>> Clinker, thành phần hóa học của Clinker>> Một số yêu cầu kỹ thuật chính của các loại nguyên liệu trong sản xuất xi măng
1. Khoáng Alit (54CaO.16SiO2.Al2O3.MgO
= C54S16AM): là khoáng chính của clinker xi măng poóc lăng. Alit
là dạng dung dịch rắn của khoáng C3S với ôxit Al2O3
và MgO lẫn trong mạng lưới tinh thể thay thế vị trí của SiO2. Khoáng
C3S được tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 12500C do sự tác dụng
của CaO với khoáng C2S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến 20650C
(có tài liệu nêu giới hạn nhiệt độ bền vững của C3S từ 12500C
¸ 19000C). Alit có cấu trúc dạng tấm hình lục
giác, màu trắng, có khối lượng riêng 3,15 ¸ 3,25 g/cm3, có
kích thước 10 ¸ 250 mm.
Khi tác dụng với nước, khoáng Alit thủy hóa nhanh, tỏa
nhiều nhiệt, tạo thành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B)
gọi là Tobermorit) đan xen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao và phát
triển cường độ nhanh. Đồng thời nó cũng thải ra lượng Ca(OH)2 khá
nhiều nên kém bền nước và nước chứa ion sunphat.
2. Khoáng Bêlít (bC2S): có cấu trúc dạng tròn, phân
bố xung quanh các hạt Alit. Bêlit là một dạng thù hình của khoáng C2S,
tồn tại trong clinker khi làm nguội nhanh. Trong quá trình nung clinker, do phản
ứng của CaO với SiO2 ở trạng thái rắn tạo thành khoáng C2S
ở nhiệt độ 600 ¸ 11000C. Khoáng C2S
có 4 dạng khác nhau về hình dáng cấu trúc và các tính chất, gọi là dạng thù
hình, đó là a, a'- , b- và g- C2S. Sự thay
đổi trạng thái cấu trúc của Bêlít khi tăng nhiệt độ tới xuất hiện pha lỏng và
khi làm nguội tới nhiệt độ bình thường rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu
tố khác nhau. Sự biến đổi thù hình của C2S trong quá trình làm nguội
mô tả sau đây đã đơn giản hóa rất nhiều.
Khi làm nguội clinker, nếu tốc độ làm nguội chậm sẽ xảy
ra sự biến đổi thù hình từ dạng b- C2S sang dạng g- C2S kèm theo hiện tượng clinker bị tả
thành bột vì có sự tăng thể tích. Nguyên nhân vì g- C2S có khối lượng
riêng là 2,97 g/cm3, nhỏ hơn khối lượng riêng của b- C2S là 3,28 g/cm3. g- C2S không có tính kết dính ở điều kiện
nhiệt độ và áp suất thường, vì vậy để tránh hiện tượng tả clinker do sự biến đổi
thù hình từ b- C2S sang g- C2S ở 5750C, cần ổn định bằng cách đưa
một số ôxit khác như P2O5, BaO... vào mạng lưới cấu trúc
của nó tạo thành dung dịch rắn.
Khi tác dụng với nước, khoáng Belit thủy hóa chậm, tỏa
nhiệt ít và cũng tạo thành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B)
gọi là Tobermorit) đan xen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao. Tốc độ
phát triển cường độ của khoáng Belit chậm hơn khoáng Alit; phải sau 1 năm đóng
rắn cường độ của Belit mới bằng của Alit.
Belit thải ra lượng Ca(OH)2
ít hơn Alit nên nó tạo cho đá xi măng có độ bền ăn mòn rửa trôi cao hơn đá xi
măng Alit.
3. Khoáng canxi aluminat (C3A): là chất trung gian màu trắng
nằm xen giữa các hạt Alit và Belit cùng với alumo ferit canxi (C4AF).
Trong thành phần của C3A cũng chứa một số tạp chất như SiO2 , Fe2O3
, MgO, K2O , Na2O.
Aluminát canxi là khoáng
quan trọng cùng với Alit tạo ra cường độ ban đầu của đá xi măng. Xi măng chứa
nhiều C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn, nếu thiếu hoặc không có thạch
cao để làm chậm sự đông kết thì xi măng sẽ bị đóng rắn rất nhanh (không thể thi
công được). C3A có tỷ trọng 3,04 g/cm3, là khoáng đóng rắn
nhanh, cho cường độ cao nhưng kém bền trong môi trường sun phát.
4. Khoáng Canxi alumo ferit
(C4AF): cũng là chất trung gian, có tỷ trọng 3,77 g/cm3,
màu đen, nằm xen giữa các hạt Alit và Belit cùng với khoáng C3A. Khi
nung clinker, do phản ứng của CaO với Fe2O3 tạo thành các
khoáng nóng chảy ở nhiệt độ thấp (600 ¸ 700OC) như
CaO.Fe2O3 (CF) , C2F ... Sau đó các khoáng này
tiếp tục phản ứng với Al2O3 tạo thành các khoáng Canxi
alumo ferit có thành phần thay đổi như C2F, C6A2F,
C4AF, C6AF2. Các khoáng này bị nóng
chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250OC
và trở thành pha lỏng cùng với các khoáng Canxi aluminat, tạo ra môi trường
cho phản ứng tạo thành khoáng C3S, nên chúng thường được gọi là chất
trung gian hoặc pha lỏng clinker.
Khi tác
dụng với nước, Canxi alumo ferit thuỷ hoá chậm, toả nhiệt ít và cho cường độ thấp.
5. Các khoáng khác:
Ngoài 4 khoáng chính ở trên, trong clinker còn
chứa pha thuỷ tinh là chất lỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh clinker.
Nếu quá trình làm nguội nhanh thì các khoáng C3A, C4AF,
MgO (periclaz), CaOtd,v.v. không kịp kết tinh để tách khỏi pha lỏng, khi đó pha
thuỷ tinh sẽ nhiều. Ngược lại, nếu làm lạnh chậm thì pha thuỷ tinh sẽ ít. Khi
làm nguội nhanh, các khoáng sẽ nằm trong pha thuỷ tinh ở dạng hoà tan nên có
năng lượng dự trữ lớn làm cho clinker rất hoạt tính và sẽ tạo cho đá xi măng có
cường độ ban đầu cao. Khi làm lạnh chậm, các khoáng sẽ kết tinh hoàn chỉnh,
kích thước lớn nên độ hoạt tính với nước sẽ giảm, hơn nữa MgO và CaO tự do sẽ kết
tinh thành các tinh thể độc lập, bị già hoá nên dễ gây ra sự phá huỷ cấu trúc của
đá xi măng, bê tông về sau.