Trong quá trình nung ở nhiệt độ cao, các thành phần hóa học trong nguyên liệu sẽ liên kết với nhau để tạo nên các thành phần mới (khoáng vật mới), tạo ra sự liên kết giữa các thành phần với nhau thành một thể thống nhất về mặt hóa học và cấu trúc. Như vậy, khi phối trộn vật liệu, phải tính toán được tỉ lệ các loại vật liệu sao cho hỗn hợp thu được có tỉ lệ thành phần hóa học theo đúng công thức vật liệu. Trong khi nung, các thành phần hóa học này liên kết với nhau theo đúng tỉ lệ nhất định đã tính toán, xác định trước.
Trong quá trình gia nhiệt, nguyên liệu phối trộn được đưa lên nhiệt độ cao, làm cho các thành phần hóa học của nguyên liệu trở nên linh động và dễ dàng phá vỡ các liên kết cũ. Các thành phần vật chất của bùn đỏ sẽ tham gia liên kết với các thành phần của phụ gia tạo ra mối liên kết mới. Khi nhiệt độ nung càng cao thì mức độ linh động và hình thành liên kết mới càng dễ dàng. Như vậy, nếu nhiệt độ nung càng cao thì sản phẩm tạo thành càng đồng nhất và có độ bền càng cao.
Vật liệu sau khi sau khi được định hình trong khuôn kích thước 50 mm x 50mm x 10 mm được nung ở các nhiệt độ khác nhau 600o
C, 700oC, 800oC, 900oC, 1000oC, đem nghiền nhỏ và phân tích XRD, cho thấy thành phần khoáng thu được trong các mẫu này bao gồm: quartz, hematite, albite, zeolite.
Bảng 3.8. Kết quả phân tích XRD cho gạch nung ở các nhiệt độ khác nhau
Mẫu Quatz Albite Hematite Zeolite
600oC 39, 32 6,64 16,36 9,14
700oC 41,59 5,71 19,56 10,93
800oC 30,91 3,83 25,62 8,84
900oC 15,74 3,63 32,02 11,57
62
Hình 3.7. Biểu đồ biến đổi thành phần khoáng theo nhiệt độ
Quartz: SiO2 Hematite: Fe2O3 Albite: NaAlSi3O8
Zeolite: Na8(Al6Si6O24).4H2O
Theo kết quả chụp XRAY, có thể thấy mẫu ở tất cả các nhiệt độ đều có hàm lượng zeolite và albite thấp hơn so với hematite và quartz.
Khi so sánh sự biến đổi thành phần khoáng vật của vật liệu theo nhiệt độ nung có thể thấy, khi nhiệt độ nung tăng lên thì hàm lượng hematite và zeolite cũng tăng theo nhưng hàm lượng quartz và albite lại giảm dần. Sự biến đổi hàm lượng của hematite và quart lớn theo nhiệt độ, trong khi đó zeolit và albite tương đối ổn định.
63
Khi nung mẫu đến nhiệt độ cao, sắt trong các khác của của bùn đỏ: limonite FeO(OH).nH2O, goethite (FeOOH) bị khử hidrat để chuyển về dạng oxit Fe2O3, làm cho hàm lượng Fe2O3 tăng lên khi đưa nhiệt độ nung lên cao.
FeO(OH).nH2O FeOOH + nH2O 2FeOOH Fe2O3 + H2O
Trong quá trình nung, nấu đã biến đổi các hợp chất silicate ban đầu (quartz: silicate tự nhiên) thành các hợp chất silicate mới, có cấu trúc hoàn toàn mới. Ở nhiệt độ cao, cấu trúc các khoáng thay đổi theo nhiệt độ, sự biến đổi thù hình, hình thành các khoáng mới, sự hình thành pha lỏng, biến đổi thành phần pha, sự hình thành vi cấu trúc mới của vật liệu, hoặc có thể tồn tại ở dạng silicate vô định hình gọi là silicate nhân tạo. Silicate trong các loại gốm sứ, xi măng, thủy tinh, vật chịu lửa gọi là silicate nhân tạo. Trong các mẫu gạch nung ở trên, thành phần quartz giảm là do silicate chuyển từ quartz sang trạng thái vô định hình, không phát hiện được, nên kết quả phân tích XRD cho thấy thành phần này bị giảm đáng kể.