Nguyên liệu

Ảnh hưởng của đặc tính kỹ thuật đá vôi và nhiệt độ nung đến chất lượng vôi (Phần 2)

11/11/2013 - 01:32 CH

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 - 1050^oC 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 (P1)

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Các mẫu đá vôi được lấy từ hai vùng khác nhau (LC và LK). Nghiên cứu dựa trên tiến hành phân tích các chỉ tiêu thành phần khoáng, tính chát cơ lý, kiểm tra độ chịu mài mòn LA, và các thí nghiệm về khả năng canxi hóa.

Dùng kính hiển vi quang học (Nikon, Optiphot-Pol) tiến hành trên tiết diện mẫu mỏng đã được mài nhẵn giúp xác định cấu trúc, hình dạng, kích thước hạt. Phân tích cho thấy đá vôi LK có kích thước hạt dao động khoảng 470 ± 152 μ phân bố không đều trong toàn khối mẫu. Trong khi đó, LC có kích thước hạt mịn hơn 320 ± 136μ phân bố sít đặc và đồng nhất trong cấu trúc. Vi cấu trúc của đá vôi chụp bằng kính hiển vi quang học được minh họa trong hình 1.

Hình 1: Ảnh vi cấu trúc của đá vôi (a) LK, (b) LC

Quá trình nung sẽ không nhận được biết các sự cố và sẽ không quan sát được hiện tượng nổ do kích thước hạt nhỏ. Chất lượng của vôi sau nung (vôi sống) và khả năng phản ứng hóa học có thể nhận biết một cách rõ ràng. Đá vôi LC là hóa thạch sau thời kỳ Eosen-Oligosen. Trong khi đá vôi LK là hóa thạch trong thời kỳ Miosen. Việc xác định tuổi giúp nhận biết các hóa thạch trong mẫu. Người ta tìm thấy các hóa thạch như Amphistegina, Berelin melo curdica, Rotalidae, Operalina, Heterastegina, Shaerogypsina, Stone, Miliodae, Peneroplia, Textularia… trên đá vôi LK.

Thành phần khoáng của hai loại đá vôi được xác định bằng phân tích XRD (Hình 2). Thành phần chính của hai mẫu đá vôi là CaCO₃, tuy nhiên chúng có lẫn một lượng nhỏ tạp chất SiO₂.

Đặc tính cơ lý của đá vôi được thể hiện trong bảng 1. Hai loại đá vôi đều có giá trị độ xốp nhỏ (dưới 1%). Khối lượng riêng xác đinh được của hai loại đá vôi (>2.55 g/cm³) đã phần nào cho thấy đặc tính của chúng. So sánh hai loại đá vôi, đá vôi LK có độ xốp cao hơn. Vì vậy, cấu trúc tinh thể LC sít chặc hơn và cứng hơn LK. Kiểm tra tính mài mòn là một kiểm tra nhanh và chính xác giúp đánh giá khả năng chịu mài mòn của đá vôi. Quá trình kiểm tra thực hiện trên các mặt khác nhau và theo thứ tự từ ngoài vào, sử dụng thiết bị quay cơ học trong máy Los Angeles. Sau 100 – 500 vòng/phút, mẫu được sàng để xác định phần khối lượng tiêu hao (bảng 2). Qua tính toán cho thấy phần tiêu hao tương đối thấp (30%), Đá vôi được lấy một cách ngẫu nhiên đảm bảo tiêu chuẩn nghiêm ngặt.

Bảng 1: Đặc tính cơ lý của đá vôi

γ: khối lượng riêng W : Thể tích lỗ xốp
Aw: Tỷ lệ nước σ : Cường độ nén
η : Độ xốp

Bảng 2: Kết quả chỉ số chịu mài mòn Los Angeles

Khối lượng tiêu hao tại 600^oC, đo bằng DTA-TG, (được coi là lượng CO₂ thoát trong quá trình phân hủy CaCO₃). So sánh giá trị CO₂ được đo bằng DTA/TG cho thấy lượng CO₂thoát ra ở cả hai loại vôi đều cao và gần bằng nhau. Do đó, cả hai loại vôi đều có lượng Ca cao. Hơn nữa, lượng CO₂ thoát ra của cả hai loại vôi đều cao hơn so với lý thuyết. Đường cong DTA-TG của CaCO₃ được thể hiện trên hình 3. Các mẫu đá vôi (LK và LC) phân hủy hoàn toàn tại nhiệt độ tương ứng là 944 và 961^oC. Đỉnh hấp thu nhiệt tại 195^oC trên đường cong DTA được coi bằng lượng nước mất đi. Các mẫu đá vôi LK và LC phân hủy mạnh nhất ở nhiệt độ tương ứng 682, 691^oC và phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ tương ứng 944, 961^oC.

Thành phần hóa học của đá vôi được xác định bởi XRF. Kết quả thể hiện trên bảng 3. Các hợp chất của các bon khác được xác định tương tự bằng các phương pháp XRD, DTA-TG và nghiên cứu thạch học. Thực tế cho thấy có thể có một lượng nhỏ đôlômit tồn tại trong đá vôi. Từ các phân tích hóa học xác định được thành phân hóa học của từng loại đá vôi, hàm lượng hợp chất Ca trên 98%.

Hình 2: Phân tích thành phần khoáng của đá vôi: (a) LK, (b) LC

Kết quả phân tích SEM cho thấy vôi có khả năng phản ứng cao nhất là vôi được nung ở nhiệt độ khoảng 1000oC ( Hình 4,5). Nếu nhiệt độ nung cao hơn bắt đầu có hiện tượng tái thấm CO2 trên bề mặt vôi làm cho bề mặt riêng của vôi giảm.

Hình 3: Sự phân hủy của CaCO3 trong môi trường Agon: (a) LK, (b) LC