Trong bài viết đăng trên số tháng 6 năm 2012 của tạp chí international cement review với tên gọi “A is for alite“ tác giả Arthur Harrisson đã tập trung xem xét về chất khoáng chủ yếu này, và bằng việc kiểm tra chất khoáng dưới kính hiển vi ta có thể biết những thông tin cơ bản về quá trình sản xuất clinker. (Với tên bài viết ngắn gọn như trên phải chăng tác giả muốn nói “ điều đầu tiên, điều số 1, điều quan trọng nhất đối với alite? Đầu tiên là alite…?) Vì nhận thấy rằng trong một số sách và tài liệu chuyên ngành về xi măng của ta có sự không nhất quán trong cách viết và sử dụng từ (ví dụ: khoáng silicat canxi; khoáng tricalci silicate; khoáng dicalci silicát, khoáng calci aluminat… ), nên người dịch bài này xin giữ nguyên cách viết của hầu hết các thuật ngữ kỹ thuật trong tài liệu gốc mà không chuyển ngữ. Dưới đây là nội dung bài viết.

Các đặc tính của các khoáng clinker khi nhìn dưới kính hiển vi thể hiện thông tin cơ bản về quá trình sản xuất xi măng. Arthur Harrisson giải thích tầm quan trọng của chúng, sự không cân bằng chất khoáng và khoáng vật học trên thực tiễn. Ông cũng xem xét kỹ chất khoáng chủ yếu là alite. Kính hiển vi có thể phát hiện thông tin quan trọng về quá trình sản xuất clinker và đặc tính clinker. Clinker xi măng chứa bốn loại khoáng chính, cả 4 loại thường được xác định khi kiểm tra clinker dưới kính hiển vi. Việc đo đạc xác định sự khác nhau về kích cỡ, hình dạng, số lượng của các khoáng và mối quan hệ về không gian của chúng biểu lộ nhiều thông tin về việc sản xuất clinker, và theo nhiều nhà nghiên cứu clinker xi măng sử dụng kính hiển vi thì nó còn cho ta nhiều manh mối về tính chất của clinker liên quan tới khả năng nghiền, khả năng làm việc trong bê tông, và cường độ cuối cùng trong bê tông và vữa.


Các loại khoáng clinker 

Bốn loại khoáng thường được gọi là alite, belite, aluminate và ferrite, hoặc kí hiệu là C3S, C2S, C3A, C4AF. 

Hình bên là một ví dụ về một trong bốn loại khoáng của clinker với mặt cắt đã được đánh bóng, đã qua xử lý axit bằng hơi hydrofluoric axit, để làm nổi bật những khoáng khác nhau với các màu khác nhau trong ánh sáng phản xạ. Dạng điển hình của alite là những tinh thể góc cạnh với kích thước khoảng 35 μ, chúng thường có dạng hình 6 cạnh với màu nâu (do đã được xử lý axit) ở trong mặt cắt. Những tinh thể dạng tròn với màu xanh là belite. Hai loại tinh thể này tạo nên những chất rắn trong clinker, trong lòng chất nền lỏng được tạo nên từ hai khoáng khác là aluminate và ferrite ở nhiệt độ trên 1338^oC. Những tinh thể này được phân chia giữa các tinh thể alite và belite. 

Những khoảng màu xám lớn hơn là plastic, nó được đưa vào clinker để duy trì độ cứng vững trong khi chuẩn bị mẫu.

Alite là tên khoáng với những tinh thể có thành phần chủ yếu là Ca₃SiO₅, nhưng có thêm những hạt tạp chất khác trong cấu trúc tinh thể. Những hạt tạp chất này là không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất clinker xi măng, vì clinker được sản xuất từ nguyên liệu “tạp” chứ không phải là từ những hóa chất thuần khiết ban đầu. chúng chủ yếu gồm các oxit kiềm K₂O và Na₂O, sulphate( SO₃ ), magnesium oxit (MgO), và những thành phần chính khác của xi măng, alumina oxit (AL₂O₃) và oxit sắt (Fe₂O₃). Một loạt các phần tử nhỏ khác cũng có thể có trong đó.
 

Sự không cân bằng chất khoáng 

Một hậu quả khác không thể tránh khỏi của các phương pháp được sử dụng để sản xuất xi măng là gần như tất cả các phản ứng xảy ra trong lò bị dừng lại trước khi có thể đạt tới trạng thái cân bằng. Đó là do khi mà nguyên liệu được đưa vào lò cả từ phía đỉnh tháp tiền nung (preheater tower) hoặc từ phía đầu lạnh của lò dài thì vận tốc tiến triển của chúng bị khống chế chủ yếu bởi trọng lực, bị biến đổi do vận tốc quay của lò. Một số cơ cấu khác hỗ trợ cho việc biến đổi vận tốc qua quá trình, như ở tháp tiền nung là vận tốc dòng khí đi theo chiều ngược lại, hoặc là đường dẫn một phần liệu nạp vào đầu lò. Trong trường hợp ghi Lepol (Lepol grate ), vận tốc của ghi có thể thay đổi để hỗ trợ việc điều khiển nhiệt độ và mức độ canxi hóa liệu nạp.

Trong dôn nung của lò quay người ta không thể đạt được và cũng không thể mong muốn rằng toàn bộ CaO sẽ được kết hợp với các oxit khác. Sẽ luôn còn lại một phần vôi tự do, một phần silica trong các pha non-silicate và một phần thiếu hụt trong alite so với số liệu lý thuyết cực đại từ các thông số LSF, SR (silica ratio), AF (alumina-to-ferrit-oxide ratio). Người ta cũng không thể mong muốn đối với những nguyên nhân thuộc về vận hành hoặc những nguyên nhân thuộc về chất lượng clinker, đó là (muốn) clinker được làm lạnh ở tốc độ cho phép đạt được sự cân bằng và sự ổn định về khoáng chất đối với các khoáng của clinker. Đối với những nguyên nhân thuộc về vận hành, đó là bởi vì sự tận dụng nhiệt từ clinker là biện pháp cần thiết để gia nhiệt gió hai đi vào lò và đốt cháy trong phạm vi dôn nung, giúp cho các phản ứng xảy ra….Hơn nữa, một điều không mong muốn về mặt chất lượng, vì sự làm lạnh (chilling) của các tinh thể và sự lưu giữ những điều chưa hoàn thiện giữa chúng(the retention of imperfections within them), là clinker với nước trong sản phẩm xi măng.


Khoáng vật học trên thực tiễn 

Vì vậy, tình trạng khoáng vật học của các tinh thể clinker phụ thuộc vào một số yếu tố, chủ yếu là:

   • Thành phần hóa của nguyên liệu (bao gồm cả nhiều kiềm, sulphate, magnesium và những thành phần khác ít hơn như chlorine, fluorine, phosphorus-boron và nhiều loại khác) 
   • Nhiệt độ trong lò 
   • Tốc độ nung luyện clinker và tốc độ làm nguội clinker. 
   • Lượng ô xy có trong quá trình nung luyện và làm nguội 
   • Độ mịn của nguyên liệu đã được nghiền trước khi nung luyện. 

Như vậy là đã rõ rằng sự xuất hiện của các khoáng clinker khác nhau khi kiểm tra dưới kính hiển vi sẽ lộ ra những thông tin rất quí giá cả cho những nguyên nhân vận hành và giải nghĩa cho các vấn đề liên quan chất lượng.

By Arthur Harrisson - international cement review
Người dịch: Kĩ sư Đỗ cao Dương