12A7-C4AF 1280 CaO-C3S-C3A-C4AF 1341 C3S-C2S-C3A-C4AF 1338 C2S-C4AF 1350 C3S-C3A-C4AF 1347 Khi có mặt của các oxit Na 2O, K2O thì pha lỏng sẽ xuất hiện ngay ở những... trong quá trình nung clinker chỉ là một trong những ví dụ cũng như ứng dụng của Hóa Học Chất Rắn Qua đó, có thể thấy được tầm quan trọng của các phản ứng pha rắn trong đời sống của chúng ta TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Thanh Lộc- Bài Giảng Vật Liệu Học Đại Cương- Đại Học Kỹ Thuật TPHCM 2.Nguyễn Đình Phổ- Bài Giảng Hóa Học Chất Rắn- Đại Học Bách Khoa TPHCM 3.Bùi Văn Chén- Kỹ Thuật sản xuất ximang Pooclăng... Như vậy phản ứng chỉ có thể xảy ra khi nhiệt độ lớn hơn 450o và trường hợp cung cấp nhiệt Điều kiện cần vẫn là phải khống chế hàm lượng khí CO2 ở không gian lò tương tự như trên Khi nung các loại đất sét (khoáng sét), chúng sẽ bò phân hủy thành các oxit đơn Trong đất sét có rất nhiều loại khoáng, nhưng phổ biến là khoáng kaolinit Khoáng có công thức 2SiO 2.Al2O3.2H2O khoảng 500-6000C, khoáng kaolinit... nhiệt độ của clinker Tính không đồng nhất của sự hòa tan các cấu tử riêng biệt, tính không hòan thiện của quá trình tạo pha lỏng làm xuất hiện những khu vực không bão hòa nội tại Sự xuất hiện tinh thể chỉ khi có sự bão hòa Nhiệt độ không đồng đều trong khối vật chất nung và sự vận chuyển vật chất duy trì từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ thấp Trong điều kiện quá bão hòa tạo nên sự tập hợp có đònh... khoáng cơ ban3 C2S và C3S Như: -Sự hình thành C2S trong phối liệu C2S phải có cấu trúc tơi xốp để dễ tác dụng -Họ khoáng sét được sử dụng ban dầu -Độ phân tán mòn của các cấu tử ban đầu -Thời gian nung và chế độ nung -Thành phần pha lỏng Các yếu tố đó đồng thời ảnh hưởng, phối hợp nhau, tác động đến quá trình hình thành các khoáng Có thể diễn giải đơn giản như sau: Giả sử hai hạt vật chất CaO và C2S là... Al 2 O 3  -600    0 0 1000 → SiO 2 Al 2 O 3 + SiO 2 1200−1300 → 2SiO 2 3Al 2 O 3 (mulit )     0 0 2.Sự tạo thành các khoáng: a.Nhiệt độ dưới 800oC: Trong khoảng nhiệt độ này, đã có xuất hiện các oxit CaO, Al 2O3, SiO2 và Fe2O3 tự do nên có những phản ứng giữa chúng để tạo nên các khoáng ban đầu Khoáng đầu tiên được tạo thành của hệ CaO-SiO 2 là khoáng C2S Theo một số tài liệu thì dạng tạo... nước hơn) Các phản ứng tách nước trong các khoáng của đất sét là phản ứng thu nhiệt Có nhiều nghiên cứu để đưa ra các quá trình diễn biến của sự phân hủy khoáng kaolinit trong quá trình nung Có thể tạo trực tiếp các oxit tự do hoặc thông qua các khoáng trung gian như metakaolinit, silimanit, mulit 2SiO 2 Al 2 O 3 2H 2 O → 2SiO 2 + Al 2 O 3 + 2H 2 O 2SiO 2 Al 2 O 3 2H 2 O → 2SiO 2 Al 2 O 3 + 2H 2 O (metakaolinit)... cấu tử thứ ba, bốn, năm, sáu vào thì nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm đi rất nhiều Ở thời điểm nóng chảy, không chỉ có nguyên tử mà cả nhóm tập hợp của chúng chuyển vào pha lỏng Khi tăng nhiệt độ theo cách nung nóng, ta lại thấy sự chuyển hóa từ trạng thái tinh thể sang trạng thái lỏng thông qua trạng thái trung gian Quá trình tăng nhiệt độ sẽ xảy ra sự biến đổi trạng thái mạng lưới cấu trúc tinh thể vì . Nhan Trang 1 Tiểu luận Cao Học: Hóa Học Chất Rắn I.TỔNG QUÁT: 1.Qui trình sản xuất: Xi măng Portland được tìm ra vào năm 1821, còn có tên là xi măng silicat hay xi măng phổ thông. Đây là một. trong clinker đều ảnh hưởng đến thành phần khóang của clinker và tính chất sử dụng của ximăng Portland. Thành phần hóa học chủ yếu của phối liệu gồm 4 oxyt chính: *Oxyt CaO: về cơ bản, nó phản. 3CaO.SiO 2 : Gọi chung là khoáng alit. Đây là khoáng cơ bản trong clinker xi măng, nó tạo cho xi măng Portland có cường độ cao và đóng rắn nhanh. Tạo thành do phản ứng giữa CaO và 2CaO.SiO 2 ở nhiệt độ