Kỹ thuật hóa học đại cương chương 7 công nghệ silicat

CHƯƠNG 8: CÔNG NGHỆ SILICAT
8.1. Công nghệ sản xuất thủy tinh
Thủy tinh có thể coi như một khối chất lỏng của hỗn hợp các oxit (chủ yếu là
SiO
2
) nóng chảy và bị làm quá lạnh và đông cứng lại. Các silicat nóng chảy có đặc tính
polymer nên có độ nhớt lớn. Khi nguội dần do độ nhớt cao cho nên rất khó kết tinh mà
thường tạo thành pha thủy tinh.
Về cấu trúc thủy tinh cho đến nay vẫn chưa rõ rang. Hiện đang tồn tại 2 giả thuyết.
1. Thuyết cấu trúc liên tục vô định hình (giả thuyết tạo lưới): Giả thuyết này coi thủy
tinh là một hệ đồng thể- là vật thể silicat vô định hình được hình thành từ các đơn
vị cấu trúc là SiO
2
. Chúng sắp xếp hỗn độn tạo lưới bất đối xứng về không gian 3
chiều của các đa diện phối trí (tứ diện SiO
4
). Các đa diện này liên kết với nhau qua
nguyên tử oxy làm cầu nối.
2. Thuyết vi tinh thể của Lebedev. Thủy tinh là một tập hợp các vi tinh thể có độ
phân tán cao (trong đó chủ yếu là các vi tinh thể thạch anh).Về lượng những vi
tinh thể này chỉ chiếm 20% tòan khối thủy tinh và tồn tại không theo quy luật nào
cả.
Thành phần cơ bản của thủy tinh thông thường là: mR
2
O – nRO – pRO
2
(R
2
O
3
)

Trong đó R
2
O là oxit kim lọai kiềm, RO là oxit kim lọai kiềm thổ, PbO… và RO
2

(R
2
O
3
) là oxit silic, nhôm, bo…
8.1.1 Nguyên liệu
* Nguyên liệu chính: cung cấp các oxit sili, kiềm, kiềm thổ…
- Cát (SiO
2
): là thành phần chủ yếu của các loại thủy tinh, chiếm 60 - 70%. Trong cát còn
chứa các oxit khác như CaO, MgO, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
. Nếu hàm lượng của Fe
2
O
3
cao sẽ làm cho thủy
tinh có màu làm giảm độ truyền ánh sáng. Sản xuất thủy tinh thường đòi hỏi cát chứa Fe
2

O
3
≤
0,2%, thủy tinh cao cấp ≤ 0,1%.
- Hàn the (Na
2
B
4
O
7
.10H
2
O): ở nhiệt độ cao hàn the bị phân hủy cung cấp cho thủy tinh
B
2
O
3
. Oxit này làm giảm hệ số giãn nở của thủy tinh, tăng độ bền hóa, độ bền nhiệt. Nó thường
được dùng cho thủy tinh trong phòng thí nghiệm, bóng đèn.
- Al
2
O
3
làm tăng độ bền của thủy tinh, nhưng cũng làm cho quá trình nấu chảy khó khăn
và giảm sự giãn nở của thủy tinh. Dạn nguyên liệu đưa vào: tràng thạch, cao lanh,nhephlin…
- Na
2
CO
3
(Na

2
SO
4
, NaCl, NaNO
3
): cung cấp Na
2
O

cho thủy tinh. Cùng với SiO
2
thì
Na
2
O là thành phần không kém quan trọng. Có tác dụng giảm độ nhớt, hạ thấp nhiệt độ nấu và
khử bọt. Nếu Na
2
O

nhiều sẽ làm giảm độ bền cơ học.
- BaO và PbO: làm cho thủy tinh có trọng lượng riêng lớn, chiết suất cao, ánh đẹp do đó
được dùng trong việc sản xuất thủy tinh quang học, thủy tinh pha lê, thủy tinh bát đĩa cao cấp.
Hàm lượng PbO cao có thể tạo ra ngọc thạch nhân tạo để làm đồ trang sức.
* Nguyên liệu phụ:
Là các nguyên liệu đưa vào thuỷ tinh giúp quá trình nấu nhanh và có tác dụng như là chất
khử bọt, khử màu, nhuộm màu hoặc tăng cường một tính chất riêng biệt nào đó.
- Chất khử bọt: Là chất có thể giải phóng khỏi thuỷ tinh các bọt khí. Các chất khử bọt
thường dùng là muối nitrat, oxyt asen, sunfua, các muối fluor và amoni
Ví dụ: NaNO
3

= Na
2
O + N
2
+ O
2


- Chất nhuộm màu: Gồm 2 loại
+ Chất nhuộm màu phân tử: Đó là các oxyt vô cơ mang màu
Mn
2
O
3
: Cho màu tím Selen : Màu hồng
Coban : Màu đen đến xanh đậm Oxyt sắt : Màu vàng, xanh lục
Oxyt Cu, Cr : Màu vàng
+ Chất nhuộm màu phân tán keo
Gồm các hợp chất của Au, Cu, Sb (Antimon) nằm trong thuỷ tinh ở dạng phân tán keo
thuỷ tinh, sau khi tạo hình thì đem gia công lần thứ hai với các chất nhuộm màu trên và sẽ cho
các màu sắc khác nhau
Cu
2
S, Sb
2
O
3
: Cho màu đỏ
Au : Cho màu tía

- Chất gây đục: Chủ yếu là các hợp chất chứa Fluor như CaF
2
, Na
2
SiF
6
, hoặc những hợp
chất khó tan như SnO
2
, TiO
2
.
AlF
3
tạo cho thuỷ tinh có màu trắng như sữa, như màu của sứ.

- Chất khử màu: Trong cát chứa nhiều ion Fe
2+
sẽ cho màu tự nhiên của thuỷ tinh là màu
xanh lục vì ion này gây màu rất mạnh. Để nhuộm màu trước hết phải khử màu Fe
2+
bằng cách
chuyển về oxit sắt 3 FeO  Fe
2
O
3 .
Rồi đưa sắt về hợp chất dễ bay hơi (dùng chất oxy hoá mạnh
như NaNO
3
, các hợp chất flo, axit asenic )

7.1.2. Quá trình nấu thuỷ tinh
Đầu tiên phối trộn các nguyên liệu theo đúng tỉ lệ và đảo trộn để nguyên liệu phân tán đồng
đều vào nhau.
1) Giai đoạn tạo silicat: 600-1000
0
C
Khi nhiệt độ tăng dần, nước trong nguyên liệu bị tách ra, tạo ra các muối kép.
CaCO
3
+ Na
2
CO
3
= Na
2
Ca(CO
3
)
2

* 600 – 800
0
C muối kép tạo silicat và thoát CO
2

Na
2
Ca(CO
3
)

2
+ 2SiO
2
= Na
2
SiO
3
+ CaSiO
3
+ 2CO
2

* 720 - 900
0
C
Na
2
CO
3
+ SiO
2
= Na
2
SiO
3
+ CO
2

Na
2

Ca(CO
3
)
2
+ Na
2
CO
3
+ 3SiO
2
= 2Na
2
SiO
3
+ CaSiO
3
+ 3CO
2

* 912
0
C: CaCO
3
bị phân hủy
CaCO
3
= CaO + CO
2

* 1010

0
C: CaO + SiO
2
= CaSiO
3

2) Giai đoạn tạo thủy tinh:
Bắt đầu từ 900
0
C đến 1200
0
C: Trong khoảng nhiệt độ này các muối silicat chảy lỏng thành
một khối trong suốt, nhưng còn nhiều bọt khí và thành phần thủy tinh chưa đồng nhất.
3) Giai đoạn khử bọt:
Nhiệt độ khoảng 1400 - 1500
0
C
Ở giai đoạn này các bọt sẽ được thoát ra hết do nhiệt độ tăng làm độ nhớt của chất lỏng
giảm và các chất khử bọt phát huy tác dụng (các khí như O
2
, CO
2
thoát ra). Cuối giai đoạn khử
bọt, bằng mắt thường ta không thể nhìn thấy các bọt trong thủy tinh.
4) Giai đoạn đồng nhất
Sau khi giai đoạn khử bọt kết thúc, người ta vẫn phải giữ thủy tinh trong một thời gian nhất
định ở nhiệt độ cao. Do ở nhiệt độ như vậy độ nhớt của thủy tinh rất thấp tạo điều kiện khuyếch
tán các thành phần của nguyên liệu đồng đều ở các hướng
5) Giai đoạn làm lạnh
Ở trạng thái quá lỏng không thể gia công thuỷ tinh thành sản phẩm được  phải hạ thấp

nhiệt độ của xuống 1100 - 1300
0
C để có độ nhớt đảm bảo cho quá trình tạo hình.


Hình 8.1 Cấu tạo cơ bản của một lò bể nấu thủy tinh
1. Cửa nạp liệu; 2. Đầu phun đốt nhiên liệu; 3. Cửa lấy thủy tinh ra để tạo hình; 4. Vùng tạo
silicat; 5. Vùntg tạo pha đồng nhất; 6. Vùng lấy thủy tinh ra.
Quá trình nấu thủy tinh trong lò bể xảy ra như sau: phối liệ được đưa vào lò theo
cửa (1). Khi được nng nóng lên tới 250 -300
o
C, chúng bắt đầu hình thành các cabonat
kép; khi lên tới khỏang 900
o
C, bắt đầu quá trình tạo silicat và giải phóng khí CO
2
và O
2
.
Khi nhiệt độ đạt tới 1200-1400
o
C ở vùng nấu thủy tinh (4), khối vật chất nóng chảy tạo
thành silicat đồng thể. Để đồng nhất dung dịch nóng chảy ở vùng tạo pha thủy tinh đồng
nhất (5), người ta thường phải tăng nhiệt độ lên 1500
o
C. Sau khi tạo được pha đồng nhất,
muốn đem tạo hình thì lại phải hạ nhiệt độ xuống dưới 1200
o
C mới đủ độ dẻo để gia công
tạo hình; quá trình này xảy ra ở vùng lấy thủy tinh ra(6). Thủy tinh lấy ra để gia công từ

cửa (3).
7.2. Công nghệ sản xuất đồ gốm
Gốm là vật liệu vô cơ phi kim lọai được tạo nên do khối vật chất gồm các hạt nhỏ, mịn của
các chất rắn được nung tới nhiệt độ gần nóng chảy (nhiệt độ thêu kết), kết dính lại với nhau, sau
khi để nguội cả khối sẽ đông cứng lại. Hình dạng của đồ gốm được giữ nguyên như khi chúng
được tạo hình trước khi nung.
Những tính chất quan trọng của gốm là bền nhiệt, không tan trong nước và hầu như không
tan trong các dung dịch axit, bazơ và muối, chịu áp lực tốt, dẫn nhiệt và dẫn điện kém nhưng
giòn khó gia công thành dạng sợi hay những hình dạng phức tạp.
Người ta chia gốm ra làm hai lọai: gốm thô và gốm tinh. Gốm thô gồm gốm xây dựng như
gạnh ngói, gốm chịu lửa, gốm gia dụng như nồi niêu, chum, vại…Gốm tinh gồm có đồ sứ. gốm
kỹ thuật (gốm silicatvà phi silicat như gốm oxit, gốm cacbua, borua).
Nguyên liệu chung nhất để sản xuất gốm thông thường có có lọai chính:
- Chất dẻo hóa khi hợp nước: các loại đất sét;
- Các chất trơ: cát, cao lanh, samot…
- Chất chảy, trợ chảy khi nung: carbonat kim loại kiềm, kiềm thổ, fenspat…
Công nghệ sản xuất gốm thô rất đơn giản như sản xuất gạch, ngói đồ sành, đồ đất
nung…bao gồm ba công đọan chính là chuẩn bị nguyên liệu gốm, gia công tạo hình và nung sản
phẩm. Nguyên liệu sản xuất gốm thô thường chỉ là đất sét. Nguyên liệu sau khi khai thác được
nghiền, cán nhuyễn với nước để có độ dẻo nhất định; sau đó đem gia công tạo hình. Chúng ta
thường thấy có hai phương thức gia công tạo hình chính là ép theo khuôn và nặn vuốt trên bàn
xoay. Sản phẩm tạo hình được hung khô được gọi là phôi mộc. Phôi mộc có thể để nguyên đem
nung hoặc tráng men rồi mới nung ta thu được hàng mộc hay hàng men.
Sản xuất gốm tinh phức tạp hơn nhiều, ở đây chúng ta xem xét một công nghệ cụ thề là sản
xuất các sản phẩm sứ. Thành phần phối liệu của sứ đơn giản nhất là sét (cao lanh) 50%, cát
(thạch anh) 25% và trường thạch (fenspat) 25%. Người ta có thể thay đổi lượng các thành phần
và thêm vào phối liệu những phụ gia khác nhau.
Sau khi nghiền phối liệu, hỗn hợp được nghiền tinh cho tới khi đạt độ mịn theo yêu cầu rồi
tiến hành gia công tạo hình. Gia công tạo hìn có 3 cách: đổ khuôn, ép khuôn và nặn vuốt bằng
tay. Đồ vật su khi tạo hình được phơi hoặc sấy khô, sau đó được gọt, sửa và chuốt lại. Phôi khô

tiếp tục được vẽ trang trí và tráng men. Cuối cùng là thiêu kết trong lò. Nhiệt độ thông thường là
1200 – 1400
o
C. Riêng công đọan trang trí các đồ sứ có thể tiến hành sau khi thiêu kết. Sau đó
chỉ cần “hấp” lại ở nhiệt độ thấp hơn để hình trang trí dính liền vào lớp men có sẵn. Công nghệ
này thường được gọi là công nghệ màu nhẹ lửa. So với màu nặng lửa nung ở nhiệt độ trên
1200
o
C) thì màu nhẹ lửa phong phú và dễ gia công hơn nhiều; song vì thế nó kém giá trị hơn.
Màu trong trang trí đồ gốm sứ là những oxit kim loại mang màu ( Vd như coban màu xanh
lam, sắt màu nâu đỏ, uranym màu vàng, crom- xanh lý…) được trộn lẫn với men trắng và vẽ lên
phôi sứ trước khi nung hoặc hấp. Riêng màu kim lọai như vàng kim thì người ta phải trộn muối
tan của vàng với dầu thông để vẽ hoặc in lên đồ sứ. Khi nung, chất hữu cơ cháy sẽ khử vàng về
dạng kim loại và dính chặt vào lớp men sứ tạo ra những trang trí bằng vàng kim.
7.3. Công nghệ sản xuất ximăng
7.3.1.Một số khái niệm
Xi măng Portland là chất kết dính thủy lực (*). Đó là sản phẩm nghiền mịn của clinke (95-
97%) với thạch cao thiên nhiên và một số phụ gia khác nhằm cải thiện một số tính chất của xi
măng theo yêucầu sử dụng (3-5%)
(*) Chất kết tinh thủy lực là chất ở dạng bột mịn cấu thành từ các muối khóang khan họat
tính mà khi tiếp xúc với nước thì biến thành một vật liệu dạng rắn, một lọai đá nhân tạo.
Những loại ximăng ngày nay đang sử dụng có những thành phần hóa học rất khác nhau và
được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như xi măng chịu nhiệt, ximăng chịu axit, kiềm,
nước muối, ximăng xỉ v.v…
Clinke sản xuất bằng cách nung đến kết khối phối liệu đã được đồng nhất gồm đá vôi, đất
sét hoặc đá vôi đất sét, quặng sắt… hoặc đá vôi, đất sét với các phế liệu của ngành CN khác ( xỉ
lò cao, tro than,…)
Thành phần hóa học ximăng Pooclăng: gồm bốn loại oxit chủ yếu:
CaO : 63% - 67% Al
2

O
3
: 4 - 7%
SiO
2
: 21% - 24% Fe
2
O
3
: 2,5 - 4%
Nếu xét về thành phần khoáng thì trong ximăng Pooclăng bao gồm canxi silicat, canxi
aluminat và canxi ferit
Nếu kí hiệu: CaO = C; SiO
2
= S; Al
2
O
3
= A; Fe
2
O
3
= F
thì thành phần khoáng có trong ximăng là:
Canxi silicat : C
3
S, C
2
S, C
3

S
2
…
Canxi aluminat : C
3
A, C
5
A, CA, CA
2
…
Canxi ferit : C
4
AF
,
C
2
F, C
3
A
3
F, v.v…
Ngoài ra còn có khoáng chứa oxit kim loại kiềm.
Thành phần khóang vật của clinke:

Tên khóang
Công thức khóang
Thành phần %
Đặc tính đóng
rắn của khóang
Alit

3CaO.SiO
2
(C
3
S)

60-65%
Đóng rắn nhanh
Rất bền vững
Belit
2CaO.SiO
2
(C
2
S)

20-25%
Đóng rắn chậm
rất bền vững
Celit
3CaO.Al
2
O
3
(C
3
A)

12%
Đóng rắn nhanh

Kém bền vững
Alumino-Ferit
4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3

(C
4
AF)

1-5% (7-14%)
Đóng rắn chậm
Kém bền vữnn.

* C
3
S: Quyết định chất lượng ximăng. C
3
S đóng rắn nhanh cho cường độ chịu nén cao. C
3
S chỉ
hình thành trong quá trình nung luyện trên cơ sở các khoáng khác đã tạo thành pha lỏng.
Quá trình sản xuất xi măng chia ra làm 3 giai đọan:
- Chuẩn bị nguyên liệu (nghiền và đồng nhất phối liệu)
- Nung phối liệu đến kết khối tạo clinke và làm lạnh nhanh.

- Ủ và nghiền clinke với các loại phụ ra cần thiết.
Các phương pháp sản xuất xi-măng:
- Phương pháp ướt (phối liệu dạng bùn, độ ẩm 36 – 42%) có thể dùng lò quay hoặc
lò đứng. Ở phương pháp này hỗn hợp phối liệu được nghiền ướt trong máy nghiền bi, thành dạng
huyền phù, có hàm ẩm cao. Phối liệu sau khi nghiền đạt độ đồng nhất cao,nhờ đó clinke có thể
đạt chất lượng tốt. Tuy nhiên hàm ẩm phối liện cao nên nhiệt năng tiêu tốn cho quá trình sấy và
nung lớn, đồng thời cũng cầnlò có chiều dài lớn, chiếm nhiều mặc bằng sản xuất. Hiện nay trên
thế giới phương pháp ướt được sử dụng ít mà chủ yếu là phương pháp khô và bán khô.
- Phương pháp khô (phối liệu vào lò ở dạng bột) có thể dùng lò quay hoặc lò đứng.
- Phương pháp bán khô (phối liệu vào lò ở dạng viên) dùng lò đứng.
7.3.2. Nguyên liệu sản xuất ximăng
- Đá vôi: đá vôi chiếm khoảng 75 - 80% khối lượng nguyên liệu.
- Đất sét: chiếm khoảng 20 - 35% phối liệu
- Phụ gia: Để tăng cường hoặc hạn chế một số tính nào đó của ximăng
+ Phụ gia khoáng hoá: Có tác dụng như xúc tác nhưng sau đó nằm lại trong ximăng.
+ Phụ gia điều chỉnh: để điều chỉnh tốc độ kết dính và thời gian đóng rắn của sản phẩm
+ Phụ gia thuỷ: Tăng tính bền nước trong môi trường khoá của ximăng: xỉ lò cao
+ Phụ gia đầy: Có tác dụng làm chất độn, giảm giá thành của sản phẩm: gạch, đá, vôi
Các nguyên liệu được trộn lẫn và nghiền mịn đến kích thước 0,06 - 0,07mm rồi đưa vào lò
nung theo phương pháp ướt hoặc phương pháp khô theo đúng tỷ lệ
7.3.3. Nung luyện Clinke
Các phản ứng hoá lý:
- Phương pháp khô: nguyên liệu được nghiền riêng từng loại hoặc nghiền chung thành dạng bột
rồi trộn lẫn với nhau, thêm một ít nước để có thể đóng bánh hoặc ve viên.
- Phương pháp ướt: nghiền nguyên liệu cùng với nước tạo thành hỗn hợp dạng bùn (patơ) sau đó
rót vào lò nung.
Dưới tác dụng của nhiệt độ cao các oxyt trong nguyên liệu ban đầu phân hủy và tác dụng
với nhau tạo thành những hợp chất mới gọi là các khoáng silicat. Các khoáng đó ở t
0
cao

(1450
0
C) nằm trong pha lỏng. Khi làm lạnh kết lại thành những hạt gọi là clinker  nghiền mịn
 xi măng  tác dụng với nước sau một thời gian sẽ đóng rắn.
- Trong khoảng nhiệt độ từ 500 - 600
0
C các khoáng sét mất nước.
Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O  Al
2
O
3
.2SiO
2
+ 2H
2
O
- Ở nhiệt độ khoảng 900
0
C các khoáng khan phân hủy thành các oxít:
Al
2
O

3
.2SiO
2
 Al
2
O
3
+ 2SiO
2

- t
0
C  1000
0
C tạo ra Al
2
O
3
.SiO
2
và  1200
0
C – 1300
0
C tạo ra 3Al
2
O
3
.2SiO
2

do tương tác giữa
các axit tương ứng.
- Tại nhiệt độ trên 900
0
C đá vôi cũng bị phân hủy.
CaCO
3
 CaO + CO
2
H > 0
Trong khoảng từ 800 – 1250
0
C hầu hết các khoáng quan trọng trong thành phần của clinke
ximăng đã được tạo thành. Riêng khoáng C
3
S(3CaO.SiO
2
) được tạo thành rất chậm do kết quả
phản ứng của C
2
S

với CaO. Quá trình này chỉ diễn ra với tốc độ nhanh khi có mặt của pha lỏng.
Pha lỏng là do C
5
A
3
và C
4
AF ở nhiệt độ 1450

0
C bị chảy lỏng tạo thành. Khoáng C
3
S là thành
phần quan trọng quyết định tính chất của ximăng. Nhưng khoáng này chỉ được tạo thành ở nhiệt
độ cao. Do vậy nhiệt độ nung luyện clinke có ảnh hưởng đến chất lượng
Lò nung clinker
a. Lò đứng:
Là một hình trụ đứng, rỗng, chiều cao có kích thước gấp 3 – 4 lần đường kính. Lò được
chia làm 3 vùng: vùng sấy, nung, làm sạch. Nguyên liệu đưa vào lò đứng ở dạng khô.
b. Lò quay:
Loại lò quay là một ống kim loại hình trụ rỗng, đặt nghiêng một góc từ 3
0
– 5
0
. Chiều dài
lớn hơn đường kính từ 30 – 40 lần.
Toàn bộ chiều dài lò được đặt trên một hệ thống bệ đỡ có con lăn, đặt trên trụ lò bằng bê
tông. Lò làm việc theo nguyên tắc ngược chiều: nguyên liệu vào đầu cao (đầu lạnh) clinke ra đầu
thấp (đầu nóng của lò), nhiên liệu và khí đi vào đầu thấp. Lò chia làm 6 vùng:
Vùng sấy: t
o
> 100
o
C và vùng đốt nóng t
o
~ 500
o
C– Quá trình làm mất nước (chiếm 50 –
60% chiều dài)

Vùng phân hủy t
o
= 900-1000
o
C. (chiếm 20 – 23% chiều dài)
Al
2
O
3
.2SiO
2
→Al
2
O
3
+ 2SiO
2

CaCO
3
→CaO + CO
2
.
Vùng tỏa nhiệt t = 1000 – 1300
o
C các phản ứng phân hủy xảy ra mãnh liệt tạo ra các khóang
ở pha rắn (chiếm 5 – 4% chiều dài)
CaO + Al2O3 →CA
2CaO + SiO
2

→ C
2
S
5CaO + Al2O3 → C
5
A
3
→ C
3
A
2CaO + Fe
2
O
3
→ C
3
F
C
3
F + CaO + Al
2
O
3
→ C
4
AF
Vùng kết khối t = 1300 -1450
o
C (chiếm 10 – 15% chiều dài), tất cả các pha rắn
chuyển thành pha lỏng trong đó xảy ra phản ứng C

2
O + CaO → C
3
S là khóang chủ yếu của xi
măng nhưng chỉ tạo ra trong pha lỏng.
Vùng làm nguội t = 1000-800oC (chiếm 10% chiều dài)
Phối liệu được nạp vào lò, chuyển động theo chiều dài của lò, chủ yếu là trượt trên bề mặt
trong của lò. Thời gian vật liệu lưu trong lò vào khoảng 3 – 6 giờ.


Hình 8.2 Lò quay nung xi măng
1. Bộ phận nạp nguyên liệu ; 2. Lò quay ; 3. Phần làm nguội sản phẩm
Vật liệu ra khỏi lò nung nhiệt độ 100 – 200
0
C. Đây mới là bán thành phẩm, người ta tiếp
tục ủ, thêm phụ gia, nghiền và đóng bao chống ẩm để dễ vận chuyển đến nơi tiêu thụ.
Xử lý Clinke và tạo ximăng
- Ủ: Clinker ra khỏi lò được đưa vào kho ủ 10-15 ngày, ủ có tác dụng vừa làm lạnh vừa để các
CaO tự do còn lại trong clinker hút hơi ẩm tạo ra Ca(OH)
2
làm nở thể tích và làm clinke giòn dễ
nghiền hơn. Khối clinker bị nứt nẻ dễ dàng cho quá trình nghiền. Người ta có thể phun nước
dạng sương mù để tăng hiệu quả làm lạnh, rút ngắn thời gian ủ.
- Nghiền: Clinke – sản phẩm của quá trình nung hỗn hợp nguyên liệu chưa phải xi măng. Clinke
sau đó được nghiền mịn. Trong quá trình nghiền người ta cho vào các phụ gia như CaSO
4
.2H
2
O,
xỉ lò cao. Độ mịn càng cao thì cường độ nén càng lớn độ kết dính và độ đóng rắn cao.

Xi măng bột từ máy nghiền ra thường có nhiệt độ 80 -130
o
C được tiếp tục làm lạnh trong các
silo chứa rồi được đón bao.

Hình 8.3 Qui trình công nghệ sản xuất xi măng Portland
Quá trình lý hóa xảy ra trong lò có thể tóm tắt như sau: Ở vùng nhiệt độ đến 200
o
C chù
yếu là quá trình tách nước tự do (độ ẩm) trong nguyên liệu.
Sự tách nước liên kết xảy ra hòan tòan khi nhiệt độ đạt tới 950
o
C. Các quá trình khác xảy
ra cụ thể là ở 700
o
C bắt đầu tạo monocanxi aluminat, từ 900
o
C đến 1000
o
C xảy ra các quá trình
phân hủy cacbonat, từ 1000
o
C đến 1300
o
C là vùng tạo tricanxi aluminat và từ 1300
o
C bắt đầu
quá trình tạo tricanxi silicat và ferit. Trong vùng nóng nhất của lò ( từ 1300
o
C đến 1500

o
C) chủ
yếu là phản ứng tạo tricanxi silicat. Đồng thời ở đây cũng tạo ra sự chuyển pha. Sự xuất hiện pha
lỏng lúc này là rất quan trọng; nó là thành phần để kết dính các phần tử khóang mới hình thành
lại với nhau, đồng thời với sự quay của lò, hỗn hợp khóang tạo thành các viên clinke.
Clinke ra khỏi lò còn có nhiệt độ rất cao. Người ta dùng dòng khí thổi quá để làm nguội.
Dòng không khí sau khi trao đổi nhiệt sẽ nóng lên và được dẫn vào đốt với nhiên liệu hoặc để
sấy nóng phối liệu ban đầu. Clinke nguội được đem nghiền mịn thành xi măng.
Xi măng khi hợp nước sẽ xảy ra quá trình đóng rắn. Trong đó xảy ra các phản ứng của
các khóang với nước, sự hòa tan các khóang và tách ra các pha khóang có khả năng ngưng kết
cao đồng thời với sự tỏa nhiệt (nhiệt hydrat hóa).
Bên cạnh các phản ứng hợp nước của các khóang nói trên, trog quá trình đóng rắn của xi
măng còn có các phản ứng của các oxit kim lọai kiềm thổ như canxi, magie và các phụ gia khác
như thạch cao các phản ứng cũng tỏa ra một lượng nhiệt lớn tham gia vào việc thúc đẩy quá
trình đóng rắn của xi măng.
Bên cạnh xi măng Portland là lọai xi măng tốt nhất, còn có các loại ximăng khác như xi
măng Romnan có hàm lượng CaO tới dưới 50%, màu vàng nâu và kèm bền hơn. Xi măng
Puzzolan có hàm lượng CaO rất cao và chỉ chứa 10 -20% sét.