Cac Qt hoa ly_ximang doc

Các biến đổi hoá lý trong QT nung

Presented by: ThS Hoàng Trung Ngôn

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Trung Ngon

1


Tại sao phải nung?
Natural
Minerals

Temperature (T)

Synthetic Hydraulic
Minerals

Pressure (p)
Time (t)

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

2

Các biến đổi hoá lý trong QT nung


Quá trình sấy (200-1200C): với phương pháp ướt độ ẩm phối liệu rất cao (18 –

45%), với phương pháp khô, độ ẩm phối liệu thấp hơn nhiều (nhỏ hơn 1%). Quá
trình chủ yếu sẽ là bay hơi lượng ẩm này.


Quá trình nâng nhiệt (1200-6000C):





0
120 – 300 C: cháy tạp chất hữu cơ và mất nước liên kết lý học
0
300- 600 C: Mất nước cấu trúc trong khoáng sét, biến đổi thù hình của một số khoáng,

Quá trình phân hủy cacbonát (Dissociation of carbonates):



Phản ứng thu nhiệt và tỏa khí rất mạnh.
Sự phân hủy tạo CaO hoạt tính cao dễ phản ứng với các ôxít hoạt tính của đất sét như SiO2, Al2O3 các silicát canxi như CS,
C3S2… bắt đầu tạo thành

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

3


Các biến đổi hoá lý trong QT nung
(Quá trình kết khối)


Nhiệt độ tăng từ 1000- 14500C, pha lỏng do các hợp chất etecti nóng chảy (chủ
yếu là hỗn hợp nóng chảy chứa Fe 2O3) hình thành ngày càng nhiều tạo điều
kiện thuận lợi cho quá trình tạo các khoáng cần thiết.



Nhiệt độ 10000C, lúc đầu Al2O3 phản ứng với CaO tạo thành CaO.Al2O3 và SiO2
kết hợp với CaO tạo thành 2CaO.SiO2.

C O
a

+
C O
a

O

Si

O

2CaO + SiO2

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

C
a O
O Si
O
C
(Belite)
a O
2CaO•SiO2 = C2S
4


Các biến đổi hoá lý trong QT nung
(Quá trình tạo khoaùng C2S)

C2S will continue to form as long
as silica can come into contact
with lime. This is an endothermic
reaction.Solid reactions are very
dependant on particle size. For
that reason,

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

5


Các biến đổi hoá lý trong QT nung
(Quá trình kết khối)


Đến nhiệt độ 1200-13000C CaO.Al2O3 lấy thêm CaO tạo thành 5CaO.3Al2O3 từ
đó chuyển sang 3CaO.Al2O3 (C3A), đồng thời C4AF cũng được tạo thành.
Nhiệt độ 13000C, C3A và C4AF chảy tạo thành pha lỏng. Một phần CaO tự do
và C2S hòa tan trong pha lỏng và kết hợp với nhau tạo thành C 3S. Tỷ lệ hợp lý
của pha lỏng trong khoaûng 20-30%.

Ca O
+

Si

Ca O
O

(alite)

C3S

C2S + CaO
07/29/14

O
C
aO

Ca
O
O
Si
O
Ca O

Ca O



Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

6


Các biến đổi hoá lý trong QT nung
(Quá trình hình thành pha lỏng)
Upon completion of C2S
formation at approximately 1250
°C, the Calcium salts of
Aluminum and Iron reach a, point

where they become a LIQUID.In
the heart of the BZ, 20 – 30 %of
the clinker will be a liquid.

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

7


Các biến đổi hoá lý trong QT nung
(Quá trình hình thành khoáng C3S)
Uncombined lime
0.75-1.5%

In that liquid, the C2S reacts
with the residual lime to form
C3S. This is an exothermic
reaction.

45-65%
10-25%

In the heart of the BZ
20 – 30 % of the clinker will
be a liquid.

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

8


Các biến đổi hoá lý trong QT nung
(Quá trình làm nguội)


Khi làm nguội, phần pha lỏng không kết tinh sẽ tạo pha thủy
tinh trong clinker. Thành phần pha của clinker gồm những
khoáng chính như C3S, C2S, C3A, C4AF và pha thủy tinh. Nhiệt
độ giảm các tinh thể C3S, C2S, C3A phát triển chậm tới kích
thước nào đó cho tới khi ngừng hẳn.



Trong quá trình làm nguội ở nhiệt độ 12750C C3S phân hủy tạo
thành C2S và 6750C có sự biến đổi thù hình của khoáng C2S.
C3S → C2S,
07/29/14

β-C2S → α-C2S

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

9

Các biến đổi hoá lý trong QT nung
(Quá trình làm nguội)



Đây là các biến đổi không tốt cho chất lượng xi măng do C3S là
khoáng tạo cường độ chính cho xi măng



γ -C2S là dạng thù hình không tạo cường độ cho xi măng còn
làm giảm chất lượng nên cần hạn chế.



Tốc độ làm nguội nhanh sẽ làm hạn chế lượng biến đổi chất
sau này.



Tốc độ làm nguội còn ảnh hưởng tơí kích thước tinh thể, hạn
chế sự hình thành các tinh thể lớn hơn 60µm.
07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

10

Cooling
Once the formation of the C3S is
complete
there is no further value in
prolonging the process at this
elevated temperature.

The objective now
is to halt further
growth of the C3S
crystals and to
trap any dissolved MgO
present in the
amorphous stage.
This final process is called
cooling, not just to reduce the
temperature, but to freeze the
crystal growth and to convert
the liquid phase back to a
solid for easier transport.

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

At this point, C3A and C4AF
cool to form to solids.

11


Kết luận


Để tạo được Cliker có chất lượng


Thành phần hoá của phối liệu ban đầu



Thành phần khoáng



Điều kiện nung để hình thành khoáng tốt (Burning conditions)



Nhiệt độ nung(temperature)



Thời gian nung trong các giai đoạn(time)



Môi trường nung (atmosphere)



Điều khiển quá trình làm nguội (cooling)

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

12


Các dạng phản ứng trong QT tạo cliker


Các pha tồn tại trong QT



Pha lỏng (liquid)




Pha rắn (solid)

Pha khí (gaseous)

Các dạng phản ứng trong QT


Phản ứng thay đổi cấu trúc structural change
high quartz ↔ low quartz



Phản ứng phân hủy decomposition
CaCO3 → CaO + CO2

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

13


Các dạng phản ứng trong QT tạo cliker


Phản ứng kết hợp combination
2CaO + SiO2 → C2S



Phản ứng giữa các pha


solid – solid

quartz and free CaO → belite



solid – liquid liquid phase →

crystallisation of aluminate + ferrite



solid – gas

CaCO3 ↔ CaO + CO2



liquid - liquid

-



liquid - gas

drying process, volatilisation of alkalis



gas - gas

CO + 1/2 O2 ↔ CO2

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

14


Toả nhiệt, thu nhiệt trong QT tạo cliker
Nhiệt độ

Các phản ứng (Type of Reaction)

Hiệu ứng

Mất nước tự do và liên kết cơ lý

Thu nhiệt

120 -300

Mất nước liên kết cơ lý và nước trong một số khoáng

Thu nhiệt

400 -900

Mất nươc trong cấu trúc khoáng của khoáng sét

Thu nhiệt

550-1000

Phản ứng phân huỷ khoáng cácbonat

Thu nhiệt

Formation of intermediate products, belite, aluminate
and ferrite
Formation of liquid phase(xuất hiện pha lỏng)

Toả nhiệt

Hình thành khoáng C3S

Toả nhiệt

20-120

>800
>1200

1300 - 1240 Crystallization of liquid phase into mainly (cooling
cycle) aluminate and ferrite
07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

Thu nhiệt
Toả nhiệt
15


Đường phân tích nhiệt vi sai DTA
(DTA curves of typical cement raw meals)

07/29/14

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

16


Nhiệt lượng hình thành cliker

(Thermodynamics of Clinker Formation)

Endothermic processes
dehydration of clays
decarbonisation of calcite
heat of melting
heating of raw materials 0 - 1450°C
Total endothermic
Exothermic processes

crystallization of dehydrated clay
heat of formation of clinker minerals
crystallization of melt
cooling of clinker
cooling of CO2 (ex calcite)
cooling of H2O (ex clays)
Total exothermic
Net theoretical heat of clinker formation
07/29/14

(kJ/kg clinker)
≈
170
≈
1990
≈
105
≈
2050
≈
4315
(kJ/kg clinker)
≈
-40
≈
-420
≈
-105
≈
-1400

≈
-500
≈
-85
≈
-2550
≈ + 1765

Presented By:ThS Hoang Tr
ung Ngon

17