III. Quá trình nung và tạo thành Clanhke(clinker)
Nhiệt độ phản ứng trong lò
Nhiệt độ Phản ứng
1000C Bay hơi nớc lý học
4000C - 6000C Tách nớc liên kết trong đất sét(nớc hoá học), và phân huỷ đất
sét thành Al2O3 , Fe2O3 và SiO2
8050C Đề các bô nat và bắt đầu các phản ứng sớm can xi hoá
8000C - 9000C Tạo C2S
10950C - 12050C Tạo C3A và C4AF
12600C - 14550C Tạo C3S và quá trình biến mất của CaO. Các phản ứng trên xảy ra tơng ứng trong bốn zôn(vùng) của lò
Đối với phơng pháp ớt(Wet process), phối liệu nạp vào lò ở dạng bùn có đọ ẩm khoảng 35%. có rất nhiều kiểu trao đổi nhiệt đợc dùng để sấy khô bùn. Lò nung chia ra làm 4 zôn nh sau:
a. Zôn sấy (zôn đề hyđrat hoá hay zôn xích): zôn này có nhiệm vụ sấy khô phối liệu và nâng nhiệt độ của phối liệu
b. Zôn phân huỷ: phân huỷ các thành phần của phối liệu Đá vôi, đất sét thành những ô xit riêng biệt: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO,…
c. Zôn nung: trong zôn này nhiệt độ của vật liệu đạt tới nhiệt độ phản ứng, các ô xít phản ứng với nhau để tạo ra các thành phần khoáng clanhke và một phần phối liệu bị chảy lỏng, pha rắn và pha loảng trộn lẫn với nhau. Dới tác động quay của vỏ lò, hỗn hợp rắn – lỏng đợc vê thành viên tạo thành các hạt clanhke.
d. Zôn làm lạnh: Các hạt clanhke đợc tạo ra ở zôn nung tiếp tục đi vào zôn làm lạnh để giảm bớt nhiệt độ và tiếp tục đi vào thiết bị làm mát kết thúc quá trình nung.
Nhiệt lợng tiêu hao riêng để nung clanhke là khoảng 1450 kcal/kg clanhke.
Bây giờ hầu nh trên thế giới ngời ta không còn sử dụng phơng pháp ớt hay phơng pháp bán khô (Wet process or semi dry process) để sản xuất xi măng do hai phơng pháp này tiêu tốn nhiều nhiên liệu và chiếm diện tích mặt bằng lớn, thiết bị cồng kềnh khó cải tiến thiết bị và nâng công suất lò nung.
Hiện tại trên thế giới chủ yếu sử dụng phơng pháp khô kết hợp tháp sấy sơ bộ và thiết bị Can xi hoá với mục đích giảm tối thiểu kích thớc lò quay, nâng cao công suất lò (công suất lò lớn nhất hiện nay là 10.000 tấn clanhke/ngày), đa mức đề các bô nat
bột liệu tới mức cao nhất khoảng 90%. Nhiệt độ bột liệu vào lò khoảng 8500C. Phơng
pháp khô với u điểm là có thể cải tiến thiết bị không ngừng, do vậy dây truyền sản xuất của phơng pháp khô ngày càng gọn nhẹ và tiết kiệm nhiên liệu. Nhiệt lợng tiêu hao riêng khoảng từ 720 – 780 kcal/kg clanhke.
3.5. Quá trình can xi hoá (calcination).
Can xi hoá là quá trình dioxide carbon, CO2 tách ra khỏi đá vôi tạo ra ô xit can xi CaO.
9000C
CaCO3 CaO + CO2
Trong phối liệu để sản xuất clanhke thì tỉ lệ đá vôi chiếm khoảng 80%. Do vậy phản ứng đề các bo nát (phản ứng thu nhiệt) tiêu thụ lợng nhiệt khá lớn trong tổng l- ợng nhiệt để tạo thành clanhke. Đây chính là quá trình nung vôi, thực ra quá trình đề
các bô nát bắt đầu từ nhiệt độ khoảng 6000C và CaO mới tạo thành ở nhiệt độ thấp
gọi là vôi non có ái lực hoá học rất mạnh và quá trình này xảy ra mạnh nhất ở nhiệt
độ 8000C - 9000C. Lợng CaO phân huỷ ở nhiệt độ cao hơn thì trơ hơn, tham gia các
phản ứng hoá học khó hơn. Bột liệu khi đi vào zôn nung mà vẫn cha bị can xi hoá hết thì sẽ khó nung hơn và tạo ra hiện tợng rối loạn trong zôn nung. Quá trình can xi hoá của bột liệu phải xảy ra hoàn toàn trớc khi đi vào zôn nung. Trong zôn nung hỗn hợp giàu CaO có chứa các các ô xít SiO2, Al2O3, Fe2O3 và một lợng nhỏ các ô xít khác đợc nung nóng tới nhiệt độ kết khối và trở lên nhớt. Đây gọi là thời điểm tạo thành clanhke, và biểu hiện là một phần bột liệu nóng chảy tạo thành pha lỏng clanhke.
Thành phần khoáng quan trọng nhất của clanhke là khoáng C3S chiếm nhiều nhất
khoảng 60% chỉ đợc tạo thành trong zôn nung khi có mặt của pha lỏng. Phản ứng tạo
khoáng C3S là phản ứng cuối cùng trong quá trình tạo thành clanhke và phản ứng kết
thúc khi lợng C3S tạo ra là lớn nhất và lợng CaO hoàn toàn biến mất. Nhiệt độ nung
khoảng từ 13500C - 14500C. C2S + CaO = C3S 2CaO + SiO2 = C2S 3CaO + Al2O3 = C3A 4CaO + Fe2O3 + Al2O3 = C4AF 3.6. Quá trình làm lạnh clanhke.
Đối lập với quá trình nung tạo thành clanhke là quá trình làm lạnh clanhke. Quá trình làm lạnh clanhke có ảnh hởng rất lớn tới chất lợng clanhke. Clanhke sau khi ra khỏi zôn nung có dạng hạt là hỗn hợp của hai pha rắn và lỏng, pha lỏng chiếm
khoảng 20% – 27% và nhiệt độ clanhke đi ra từ zôn xả khoảng 13500C đi vào thiết
bị làm mát. Pha lỏng clanhke khi đợc làm mát rắn lại trở thành pha thuỷ tinh clanhke. Tốc độ làm mát clanhke rất quan trọng, nói chung clanhke càng đợc làm mát nhanh
càng tốt và sẽ có clanhke chất lợng tốt. Trong clanhke, khoáng C2S chiếm lợng khá
lớn chỉ sau khoáng C3S và cho cờng độ của xi măng tơng đơng với khoáng C3S.
có tính chất thuỷ lực còn γ C2S ở điều kiện thờng không có tính chất thuỷ lực. nhng
αC2S chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao còn ở nhiệt độ thấp hơn thì αC2S βC2S ở nhiệt độ khoảng 6750C thì βC2S γ C2S và tăng thể tích 10%. Do vậy khi làm lạnh nhanh
clanhke qua nhiệt độ này thì βC2S vẫn giữ đợc nguyên dạng thù hình và clanhke có
chất lợng cao. Còn nếu làm lạnh chậm thì βC2S γ C2S và tăng thể tích 10% dẫn tối hiện tợng cấu trúc hạt clanhke bị phá vỡ, hạt clanhke bị tả ra và chất lợng clanhke bị giảm nghiêm trọng. Hiện tợng này gọi là hiện tợng bột tả. clanhke khi đi vào thiết
bị làm lạnh có nhiệt độ khoảng 13500C và khi ra khỏi thiết bị làm lạnh có nhiệt độ
khoảng 1200C.