Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
MANHEZI KIỀM TÍNH – ĐÔLÔMIT KIỀM TÍNH – GEOPOLYMER

MANHEZI KIỀM TÍNH – ĐÔLÔMIT KIỀM TÍNH – GEOPOLYMER

Tải bản đầy đủ - 0trang

Tiểu luận xi măng



Xi măng hình thành trên cơ sở magnesium oxide hiện nay đang được phát

triển và sản xuất từ 2 khoáng khác nhau chứa Mg. xi măng từ Magnesium

carbonates (MgCO3) có bản chất là MgO hoạt tính còn đối với loại xi măng đi từ

magnesium silicates là hỗn hợp giữa MgO và magnesium carbonates ngậm nước

[1].

Qúa trình sản xuất cả hai loại xi măng này đều yêu cầu nung tuy nhiên về cơ

bản, nguyên vật liệu đầu vào của hai loại khác nhau đã dẫn đến sự tác động rất khác

biệt của hai quy trình sản xuất đến môi trường. xi măng sản xuất từ silicates thô do

thành phần tự nhiên của nó, hàm lượng carbon nội tại ít so với MgCO 3, lượng CO2

thải ra môi trường do đó cũng thấp hơn nhiều, ngược lại thì quá trình nung sản

phẩm xi măng từ magnesium carbonates thải ra lượng CO 2 tương đối lớn. Đối với

loại thứ 2 thì các tiêu chuẩn về môi trường được cấp cho xi măng sẽ phụ thuộc chủ

yếu vào sự thẩm thấu carbon và lượng CO2 mà xi măng hấp thụ được suốt vòng đời

của xi măng [1].

3.1.1. Xi măng sản xuất từ magnesium carbonates

Còn được gọi là “Eco-cements” được sản xuất từ những tiền chất của

magnesium carbonates. Trên thực tế, loại eco-cements này có 2 dạng. Một dạng

được cấu thành chủ yếu từ magnesium oxide hoạt tính, phối trộn với các phụ phẩm

cơng nghiệp như tro bay hoặc xỉ lò hơi. Dạng còn lại cũng là magnesium oxide hoạt

tính nhưng được trộn với clinker của xi măng pooc lăng và một loại puzzolan, tạo ra

dạng xi măng hỗn hợp [1].

MgO hoạt tính được tạo thành khi MgCO 3 được nung dưới áp suất của khí

quyển ở nhiệt độ 650oC, là nhiệt độ phân hủy của magnesium carbonates; các

khoáng magnesite là nguồn cung cấp MgCO3 tốt nhất. Trong quá trình nung tất

nhiên CO2 sẽ được tạo thành như một sản phẩm sau phản ứng, đây cũng là yếu tố

quyết định liệu eco-cements có tồn tại được trên thị trường hay không, dựa vào các

tính chất liên quan đến ảnh hưởng của nó đến môi trường được đánh giá trong suốt

quá trình sản xuất[1].

Điển hình là xi măng manhezi, hay còn gọi là xi măng sorel:



Trang 10



Tiểu luận xi măng



Manhezi kiềm tính là chất kết dính trong không khí, sản xuất bằng phương

pháp nung manhezit (MgCO3) tự nhiên sau đó nghiền mịn MgO. Nhiệt độ nung cao

hơn nhiệt độ phân hủy, nhưng nhỏ hơn nhiệt độ kết khối. Khi MgCO 3 phân hủy tạo

MgO vô định hình hoặc dáng khoáng periclaz [2]. Hoặc có thể nung quặng bruxit ở

(6500C-6800C) [3].

MgCO3

Mg(OH)2



MgO + CO2

MgO + H2O



Manhezi kiềm tính khơng hòa tan trong nước như các chất kết dính khác, mà

tan trong một số dung dịch muối như MgCl 2, MgSO4. Sản phẩm hòa tan sau đó kết

tinh có tính kết dính và được gọi là Xi măng manhezi.

Khi đóng rắn trong môi trường nước, chất kết dính manhezi không có cường

độ cao. Khi đóng rắn trong môi trường dung dịch muối MgCl 2 hoặc MgSO4, chất

kết dính có cường độ cần thiết. Tỷ lệ phần khối lượng được coi là tối ưu như sau:

MgO:MgCl2.6H2O = 1 : 0.5 – 0.6

MgO:MgSO4 = 1 : 0.2 – 0.25

Nếu hòa tan cùng với MgSO4, độ bền nước của xi măng sẽ tăng.

Khi MgO tác dụng với nước, lớp màng Mg(OH) 2 tạo trên bề mặt hạt ngăn

nước tiếp tục thấm sâu vào trong tiếp tục quá trình hydrat hóa. Thành phần pha

chính là Mg(OH)2 ở dạng cấu trúc gel và tinh thể MgO cường độ không cao.

Khi trộn MgO với dung dịch MgCl 2 đậm đặc thì sẽ phản ứng với nhau, tạo

phức hydroxyl clorit manhe:

5MgO +MgCl2 + 12H2O



MgCl2.5Mg(OH)2.7H2O



Sau đó MgCl2.5Mg(OH)2.7H2O dần chuyển thành

MgCl2.5Mg(OH)2.7H2O



MgCl2.3Mg(OH)2.7H2O + 2Mg(OH)2



Dùng MgCl2 có tác dụng phá hủy lớp màng Mg(OH)2, làm tăng quá trình

hydrat hóa manhei kiềm tính, tạo những khoáng phức cho xi măng cường độ cao.

Sản phẩm đóng rắn của xi măng manhezi đồng thời có cả

MgCl2.5Mg(OH)2.7H2O, MgCl2.3Mg(OH)2.7H2O và Mg(OH)2. Cũng có quan điểm

cho rằng, khi tương tác MgO với MgCl 2 tạo hợp chất 3MgO.MgCl2.6H2o. Hợp chất



Trang 11



Tiểu luận xi măng



MgCl2.3Mg(OH)2.7H2O còn được viết là [Mg2(OH)3.(H2O)3]2.Cl2.H2O kết tinh dạng

kim hoặc sợi, nhờ vậy làm tăng độ bền uốn cho CKD manhezi.

Khi CKD manhezi đóng rắn trong dung dịch MgSO4 tạo phức:

5MgO + MgSO4 + 8H2O



MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O



Ở nhiệt độ cao, phức chất biến đổi:

MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O + 5H2O



MgSO4.3Mg(OH)2.8H2O + 2Mg(OH)2



Các tạp chất trong manhezit khi nung tạo các oxit như CaO, BaO, Al 2O3 dạng

hoạt tính. Những oxit này khi hydrat hóa tạo dung dịch Ca(OH) 2, Al(OH)3, Ba(OH)2

sau đó kết tinh lại, tạo cường độ cho xi măng, tuy không nhiều[2].

Eco-cements khi thủy hóa chuyển thành dạng magnesium hydroxide hay còn

gọi là brucite. Cường độ của nó, đặc biệt là ở bề mặt tiếp xúc với không khí được

gia cường nhanh chóng bởi CO2 trong không khí thông qua sự thẩm thấu carbon, là

quá trình hấp thụ CO2, sản phẩm có thể hấp thụ một lượng lớn CO 2 thải ra khi sản

xuất. Môi trường có độ ẩm cao là một yêu cầu để sự thẩm thấu carbon xảy ra đủ

mạnh, độ bền của xi măng sau đó được đánh giá độc lập cho sản phẩm đầu ra dựa

vào mật độ CO2 xung quanh sản phẩm[1].

_Tiêu chuẩn đánh giá:

Về độ mịn: sót sàng No02 không quá 5%, lọt sàng No009 không dưới 75%

khối lượng.

Thời gian bắt đầu ninh kết khi hòa tan trọng MgCl 2 không dưới 20 phút, và kết

thúc ninh kết không chậm hơn 6 giờ.

Xi măng phải có thể tích không đổi khi thử nghiệm.

Mác của xi măng Sorel thường là 400, 500 và 600 (kG/cm 2). Mẫu thử bền nén

là mẫu đầm nện cứng dung dịch MgCl 2 : Bột MgO = 1:3 qua 28 ngày đêm đóng rắn

trong không khí [2].

_Lĩnh vực sử dụng

Sản phẩm đóng rắn của xi măng manhezi chứa lượng nước liên kết lớn (27 –

40%) nên có thể sử dụng làm bê tông hấp thụ phóng xạ Rơn-ghen và các chất phát

xạ.



Trang 12



Tiểu luận xi măng



Do có tính hút ẩm lớn nên thường được sử dụng với nhiều loại phối liệu khác

nhau với số lượng lớn như sợi thủy tinh, gỗ và đất sét có tính trương nở do xi măng

manhezi có cường độ sớm cao[3].

Xét về khía cạnh kinh tế thì xi măng manhezi có phần kém hơn so với XMP,

giá thành sản phẩm bán ra cao hơn mặc dù năng lượng tiêu tốn khi nung nhỏ hơn.

Tuy nhiên do loại xi măng manhezi có thể hấp thụ CO 2 từ môi trường để phản ứng

thủy hóa nên có thể giảm định mức CO 2 cho phép của quốc gia, phí thu được từ

việc bán định mức CO2 có thể cạnh tranh với giá thành của XMP. Nhưng để hiệu

quả kinh tế của xi măng manhezi cao hơn XMP thì đòi hỏi nó phải được sử dụng

rộng rãi trong công nghiệp. Do đó nhìn chung thì xi măng manhezi có vẻ đắc hơn

XMP lúc đầu nhưng về những lợi ích sau này thì không hề kém cạnh

3.1.2. Xi măng sản xuất từ magnesium silicates

Được nghiên cứu và phát triển sau loại thứ nhất, cải tiến cả về nguyên liệu và

quy trình sản xuất. Magnesium silicates được trộn với CO 2 lần đầu để tạo thành

MgCO3 ở 170oC dưới áp suất, sau đó nung ở 700oC (nhiệt độ phân hủy MgCO3)

dưới áp suất khí quyển để tạo MgO hoạt tính, một phần của sản phẩm được cho

thẩm thấu carbon tạo ra hydrate magnesium carbonates 4MgCO 3.Mg(OH)2.4H2O rồi

trộn phần này với MgO hoạt tính để cho ra xi măng thành phẩm sau cùng[6].

Loại xi măng này còn khá mới và vẫn đang được hoàn thiện. Hiện nay có thể

đảm bảo mác xi măng đạt đến được 50 – 60 MPa, nhiều thử nghiệm đang được tiến

hành để nâng cao tính chất của xi măng magnesium silicates. Có thể nói đây là

chủng loại xi măng có tiềm năng rất lớn để trở thành một sản phẩm phi CO 2 do các

đặc trưng [6]:

+Không có CO2 tự do nội tại

+CO2 thải ra trong quá trình sản xuất được tận dụng trở lại trong quy trình

+Có thể sử dụng dạng nhiên liệu chứa ít năng lượng hoặc hàm lượng carbon

thấp để nung

+Quá trình tạo hydrate magnesium carbonates hấp thụ CO2

Người ta ước tính trong quá trình sản xuất mỗi một tấn xi măng magnesium

silicates lượng CO2 được hấp thụ trở lại quy trình cao hơn 100 kg so với lượng thải

ra.

3.2. Chất kết dính dolomit kiềm tính

Dolomit kiềm tính là chất kết dính trong không khí, sản xuất bằng cách

nung dolomit tự nhiên MgCO3.CaCO3 sau đó nghiền mịn. chất kết dính dolomit

Trang 13



Tiểu luận xi măng



cũng được hòa tan bằng muối MgCl 2 hoặc các muối khác. Khi hòa tan bằng nước,

cường độ của xi măng rất thấp. Hàm lượng MgO trong chất kết dính không quá

15%, lượng CaO tự do không được vượt quá 2.5%. MgO tự do ở dạng khoáng

periclaz có khả năng làm nở xi măng khi đóng rắn.

Nguyên liệu sản xuất dolomit kiềm tính là đá dolomit tự nhiên. Nguyên

liệu tự nhiên được đập cục, nung trong các lò đứng ở nhiệt độ 650 ÷ 750 0C. Ở nhiệt

độ này xảy ra phản ứng phân hủy MgCO3, còn CaCO3 hầu như chưa phân hủy.

Quá trình đóng rắn dolomit kiềm tính, cũng như manhezit kiềm tính đều xảy

ra sự hydrat hóa với sự tạo hydrat của oxit magie và oxy-clorit magie. Do còn chứa

một lượng đáng kể CaCO3 chưa phân hủy, nên cường độ dolomit kiềm tính không

cao bằng manhezit[2].

3.3. Xi măng Geopolymer – Chất kết dính polymer vơ cơ

Xi măng Geopolymer hay còn gọi là chất kết dính kiềm hoạt hóa là sản phẩm

của quá trình phản ứng giữa dung dịch kiềm và các hợp chất alumo-silicat.

Đây là loại chất kết dính tận dụng phế thải từ các nhà máy nhiệt điện là tro bay

(thu được từ việc đốt cháy than cám) có thành phần chủ yếu là các oxit của silic,

nhôm, sắt, canxi, magie và lưu huỳnh.

Theo Davidovits, geopolymer là polymer vì có sự chuyển biến thù hình,

polyme hóa và đóng rắn ở nhiệt độ thấp. Nhưng chúng cũng là hợp chất vô cơ, cứng

và ổn định ở nhiệt độ cao đồng thời không bị cháy.

Xi măng Geopolymer có rất nhiều ưu điểm so với xi măng Pooc lăng. Trước

hết, về căn bản có thể hạn chết lượng khí thải CO 2 và bằng cách tận dụng tro bay, có

thể giải phóng một diện tích lớn đất được sử dụng làm kho chứa những sản phẩm

than đá dễ gây cháy và bảo vệ nguồn nước khỏi bị ô nhiễm[4].

Xi măng Geopolymer và công nghệ sản xuất nó còn có nhiều ưu điểm khác

như[3]:

1- Công nghệ sản xuất đơn giản, nguyên liệu sét trong nước, địa phương nào

cũng có thể làm được nhờ vào nguồn nguyên liệu phong phú. Nguyên liệu có thể

tận dụng được những chất phế thải trong công nghiệp tro, xỉ,….



Trang 14



Tiểu luận xi măng



2- Xi măng Geopolymer không kén chọn cốt liệu như cát sông, cát biển, đất

tạp... Vì vậy, nó được ứng dụng vào các lĩnh vực sản xuất mà xi măng truyền thống

không làm được như gốm, men, lớp phủ, composite vô cơ…

3- Việc sản xuất và sử dụng xi măng Geopolymer vào các ngành truyền thống,

vốn phải qua nung ví dụ như: gốm, gạch, ngói…, sẽ giảm thiểu tác nhân gây ra khí

thải làm ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính.

Các nhà nghiên cứu cho rằng, ưu điểm lớn nhất của xi măng Geopolymer là

khả năng giảm lượng khí nhà kính, khoảng 90% so với xi măng Pooc lăng thông

thường. Cơ chế đóng rắn của chất kết dính Polymer vô cơ như hình 3.1.



Hình 3.1: Cơ chế đóng rắn của Xi măng Pooc lăng và Xi măng GeoPolymer [4]

Cơ chế đóng rắn của xi măng geopolymer tương tự như cơ chế tổng hợp

những khoáng felspat và zeolite nhân tạo. Thực chất của quá trình là những phản



Trang 15



Tiểu luận xi măng



ứng trùng ngưng của các khoáng aluminosilicate khoáng sét, xảy ra ở điều kiện thủy

nhiệt ở nhiệt độ từ 20 – 150oC, trong môi trường có độ pH cao, áp suất khí quyển.

Sản phẩm tổng hợp từ các aluminosilicate là những polymer vô cơ, có xương

là các nguyên tố Si – O – Al, cấu trúc vô định hình đến nửa kết tinh, cơ bản có

những loại sau:

Polysialate : -Si-O-Al-O-,

Polysialate – siloxo: -Si-O-Al-O-Si-ONhững polymer cơ bản dựa trên những silicate nhôm là polysialate. Khung

sialate bao gồm những tứ diện SiO4 và AlO4 được nối xen kẹp với nhau bằng các

nguyên tố oxy. Những ion dương Na+, K+, Li+, Ca2+, Ba2+, NH4+, H3O+ hiện diện

trong các hốc của khung để cân bằng điện tích của Al3+.

Ở nhiệt độ thấp hơn 1000C, sự polymer hóa các khoáng vật sét là phản ứng

hóa học giữa các oxyt aluminosilicate với polysilicate kiềm tạo thành một khung

xương Si – O – Al ở trạng thái vô định hình đến nửa kết tinh. Cấu trúc các silicoaluminate theo 3 chiều trong không gian rất bền.

Cơ chế phản ứng được minh họa theo phương trình sau:



Chương 4



Trang 16



Tiểu luận xi măng



CÁC CHẤT KẾT DÍNH THAY THẾ XI-MĂNG POOC-LĂNG (tt)

THẠCH CAO – THỦY TINH LỎNG

4.4. Thạch cao

Cơ chế của thạch cao dùng làm phụ gia giảm tốc độ đóng rắn trong xi măng

pooc lăng và chất kết dính thạch cao là hoàn toàn khác nhau. Trong tự nhiên thạch

cao thường ở dạng CaSO4.2H2O và một dạng hiếm hơn là anhydride, thường có lẫn

cát, đất sét, đá vôi. Thạch cao có thể lấy từ sản phẩm phụ của các công nghệ khác

như công nghệ sản xuất muối biển, acid phosphoric. Thạch cao có thể kết hợp với

sợi thủy tinh để làm tấm trần, tường cách nhiệt, cách âm. So với xi măng pooc lăng

thì thạch cao không tách vôi, tính thẩm mỹ cao tuy nhiên lại không chịu được môi

trường có độ ẩm cao

4.4.1. Thạch cao xây dựng

Thạch cao xây dựng là chất kết dính trong không khí và không cho cường độ

trong môi trường nước. Người ta quan tâm đến biến đổ đơn giản của thạch cao

Thạch cao khan CaSO4.1/2H2O có 2 dạng thù hình, α nếu thạch cao ban đầu ở

dạng lòng và β nếu là dạng hơi với tính chất cơ học khác nhau, α có độ bền cơ cao

hơn. Có thể thu được thạch cao chất lượng cao bằng cách tách nước trong dung dịch

muối CaCl2 ở nhiệt độ nhỏ hơn 100oC, chất lượng cao nhất là loại có nhiều α –

hemihydrate, có chi phí sản xuất khá cao.

Quá trình đóng rắn thạch cao trải qua hai giai đoạn:

- Hòa tan hemihydrate trong nước

- Kết tinh và phát triển tinh thể dehydrate

Thạch cao khan có khả năng thủy hóa thuận nghịch đồng thời đóng rắn nhanh

tạo vật liệu xốp có khả năng giữ nước, tính chất này có thể dùng thạch cao làm chất

kết dính. Khi dùng thạch cao người ta không trộn với cát như các chất kết dính

khác.



Trang 17



Tiểu luận xi măng



Ở Việt Nam người ta sản xuất thạch cao bằng cách cho bột đá thạch cao hay

thạch cao cần tái sinh vào các dụng cụ đơn giản như nồi hoặc chảo để nung nóng

(còn gọi là rang thạch cao).

4.4.2. Chất kết dính anhydride

Cũng là một chất kết dính trong không khí, thành phần trong sản phẩm chủ

yếu là CaSO4, có thể thu được bằng cách nung thạch cao ở 600 – 700 oC rồi nghiền

mịn hoặc sử dụng trực tiếp anhydride mà không qua nung. Anhydride đóng rắn rất

chậm do đó cần thêm các phụ gia tăng cường quá trình đóng rắng như Na 2SO4, vơi,

CuSO4, xỉ lò cao nghiền mịn,… Anhydride dùng trong xây dựng phải được nghiền

rất mịn. Nếu nung ở 800 – 1000oC sẽ thu được chất kết dính thạch cao nung ở nhiệt

độ cao có mác tương tự chất kết dính anhydride

4.5. Thủy tinh lỏng

Thủy tinh lỏng là sản phẩm của sự hòa tan thủy tinh silicat kiềm Na hoặc K

trong nước tạo dung dịch keo của silicat kiềm.

Thủy tinh lỏng công nghiệp phổ biến là thủy tinh lỏng Na.

Tỉ lệ phần mol các thủy tinh lỏng trong công nghiệp là Na 2O:SiO2 (module n

= 1 : 2.0 - 3.3). Tương ứng với khoảng 66-76% phần khối lượng SiO 2 (lượng chất

phức tạp thường khoảng 1% khối lượng).

Khi bay hơi, module biến đổi, từ 3 xuống còn 2 (Na 2O : 2SiO2) sau đó là 1 (Na2O :

SiO2), với SiO2 kết tủa.

4.5.1. Phương pháp nấu thủy tinh lỏng Na

a. Phương pháp khô:

Sôđa (Na2CO3) và cát được nấu trong lò bể ở nhiệt độ 1400 oC. Khối thủy tinh

nóng chảy liên tục chảy khỏi bể nấu được làm lạnh bằng nước (frit hóa) hoặc chảy

thẳng vào khuôn đúc nhỏ bằng kim loại.

“Đá” thủy tinh silicat kiềm với những module khác nhau có khả năng hòa tan

mạnh trong nước (30 - 60%), nhưng tốc độ hòa tan rất chậm. Chỉ khi đã hòa tan,

mới gọi là thủy tinh lỏng.



Trang 18



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

MANHEZI KIỀM TÍNH – ĐÔLÔMIT KIỀM TÍNH – GEOPOLYMER

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×