CÁC LOẠI XI MĂNG ĐẶC BIỆT

ĐỀ TÀI: CÁC LOẠI XI MĂNG ĐẶC BIỆT XI MĂNG GIẾNG KHOAN Diagrammatic representation of a cemented oilwell CÁC TIÊU CHUẨN CỦA XM GIẾNG KHOAN NHỮNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT CÁC LOẠI XI MĂNG HÓA HỌCXIMĂNG SOREL (MAGIE OXYCLORIDE)XIMĂNG MAGIE OXISUNFATXIMĂNG CÓ OXYCLORUA KẼMXIMĂNG CÓ OXYCLORUA NHÔM XIMĂNG SILICOPHOSPHATEXIMĂNG HEXAMETAPHOSPHATE NATRIXIMĂNG CHỨA CANXI PHOTPHATXIMĂNG CHỨA PHOTPHAT KẼMXIMĂNG MAGIE PHOTPHAT

CÁC LOẠI XI MĂNG

C BI T

MỞ ĐẦU



CÁC LOẠI XI MĂNG HÓA HỌC

 XIMĂNG SOREL (MAGIE OXYCLORIDE)

 XIMĂNG MAGIE OXISUNFAT

 XIMĂNG CÓ OXYCLORUA KẼM

 XIMĂNG CÓ OXYCLORUA NHÔM

 XIMĂNG SILICOPHOSPHATE

 XIMĂNG HEXAMETAPHOSPHATE NATRI

 XIMĂNG CHỨA CANXI PHOTPHAT

 XIMĂNG CHỨA PHOTPHAT KẼM

 XIMĂNG MAGIE PHOTPHAT

1 XIMĂNG SOREL (MAGIE OXYCLORIDE)

 Quặng manhezit MgCO 3 = MgO* + CO2 (680-720 0 C)

 Quặng bruxit Mg(OH)2=MgO*+H2O (650-680 0 C)

 Khả năng kết dính của MgO* trong môi trường nước rất yếu, yếu hơn cả vôi tôi Ca(OH)2.

 Khi MgO tác dụng với nước, lớp màng Mg(OH) 2 tạo trên bề mặt hạt ngăn nước tiếp tục thấm sâu vào trong tiếp tục quá trình hydrat hóa Thành phần pha chính là Mg(OH) 2 ở dạng cấu trúc gel và tinh thể MgO cường độ không cao.

1 XIMĂNG SOREL (MAGIE OXYCLORIDE)

 Ximăng magie oxyclorit hay sorel được sản xuất bằng cách trộn lẫn bột magie oxit với dung dịch magieclorit đậm đặc

 Đây là CKD đóng rắn nhanh, bền không khí, có độ bến cơ rất cao nhưng không bền nước.

 Sự hòa tan của MgO trong dung dịch MgCl2 dẫn tới sự tạo thành gel và xuất hiện tinh thể trước khi diễn ra các quá

trình hydrat hóa khác

1 XIMĂNG SOREL (MAGIE OXYCLORIDE)

 Khi đóng rắn trong môi trường nước, CKD manhezi không

1 XIMĂNG SOREL (MAGIE OXYCLORIDE)

 Phản ứng MgO với dung dịch MgCl 2 tạo phức hydroxyl clorit manhê như sau:

5MgO + MgCl 2 + 12H 2 O = MgCl 2 5Mg(OH) 2 7H 2 O

Sau đó MgCl 2 5Mg(OH) 2 7H 2 O dần chuyển thành:

MgCl 2 5Mg(OH) 2 7H 2 O = MgCl 2 3Mg(OH) 2 7H 2 O +

Mg(OH) 2

 Hợp chất MgCl 2 3Mg(OH) 2 7H 2 O còn được viết là

[Mg 2 (OH) 3 (H 2 O) 3 ] 2 Cl 2 H 2 O kết tinh dạng kim hoặc sợi, nhờ vậy làm tăng độ bền uốn cho CKD manhezi.

1 XIMĂNG SOREL (MAGIE OXYCLORIDE)

 Tiêu chuẩn về độ mịn hạt manhezi kiềm tính: sót sàng N o 02 không quá 5%, lọt sàng N o 009 không dưới 75% khối lượng

 Thời gian bắt đầu ninh kết khi hòa tan trong MgCl2 không trước 20 phút, và kết thúc ninh kết không chậm hơn 6 giờ

 XM Sorel phải có thể tích không đổi khi thử nghiệm

 Mác của XM Sorel thường là 400, 500 và 600 (kG/cm 2 ) Mẫu thử bền nén là mẫu đầm nện cứng dung dịch MgCl 2 : Bột

MgO*= 1 : 3 qua 28 ngày đêm đóng rắn trong không khí.

1 XIMĂNG SOREL

Lĩnh vực sử dụng

 SP đóng rắn của XM Sorel chứa lượng nước liên kết lớn (27-40%) nên có thể sử dụng làm bê tông hấp thụ phóng xạ Rơnghen và các chất phát xạ.

 Do tính hút ẩm lớn (“đổ mồ hôi trên bề mặt ) nên

thường được sử dụng với nhiều loại phối liệu khác

nhau với số lượng lớn như sợi thủy tinh, gỗ và đất sét

có tính trương nở do Ximăng sorel có cường độ sớm cao

 các sàn công nghiệp bởi vì các tính chất đàn hồi của chúng và khả năng chịu được ứng suất tập trung.

2 XIMĂNG MAGIE OXISUNFAT

 Ximăng magie oxysunfat được sản xuất bằng cách trộn dung dịch magie clorit với canxi sunfat hoặc hỗn hợp canxi phốt phát – sunfat

 Phốt phát cải thiện tính chất lưu biến của hồ ximăng và khả năng chống thấm nước

3 XIMĂNG OXYCLORUA KẼM

 Phản ứng của kẽm oxide với kẽm clorua trong nước mang lại cho một sản phẩm ximăng chứa oxyclorua kẽm cực kì cứng, bền trong môi trường axit và nước sôi.

4 XIMĂNG OXYCLORUA NHÔM

 Oxyclorua nhôm hoà tan trong nước tạo ra một dung dịch

Al 3+ đậm đặc

 Những thay đổi nhỏ độ pH gây ra một sự thủy phân với sự hình thành của gel ôxit nhôm nó kết dính cho cốt liệu chịu lửa.

2 (Al OH) ( 1)+ −n H O → Al O nH O + 2HCl

4 XIMĂNG CÓ OXYCLORUA NHÔM (tt)

 Nhươc điểm: trong suốt quá trình nung nóng, hidro clorua được sinh ra, đây là chất ăn mòn đối với những kim loại

 Ximăng có thể dùng sản xuất bê tông chịu lửa lên trên tới

1500 o C

 Dù có nhược điểm nhưng loại XM này ngày càng được dùng trong CN Ceramic và luyện kim vì sự dễ dàng gia công của

nó

5 XIMĂNG SILICOPHOSPHATE

 XimăngSilicophosphate thông thường gồm có bột

wollastonite (CaSiO 3 ) và axit buffered photphoric.

 Cường độ nén lên trên tới 50 Mpa phát triển trong 4h.

 Những nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển của cường độ

là kích thước hạt của wollastonite, hàm lượng photphorơ

pentoxite (P 2 O 5 ) của chất lỏng và tỷ lệ chất lỏng/ độ rỗng của bột

XI MĂNG ALUMIN (XMA):

 XMA còn được gọi tên theo hai tác dụng chính là chất kết dính thủy lực đóng rắn nhanh, hoặc XM chịu lửa

 XMA là sản phẩm nghiền mịn từ clinker XMA hoặc nấu chảy hỗn hợp nguyên liệu rồi làm nguội hợp lý

 So với XMP, tốc độ làm nguội XM alumin cần chậm hơn nhiều Sản phẩm đóng rắn của XMA ngòai tác dụng đóng rắn nhanh còn có độ chịu lửa cao, vì vậy XMA được dùng như XM chịu lửa.

32

Nguyên liệu và công nghệ sản xuất

 –Nguyên liệu sản xuất thường từ bô-xít và vôi hoặc đá vôi nung kết khối hoặc nóng chảy (tỷ lệ đá vôi: bôxít = 1:1 và phụ gia là các khoáng chứa sắt).

 Lượng nguyên liệu chứa CaO phải tính sao cho sản phẩm cuối cùng có lượng CaO tự do ít nhất và các khoáng aluminát canxi ( chủ yếu là CA ) tạo thành nhiều nhất

 Có thể sản xuất theo hai phương pháp: kết khối hoặc nấu chảy

và CaO.2Al 2 O 3 , các silicat canxi 2CaO.SiO 2 và ghelenhit

2CaO.SiO2.Al2O3, 6CaO.2Al2O3.Fe2O3, 2CaO.Fe2O3,

MgO.Al 2 O 3

 Tỷ lệ các khoáng chính: CA: 60÷65%, C2AS: 10÷20%,

C 2 S 10÷15%, pha thủy tinh 5÷10%

34

Cơng nghệ sản xuất XMA

 - Theo phương pháp nung kết khối , phối liệu được nung

trong các lò quay hoặc lò đứng thành clinker, sau đó đem

nghiền mịn clinker thu được xi măng

 Chất lượng XM theo phương pháp này không cao, ưu điểm rõ nhất là có thể nung ở nhiệt độ tương đối thấp, nếu bột

phối liệu được nghiền rất mịn (900 -1200 0 C).

Cơng nghệ sản xuất XMA

 Theo phương pháp nấu chảy , phối liệu được nấu trong các lò đúc,lò điện, lò buồng Quá trình nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ cao (khoảng 1600 0 C), trong môi trường khử

 Sản xuất xi măng alumin bằng lò cao (lò luyện kim) là

thuận lợi nhất Ngoài nguyên liệu bôxít, vôi, than cốc còn có thể dùng mảnh kim loại để đồng thời sản xuất được gang và

xi măng alumin.

Khả năng dùng làm vật liệu chịu lửa

 Khi trộn XM alumin với hạt samốt, ta có phối liệu

làm bê tông chịu lửa

 nhu cầu về các loại bê tông chịu lửa làm cơ sở phát

triển XMA với những hàm lượng và tính chất (đặc

biệt là độ chịu lửa) rất khác nhau

 Ví dụ XMA <70 – 80% Al2O3, trong thành phần có các pha tinh thể CA,CA2 và α -Al2O3

 Hoặc XM alumin với hàm lượng 6 – 13%MgO, trong đó có 20% spinel MgO.Al2O3

38

Ứng dụng chính của XMA

 XM alumin thường dùng trong các công trình cần đưa nhanh vào sử dụng (sửa chữa đường sá, cầu

cống sân bay trong chiến tranh),

 làm bê tông ở điều kiện băng giá,

 các công trình bền sunfát, công trình biển, chịu tác động của nước chứa khoáng chất,

 xi măng dãn nở,

 xi măng chịu nhiệt

Các lĩnh vực ứng dụng của thạch cao

 Y khoa (nha khoa, chấn thương chỉnh hình)

 Ceramic

 Dược phẩm, mỹ phẩm

 Thực phẩm nước giải khát

 Đúc khuôn cho kim loại

 Mỹ thuật, trang trí

 Vật liệu xây dựng, phụ gia xi măng

 Nông nghiệp, môi trường

 …

Y khoa (nha khoa, chaán thöông chænh hình)

Ceramic

Thực phẩm nước giải khát

Đúc khuôn cho kim loại

Mỹ thuật, trang trí

Vật liệu xây dựng, phụ gia xi măng

Hình dạng tinh thể hemihydrat

Một số phương pháp sản xuất thạch

cao α-hemihydrat (α-plaster)

 Phương pháp khô:

Đá thạch cao dạng cục nhỏ được nung khử nước trong thiết bị autoclave dưới điều kiện nhiệt độ, áp suất hơi nước, thời gian xác định (130 0 C,

2kG/cm 2 ) Sau đó được sấy, nghiền mịn.

 Phương pháp ướt:

Bột đá thạch cao (200 mesh) được trộn thành huyền phù với nước dưới áp suất hơi nước, môi trường pH xác định và bổ sung thêm các chất tạo

mầm Sau đó dược quay ly tâm (lọïc nóng chân không), rửa tạp chất và sấy ở 120-130 0 C.

- Có thể sử dụng được cả đá thạch cao hay thạch cao sản phẩm phụ của các ngành sx hoá chất khác.

- Thiết bị đặc biệt, đắt tiền, khó điều khiển quá trình

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC

 Công nghệ sản xuất các sản phẩm thạch cao đã hoàn thiện từ rất lâu.

 Các sản phẩm thạch cao của các hãng lớn đang chiếm lĩnh thị trường Việt Nam (VLXD và vật liệu y khoa).

 Chỉ có những công bố về phương pháp sản xuất thạch cao xây dựng.

PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN:

THẠCH CAO

Y KHOA -Lượng chất sử dụng

Tốc độ đóng rắn

-Độ dãn nở khi đóng rắn

- Cường độ

- Nhiệt toả ra khi đóng rắn

- Tiêu chuẩn y sinh: không

chứa độc tố

THẠCH CAO XÂY DỰNG

?

So sánh cường độ nén của 5 loại sản phẩm

thạch cao dùng trong nha khoa

SƠ LƯỢC QUY TRÌNH CNSX

1 THẠCH CAO (nhập ngoại)

7 NGHIỀN MỊN + PHỤ GIA

8 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

Phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết

1 Không gây ra phản ứng hóa học với thạch cao:

 nhanh đông: KCl, Na2SO4, K2SO4…

 Chậm đông: cồn, axit citric,…

2 Phản ứng với thạch cao tạo liên kết khó tan, ít

lưu động: chất chậm đông.

3 Chất tạo trung tâm kết tinh: chất nhanh đông:

CaSO4.2H2O, Ca(HPO4),…

4 Phụ gia xúc tác bề mặt: bọc lấy hạt thạch cao

làm chậm đông và tạo dẻo

Thủy tinh nước

 sản phẩm của sự hòa tan thủy tinh silicat kiềm Na hoặc K

trong nước tạo dung dịch keo của silicat kiềm.

 Thủy tinh nước công nghiệp phổ biến là tt nước Na.

 Tỷ lệ phần mol (modul n) Na2O: SiO2 = 1:2,0 – 3,3,

(lượng tạp chất thường khoảng 1% khối lượng)

SiO2) sau đó là 1 (Na2O: SiO2), với SiO2 kết tủa

58

Ứng dụng của thủy tinh nước

 Keo dán giấy, chất làm nhão giấy,

 CKD vô cơ (khuôn đúc cát, vữa chịu lửa, XM bền axít…),

 Chất tạo nhũ tương, tẩy rửa công nghiệp ,

 Chống kết tụ, làm bền huyền phù gốm sứ

Công nghệ sx thủy tinh nước Na

PP Khô

 Sôđa (Na 2 CO 3 ) và cát được nấu trong lò bể ở nhiệt độ 1400 o Khối thủy tinh nóng chảy liên tục chảy khỏi bể nấu được làm lạnh bằng nước (frit hóa) hoặc chảy thẳng vào khuôn đúc nhỏ bằng kim loại

tan rất chậm Chỉ khi đã hòa tan, mới gọi là thủy tinh nước

sôi (100 o C) cần khoảng thời gian 3÷4 giờ Để tăng tốc độ hòa tan, người ta cho hòa tan trong các thiết bị chưng áp suất

Công nghệ sx thủy tinh nước Na

 PP Ướt:

 Nấu cát với xút (NaOH) trong nồi áp suất autoclave (10 –

12 atm ?) , ở 120 – 125 0 C

bằng thép kín quay với tốc độ chậm (2÷3 vòng/phút), áp suất trong nồi khoảng 1MPa

 Lửa cháy phía ngoài nồi thép, truyền nhiệt qua thành lò

tan hết, phải để lắng rồi lọc lại qua máy ép lọc khung bản

xút.

Khả năng kết dính của thủy tinh nước

Thủy tinh lỏng hòa tan trong nước:

Na2SiO3+H2O = Na + +OH - +NaHSiO3

NaHSiO3+H2O =Na + +OH - + H2SiO3

Na 2 O.mSiO 2 + CO 2 + mH 2 O = NaHCO 3 + mSi(OH) 2

Sau đó Si(OH)2 tạo gel có tính kết dính :

nSi(OH)2 = SinO2n – m + 2(n – m)H2O

Tốc độ đóng rắn tăng nhanh khi dùng Na2SiF6 do phản ứng:

Thủy tinh nước

 Thủy tinh nước K (hệ K 2 O.nSiO 2 ) từ nguyên liệu chứa K 2 O , công nghệ tương tự sản xuất Na2O.nSiO2 Thủy tinh nước

K 2 O.nSiO 2 đắt hơn, tính kết dính cao và chất lượng cao hơn.

 Ứng dụng làm CKD trong những lĩnh vực đặc biệt khác:

matit, tranh vẽ tường.

64

Vôi

 Vôi khô (thành phần chính là CaO)

 Vôi tôi (thành phần chính là Ca(OH) 2

 Vôi là CKD trong không khí , sản xuất bằng phương pháp

nung các nguyên liệu chứa nhiều CaCO 3 như đá vôi, đá

Vôi tôi

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 (vôi tôi)

 Phản ứng tỏa nhiệt mạnh (953kJ/kg CaO)

 Tốc độ tôi vôi có thể tăng rất nhanh khi có mặt tạp chất như KCl

 Ca(OH)2 có thể phân hủy thành CaO và H2O rất mạnh ở

nhiệt độ 547 o C

 Ca(OH) 2 trộn với chất độn tạo khối dẻo đóng rắn (kết tinh

tạo tinh thể porlandit) hoặc phản ứng với CO 2 trong không khí tạo khối đá rắn chắc theo phản ứng:

 trên thực tế chỉ xảy ra khi hàm lượng ẩm đủ lớn Màng cacbonat tạo thành cản trở quá trình phản ứng tiếp.

Tính chất và ứng dụng của vôi

 Cường độ thấp (28 ngày đêm chỉ khoảng 1÷5MPa) Không

có tiêu chuẩn về cường độ cho vôi

 Chất lượng vôi thường đánh giá theo thành phần hóa học và tính dẻo (tốt) của nó

 Vữa vôi gồm vôi trộn cát, thường dùng làm vữa xây tường

 Có thể sử dụng dạng CKD kết hợp (thêm XMP để tăng cường

độ hoặc với thạch cao để tăng tốc độ đóng rắn)

 Vôi đặc biệt có hiệu quả khi trộn với các phụ gia hoạt tính khác như xỉ lò cao, đất sét nung, đất núi lửa, gạch vụn

68

Sự đóng rắn của vôi

 1- Quá trình hòa tan CaO trong nước tạo dung dịch

nước bão hòa và kết tinh tinh thể porlandite Ca(OH) 2 và bay hơi nước dư.

 2- hấp phụ khí CO2 từ không khí

 Ca(OH) 2 + CO 2 + nH 2 O = CaCO 3 + (n + 1).H 2 O

tạo màng ngăn cản trên bm

 Quá trình xảy ra với sự biến đổi thể tích lớn (luôn phải dùng cùng 2÷4 phần cát) Cát tạo bộ khung ngăn cản quá

trình biến đổi thể tích, tạo vết nứt

 Quá trình đóng rắn vôi rất chậm

VÔI THỦY

 CKD thủy lực (mức độ tùy thuộc modul thủy lực)

thành phần có thể tạo khoáng thủy hóa như SiO 2 , Al 2 O 3 ,

Fe 2 O 3 , CaO

12%), còn phải trộn thêm các loại nguyên liệu khác chứa các oxit cần thiết (nung khoảng 900÷1100 o C)

 Có nhiều loại vôi thủy: vôi thủy puzơlan, vôi thủy xỉ lò cao tùy thuộc chất trộn thêm.

khí ẩm và 21 ngày sau trong nước) phải đạt 2÷5MPa (tiêu

chuẩn Nga) Vôi thủy lực có thể dùng làm vữa hoặc bê tông

“mác” thấp trong môi trường không có nước.

XI MĂNG LA MÃ

 CKD thủy lực,

 Thành phần phối liệu tương tự như XMP, nhưng

nung ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết khối của các khoáng trong XMP.

 Modul thủy hóa của XM La Mã trong khoảng 1,1 ÷ 1,7

 So với vôi thủy, XM La Mã chứa ít vôi hơn và thành phần tạo khoáng thủy lực nhiều hơn.



73

XI MĂNG LA MÃ

 Nguyên liệu sản xuất trên thực tế chỉ dùng loại đá vôi lẫn đất sét tự nhiên có thành phần gần như mong muốn

 Các phụ gia trộn cùng nguyên liệu không đáng kể

 Không thể dùng kỹ thuật nghiền trộn phối liệu như XMP, vì giá của XM La Mã rất thấp, không đủ bù chi phí công nghệ cao.

 Lò nung XM La Mã có thể là lò đứng hoặc lò quay.