Document
Use of Oman kaolin and spent catalyst (spent alumina & RFCC from refinery) to substitute bauxite in the preparation of Portland cement clinker
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2010
Language
English
English abstract
In the process of preparation of Portland clinker, imported bauxite was substituted with two types of materials: natural rock kaolin and waste by-product, spent alumina catalyst (SAC) and reduced fluid cracking catalyst (RFCC), from petroleum refinery in the Sultanate of Oman. Different clinkers were prepared using four different raw meal (RM) samples, i.e. one with bauxite as a reference sample (RM-Bxtret), one with kaolin (RM KL), one with spent alumina Catalyst (RM-SAC) and another with reduced fluid catalytic cracking catalyst (RM-RFCC). The clinker samples obtained were ground with 5% gypsum (CaSO4-2H20) for preparation of cement. Powder X-ray diffraction, thermal analysis, X-ray fluorescence, optical microscopy and scanning electron microscopey were used to characterize samples (raw materials, raw mix, clinker, and cement). Rietveld refinement shows that, in all clinkers prepared, alite was formed with hexagonal (R) lattice whereas belite was monoclinic with a higher volume compared to the known B Ca2SiO4. The main mineralogical phase contents were calculated in accordance with the Bogue equations and found to be of acceptable composition, similar to those of industrially manufactured clinkers. The study of sintering behavior of the raw mix shows that clinker prepared using kaolin has the lowest free lime content compared to the other prepared clinker samples. The physical and mechanical properties (specific area, setting time, heat of hydration, soundness and compressive strength) of prepared cement samples were studied and tested according to the international standard EN 197-1:2000, Class 42.5N (LA). The cement prepared using kaolin, Cmt-KL, has shown higher compressive strength by 6.4 % compared to the reference sample. Also, the setting time of Cmt-KL and Cmt-RFCC shows lower values compared to Cmt-SAC and the reference sample Cmt-BxtRef. In general, the results show that substitution of bauxite in the preparation of cement by kaolin, RFCC and SAC gave results that fall within the required standard specification for ordinary Portland cement (CEMI, EN 197-1:2000) in terms of chemical composition, physical and mechanical properties. These results demonstrate that the spent catalysts (SAC and RFCC) and natural kaolin could be utilized to replace bauxite in the manufacturing of Portland clinker. This could potentially solve the environmental problem of disposal of spent catalysts from refinery companies as well as reduce the cost of cement production.
Description
Thesis
Member of
Resource URL
Arabic abstract
يتطلب في عمليات صناعة الأسمنت البورتلاندي إضافة مادة البوكسايت المستورد و التي تم استبدالها في الدراسة بنوعين : حجر الكالوئين الطبيعي المحلي و مخلفات غنية بمادة الألمنيوم تنتج من عمليات تصفية البترول في سلطنة عمان. تم تحضير أربع عينات من الكلنكر مخبريا ، بإستخدام أربع خلطات مزجت بأنواع مختلفة كمصدر لمركب الألمنيوم. العينة الأولى باستخدام مادة البوكسيت المستورد كعينة مرجعية (Bauxite) ، أما العينة الثانية فحضرت بإستخدام الكاولين الطبيعي المحلي (Kaolin) و المادة الثالثة و الرابعة بإستخدام مادتي RFCC و SAC باعتبارهما مواد مخلفات تنتج من عمليات تصفية البترول. تم طحن الكلنكر المحضر مخبريا و إضافة 5% جبس طبيعي (gypsum لتحضير الأسمنت البرتلاندي. تم دراسة العينات و فحصها بإستخدام تقنيات XRD , XRF , DTA - TGA , SEM , Optical Microscopy ، و يظهر تحليل نتائج XRD بإستخدام طريقة Rietyeld Refinement أن جميع عينات الكلنكر تحتوي على مركب Alite ذات كرستال من النوع ( hexagonal ( R ، و تشير الدراسة كذالك أن المركب Belite وجد على هيئة المركب الأكثر انتشارا من النوع بيتا Beta مع فارق بسيط نسبيا في الحجم مقارنة بتلك الموجودة في الدراسات السابقة. و تيل الحسابات النظرية لتراكيز مركبات الكلنكر الرئيسية ( CS , CS , CA , CAF ) بإستخدام معادلات Bogue مشابه للتراكيز في العينة المرجعية Clk - Bxtae و كذلك مشابه لعينات الكلنكر المصنعه. كذلك تم دراسة ألية عملية حرق المواد الأولية و سير التفاعل الكيميائي و ذلك عن طريق مراقبة تراكيز الجير الحر free line و قد لوحظ أن خليط المواد الأولية الممزوجة مع مادة الكاولين RM - KL تحتوي على تراكيز أقل مقارنة إلى العينات الأخرى ، و تدل هذه الملاحظة أن المركبات في خليط الكاولين RM - KL أكثر تجانسا من غيرها. كذلك تم فحص خواص عينات الأسمنت المحضرة فيزيائيا و ميكانيكيا بإستخدام طرق دولية أوروبية معتمدة لفحص خواص الأسمنت البورتلندي (EN 197 - 1 : 2005 Class 42 . 5N LA) و قد أظهرت النتائج أن الأسمنت المحضر باستخدام الكالولین Cmt - KL أحدث ارتفاعا في نتائج فحص compressive strength بنسبة 4.6% مقارنة بالعينة المرجعية Cmmt - Bxt . كذلك لوحظ أن زمن الشك الإبتدائي و النهائي للعينات Cmt - RFCC و Cmt - KL أقل من العينات الأخرى. بصفة عامة، تشير النتائج التي تم التوصل إليها أنه يمكن استبدال البوكسايت المستورد بأحد المواد المحلية ( , kaolin , RFCC SAC) في تحضير مادة الكلنكر و الأسمنت البورتلاندي و لم تظهر النتائج أي تأثير سلبي على جودة المنتج كيميائيا أو فيزيائيا حسب المواصفات العالمية (EN 197 - 1 : 2000 Class 42 . 5N LA). و بذلك نجد أن إستغلال هذه المخلفات في صناعة الكلنكر و الأسمنت حلا بيئيا مناسبا و يقلل من التكلفة
Category
Theses and Dissertations