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.

Giới thiệu 

Trong nghiên cứu này, đá vôi được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, lựa chọn những mẫu đá vôi có thành phần hóa học và cấu trúc vật lý tương đối khác nhau. Khả năng phản ứng hóa học của các loại đá vôi có sự khác biệt đáng kể do sự khác nhau về cấu trúc tinh thể và chúng lẫn các tạp chất thiên nhiên như Si, Fe, Mg, Na, Ka… 

Đá vôi và vôi được sử dụng chủ yếu để sản xuất vữa xây và vữa trát. Ngoài ra, vôi còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm đường, xây dựng, ổn định đường bộ, làm giàu đất, tinh luyện đường, công nghiệp hóa học, CaCO₃ đặc biệt, công nghiệp giấy, môi trường, khử hơi lưu huỳnh, sản xuất Mg và vật liệu chịu lửa. Từ năm 4000 - 2000 trước công nguyên, kim tự tháp Ai cập là công trình đầu tiên sử dụng đá vôi, đá vôi được sử dụng có dạng block, vữa kết dính là vôi và thạch cao.

Đến giữa thế kỷ 19 quá trình sản xuất vôi có sự thay đổi, người ta bắt đầu sử dụng các loại lò vôi truyền thống (lò quay và lò đứng). Nhiên liệu được dùng là dầu mỏ, khí ga và bụi các bon. Nhiệt độ nung quá cao khiến cho vôi trở nên già hóa. 

Qua các tài liệu, ta có thể xác đinh được một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến tính chất của vôi. Đó là: đặc tính của đá vôi, nhiệt độ nung, áp suất đạt được trong lò, tỷ lệ phân hủy và chất lượng của nhiên liệu. Nhiệt độ phân hủy của đá vôi đã được nghiên cứu chuyên sâu trong nhiều năm qua bởi sự quan trọng của nó trong việc khử SO₂ trong hỗn hợp khí thải. Nghiên cứu này chỉ đề cập đến những yếu tố quan trọng nhất (nguyên liệu thô, khả năng phân hủy, nhiệt độ nung) tới độ hoạt tính của vôi. 

Trong bài viết này, để nghiên cứu ảnh hưởng của các đặc tính đặc trưng nhất của đá vôi và nhiệt độ canxi hóa đến tính chất của vôi người ta tiến hành khảo sát tính chất của vôi được tạo thành từ các loại đá vôi này.

Thực nghiệm 

Nguyên liệu thô sử dụng trong sản xuất vôi chọn từ hai khu vực hoàn toàn khác nhau, Ceyhan (LC) và Karaisali (LK), thuộc Adana, Thổ Nhĩ Kỳ. Đá vôi được lựa chọn để đánh giá tính chất của vôi Cey¬han và Karaisali, vôi chính là chất kết dính phổ biến nhất trong vữa xây, trát và trong nghành sản xuất thép ở Thổ Nhĩ Kỳ. 

Đá vôi tại thời điểm nghiên cứu có cấu trúc vi mô khác nhau, LC là loại đá vôi có màu xám trắng, gồm các tinh thể thô hơn, trong khi LK là loại đá vôi có màu trắng đục, hoặc màu xám có cấu trúc gồm các tinh thể nhỏ hơn. Cả hai loại đá vôi đều không có các vết nứt tế vi. 

Tiến hành xác định các đặc tính cơ lý cơ bản của hai loại đá vôi như: khối lượng riêng, tỷ lệ nước, độ xốp, kích thước lỗ rỗng, cường độ nén. 

Các mẫu đá vôi (kích thước 30×30×30 cm) được nung ở các nhiệt độ khác nhau (650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1050, và 1200^oC) trong 135 phút để tạo thành vôi. Tiến hành đánh giá đặc tính, chất lượng và trạng thái canxi hóa của vôi.

Các phương pháp và kỹ thuật phân tích 

Để phân tích các mẫu đá vôi và vôi, sử dụng các phương pháp sau đây: 

• Phân tích quang phổ tia X (X-ray) (Siemens SRS 300) để xác định thành phần hóa học của các mẫu đá vôi. 

• Dùng kính hiển vi quang học (Nikon, Optiphot- Pol) thực hiện trên tiết diện mẫu mỏng đã mài nhẵn để xác định cấu trúc, hình dạng, kích thước hạt. 

• Đặc tính cơ lý ( khối lượng riêng, tỷ lệ nước, độ xốp, thể tích lỗ xốp, cường độ nén) và chỉ số chịu mài mòn Los Angeles của đá vôi được xác định một cách ngẫu nhiên. Đá vôi nghiên cứu thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM-373-56 và TS 699. 

• Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) trên bột đá vôi mịn để xác định cấu trúc tinh thể. Phân tích thực hiện trên máy XRD-6000. Khoảng cách 2- 20^o – 60^o với bước 0.02^o.

• Phân tích nhiệt vi sai và đo nhiệt lượng (phân tích đồng thời TG/DTA), Máy Setaram 92 16 DTA-TG tiến hành xác định thành phần, khối lượng hợp chất có trong các mẫu. Việc phân tích được thực hiện trên các mẫu đá vôi và vôi trong môi trường khí nitơ tại dải nhiệt độ từ 25 – 1000^oC với tốc độ nâng nhiệt 10^oC/phút. 

• Phương pháp mức xâm nhập thủy ngân (Auto-pore U9200) được sử dụng để đánh giá cấu trúc vi mô của vôi. 

• Phương pháp hấp phụ khí nitơ được tiến hành để xác định bề mặt riêng của vôi kết hợp với sử dụng đường hấp phụ đẳng nhiệt lý học của Brunauer- Emmet Teller (BET). 

• Phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử (SEM) (JEOL 840 AJXA) thực hiện đối với đá vôi và vôi tại nhiệt độ (600, 800, 1000, và 1200^oC). 

• Đo tốc độ thủy hóa (T60) của vôi (được nung ở nhiệt độ 1000 – 1050^oC).

Người dịch: Nguyễn Quang Tuyển: Kỹ sư hóa silicat - Phòng Dự án (CCID)