Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế một phần đất sét trong phối liệu sản xuất gạch đất sét nung

MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

1

1.1. Vài nét về tình hình sản xuất gạch đỏ ở Việt Nam

1

1.2. Tiêu chuẩn gạch đỏ Việt Nam

2

1.2.1. Tiêu chuẩn đất sét làm gạch đỏ

2

1.2.2. Tiêu chuẩn TCVN 1451:1998 Gạch đất sét nung

3

1.3. Nguyên liệu để sản xuất gạch đỏ

4

1.3.1. Nhóm khoáng caolinit

4

1.3.2. Nhóm khoáng monmoriolit

5

1.3.3. Nhóm thủy mica

5

1.3.4. Các tạp khoáng trong nguyên liệu sét

5

1.3.3. Thành phần hạt

6

1.3.4. Độ dẻo

7

1.4. Công nghệ sản xuất gạch đất sét nung

8

1.5. Quá trình hoá lý khi nung gạch đỏ pha than

8

2. Sự hình thành và các tính chất của tro bay

14

2.1. Nguồn gốc hình thành tro bay

14

2.2. Tính chất của tro bay

16

2.3. Tình hình nghiên cứu tro bay trên thế giới và trong nước

17

3. Những ứng dụng của tro bay

22

4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

23


CHƯƠNG II. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

25

1. Các phương pháp xác định tính chất cơ lý

25

2. Khảo sát các tính chất của nguyên liệu.

27

2.1. Thành phần hoá

28

2.2. Thành phần khoáng

28

2.3. Thành phần hạt

30

2.4. Các chỉ tiêu cơ lý của nguyên liệu

32

3. Các bài phối liệu không pha phụ gia hoá dẻo

33

3.1. Xác định chỉ số dẻo

33

3.2. Cường độ gạch mộc

34

3.3. Xác định các chỉ tiêu cơ lý khác của mẫu gạch

35

4. Các bài phối liệu pha phụ gia hoá dẻo

42

4.1. Tìm loại phụ gia thích hợp

43

4.2. Các bài phối liệu

44

Kết luận

51

Kiến nghị

52

Tài liệu tham khảo

53

Phụ lục

56


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Yêu cầu thành phần hóa
Bảng 1.2. Yêu cầu thành phần hạt
Bảng 1.3. Yêu cầu chỉ tiêu cơ lý
Bảng 1.4. Quy định mác và độ bền nén của gạch đặc
Bảng 1.5. Phân loại thành phần hạt của đất sét
Bảng 1.6. Nguồn năng lượng Việt Nam
Bảng 1.7. Nhà máy nhiệt điện Việt Nam
Bảng 2.1. Kết quả phân tích thành phần hóa
Bảng 2.2. Kết quả thành phần khoáng của đất sét, tro bay
Bảng 2.3. Kết quả phân tích thành phần hạt của đất sét và tro bay
Bảng 2.4. Chỉ tiêu cơ lý của nguyên liệu
Bảng 2.5. Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu tro bay
Bảng 2.6. Chỉ số dẻo các bài phối liệu O, A, B, C
Bảng 2.7. Cường độ uốn của gạch mộc các bài O, A, B, C
Bảng 2.8. Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu O, A, B, C
Bảng 2.9. Thành phần khoáng Bentonite
Bảng 2.10. Kết quả phân tích thành phần khoáng của mẫu C (50% TB:50% ĐS)
Bảng 2.11. Kết quả phân tích thành phần hóa Bentonit (%)
Bảng 2.12. Chỉ số dẻo bài D khi pha phụ gia hoá dẻo
Bảng 2.13. Chỉ số dẻo các bài phối liệu D, E, F, G
Bảng 2.14. Cường độ uốn của gạch mộc các bài phối liệu D, E, F, G
Bảng 2.15. Kết quả các chỉ tiêu cơ lý các bài phối liệu D, E, F, G

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 và Hình 1.2. Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét tro bay
Hình 2.1- Biểu đồ phân tích thành phần hạt của đất sét
Hình2.2- Biểu đồ phân tích thành phần hạt của tro bay Phả Lại
Hình 2.3. Khuôn đóng mẫu
Hình 2.4. Tủ sấy mẫu
Hình 2.5. Mẫu sau khi nung để xác định độ co, độ xốp, độ hút nước
Hình 2.6. Mẫu sau khi nung để xác định cường độ nén
Đồ thị 2.1. Độ co sấy các mẫu O, A, B, C
Đồ thị 2.2. Độ co toàn phần các mẫu O, A, B, C
Đồ thị 2.3. Độ xốp các mẫu O, A, B, C
Đồ thị 2.4. Độ hút nước các mẫu O, A, B, C
Đồ thị 2.5. Cường độ nén gạch
Đồ thị 2.6. Khối lượng thể tích các mẫu O, A, B, C
Đồ thị 2.7. Độ hút nước - nhiệt độ nung
Đồ thị 2.8. Độ xốp các mẫu D, E, G, H
Đồ thị 2.9. Độ co sấy các mẫu D, E, G, H
Đồ thị 2.10. Độ co toàn phần các mẫu D, E,F,G
Đồ thị 2.11. Cường độ nén gạch
Đồ thị 2.12. Khối lượng thể tích


LỜI CAM ĐOAN

Sau hơn 6 tháng nghiên cứu tài liệu và tiến hành thí nghiệm. Tôi đã hoàn thành bản
luận văn thạc sĩ đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế một phần đất sét trong phối
liệu sản xuất gạch đất sét nung” dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Huỳnh Đức Minh.
Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đạt được là do tôi thực hiện.

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010

Học viên:
Nguyễn Thị Thu Huyền


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Đức Minh, sự
quan tâm và tạo điều kiện của Trung Tâm Gốm sứ Thủy tinh - Viện Vật liệu Xây dựng
đã giúp tôi hoàn thành bản luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế một
phận đất sét trong phối liệu sản xuất gạch đất sét nung”.
Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ vật
liệu Silicát, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình giúp tôi hoàn thành bản luận văn này.

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010
Học viên:
Nguyễn Thị Thu Huyền


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Vài nét về tình hình sản xuất gạch đỏ ở Việt Nam
Việt Nam đang trong quá trình đô thị hoá mạnh mẽ với tỷ lệ dân cư thành thị hiện
nay chiếm khoảng (27-28)% tổng số dân cả nước. Dự báo tỷ lệ này sẽ tăng lên (40-55)%
vào năm 2020. Vì vậy nhu cầu nhà ở, cao ốc văn phòng, trung tâm thương mại, khách
sạn, các khu vui chơi giải trí, bênh viện, trường học sẽ tăng cao. Điều này đồng nghĩa với
việc tăng tốc độ phát triển của thị trường xây dựng trong thời gian tới. Đây chính là nhân
tố thúc đẩy sự phát triển của ngành xây dựng và sản xuất các loại vật liệu xây dựng như:
gạch xây, gạch lát …Hiện nay gạch đất sét nung được coi là một trong tám loại vật liệu
xây dựng quan trọng của nước ta. Theo định hướng đến năm 2020 sản phẩm gạch đỏ
trong toàn quốc đạt 31 tỷ viên/ năm.
Hiện nay, nguồn nguyên liệu để sản xuất gạch nung là đất sét và các nguyên liệu
phụ trợ như than đá, các phế thải công nghiệp, nông nghiệp khác như mùn cưa,

trấu,…Tuy nhiên các loại phụ gia trên chỉ chiếm một tỷ lệ khá nhỏ nên có thể coi gần như
100% nguyên liệu sản xuất gạch nung vẫn là đất sét.
Bằng các ước đoán về tỉ lệ cho từng loại gạch, kích thước, độ rỗng, …có thể tính
được tiêu tốn nguyên liệu sét để sản xuất 1000 viên gạch là 1,75m3. Năm 2010, sản lượng
gạch khoảng 25 tỷ viên, như vậy lượng nguyên liệu sét khoảng 43.7 triệu m3. Với độ sâu
khai thác trung bình khoảng 2m thì mỗi năm nước ta mất đi hàng ngàn hecta đất trồng
trọt.
Đất sử dụng để sản xuất gạch chủ yếu từ các mỏ sét, đất bãi ven sông, đất sản xuất
nông nghiệp kém hiệu quả và đất đồi. Tuy nhiên, tại một số nơi do thiếu nguồn nguyên
liệu nên đã phải sử dụng cả đất ruộng canh tác để sản xuất gạch. Do đó, ảnh hưởng khá
nhiều đến sản xuất nông nghiệp.

Nguyễn Thị Thu Huyền

1

CNVL Silicat 2008-2010


Nguồn tài nguyên thiên nhiên đang ngày càng trở nên cạn kiệt thì điều cần thiết là
sử dụng tiết kiệm và tìm nguyên liệu thay thế nguyên liệu truyền thống, đặc biệt là tái sử
dụng một cách hiệu quả phế thải công nghiệp và đảm bảo chống ô nhiễm môi trường.
Việc nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện thay thế đến mức tối đa có thể cho nguyên
liệu truyền thống để sản xuất gạch đất sét nung nói riêng và vật liệu xây dựng nói chung
là rất cần thiết.
1.2. Tiêu chuẩn gạch đỏ Việt Nam
1.2.1. Tiêu chuẩn đất sét làm gạch đỏ
Theo yêu cầu kỹ thuật, đất sét dùng để sản xuất gạch đặc là đất sét dễ chảy, có
nhiệt độ nung thích hợp không quá 10500C và có thành phần hóa bảng 1.1, thành phần hạt
bảng 1.2 và các chỉ tiêu cơ lý bảng 1.3.

Tiêu chuẩn đất sét đỏ để sản xuất gạch nung (TCVN 4344-4353- 1986)
Bảng 1.1. Yêu cầu thành phần hóa
Tên chỉ tiêu

Mức %

- Hàm lượng SiO2

58 - 72

- Hàm lượng Al2O3

10 - 20

- Hàm lượng Fe2O3

4 - 10

- Hàm lượng tổng các kiềm thổ quy ra cacbonat (MgCO3 và
CaCO3) không lớn hơn

6

Bảng 1.2. Yêu cầu thành phần hạt
Cỡ hạt ( mm)

Mức %

-

Lớn hơn 10

-

Từ 2 - 10 (hạt sỏi sạn), không lớn hơn

-

Nhỏ hơn 0,005 ( sét )

Nguyễn Thị Thu Huyền

Không cho phép
12
22-32

2

CNVL Silicat 2008-2010


Bảng 1.3. Yêu cầu chỉ tiêu cơ lý
Tên chỉ tiêu

Mức

-

Giới hạn bền kéo mộc ở trạng thái khô, 105 N/m2

-

Độ hút nước khi nung ở nhiệt độ thích hợp (%)

-

Giới hạn bền nén sau khi nung ở nhiệt độ thích hợp,

2.5 - .,5
8 - 18
100 - 200

105 N/m2
1.2.2. Tiêu chuẩn TCVN 1451:1998 Gạch đất sét nung
Gạch đất sét thường được chế tạo từ các loại đất sét dễ chảy, có hay không có phụ
gia, tạo hình bằng phương pháp đùn dẻo sau đó là sấy và nung. Kích thước gạch phổ biến
là (220x 105x 60)mm. Theo TCVN 1451- 1998, gạch đất sét sản xuất theo phương pháp
đùn dẻo chia ra các mác theo giới hạn độ bền nén bảng 1.4, và các chỉ tiêu cơ lý.
Bảng 1.4. Quy định mác và độ bền nén của gạch đặc

Mác gạch

Độ bền nén 105 N/m2
Trung bình cho 5 mẫu

Nhỏ nhất cho 1 mẫu

200

200

150

150

150

125

125

125

100

100

100

75

75

75

50

50

50

35

Nguyễn Thị Thu Huyền

3

CNVL Silicat 2008-2010


- Độ hút nước, (%), không lớn hơn:

16

- Khối lượng thể tích, ( g/cm3), không nhỏ hơn:

1,6

1.3. Nguyên liệu để sản xuất gạch đỏ [7]
Trong sản xuất gạch ngói nguyên liệu chủ yếu thường dùng là đất sét dễ chảy có
hàm lượng Al2O3 thấp, hàm lượng các tạp sắt kiềm và kiềm thổ cao. Thành phần chính
của đất sét là các khoáng alumosilicat ngậm nước (nAl2O3.mSiO2.pH2O) chúng được tạo
thành do fenspat bị phong hóa. Tùy từng điều kiện môi trường hóa học mà các khoáng tạo
ra có thành phần khác nhau, khoáng caolinit 2SiO2.Al2O3.2H2O, khoáng montmorilonit
4SiO2.Al2O3.nH2O, khoáng thuỷ mica K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O là ba khoáng chính quyết
định tính chất của đất sét như độ dẻo, độ co, độ phân tán, khả năng chịu lửa…
1.3.1. Nhóm khoáng caolinit
Nhóm gồm các khoáng caolinit, dickit, nacrit, haloyzit mà đại diện là caolinit và
haloyzit , công thức hóa học : Al2O3.2SiO2.2H2O.
Cấu trúc của caolinit gồm 1 lớp tứ diện [SiO4]và 1 lớp gồm các bát diện [AlO6] hai

lớp tạo nên 1 tập hở với chiều dày 7,21-7,25 A0 và các nhóm hydroxyl phân bố về một
phía của tập. Phần giữa các tập có các nhóm –OH cùng với các loại ion oxi làm nhiệm vụ
lien kết các tứ diện và bát diện.
Tinh thể caolinit có dạng tấm mỏng, lục giác, góc giữa các cạnh là 1060 đến 1400,
kích thước 0,1-0,3µm. Trong các cao lanh thứ sinh và trong các loại đất sét giàu caolinit,
tinh thể caolinit có hình dạng không cân đối, các rìa góc bị sứt vỡ và kích thước nhỏ hơn
lục giác. Caolinit có chủ yếu trong cao lanh. Khoáng haloyzit có công thức hóa
Al2O32SiO2 4H2O. Haloyzit thường đi kèm với caolinit trong cao lanh. Tinh thể haloyzit
có dạng hình que, hình ống d:0,05- 0,2 µm. Đôi khi các tinh thể haloyzit tạo nên các kết
thể lộn xộn. Haloyzit so với caolinit có độ mịn và khả năng hấp phụ và trao đổi ion lớn
hơn

Nguyễn Thị Thu Huyền

4

CNVL Silicat 2008-2010


1.3.2. Nhóm khoáng monmoriolit
Nhóm này gồm có monmorilonit, baiđêlit, nontronit. Công thức hóa học
Al2O3.4SiO2.H2O.nH2O. Trong mạng lưới các ion Al3+ ở lớp bát diện thường được thay
thế đồng hình bởi Mg2+, Ca2+, các ion Si4+ ở lớp tứ diện được thay thế đồng hình bởi Al3+
đất sét monmorilolit có độ mịn rất cao, có cỡ hạt < 0,06 µm chiếm 40%.
Các tinh thể monmorilolit không những rất bé và mỏng còn có hình dạng không rõ
nét. Do đặc điểm cấu trúc của mình mà khoáng có độ dẻo cao, dung lượng hấp phu ion
lớn 150 ml đlg/100g nguyên liệu khô. Đất sét monmorilolit được đưa vào phối liệu gốm
sứ với một lượng nhỏ để tăng độ dẻo.
1.3.3. Nhóm thủy mica
Mica- muscovit (K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O) là loại khoáng nằm trong đất sét có cấu

trúc 3 lớp.
Do mica bị thủy phân lâu dài và liên tục nên giữa khoáng phân hủy ban đầu và
khoáng tạo thành phân hủy cuối cùng là caolinit có tồn tại 1 loạt thủy mica trong đất sét.
Các khoáng thủy mica là loại khoáng chính cấu thành đất sét dễ chảy thích hợp
cho làm ngói, gạch hàm lượng của nó nhiều khi đến 60%. Độ mịn của khoáng cao do hiện
tượng thay thế đồng hình phổ biến nên khả năng trương nở thể tích và hấp phụ ion lớn.
Ngoài 3 nhóm khoáng chính trong nguyên liệu sét còn có các tạp khoáng.
1.3.4. Các tạp khoáng trong nguyên liệu sét
Thạch anh
Chiếm từ vài đến vài chục phần trăm. Hạt cát có nhiều kích thước khác nhau, cạnh
góc thường là tù. Không màu hoặc nhuộm màu. Cát với hàm lượng lớn làm tăng tính khó
chảy.
Fenpat
Tồn tại ở dạng hạt rất nhỏ thường là fenpat kali và microcline. Có tác dụng kéo dài
khoảng nhiêt độ kết khối của nguyên liệu.
Cacbonat

Nguyễn Thị Thu Huyền

5

CNVL Silicat 2008-2010


Tồn tại ở dạng đá vôi hoặc đôlomit với kích thước hạt khác nhau hoặc nằm riêng
lẻ. Có tác dụng trợ chảy (đặc biệt trên 1000oC), dưới 1000oC nó không có tác dụng trợ
chảy mà còn làm cho gạch bị xốp, bị giảm cường độ cơ học. Nói chung CaCO3 và
MgCO3 là những tạp chất có hại làm giảm nhiệt độ nóng chảy và giảm khoảng nhiệt độ
kết khối của đất sét.
TiO2

Thường chiếm từ (0- 4)% ít ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy, TiO2 không màu
nhưng chuyển sang màu vàng nếu có mặt của Fe2O3 .
Sắt
Sắt tồn tại ở dạng pyrite FeS2, hematite Fe2O3, hydroxit sắt. Hạt sắt hạ thấp nhiệt
độ nóng chảy của nguyên liệu sét và nhuộm màu cho sản phẩm.
Thạch cao
CaSO4 .2H2O thường nằm trong đất sét chất lượng thấp (thường tồn tại thành cụm)
chỉ là chất trợ chảy mạnh.
Muối tan
Muối sunfat và clorua là những tạp chất có hại, đặc biệt là Na2SO4 khi vượt quá
hàm lượng 0,5% trong gạch đỏ thì khi sấy muối tan sẽ dịch chuyển ra bề mặt ngoài sản
phẩm sấy và kết tinh lại ở dạng muối kép. Khi nung sẽ làm mất mỹ quan và làm cho vữa
khó bám vào bề mặt sản phẩm. Muối tan hút nước dẫn đến trương nở thể tích gây nứt vỡ
sản phẩm.
1.3.3. Thành phần hạt [5]
Các hạt sét riêng lẻ có kích thước thực tế dao động trong khoảng 0- 10 µm đôi khi
các hạt nhỏ kết tập lại với kích thước > 10 µm. Đa số các khoáng như thạch anh, fenpat,
mica… có kích thước lớn hơn các tinh thể khoáng trong nguyên liệu sét. Phân loại thành
phần hạt đất sét được nêu trong bảng 1.5.

Nguyễn Thị Thu Huyền

6

CNVL Silicat 2008-2010


Bảng 1.5. Phân loại thành phần hạt của đất sét
STT

Cỡ hạt (µm)

1

1000 - 250

2

250 - 50

3

50 - 10

4

10 - 5

5

5-1

6

<1

Phân loại
Hạt dạng cát
Hạt bụi
Hạt sét

1.3.4. Độ dẻo
Độ dẻo là khả năng của đất sét khi nhào trộn với nước tạo thành hỗn hợp dẻo, cho
phép tạo hình với hình dáng bất kỳ. Dưới tác dụng của ngoại lực nó có độ bền nhất định.
Độ dẻo của đất sét được đánh giá qua chỉ số dẻo Ip được tính như sau:
Ip = W1 – W2
Trong đó: W1 : Độ ẩm của đất sét ở giới hạn dưới độ lưu động.
W2 : Độ ẩm của đất sét ở giới hạn lăn vê.
Theo giá trị này độ dẻo của đất sét được chia làm 5 nhóm:
+ Đất sét dẻo cao:

Ip > 25

+ Đất sét dẻo trung bình:

Ip = 15 ÷ 25

+ Đất sét dẻo thường:

Ip = 7 ÷ 15

+ Đất sét kém dẻo:

Ip = 1 ÷ 7

+ Đất sét không dẻo:

Ip < 1

Độ dẻo của đất sét phụ thuộc trước hết vào thành phần cỡ hạt của nó. Với việc tăng

độ phân tán của đất sét thì tính dẻo cũng tăng, khi đó ảnh hưởng mạnh nhất đến tính dẻo
của đất sét là hàm lượng các hạt kích thước nhỏ hơn 0,5 µm. Tính dẻo của đất sét còn phụ
thuộc rất lớn vào loại khoáng sét.

Nguyễn Thị Thu Huyền

7

CNVL Silicat 2008-2010


1.4. Công nghệ sản xuất gạch đất sét nung [7]
1.4.1. Khai thác nguyên liệu
Trước khi khai thác cần phải loại bỏ 0,3-0,4 m lớp đất trồng trọt bên trên. Việc
khai thác có thể bằng thủ công hoặc bằng máy ủi, máy đào, máy cạp. Đất sét sau khi khai
thác được ngâm ủ trong kho nhằm tăng tính dẻo và độ đồng nhất của đất sét.
1.4.2. Nhào trộn đất sét
Quá trình nhào trộn sẽ làm tăng tính dẻo của đất sét giúp cho việc tạo hình được dễ
dàng. Thường dùng các loại máy cán thô, cán mịn, máy nhào trộn, máy một trục, 2 trục để
nghiền đất.
1.4.3. Tạo hình
Để tạo hình người ta thường dùng máy đùn ruột gà. Trong quá trình tạo hình còn
dùng thiết bị có hút chân không để tăng độ đặc và cường độ của sản phẩm.
1.4.4. Phơi sấy
Khi mới được tạo hình gạch có độ ẩm rất lớn, nếu đem nung ngay gạch sẽ bị nứt,
tách do mất nước đột ngột. Vì vậy phải phơi sấy để giảm độ ẩm, giúp cho sản phẩm mộc
có độ cứng cần thiết, tránh biến dạng khi xếp vào lò nung.
Nếu phơi sấy tự nhiên trong nhà giàn hay ngoài sân thì thời gian phơi từ 8 - 15
ngày. Nếu sấy gạch bằng lò sấy tuynen thì thời gian sấy từ 18 - 24 giờ. Việc sấy gạch
bằng lò sấy giúp cho quá trình sản xuất được chủ động không phụ thuộc vào thời tiết,

năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt, nhưng có vốn đầu tư lớn, tiêu tốn nhiên liệu.
1.4.5. Nung : Đây là công đoạn quan trọng nhất quyết định chất lượng của gạch.
1.5. Quá trình hoá lý khi nung gạch đỏ pha than [6]

Nguyễn Thị Thu Huyền

8

CNVL Silicat 2008-2010


Nung gốm là một quá trình gia công vật liệu ở nhiệt độ cao và kết quả biến bán
thành phẩm mộc thành sản phẩm dạng đá bền vững cơ học, lý học, hoá học.
Khi nâng nhiệt trong sản phẩm gốm sẽ xảy ra một loạt các quá trình hoá lý phức
tạp và làm thay đổi tính chất của chúng. Chế độ nung là sự kết hợp phức tạp của quá trình
hoá lý với nhiều nhân tố như tốc độ nâng nhiệt, nhiệt độ nung cuối cùng, thời gian duy trì
hay lưu sản phẩm ở nhiệt độ cuối cùng, môi trường nung và tốc độ làm nguội.
1.5.1. Quá trình diễn biến khi nung khoảng 20o - 150oC
Đây là giai đoạn sấy kiệt để loại trừ hết nước vật lý do mộc còn chứa một lượng
nước đáng kể sau khi sấy. Nếu nâng nhiệt độ quá nhanh thì lượng hơi nước bốc ra dữ dội
và có thể phá vỡ hay nổ sản phẩm.
Trong thực tế người ta thường khống chế độ ẩm cuối cùng tối ưu khi sấy là 3-8%.
Độ ẩm cuối cùng của gạch đôi khi đạt đến 10% hoặc hơn. Khi nâng nhiệt độ nhanh thì bề
mặt vật liệu có thể tăng nhiệt độ nhanh. Nhiệt độ bên trong mặt gạch có thể dần tăng lên
đến 100oC. Như thế sẽ tạo ra ứng suất giữa lớp trong và ngoài khi gạch có độ dày lớn và
dẫn tới nứt bề mặt hoặc nổ sản phẩm. Trong trường hợp nung gạch rỗng hai lỗ lớn thì
chiều dày nung nóng nhỏ hơn nên có thể tiến hành nâng nhiệt nhanh được.
1.5.2. Giai đoạn từ 150oC đến 800oC
1.5.2.1.Quá trình thứ nhất
Trong giai đoạn này sẽ xảy ra quá trình dehydrat hay khử nước hoá học các khoáng

sét trong sản phẩm. Lúc này mạng tinh thể bị phá huỷ và đất sét mất tính dẻo của mình.
Việc loại trừ nước hoá học bắt đầu ở 350oC, song phần lớn nước hoá học được loại trừ
trong khoảng 450o - 500oC. Việc loại trừ nước hoá học có thể kéo dài đến tận 900oC vì
trong số khoáng sét có loại có hiệu ứng tách một ít nước hoá học đến hơn 800oC. Quá
trình này làm cho sét co lại và giảm cường độ cơ học.
1.5.2.2.Quá trình thứ hai

Nguyễn Thị Thu Huyền

9

CNVL Silicat 2008-2010


Quá trình thứ hai xảy ra là phân huỷ các chất hữu cơ lẫn trong gạch đỏ. Nếu có pha
than thì sẽ là quá trình tách chất bốc và cháy than cốc còn lại. Đây là quá trình khá phức
tạp và diễn ra dần dần khi tăng nhiệt độ.
Đầu tiên rễ cây hay cỏ lẫn vào đất bị phân huỷ và tách khí ra bắt đầu từ 200o 300oC. Khí này là khí có thể cháy được nếu có mồi lửa nhưng trong điều kiện khói lò với
hàm lượng oxy không cao mà nhiệt độ còn thấp nên khí này sẽ theo khói lò bay ra ngoài.
Than antraxit thường có hàm lượng chất bốc < 6%. Chất bốc này cũng sẽ tách ra
bắt đầu khoảng 300o - 350oC, mạnh ở khoảng 500oC và kết thúc ở khoảng 800oC. Như đã
biết, chất bốc là hỗn hợp của hàng chục hợp chất hoá học khác nhau như CO, CO2, H2S,
Hydrocacbon nặng và nhẹ, hắc ín nhựa than…Các hợp chất này rất độc và cháy tốt nhưng
không thể cháy được ở nhiệt độ thấp dưới 500oC măc dù có đầy đủ oxy. Trong điều kiện
khói lò chỉ chứa gần 10% oxy lại ở nhiệt độ thấp nên các khí trên không cháy được hoặc
chỉ chuyển hoá một phần rất nhỏ sang thể khí khác. Đại bộ phận khí này sẽ được thải ra
ngoài cùng với khói lò và nếu đứng ở nóc lò tuynen nơi hút khói lò ta sẽ ngửi thấy mùi
của hỗn hợp khí đó thoát ra. Mùi này tương tự như bếp than tổ ong khi mới nhóm lò mà
chúng ta phải tránh xa.
1.5.2.3. Quá trình thứ ba

Quá trình thứ ba là oxy hoá cacbon dư lại của than. Quá trình này thực tế tiến hành
chậm ở nhiệt độ < 500oC nhưng mạnh khi nhiệt độ trên 600oC và càng tăng nhiệt độ thì
oxy hoá cacbon càng mạnh. Quá trình này tương đối phức tạp do than nằm trong gạch nên
oxy phải thẩm thấu qua các mao quản để tác dụng với cacbon sâu bên trong. Đầu tiên
cacbon tương tác với khí oxy tạo ra khí CO mà không phải là CO2 kèm theo toả nhiệt và
nhiệt này cung cấp thêm cho phản ứng dehydrat các khoáng sét đã nói trên cũng như nâng
nhiệt độ sản phẩm. Khi khí CO thoát ra ngoài sẽ tương tác với oxy tạo thành CO2 trong
khói lò ở nhiệt độ trên 600oC kèm theo toả nhiệt. Quá trình này cứ tiếp diễn khi nhiệt độ
lò nâng đến 800oC.
Dòng khí CO2 cũng có thể khuếch tán vào sâu bên trong mao quản để tương tác
với cacbon nóng đỏ thành khí CO. Khí CO này lại thoát ra ngoài và lại cháy với oxy

Nguyễn Thị Thu Huyền

10

CNVL Silicat 2008-2010


thành khí CO2 khi đủ oxy và đạt nhiệt độ bắt cháy. Nếu không đủ điều kiện trên thì khí
CO lại thải ra ngoài cùng với khói lò.
1.5.2.4. Quá trình thứ tư
Đây là quá trình biến đổi hoá học xảy ra trong vật liệu. Trong giai đoạn này oxyt
sắt hai FeO bị oxy hoá thành Fe2O3 và làm màu sắc của chúng trở thành hồng đỏ của
gạch. Cũng trong giai đoạn này sẽ phân huỷ cacbonat như Fe2CO3 ở 300o - 400oC,
MgCO3 ở 600o - 700oC, CaCO3 ở 800o - 900oC. Ngoài ra cũng tiến hành biến đổi thù hình
của Quartz có mặt trong gạch, quá trình này thực tế không gây nguy hiểm lắm khi tốc độ
nâng nhiệt nhanh đến 250oC - 300oC/h.
1.5.3. Hãm nhiệt ở 800oC
Việc hãm nhiệt này thường được tiến hành ở những sản phẩm gạch có pha than.

Đây là quá trình đặc biệt quan trọng để cặn cacbon có thể cháy hết. Khi nâng nhiệt độ lên
800oC các sản phẩm dạng khí cháy được toả ra rất mạnh, điều đó ngăn trở việc thẩm thấu
oxy vào sâu bên trong gạch. Trong giai đoạn này, một phần cacbon tác dụng với oxy để
tạo ra CO. Nhiều oxit tách ra từ đất sét và bị khử bởi hơi nước và CO trong khói lò. Khi
đó ở bên trong sản phẩm sẽ tạo ra môi trường khử và làm cho màu sắc trở nên xám đen.
Một phần CO của than thẩm thấu qua lỗ xốp tới bề mặt sản phẩm, tại đây nó sẽ cháy với
oxy thành CO2.
Hợp chất oxit sắt 2 nhận được trong giai đoạn nâng nhiệt độ nhanh dễ nóng chảy
hơn so với oxit sắt 3. Điều đó thúc đẩy quá trình kết khối và tăng cường độ cơ học.
Việc cháy nhiên liệu trong gạch được tiến hành như sau:
Cháy một phần chất bốc còn lại của than khi nâng nhiệt độ chậm ở trong lòng viên
gạch hoặc trên bề mặt khi nâng nhiệt độ nhanh.
Cháy một phần cặn cốc do đó khử một phần oxit sắt 3 và khử hơi nước và CO2.
Phản ứng khử ở 800oC tiến hành theo:
Fe2O3 + C =CO + 2FeO
H2O + C = CO + H2

Nguyễn Thị Thu Huyền

11

CNVL Silicat 2008-2010


CO2 + C = 2CO
Các khí CO và H2 hình thành tiếp tục cháy thành CO2 và H2O ở dòng khí bên ngoài
gạch.
Cháy cặn cốc của than do khuếch tán oxy vào sâu trong gạch.
Tốc độ cháy nhiên liệu càng nhanh khi:
-

Chiều dày sản phẩm càng nhỏ, thời gian cháy phụ thuộc với bình phương chiều

dày. Thực tế chứng minh gạch hai lỗ nung nhanh hơn so với gạch đặc và hiếm gặp lõi
xám đen do chiều dày truyền nhiệt giảm đi.
-

Tốc độ khí càng lớn hay tốc độ loại trừ sản phẩm phản ứng càng lớn.

-

Độ thẩm khí của sản phẩm càng lớn.

-

Phân bố tốc độ khí theo tiết diện ngang của lò càng đồng đều.

-

Kích thước hạt than càng nhỏ.

-

Hàm lượng cacbonat mịn phân bố đều trong đất sét.
Ngoài ra nhiệt độ nung có ảnh hưởng lớn đến tốc độ cháy của than. Tốc độ cháy

tăng khi tăng nhiệt độ là do tăng tốc độ phản ứng và tăng độ xốp, thúc đẩy quá trình
khuếch tán khí và tăng tỉ lệ CO:CO2 trong zôn cháy cacbon. Sau đó, do xuất hiện pha lỏng
trong gạch và quá trình kết khối bắt đầu nên tốc độ cháy hạ nhanh.
Thông thường, nhiệt độ mà khi đó tốc độ cháy là cực đại sẽ thấp hơn nhiệt độ nung

50o - 100oC.
Trong quá trình nung nên nung nóng vật liệu với tốc độ cho phép tối đa đến nhiệt
độ tương ứng với tốc độ cháy nhiên liệu lớn nhất, sau đó hãm ở nhiệt độ này trong môi
trường oxy hóa đến lúc cháy hoàn toàn cacbon.
Việc tiếp tục nâng nhiệt độ được tiến hành để cháy nốt lượng than còn lại và kết
khối sản phẩm.
1.5.4. Giai đoạn từ 800oC đến nhiệt độ cuối cùng
Trong giai đoạn này Al2O3 và SiO2 tương tác với nhau tạo ra các sản phẩm
Alumosilicat - mulit và làm các tính chất cơ lý của sản phẩm tăng lên. Khi nâng nhiệt độ,
mạng cấu trúc tinh thể trong đất sét bị phá huỷ hoàn toàn và làm biến đổi cấu trúc của

Nguyễn Thị Thu Huyền

12

CNVL Silicat 2008-2010


xương gốm và có thể gây nứt nẻ sản phẩm. Đối với sản phẩm sản xuất từ đất sét dẻo rất
nhạy với quá trình nung phải pha thêm phụ gia gầy để tránh nứt nẻ khi nung. Vì vậy tốc
độ nâng nhiệt trong giai đoạn này cần hạn chế 100o - 200oC.
Tuỳ theo lượng và loại tạp chất dễ chảy cũng như môi trường mà pha lỏng xuất
hiện trong giai đoạn này. Nếu tăng nhiệt độ, lượng pha lỏng tăng lên thì tính đàn hồi giảm
đi. Lúc này sản phẩm sẽ tăng mật độ, tăng độ co và có thể biến dạng dưới tải trọng.
Việc nâng nhanh nhiệt độ nung gạch trong giai đoạn nào đó có thể rút ngắn nếu
như đảm bảo rằng lượng pha lỏng tạo ra rất nhỏ trong gạch. Khi thành phần khoáng của
nguyên liệu, nhiệt độ nung cho phép tối đa đã được xác định thì sẽ tìm ra được khoảng kết
khối được thể hiện bởi tính chất của sản phẩm. Trong thực tế có thể nung nhanh khi nhiệt
độ nung cuối cùng cao hơn và ngược lại nếu nung chậm thì nhiệt độ nung cuối cùng sẽ
thấp hơn. Nhiệt độ nung càng cao thì quá trình kết khối càng tăng cường do khuếch tán

của các cấu tử càng tăng. Thực tế, nhiệt độ nung cực đại còn bị giới hạn do trường nhiệt
độ không đều theo tiết diện ngang cũng như theo thể tích lò.
1.5.5. Hãm nhiệt ở nhiệt độ cực đại
Hãm nhiệt ở nhiệt độ cưc đại nhằm phân bố nhiệt độ đồng đều theo chiều dày sản
phẩm cũng như theo toàn thể tích xe goòng để đảm bảo sản phẩm chín đều. Điều đó cũng
có nghĩa là sản phẩm có đủ thời gian kết khối và làm tăng các tính chất cơ lý và hóa của
chúng. Việc duy trì nhiệt độ này dài hay ngắn tuỳ thuộc vào cấu trúc của lò cũng như cách
xếp sản phẩm trên xe goòng và loại sản phẩm dày hay mỏng khác nhau.
1.5.6. Làm nguội
Từ nhiệt độ cực đại xuống khoảng 800oC có thể làm nguội cực nhanh được. Giai
đoạn này trong sản phẩm có pha lỏng nên nó có tính chất biến dạng dẻo và làm nguội cực
nhanh mà không gây phế phẩm. Ngược lại nó sẽ làm tăng cường độ cơ học của sản phẩm
do thuỷ tinh kết tinh thành những tinh thể nhỏ mịn. Hiện tượng này tương tự như quá
trình tôi thuỷ tinh hay tôi thép. Mặt khác, khi làm nguội nhanh lớp ngoài bị co lại, lớp
trong sẽ co chậm hơn và khi co nó sẽ kéo ép lớp ngoài vào trung tâm. Nhờ vậy mà cường
độ của gạch được tăng lên.

Nguyễn Thị Thu Huyền

13

CNVL Silicat 2008-2010


Sau 750o - 800oC đến 600oC phải làm nguội chậm để tránh nứt vỡ sản phẩm do
biến đổi thù hình của quartz kèm theo giảm thể tích 0.82% ở 573oC. Dưới 500oC có thể
tiến hành làm nguội nhanh được.
Nhìn chung giai đoạn làm nguội không có nhiều vấn đề như giai đoạn nâng nhiệt
của quá trình nung.
2. Sự hình thành và các tính chất của tro bay

2.1. Nguồn gốc hình thành tro bay
Tro bay là một sản phẩm được hình thành trong quá trình đốt than mịn của các nhà
máy nhiệt điện và thu thập bằng cách lọc bụi điện hoặc cơ học. Nó tồn tại dưới dạng bột
mịn có màu xám và bao gồm phần lớn các hạt hình cầu có thành phần chính là pha thủy
tinh. Sản phẩm cháy của than bao gồm tro bay, tro đáy, xỉ lò và sản phẩm của quá trình
khử lưu huỳnh trong than ( thạch cao) [13].
2.1.1. Than Việt Nam
Việt Nam là nước sản xuất than đứng thứ ba trong khu vực Đông Nam Á, chỉ sau
Inđônêxia và Thái Lan. Các mỏ than tập trung ở Miền Bắc, có bể than lớn ở Quảng Ninh
và đồng bằng châu thổ sông Hồng. Bể than antraxits Quảng Ninh: Nằm ở phía Đông Bắc
của Việt Nam. Tổng trữ lượng tiềm năng 10.5 tỉ tấn, trong đó 3.5 tỉ tấn khai thác ở độ sâu
-300 và 7 tỉ tấn ở độ sâu - 1000m. Bể than bán antraxit ở đồng bằng châu thổ Sông Hồng
với tiềm năng 210 tỉ tấn. Than cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện, các ngành công
nghiệp xi măng, thép và hoá chất. Khai thác ở độ sâu -100m đến -3000m. Các mỏ than
khác: Các mỏ than địa phương có trữ lượng 400 triệu tấn. Các loại than như: than nâu,
than lửa dài, than bán antraxit, than béo… Dọc theo đất nước, đặc biệt là phía Nam có
than bùn, hàm lượng tro cao, nhiệt lượng thấp, đặc biệt phù hợp cho nông nghiệp [15].
Trong tổng số các mỏ than Việt NAm, mỏ lộ thiên: tổng số 29 mỏ, 06 mỏ lớn nhất
với công suất khai thác 800.000 - 1.5 triệu tấn/năm/mỏ. Những mỏ khác có công suất
200.000 - 400.000 tấn/năm/mỏ. Mỏ dưới lòng đất: tổng số 20 mỏ. 07 mỏ lớn nhất với

Nguyễn Thị Thu Huyền

14

CNVL Silicat 2008-2010


công suất khai thác 1 triệu tấn/năm/mỏ. Những mỏ khác có công suất 300.000 – 800.000
tấn/năm/mỏ. [15]

Chiến lược phát triển ngành công nghiệp than đến năm 2015. Năm 2010, khai thác
khoảng 45-50 triệu tấn than. Khai thác và đánh giá trữ lượng ở Vùng than Quảng Ninh (ở
độ sâu - 300m). Bắt đầu dự án thử nghiệm khai thác ở vùng than Đồng Bằng châu thổ
Sông Hồng. Đến năm 2015 khai thác khoảng 55-60 triệu tấn.[15]
2.1.2. Nguồn năng lượng Việt Nam [2]
Bảng 1.6. Nguồn năng lượng Việt Nam
STT

Nguồn năng lượng

Tỷ lệ (%)

1

Năng lượng khí

39

2

Năng lượng thuỷ điện

37

3

Năng lượng than

13

4

Năng lượng dầu và nhập khẩu

11

Tổng cộng

100

2.1.3. Nhà máy nhiệt điện Việt Nam [2]
Bảng 1.7. Nhà máy nhiệt điện Việt Nam
STT

Nguồn năng lượng

Số lượng

1

Nhà máy nhiệt điện than

10

2

Nhà máy nhiệt điện khí

13

3

Nhà máy nhiệt điện dầu

4

Tổng cộng

27

Nguyễn Thị Thu Huyền

15

CNVL Silicat 2008-2010


Kế hoạch đến năm 2015, khu vực phía Bắc xây dựng 12 nhà máy nhiệt điện với
tổng công suất 6.300 - 7.000MW.
Với nhu cầu điện năng tăng đột biến (khoảng 13%/năm) cùng với nhịp độ tăng
trưởng kinh tế cao của nước ta, nhiều nhà máy nhiệt điện được khởi công xây dựng hay
mở rộng quy mô sản xuất. Hàng năm, các nhà máy nhiệt điện chạy than ở nước ta thải ra
hàng trăm nghìn tấn tro bay. Ước tính năm 2010 Việt Nam sản xuất 3000 - 5000 MW
điện từ các nhà máy nhiệt điện chạy than. Ứng với mỗi Megawat điện, các nhà máy nhiệt
điện thải ra bình quân 428 tấn tro mỗi năm, trong đó 60% là tro bay[9]. Như vậy lượng tro
bay khoảng 770 400 - 1.28 triệu tấn/năm. Lượng tro bay hiện nay chủ yếu sử dụng làm
nguyên liệu cung cấp puzzolan cho sản xuất xi măng và bê tông. Để sử dụng hết lượng tro
bay dồi dào ở Việt Nam cần nghiên cứu sử dụng tro bay cho các ngành công nghiệp khác.
2.2. Tính chất của tro bay [13]
Tro bay có cấu trúc hạt mịn, hình cầu. Thành phần hoá học của tro bay gần như

tương đương với đất sét, đặc biệt là 3 thành phần chính: oxyt silic (SiO2), oxyt nhôm
(Al2O3), oxyt sắt (Fe2O3). Vì vậy, tro bay có thể sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất
gạch đất sét nung.
Tính chất của các loại tro bay phụ thuộc vào thành phần hóa của các loại than đem
đốt, mức độ nghiền mịn của than, công nghệ đốt và các điều kiện của quá trình oxy hóa.
Dựa trên thành phần hóa của tro bay người ta phân loại tro bay thành 2 loại : tro bay thấp
canxi và tro bay cao canxi.
Tro bay thấp canxi (low calcium fly ash) thường tương ứng với tro bay loại F (
tổng hàm lượng SiO2, Al2O3, Fe2O3 lớn hơn 70%) thường là kết quả của đốt than antraxit
hay bitum. Trong thành phần của tro bay loại này thường có hàm lượng SiO2 và Al2O3
cao và hàm lượng CaO và MgO thấp.
Tro bay cao canxi (high calcium fly ash) thường tương ứng với tro bay loại C
( hàm lượng CaO > 20%). Là sản phẩm của việc đốt cháy than nâu hoặc than bitum thứ

Nguyễn Thị Thu Huyền

16

CNVL Silicat 2008-2010


cấp. Thành phần của tro loại này có hàm lượng của SiO2 và Al2O3 thường thấp hơn so với
loại F nhưng hàm lượng CaO lại cao hơn hẳn, trong đó có 1 phần tồn tại ở dạng CaO tự
do. Loại này ngoài tính puzzolan, còn có tính chất tự tạo xi măng.
Thành phần chính trong loại tro bay F và C là pha thủy tinh, thường chiếm khoảng
60% và có thể lớn hơn. Pha thủy tinh của tro được tạo thành trong quá trình làm lạnh pha
lỏng nóng chảy, trong đó pha lỏng này được tạo thành từ những thành phần vô cơ của
than gốc tại vùng nhiệt độ cao trong buồng đốt. Pha thủy tinh này về cơ bản thuộc hệ
SiO2- Al2O3- CaO- MgO với mức độ polyme hóa [SiO4] thấp.
Những thành phần chính trong pha tinh thể của tro bay là quartz (SiO2), mulite

(3Al2O3.2SiO2), magnetite ( Fe3O4) và hematite ( Fe2O3). Loại tro bay cao canxi cũng có
thể chứa CaO ở dạng tự do, periclaz (MgO), tricanxialuminat (3CaO.Al2O3), đicanxi
silicat ( 2CaO.SiO2) và anhydrit CaSO4. Các pha tinh thể khác có thể tồn tại trong tro bay
bao gồm merwinite [Ca3Mg(SiO4)2] và mellilite (một dung dịch rắn của gehlenite,
2CaO.Al2O3.SiO2).

Hình 1.1 và Hình 1.2. Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét tro bay
2.3. Tình hình nghiên cứu tro bay trên thế giới và trong nước
2.3.1. Tình hình nghiên cứu tro bay trên thế giới
Nghiên cứu tro bay trong bêtông:

Nguyễn Thị Thu Huyền

17

CNVL Silicat 2008-2010


Kayli [22] “Nghiên cứu chế tạo cốt liệu nhẹ từ tro bay sử dụng trong bê tông”. Cốt
liệu nhẹ được chế tạo từ tro bay sau đó được nghiền đến kích thước hạt thích hợp. Đặc
điểm nổi trội của loại cốt liệu này là tạo ra bê tông có tính năng sử dụng cao, cường độ
cao. Bê tông sử dụng cốt liệu này nhẹ hơn bê tông thường khoảng 22%, cường độ cao hơn
khoảng 20%. Độ co thấp hơn bê tông thường khoảng 33%. Hơn nữa, đây là cốt liệu có độ
bền hoá cao. Tính chất nổi trội của loại cốt liệu mới này là đạt chất lượng tốt nhất mà
không cần tăng thêm hàm lượng xi măng. Do đó có thể đạt được cường độ tương đương
bêtông thường khi giảm hàm lượng xi măng 20%. Giảm khối lượng bê tông đồng nghĩa
với giảm tải trọng của công trình xây dựng. Việc sử dụng tro bay sản xuất cốt liệu còn
mang lại lợi ích lớn cho môi trường.
Nghiên cứu tro bay trong sản xuất gốm thuỷ tinh:
Trong một vài năm gần đây, sự thuỷ tinh hoá từ rác thải được xem là cách sản xuất

hấp dẫn trong việc xử lý chất thải rắn đô thị và công nghiệp. Quá trình này phá huỷ các
chất hữu cơ có hại, nó giữ lại các kim loại nặng, các nguyên tố hiếm, đồng thời có thể
giảm thể tích từ 40-90%. Leroy [24] “nghiên cứu sản xuất gốm thuỷ tinh từ tro bay”.
Nhiệt độ nấu chảy thuỷ tinh khoảng 1520oC, có sử dụng thêm các chất trợ chảy để bổ
sung Na2O, CaO. Thuỷ tinh gốm ngoài các tính chất cơ, lý, hoá nó còn có màu bắt mắt,
giống màu xanh đậm của đá Marble. Gốm thuỷ tinh từ rác được áp dụng trong các lĩnh
vực khác nhau như các tấm ốp tường, lát nền các khu công nghiệp, hóa chất, mái lợp cho
các công trình công cộng hay công nghiệp.
Nghiên cứu tro bay làm gốm sialon tạo cốt liệu và gạch ở nhiệt độ cao.
Gilbert và Mosset [20] “Nghiên cứu chế tạo ß SiAlON từ tro bay”. SiAlON là vật
liệu gốm được sử dụng trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học. SiAlON có các tính
chất tốt như: cường độ cao, độ dai phá huỷ cao, bền hoá ở nhiệt độ cao. SiAlON chủ yếu
được chế tạo do quá trình kết khối ở nhiệt độ và áp suất cao. Được sản xuất từ các nguyên
liệu tinh khiết như ß-Si3N4, AlN, Si2N2O, Al2ON, SiO2, Al2O3, Si, Al. Sử dụng những
nguyên liệu này cho sản phẩm có tính năng tốt nhưng giá thành cao, đây là mặt hạn chế
cho các ứng dụng công nghiệp. Để giảm giá thành, cần sử dụng các nguyên liệu tự nhiên

Nguyễn Thị Thu Huyền

18

CNVL Silicat 2008-2010


và phế thải công nghiệp chẳng hạn như: nguyên liệu dẻo (chứa các khoáng kaolinit, ilit,
monmorilonit, pyrophylit…), nguyên liệu gầy (chứa các pha thuỷ tinh, silimanit, zeolit,
…). Những nguyên liệu này không chứa nitơ vì vậy cần phải bổ sung thêm nitơ. Sử dụng
tro bay loại C để tổng hợp gốm ß SiAlON gần như tinh khiết bằng cách nung phối liệu ở
15000C, lưu ở nhiệt độ cao nhất trong 1h mà không cần nghiền hay bổ sung thêm cácbon.
Cho thấy sialon có cấu trúc đồng nhất và bắt đầu kết khối ở nhiệt độ này. Đây là những

yếu tố quan trọng để chế tạo SiAlON cho xương kết khối tốt.
Tương tự, Jansen [21] “Nghiên cứu đặc điểm, cấu trúc của gốm Ca-ß-sialon tổng
hợp từ tro bay”. Gốm sialon có tính chất cơ lý tốt, được chế tạo từ nguyên liệu rẻ tiền là
tro bay, có nhiệt độ kết khối thấp hơn 1500oC, không cần bổ sung áp suất. Loại tinh thể
gốm sialon và lượng pha tạo thành phụ thuộc vào thành phần hoá, độ tinh khiết của tro
bay, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng. Nhiệt độ bắt đầu phản ứng phụ thuộc vào
kích thước hạt và kích thước tinh thể trong tro bay. Kích thước tinh thể giảm thì tốc độ
phản ứng tăng. Tạo hình gốm sialon bằng phương pháp ép đẳng tĩnh hay đổ rót. Caßsialon kết khối ở nhiệt độ 1450-1475oC cho mật độ cao. Tính chất của gốm Ca-ßsialon
tổng hợp từ tro bay tương đương với gốm sialon tổng hợp từ đất sét và các oxit tinh khiết.
Nghiên cứu tro bay làm nguyên liệu gạch ceramic
Zimmer [30] “Nghiên cứu việc sử dụng tro bay làm nguyên liệu sản xuất gạch
ceramic”. Các mẫu tro bay của NM Capivari de Baixo, một thành phố nằm ở Bang Santa
Catarina, Braxin. Tro bay và các nguyên liệu khác được kiểm tra tính chất hoá lý, dựa trên
các kết quả này thành lập bài phối liệu chứa tro bay và các nguyên liệu tiêu biểu. Hàm
lượng tro bay thay đổi từ 20-80%. Các bước tiếp theo là ép mẫu bằng máy ép thuỷ lực,
nung. Tất cả các bài phối liệu có hàm lượng tro bay đến 60% đều có những tính chất phù
hợp với nhiều loại gạch ốp lát theo tiêu chuẩn ISO 13006 (ISO, 1998) thuộc các nhóm có
độ hút nước khác nhau. Các kết quả thu được đã chỉ ra rằng, khi trộn tro bay với các
nguyên liệu truyền thống thì tạo ra được các sản phẩm đáp ứng các yêu cầu cần thiết của
nguyên liệu đế sản xuất gạch ceramic.
Nghiên cứu tro bay trong sản xuất gạch xây

Nguyễn Thị Thu Huyền

19

CNVL Silicat 2008-2010