. Silụ xếp sỏnh đụ
1- Lọc bụi tỳi 2 Ống cấp liệu.
2.13.2 Quỏ trỡnh hoỏ học khi đúng rắn ximăng
Ximăng cú nhiều thành phần húa và thành phần khoỏng. Vỡ vậy, khi ximăng phản ứng hoỏ học với nước thỡ nú cũng xảy ra rất phức tạp. Khi trộn ximăng với nước, cỏc thành phần khoỏng riờng biệt đồng thời tỏc dụng với nước song song với nhau. Sau đú cỏc sản phẩm hydrat lại tỏc dụng với nhau hay sản phẩm hydrat của ximăng phản ứng với những thành phần hoạt tớnh trong phụ gia lỳc nghiền v.v ... Theo I.un, quỏ trỡnh hoỏ học xảy ra hai giai đoạn :
Giai đoạn đầu: Gọi là phản ứng sơ cấp. Chủ yếu cỏc khoỏng ximăng phản ứng thuỷ phõn hay thuỷ hoỏ với nước.
Giai đoạn thứ hai: Gọi là phản ứng thứ cấp. Cỏc sản phẩm thuỷ phõn, thuỷ hoỏ của ximăng tỏc dụng tương hỗ với nhau hay tỏc dụng với cỏc phụ gia hoạt tớnh trong ximăng.
Đối với ximăng portland thường, giai đoạn đầu là giai đoạn chủ yếu. Đầu giai đoạn hai là quỏ trỡnh đúng rắn ximăng Portland. Quỏ trỡnh phản ứng giữa phụ gia nghiền trong ximăng với cỏc sản phẩm hydrat khoỏng ximăng chỉ xảy ra đối với ximăng portland xỉ, ximăng portland puzơlan, ximăng portland cacbonat. Nếu ximăng portland pha 10% đến 15% cỏc loại phụ gia hoạt tớnh thỡ vẫn cú quỏ trỡnh phản ứng. I.un đó phõn tớch và túm tắt quỏ trỡnh hydrat hoỏ của từng khoỏng ximăng như sau:
Khoỏng 3CaO.SiO2 (C3S)
C3S phản ứng thuỷ phõn với nước tạo thành hydrosilicat canxi cú tỉ lệ phõn tử CaO/SiO2 < 3
Thạc si- GVC NGUYỄN DÂN
131
3CaO.SiO2 + nH2O = x Ca(OH)2 + y CaO.SiO2.mH2O Trong đú: x +y = 3
m = n - 2.x
Đa số tài liệu cho rằng sản phẩm hydrosilicat canxi do C3S thuỷ phõn là 2CaO.SiO2.mH2O. Trị số m thực tế rất giao động. Theo Tụrụpụp và Bờlakin, m cú thể từ 1 đến 4 mol H2O cho 1 mol 2CaO.SiO2.
Một số tài liệu nghiờn cứu sự thuỷ phõn C3S thành hydrosilicat canxi cú tỉ lệ CaO/SiO2 = 3/2
2[3CaO.SiO2] + nH2O 3CaO.2SiO2.2H2O + 3Ca(OH)2 3CaO.2SiO2.2H2O viết tắt là C3S2H2 gọi là aprinit
Cú rất nhiều tranh cói về trạng thỏi của sản phẩm thuỷ phõn C3S .Cú tỏc giả cho rằng hydrosilicat canxi tạo thành ở trạng thỏi keo, cũng cú tỏc giả lại cho rằng hydrosilicat canxi tỏch ra ở dạng tinh thể . Tuy nhiờn, kớch thước của chỳng thuộc hệ keo, vỡ vậy người ta đó kết luận là: Hydrosilicat canxi tỏch ra cú kớch thước trạng thỏi keo. Khi nghiờn cứu bằng kớnh hiển vi điện tử cũng cho kết quả khụng nhất quỏn. Một số tỏc giả quan sỏt thấy hydrosilicat canxi trạng thỏi 2CaO.SiO2.mH2O thể hiện rừ ràng cấu trỳc tinh thể là những hạt tấm hỡnh thoi tập hợp dớnh kết lại với nhau. Tuy nhiờn, cũng cú một số tỏc giả quan sỏt thấy hydrosilicatcanxi ở trạng thỏi 2CaO.SiO2.mH2O là hỡnh cầu dạng gel keo, cũn cấu trỳc tinh thể tấm hỡnh thoi thực chất là tinh thể CaCO3 do cacbonat hoỏ Ca(OH)2. Vỡ vậy, ta tạm chấp nhận 2CaO.SiO2.mH2O tỏch ra ở dạng keo hay những hạt phõn tỏn mịn cú kớch thước vụ cựng nhỏ thuộc trạng thỏi keo.
Theo Vet, tuỳ điều kiện mụi trường khi hydrat, điều kiện đúng rắn và nồng độ vụi trong pha lỏng mà cỏc khoỏng C3S, C2S thực hiện phản ứng thuỷ phõn hay thuỷ hoỏ.
Khoỏng C3S và C2S thuỷ phõn toàn phần khi cú dư nước.
3CaO.SiO2 + nH2O 3Ca(OH)2 + SiO2.(n - 3)H2O
Thạc si- GVC NGUYỄN DÂN
132 H2O H2O H2O H2O
Trong thực tế 2 phản ứng trờn khụng xảy ra đến cựng, vỡ pha lỏng dần dần bảo hoà làm cho phản ứng ngừng hay chậm lại. Do đú tuỳ theo nồng độ vụi trong pha lỏng mà C3S xảy ra cỏc phản ứng khỏc nhau.
Tạo thành CaO.SiO2.H2O (CSH) là khoỏng bền. Khi tỉ lệ CaO/SiO2 = 0,8 đến 1,5 ứng với nồng độ vụi trong pha lỏng bằng 0,08 (1,1 gam CaO/lớt )
Khi nồng độ vụi là 1,1 g/l tớnh theo CaO thỡ hydrosilicat canxi cú cụng thức là: 2CaO.SiO2.2H2O (C2SH2)
Tổng hợp quỏ trỡnh như sau:
+ Nồng độ CaO < 0.08 g/l phản ứng xảy ra như sau:
C3S 3Ca(OH)2 + SiO2.nH2O
+ Nồng độ CaO = 0.08 g/l phản ứng xảy ra như sau:
C3S CSH (bền) + Ca(OH)2
+ Nồng độ CaO =1,1 g/l phản ứng xảy ra như sau:
C3S C2SH2 + Ca(OH)2
Điều kiện thực tế sẽ theo sơ đồ sau:
C3S C2SH2 + Ca(OH)2
CSH (bền)
Thạc si- GVC NGUYỄN DÂN
133H2O H2O
3CaO.SiO2 + 3H2O 1,5Ca(OH)2 + C1,5S1,5H2O
Hoặc: 3C3S + 5H2O 3Ca(OH)2 + C3S2.2H2O
Túm lại phản ứng hoỏ học giữa C3S với nước luụn cú Ca(OH)2 trong pha rắn. Đõy chớnh là tớnh chất riờng biệt của C3S khi tỏc dụng với nước bao giờ cũng sinh ra phản ứng thuỷ phõn.
Khoỏng 2CaO.SiO2 (C2S)
Theo I.un khoỏng này chủ yếu thuỷ hoỏ.
2CaO.SiO2 + nH2O 2CaO.SiO2.nH2O
Nhiều tỏc giả đều thống nhất rằng: Nếu thuỷ hoỏ khi cho ớt nước thỡ khụng thấy Ca(OH)2 tiết ra. Nếu ta lắc liờn tục C2S trong nước vụi cú hàm lượng CaO là 0,4 g/l thỡ vụi trong kết tủa khụng tan ra dung dịch, nếu tăng nồng độ vụi trong dung dịch lờn 0,6 g/l và cũng lắc C2S liờn tục thỡ vụi trong sẽ bị kết tủa hấp thụ lắng đọng lại.
Theo Vet, C2S khi tỏc dụng với nước cũng tương tự như C3S, nghĩa là nếu như nhiều nước và lắc liờn tục thỡ chỳng cũng sẽ bị thuỷ phõn.
2CaO.SiO2 + nH2O 2Ca(OH)2 + SiO2.(n - 2)H2O
Thụng thường, với nồng độ CaO nhất định trong dung dịch thỡ cú thể cú theo sơ đồ
C2S C2SH2 CSH (bền)
Hydrosilicat canxi là một trong số những vật chất tạo nờn tớnh chất dớnh kết bảo đảm cho đỏ ximăng phỏt triển cường độ và cú độ bền vĩnh cửu.
Khoỏng aluminat canxi (C3A).
Theo I.Un, kết quả hydrat C3A tạo nờn hydroaluminatcanxi khỏc hẳn hydrosilicat canxi ở chổ hydroaluminat canxi rất nhạy dẫn đến kết tinh tạo tinh thể mới. Cấu trỳc tinh thể của chỳng cú 2 nhúm .
Thạc si- GVC NGUYỄN DÂN
134
Nhúm tấm Hecxa và nhúm tấm giả Hecxa. Vỡ vậy, tuỳ điều kiện cú thể cú hydroaluminat canxi như sau:
4CaO.Al2O3.nH2O. Trong đú n = 12 -14 3CaO.Al2O3.nH2O. Trong đú n = 6 - 12 2CaO.Al2O3.nH2O. Trong đú n = 5 - 9
Ngoài 2 cấu trỳc Hecxa núi trờn cũn cú cấu trỳc khối lập phương 3CaO.Al2O3.6H2O.
Khi nghiờn cứu cấu trỳc bằng Rơnghen, nhiều tỏc giả phỏt hiện thấy hydroaluminatcanxi chỉ cú 2 loại cấu trỳc tấm gồm cú 2 lớp Hecxa của Ca(OH)2 và Al(OH)3.
2Ca(OH)2. 2Al(OH)3.3H2O 4Ca(OH)2. 2Al(OH)3.6H2O
Khi nghiờn cứu hệ CaO -SiO2- H2O, người ta thấy rằng ở nhiệt độ 210C - 900C,
pha bền vững chủ yếu là Gipxit (Al2O3.3H2O), khi nồng độ CaO là 0,33 g/l. Nếu nồng độ CaO lớn hơn 0,33 g/l thỡ cú dạng 3CaO.SiO2.6H2O kết tinh dạng tinh thể khối lập phương tỏch ra ở pha rắn và Ca(OH)2 tỏch ra ở pha rắn.
Hydroaluminat 2canxi hay 4 canxi trong hệ này là hợp chất khụng bền.Vỡ vậy, thành phần hydroaluminat canxi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Tỉ lệ pha rắn C3A và pha lỏng là nước, nồng độ CaO trong dung dịch rắn, nhiệt độ thực hiện quỏ trỡnh.v.v...
Ở nhiệt độ thấp < 250C, dạng hydroaluminat thu được chủ yếu là hỡnh tấm. Ở nhiệt độ cao > 250C hydroaluminat ở dạng hỡnh khối C3AH6 cũn dạng Hecxa là giả bến sẽ mau chúng chuyển sang dạng khối .
Khoỏng C5A3 cú thể cú trong clinker ximăng (cú tài liệu gọi là C12A7) khi tỏc dụng với nước sẽ bị thuỷ phõn tạo nờn hydroaluminat kiềm cao CaO/Al2O3 > 5,3 và thoỏt ra Al(OH)3. Cấu trỳc hydroaluminat C5A3 lỳc thuỷ phõn là dạng khối C3AH6.
Thạc si- GVC NGUYỄN DÂN
135
Trong quỏ trỡnh xảy ra đúng rắn bột ximăng, Al(OH)3 cú thể phản ứng với Ca(OH)2 do quỏ trỡnh hydrat hoỏ khoỏng silicat tạo ra để tổng hợp thành hydroaluminat2canxi hay 4 canxi.
2Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 + 3H2O 2Ca(OH)2.2Al(OH)3.3H2O 4Ca(OH)2 + 2Al(OH)3 + 6H2O 4Ca(OH)2.2Al(OH)3.6H2O
Khoỏng alumopheritcanxi (C4AF)
Trong clinker ngoài C4AF cú thể cú C2F. Cỏc khoỏng này vừa tham gia phản ứng thuỷ phõn vừa tham gia phản ứng thuỷ hoỏ để tạo thành hydroaluminat canxi và hydropherit canxi
C4AF + nH2O C3AH6 + CaO.Fe2O3.H2O
CaO.Fe2O3.H2O + 2Ca(OH)2 + xH2O 3CaO.Fe2O3.6H2O
2CaO.Fe2O3 + 2H2O 2CaO.Fe2O3.nH2O
2CaO.Fe2O3.nH2O + Ca(OH)2 + xH2O 3CaO.Fe2O3.6H2O
Kết quả nghiờn cứu trong hệ
CaO - SiO2 - H2O của cỏc tỏc giả sau Thành phần cỏc
hydrosilicat canxi khi cỏc khoỏng
silicat tỏc dụng với nước Bog Taylor
CaO.SiO2.1,1H2O CSH( A) CSH
(0,8 -1,5). CaO.SiO2.(0,5 2,5)H2O CSH( B) CSH(I) (1,7 -2). CaO.SiO2.(2 - 4)H2O C2SH8 CSH(II) (1,8-2,4).CaO.SiO2.(1 1,25)H2O C2SHA CSα
Thạc si- GVC NGUYỄN DÂN
136
Giai đoạn 2: Cỏc sản phẩm thuỷ hoỏ ở trờn tỏc dụng với cỏc loại phụ gia: CaSO4.2H2O, SiO2 ht ...
C3AH6+ + CaSO4.2H2O + nH2O Ca2+ C3A. CaSO4.(10-12)H2O (1) C3A..3CaSO4.(30-32)H2O (2)
(1) Tạo thành khi nồng độ vụi và nồng độ SO42- chưa bóo hoà. C3A.CaSO4.(10- 12)H2O dạng keo sớt đặc.
(2) Tạo thành khi nồng độ vụi và nồng độ SO42- bóo hoà. C3A.CaSO4.(30-32)H2O cú tờn ettringớt, nú trương nở thẻ tớch từ ( 2 - 7,5) lần so với dạng 1.
Ca(OH)2 + SiO2 ht = CaO.SiO2.H2O tạo gen CSH
2Ca(OH)2 + Al2O3 ht = 2CaO.Al2O3.2H2O (C2AH2 ) kết tinh và C2AH2 + Ca(OH)2 +3H2O = C3AH6 kết tinh.
C3AH6 + H2O + SiO2 C3A.CaSiO3.12 H2O
C3A.CaSiO3.31 H2O C2SH2 + SiO2 + H2O CSH