Ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật đá vôi và nhiệt độ nung đến chất lượng vôi (Phần 3)
Nghiên cứu khảo sát các đặc tính của đá vôi (cấu trúc vi mô, kết cấu) và
nhiệt độ nung ảnh hưởng tới chất lượng của vôi. Tiến hành xác định đặc
tính lý, hóa và khả năng nung vôi tại các nhiệt độ 650, 700, 75 ,800,
850, 900, 950, 1000, 1050, và 1200oC.
Chất lượng vôi cũng như độ hoạt tính vôi được xác định thông qua phân
tích thành phần hóa, tính chất cơ lý, thành phần khoáng trên nhiều mẫu
đá vôi. Kết quả phân tích cho biết với nhiệt độ nung khoảng 950 - 1050oC
sẽ tạo ra vôi có độ hoạt tính cao nhất. Độ hoạt tính của vôi có liên
quan chặt chẽ đến lượng tạp chất và cấu trúc vi mô của vôi, các yếu tố
này lại có liên quan đến cấu trúc vi mô đặc trưng của đá vôi (kết cấu,
kích thước hạt, độ xốp). Các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ hoạt
tính của vôi chính là “bề mặt riêng, độ xốp, tốc độ thủy hóa (T60), nhiệt độ nung.
>> Ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật đá vôi và nhiệt độ nung đến chất lượng vôi (Phần 1)
>> Ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật đá vôi và nhiệt độ nung đến chất lượng vôi (Phần 2)
Phản ứng phân hủy của đá vôi
Xác định phản ứng phân hủy hoàn toàn bằng cách đo lượng mất đi của mẫu trước và sau nung. Khối lượng mất đi tương ứng với lượng CO2 thoát ra trong quá trình nung. Kết quả được đánh giá kỹ lưỡng và nó phù hợp với dữ liệu thu được từ phân tích từ DTA-TG (hình 3).
Khối lượng mất đi đo được khoảng 44% (phương trình phản ứng 1). Bởi vậy, quá trình phân hủy đá vôi và sản xuất vôi kết thúc hoàn toàn.
Nghiên cứu quá trình phân hủy đá vôi được thực hiện với các mẫu đá vôi hình lập phương (kích thước 30 × 30 ×30 cm) tại các nhiệt độ khác nhau (650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 và 1050oC). Thời gian nung khoảng 135 phút trong lò mô phỏng ở phòng thí nghiệm và có kiểm soát nhiệt độ nung. Mẫu đá vôi (LK và LC) được nung hoàn toàn ở nhiệt độ 1000oC. Kết quả được trợ giúp bởi các phương pháp DTA-TG.
Nhận xét: Khi nhiệt độ nung đạt 1000oC và khi thời gian nung ngắn, kết quả nung được loại vôi có hoạt tính cao, độ co nhỏ, tỷ trọng thấp và độ xốp cao. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 5.
Bảng 5 cho biết cấu trúc vi mô của vôi xác định bằng phương pháp xâm nhập thủy ngân và khả năng hấp thụ khí nitơ. Quan sát trên cả hai loại vôi ta thấy tổng thể tích, tổng độ xốp và bề mặt riêng đểu giảm khi tăng nhiệt độ nung, trong khi đó các chỉ số như tỷ trọng, bán kính lỗ xốp lại tăng lên. Bề mặt riêng được xác định bằng phương pháp hấp thụ khí nitơ, chỉ tăng không đáng so với lỗ xốp. Sự tăng này có thể là do các lỗ xốp có kích thước nhỏ hơn. Giá trị bề mặt riêng lớn nhất đạt được tại nhiệt độ 1000oC. Lượng CaO đạt 90.47 và 90.90%; tổng CaO: 95.28 và 96.91% và T60 là : 3.25 phút, 2.41 phút tương ứng với LK và LC.
So sánh giữa hai loại vôi, LK (1000oC) có thể tích, độ xốp, và bề mặt riêng lớn hơn LC (1000oC), lý do là có sự liên quan chặt chẽ giữa cấu trúc vi mô và kết cấu của đá vôi với vôi. Đá vôi LK có cấu trúc xốp hơn do đó sau khi nung, vôi tạo thành dường như vẫn giữ được cấu trúc đó nên có thể tích, độ xốp, và bề mặt riêng cao hơn. Mặt khác, đá vôi LC cứng hơn và kết câu sít đặc hơn nên có độ xốp nhỏ hơn khi nung thành vôi thể hiện cấu trúc đặc hơn, độ xốp nhỏ hơn và bề mặt riêng cũng nhỏ hơn, bán kính lỗ xốp cũng lớn hơn sau khi nung. Hơn nữa, khi phân tích giá trị độ đặc, tổng thể tích cho các mẫu thấy rằng tổng độ co của LK lớn hơn LC trong suốt quá trình nung.
Kết quả phân tích SEM (hình 4 và 5) cho biết phân bố kích thước lỗ xốp trong vôi LK và LC tại 1000 và 1200oC. Khi tăng nhiệt độ nung, có hiện tượng các lỗ xốp to hơn sẽ khử các lỗ xốp nhỏ hơn trong suốt quá trình nung.
Kết luận
Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của tính chất đá vôi và nhiệt độ nung đến chất lượng của vôi. Đá vôi LK sẽ tạo ra vôi hoạt tính hơn đá vôi LC. LK có kích thước tinh thể phân bố không đồng đều, nhưng không sít chặc như LC. LK là loại đá vôi có thành phần Ca cao, ít tạp chất. Trong các ng-hiên cứu sâu hơn có thể xác định ảnh hưởng của kết cấu đá vôi lên độ hoạt tính của vôi.
Trong nghiên cứu, khối lượng riêng của đá vôi cao hơn 2.55 g/cm3, cường độ nén cao hơn 600 kg/cm2 và độ chịu mài mòn nhỏ hơn 30%. Nghiên cứu chỉ ra rằng đá vôi có cấu trúc sít đặc thích hợp để sản xuất vôi hơn và vôi sẽ có chất lượng tốt.
Từ kết quả thu được, khi nhiệt độ nung càng thấp thì bề mặt riêng của vôi càng lớn và khả năng phản ứng tốt hơn. Bề mặt riêng lớn nhất có được khi nung đá vôi ở 1000oC trong lò. Nhiệt độ nung cao hơn sẽ thích hợp để sản xuất các loại vôi có hoạt tính thấp.
Bề mặt riêng là một yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ hoạt tính của vôi. Bề mặt riêng càng cao thì khả năng phản ứng của vôi càng nhanh. Tốc độ tăng nhiệt là một thông số nữa giúp đánh giá khả năng phản ứng của vôi (Tốc độ nâng nhiệt tăng khi khả năng phản ứng của vôi tăng).
Tóm lại, theo kết quả thực nghiệm từ các thông số đạt được và T60 nhỏ, hoàn toàn có thể tạo ra vôi có chất lượng tốt và độ hoạt tính cao.
Tài liệu tham khảo
Department of Mining Engineering, Faculty of
Engineering-Architecture, University of Cukurova. flalcali-Ancona, 01330, Turkey
Far: (90)(322)3386126; Tel: (90)(322)3386503; Enwil: zenkilic@cu.edu.tr
--------------------------
Người dịch: Nguyễn Quang Tuyển: Kỹ sư hóa silicat - Phòng Dự án (CCID)
>> Ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật đá vôi và nhiệt độ nung đến chất lượng vôi (Phần 1)
>> Ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật đá vôi và nhiệt độ nung đến chất lượng vôi (Phần 2)
Phản ứng phân hủy của đá vôi
Xác định phản ứng phân hủy hoàn toàn bằng cách đo lượng mất đi của mẫu trước và sau nung. Khối lượng mất đi tương ứng với lượng CO2 thoát ra trong quá trình nung. Kết quả được đánh giá kỹ lưỡng và nó phù hợp với dữ liệu thu được từ phân tích từ DTA-TG (hình 3).
Khối lượng mất đi đo được khoảng 44% (phương trình phản ứng 1). Bởi vậy, quá trình phân hủy đá vôi và sản xuất vôi kết thúc hoàn toàn.
CaCO3 + Nhiệt độ → CaO + CO2 (1)
Nghiên cứu quá trình phân hủy đá vôi được thực hiện với các mẫu đá vôi hình lập phương (kích thước 30 × 30 ×30 cm) tại các nhiệt độ khác nhau (650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 và 1050oC). Thời gian nung khoảng 135 phút trong lò mô phỏng ở phòng thí nghiệm và có kiểm soát nhiệt độ nung. Mẫu đá vôi (LK và LC) được nung hoàn toàn ở nhiệt độ 1000oC. Kết quả được trợ giúp bởi các phương pháp DTA-TG.
Bảng 4: Thực nghiệm nung mẫu tại các nhiệt độ khác nhau
Nhận xét: Khi nhiệt độ nung đạt 1000oC và khi thời gian nung ngắn, kết quả nung được loại vôi có hoạt tính cao, độ co nhỏ, tỷ trọng thấp và độ xốp cao. Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 5.
Bảng 5: Kết quả phân tích vôi
Rm: Bán kính lỗ xốp trung bình; AS: Bề mặt riêng
Bảng 5 cho biết cấu trúc vi mô của vôi xác định bằng phương pháp xâm nhập thủy ngân và khả năng hấp thụ khí nitơ. Quan sát trên cả hai loại vôi ta thấy tổng thể tích, tổng độ xốp và bề mặt riêng đểu giảm khi tăng nhiệt độ nung, trong khi đó các chỉ số như tỷ trọng, bán kính lỗ xốp lại tăng lên. Bề mặt riêng được xác định bằng phương pháp hấp thụ khí nitơ, chỉ tăng không đáng so với lỗ xốp. Sự tăng này có thể là do các lỗ xốp có kích thước nhỏ hơn. Giá trị bề mặt riêng lớn nhất đạt được tại nhiệt độ 1000oC. Lượng CaO đạt 90.47 và 90.90%; tổng CaO: 95.28 và 96.91% và T60 là : 3.25 phút, 2.41 phút tương ứng với LK và LC.
So sánh giữa hai loại vôi, LK (1000oC) có thể tích, độ xốp, và bề mặt riêng lớn hơn LC (1000oC), lý do là có sự liên quan chặt chẽ giữa cấu trúc vi mô và kết cấu của đá vôi với vôi. Đá vôi LK có cấu trúc xốp hơn do đó sau khi nung, vôi tạo thành dường như vẫn giữ được cấu trúc đó nên có thể tích, độ xốp, và bề mặt riêng cao hơn. Mặt khác, đá vôi LC cứng hơn và kết câu sít đặc hơn nên có độ xốp nhỏ hơn khi nung thành vôi thể hiện cấu trúc đặc hơn, độ xốp nhỏ hơn và bề mặt riêng cũng nhỏ hơn, bán kính lỗ xốp cũng lớn hơn sau khi nung. Hơn nữa, khi phân tích giá trị độ đặc, tổng thể tích cho các mẫu thấy rằng tổng độ co của LK lớn hơn LC trong suốt quá trình nung.
Kết quả phân tích SEM (hình 4 và 5) cho biết phân bố kích thước lỗ xốp trong vôi LK và LC tại 1000 và 1200oC. Khi tăng nhiệt độ nung, có hiện tượng các lỗ xốp to hơn sẽ khử các lỗ xốp nhỏ hơn trong suốt quá trình nung.
Kết luận
Nghiên cứu này đã khảo sát ảnh hưởng của tính chất đá vôi và nhiệt độ nung đến chất lượng của vôi. Đá vôi LK sẽ tạo ra vôi hoạt tính hơn đá vôi LC. LK có kích thước tinh thể phân bố không đồng đều, nhưng không sít chặc như LC. LK là loại đá vôi có thành phần Ca cao, ít tạp chất. Trong các ng-hiên cứu sâu hơn có thể xác định ảnh hưởng của kết cấu đá vôi lên độ hoạt tính của vôi.
Trong nghiên cứu, khối lượng riêng của đá vôi cao hơn 2.55 g/cm3, cường độ nén cao hơn 600 kg/cm2 và độ chịu mài mòn nhỏ hơn 30%. Nghiên cứu chỉ ra rằng đá vôi có cấu trúc sít đặc thích hợp để sản xuất vôi hơn và vôi sẽ có chất lượng tốt.
Từ kết quả thu được, khi nhiệt độ nung càng thấp thì bề mặt riêng của vôi càng lớn và khả năng phản ứng tốt hơn. Bề mặt riêng lớn nhất có được khi nung đá vôi ở 1000oC trong lò. Nhiệt độ nung cao hơn sẽ thích hợp để sản xuất các loại vôi có hoạt tính thấp.
Bề mặt riêng là một yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ hoạt tính của vôi. Bề mặt riêng càng cao thì khả năng phản ứng của vôi càng nhanh. Tốc độ tăng nhiệt là một thông số nữa giúp đánh giá khả năng phản ứng của vôi (Tốc độ nâng nhiệt tăng khi khả năng phản ứng của vôi tăng).
Tóm lại, theo kết quả thực nghiệm từ các thông số đạt được và T60 nhỏ, hoàn toàn có thể tạo ra vôi có chất lượng tốt và độ hoạt tính cao.
Tài liệu tham khảo
Department of Mining Engineering, Faculty of
Engineering-Architecture, University of Cukurova. flalcali-Ancona, 01330, Turkey
Far: (90)(322)3386126; Tel: (90)(322)3386503; Enwil: zenkilic@cu.edu.tr
--------------------------
Người dịch: Nguyễn Quang Tuyển: Kỹ sư hóa silicat - Phòng Dự án (CCID)
(hết)
Nguồn: Tạp chí Thông tin KHCN-Vicem
