EDP Sciences
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laboutique.edpsciences.fr-001914
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Science des matériaux / Materials
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CaO–SiO2–Al2O3–Fe Oxides Chemical System
Description and Applications
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A1934
François Sorrentino
Sorrentino, François
François
Sorrentino
<p>Dr. François SORRENTINO worked as project manager and senior scientist at the Lafarge research laboratories, and also as Research Director of CNRS.</p>
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A01
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A1935
Denis Damidot
Damidot, Denis
Denis
Damidot
<p>Prof. Denis DAMIDOT is Professor at Institut Mines-Télécom Lille Douai where his research is devoted to cementitious materials through a mainly physico-chemical approach based on experiments and numerical simulation.</p>
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A01
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A1936
Charles Fentiman
Fentiman, Charles
Charles
Fentiman
<p>Dr. Charles FENTIMAN works as a materials consultant and is organiser of international conferences about Calcium Aluminate Cements.</p>
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Chimie
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Matériaux
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|Chimie|
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|Matériaux|
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materials sciences;phase diagrams;chemistry;mineral research;synthesis of calcium silicates and calcium aluminates
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2011
SCI013000
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<p>This book describes and comments on the results of research devoted to the studies of phase assemblages in the CaO-SiO2-Al2O3-Fe oxides chemical system, their stability and their evolution in our environment (temperature, pressure). Its aim is to be a research support, not only for researchers and development engineers but also more generally for others interested in materials sciences.</p><p>The book is divided in two parts; the first devoted to a description of ‘the system’ using phase diagrams. The second explores the properties and uses of some of the minerals that are in widespread industrial and commercial use.</p><p>Much of the work presented in this book is fully original and corresponds to the research undertaken by François Sorrentino from his time at the chemistry department of the University of Aberdeen during the early 1970’s, to recent years when he has resumed his interest in mineral research, particularly related to the synthesis of calcium silicates and calcium aluminates, and their industrial manufacture.</p>
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This book describes and comments on the results of research devoted to the studies of phase assemblages in the CaO-SiO2-Al2O3-Fe oxides chemical system, their stability and their evolution in our environment (temperature, pressure).
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<p>Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III</p><p>Part I - Descriptions</p><p>CHAPTER 1</p><p>One-Component Chemical Systems: CaO, SiO2, Al2O3 and Fe Oxides . . . . . . 3</p><p>1.1 CaO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3</p><p>1.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3</p><p>1.1.2 Mineralogy, Structure and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3</p><p>1.1.3 Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4</p><p>1.2 SiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5</p><p>1.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5</p><p>1.2.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5</p><p>1.2.3 Structure and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6</p><p>1.2.4 Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6</p><p>1.3 Al2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7</p><p>1.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7</p><p>1.3.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8</p><p>1.3.3 Structure and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8</p><p>1.3.4 Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9</p><p>1.4 Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p><p>1.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p><p>1.4.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11</p><p>1.4.3 Structure and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11</p><p>1.4.4 Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14</p><p>1.4.5 Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14</p><p>CHAPTER 2</p><p>Binary Chemical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17</p><p>2.1 CaO–SiO2 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17</p><p>2.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17</p><p>2.1.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17</p><p>2.1.3 Structure, Polymorphism and Solid Solution . . . . . . . . . . . . . . . 18</p><p>2.1.4 Stability and Phase Diagram of CaO–SiO2 System . . . . . . . . . . 25</p><p>2.1.5 Synthesis of Calcium Silicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27</p><p>2.2 Al2O3–SiO2 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>2.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>2.2.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>2.2.3 Structure, Polymorphism and Solid Solutions . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>2.2.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37</p><p>2.2.5 Synthesis of Alumino-Silicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41</p><p>2.3 Al2O3–Fe Oxides System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44</p><p>2.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44</p><p>2.3.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44</p><p>2.3.3 Structure, Polymorphism and Solid Solution . . . . . . . . . . . . . . . 44</p><p>2.3.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45</p><p>2.3.5 Synthesis of Iron Aluminates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48</p><p>2.4 CaO–Al2O3 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48</p><p>2.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48</p><p>2.4.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49</p><p>2.4.3 Structure, Polymorphism and Solid Solution . . . . . . . . . . . . . . . 49</p><p>2.4.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55</p><p>2.4.5 Synthesis of Calcium Aluminates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57</p><p>2.5 SiO2–Fe Oxides System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62</p><p>2.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62</p><p>2.5.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62</p><p>2.5.3 Structure, Polymorphism and Solid Solution . . . . . . . . . . . . . . . 63</p><p>2.5.4 Liquid FeO–Fe2O3–SiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66</p><p>2.5.5 Stability and Phase Diagram of the FeO–Fe2O3–SiO2 System . . . . 67</p><p>2.5.6 Synthesis of Iron Silicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71</p><p>2.6 CaO–Fe Oxides System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>2.6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>2.6.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>2.6.3 Structure, Polymorphism and Solid-Solutions . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>2.6.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75</p><p>2.6.5 Synthesis of Calcium Ferrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81</p><p>CHAPTER 3</p><p>Ternary Chemical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83</p><p>3.1 General Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83</p><p>3.2 CaO–Al2O3–SiO2 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83</p><p>3.2.1 Ternary Constituents of the CaO–Al2O3–SiO2 System . . . . . . . 83</p><p>3.2.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84</p><p>3.2.3 Structure and Solid Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85</p><p>3.2.4 Stability and Phases Diagrams (At One Atmosphere) . . . . . . . . 90</p><p>3.2.5 Compounds Obtained in Special Conditions . . . . . . . . . . . . . . . 97</p><p>3.2.6 Stability Relative to Temperature or Pressure and Both . . . . . . 98</p><p>VIII Contents</p><p>3.2.7 Thermodynamic Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99</p><p>3.2.8 Synthesis of Calcium Silicoaluminate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101</p><p>3.3 Al2O3–SiO2–Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>3.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>3.3.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>3.3.3 Structure and Solid Solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>3.3.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104</p><p>3.3.5 Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108</p><p>3.4 CaO–SiO2–Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109</p><p>3.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109</p><p>3.4.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109</p><p>3.4.3 Structure and Solid Solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110</p><p>3.4.4 Stability and Phase Diagrams in Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112</p><p>3.4.5 Stablity and Phase Diagram in the CaO–SiO2–FeO System . . . . 117</p><p>3.4.6 CaO–SiO2–FeOx System at Various Oxygen Pressures . . . . . . . 126</p><p>3.4.7 Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131</p><p>3.4.8 Preparation and Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132</p><p>3.5 CaO–Al2O3–Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134</p><p>3.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134</p><p>3.5.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134</p><p>3.5.3 Structure and Solid Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135</p><p>3.5.4 Stability and Phase Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140</p><p>3.5.5 Liquidus in Reducing Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143</p><p>3.5.6 Model of the System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145</p><p>3.5.7 Formation and Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145</p><p>CHAPTER 4</p><p>Quaternary Chemical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147</p><p>4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147</p><p>4.1.1 Principle of Phase Equilibrium in a Quaternary System . . . . . . 147</p><p>4.2 CaO–SiO2–Al2O3–Fe2O3 System in Air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152</p><p>4.2.1 Quaternary Constituents of the CaO–SiO2–Al2O3–Fe</p><p>Oxides System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152</p><p>4.2.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153</p><p>4.2.3 Mineralogy Structure Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158</p><p>4.2.4 Formation and Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173</p><p>4.3 CaO–Al2O3–SiO2–FeO System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173</p><p>4.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173</p><p>4.3.2 Ternary Systems Located Within the CaO, Al2O3, SiO2,</p><p>FeO Tetrahedron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173</p><p>4.3.3 Binary Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181</p><p>4.3.4 Crystallized Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182</p><p>4.3.5 Univariant Lines and Quaternary Invariant Points . . . . . . . . . . 182</p><p>4.3.6 2CaO·SiO2–CaO·SiO2–Gehlenite–FeO Quaternary System . . . . 183</p><p>Contents IX</p><p>CHAPTER 5</p><p>Quinary Chemical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189</p><p>5.1 Introduction – Presentation of Quinary Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189</p><p>5.2 CaO–SiO2–Al2O3–FeO–Fe2O3 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189</p><p>5.2.1 Stability and Phase Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189</p><p>5.2.2 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192</p><p>References of Part I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193</p><p>Part II - Applications</p><p>CHAPTER 6</p><p>Applications to Hydraulic Binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211</p><p>6.1 General Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211</p><p>6.2 Portland Cements (PC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212</p><p>6.2.1 Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212</p><p>6.2.2 PC Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220</p><p>6.2.3 Conclusions – Prediction of the Properties . . . . . . . . . . . . . . . . 226</p><p>6.3 Calcium Aluminate Cements (CAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227</p><p>6.3.1 CAC Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227</p><p>6.3.2 CAC Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234</p><p>6.4 Special Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237</p><p>6.4.1 Fast-Setting Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237</p><p>6.4.2 Geopolymers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243</p><p>6.4.3 Oil Well Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246</p><p>6.4.4 Expansive Cement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251</p><p>6.4.5 Dental Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253</p><p>6.4.6 Glass Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259</p><p>CHAPTER 7</p><p>Application to Metal Refining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261</p><p>7.1 General Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261</p><p>7.2 Slags from Iron and Steel Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261</p><p>7.2.1 Blast Furnace Slags (BFS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261</p><p>7.2.2 Converter Slags (Basic Oxygen Process or LD processing) . . . . 266</p><p>7.2.3 EAF Slags: High Carbon Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269</p><p>7.2.4 Ladle Slag (Secondary Metallurgy) – Stainless – High Alloy</p><p>Steel Production. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269</p><p>7.2.5 Refining Under Reducing Slag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270</p><p>7.3 Formation and Properties of Liquid Slags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271</p><p>7.4 Slags from Non Ferrous Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272</p><p>7.4.1 Copper Slag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272</p><p>7.4.2 Silico-Manganese Slag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272</p><p>X Contents</p><p>CHAPTER 8</p><p>Application to Refractory Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275</p><p>8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275</p><p>8.2 Raw Materials Based on Al2O3 and SiO2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276</p><p>8.2.1 Natural Raw Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276</p><p>8.2.2 Synthetic Raw Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277</p><p>8.3 Applying Refractory Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278</p><p>8.3.1 Brick and Monolithic Refractories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278</p><p>8.3.2 Refractory Cement and Mortar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281</p><p>8.4 Refractories Consuming Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286</p><p>8.4.1 Iron and Steel Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286</p><p>8.4.2 Non-Ferrous Metal Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287</p><p>8.4.3 Cement Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287</p><p>8.4.4 Whiteware, Traditional Ceramic Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . 288</p><p>8.4.5 High-Tech Ceramic Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288</p><p>8.4.6 Glass Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288</p><p>CHAPTER 9</p><p>Application of the Glassy Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291</p><p>9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291</p><p>9.2 Structure of Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292</p><p>9.3 Classification of Glass Products Containing CaO, Al2O3, SiO2</p><p>and Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293</p><p>9.4 Products, Chemistry and Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294</p><p>9.4.1 High Silica Glass – Vycor Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294</p><p>9.4.2 Soda-Lime Glass. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295</p><p>9.4.3 Sodium Borosilicate – Glass Fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295</p><p>9.4.4 Aluminosilicate Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297</p><p>9.4.5 Special Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299</p><p>CHAPTER 10</p><p>Application of Ceramic Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303</p><p>10.1 Introduction to Ceramics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303</p><p>10.2 Structure of Ceramics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303</p><p>10.2.1 Processing of Manufacture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303</p><p>10.2.2 Shaping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304</p><p>10.2.3 Physico-Chemical Changes During Firing . . . . . . . . . . . . . . . 305</p><p>10.3 Classification of Ceramic Products Containing CaO, SiO2,</p><p>Al2O3 and Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305</p><p>10.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305</p><p>10.3.2 Traditional Ceramics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305</p><p>10.3.3 Ceramics in the Construction Sector Ceramics . . . . . . . . . . . 312</p><p>10.3.4 High Technology Ceramics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313</p><p>Contents XI</p><p>CHAPTER 11</p><p>Application as Fillers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315</p><p>11.1 General Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315</p><p>11.2 Mono-Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317</p><p>11.2.1 Calcium Oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317</p><p>11.2.2 SiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318</p><p>11.2.3 Alumina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319</p><p>11.2.4 Fe oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320</p><p>11.3 Multi-Components By-Products from Industrial Process . . . . . . . . . . 321</p><p>11.3.1 Slags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321</p><p>11.3.2 Fly Ashes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324</p><p>11.3.3 Red Mud (KUR 1997) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326</p><p>11.3.4 Cement Kiln Dust (CKD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327</p><p>11.4 Multi-Components from Natural Origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328</p><p>11.4.1 Natural Pozzolans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328</p><p>11.4.2 Metakaolin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330</p><p>11.4.3 Rice Husk Ashes (RHA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331</p><p>11.4.4 Wollastonite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332</p><p>References of Part II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p>
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https://laboutique.edpsciences.fr/produit/1167/9782759825363/cao-sio2-al2o3-fe-oxides-chemical-system
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17 avenue du Hoggar - PA de Courtaboeuf - 91944 Les Ulis cedex A
http://publications.edpsciences.org/
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CaO–SiO2–Al2O3–Fe Oxides Chemical System
Description and Applications
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17 avenue du Hoggar - PA de Courtaboeuf - 91944 Les Ulis cedex A
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Science des matériaux / Materials
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CaO–SiO2–Al2O3–Fe Oxides Chemical System
Description and Applications
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A1934
François Sorrentino
Sorrentino, François
François
Sorrentino
<p>Dr. François SORRENTINO worked as project manager and senior scientist at the Lafarge research laboratories, and also as Research Director of CNRS.</p>
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A1935
Denis Damidot
Damidot, Denis
Denis
Damidot
<p>Prof. Denis DAMIDOT is Professor at Institut Mines-Télécom Lille Douai where his research is devoted to cementitious materials through a mainly physico-chemical approach based on experiments and numerical simulation.</p>
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A1936
Charles Fentiman
Fentiman, Charles
Charles
Fentiman
<p>Dr. Charles FENTIMAN works as a materials consultant and is organiser of international conferences about Calcium Aluminate Cements.</p>
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Izibook:Subject
Chimie
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materials sciences;phase diagrams;chemistry;mineral research;synthesis of calcium silicates and calcium aluminates
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SCI013000
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<p>This book describes and comments on the results of research devoted to the studies of phase assemblages in the CaO-SiO2-Al2O3-Fe oxides chemical system, their stability and their evolution in our environment (temperature, pressure). Its aim is to be a research support, not only for researchers and development engineers but also more generally for others interested in materials sciences.</p><p>The book is divided in two parts; the first devoted to a description of ‘the system’ using phase diagrams. The second explores the properties and uses of some of the minerals that are in widespread industrial and commercial use.</p><p>Much of the work presented in this book is fully original and corresponds to the research undertaken by François Sorrentino from his time at the chemistry department of the University of Aberdeen during the early 1970’s, to recent years when he has resumed his interest in mineral research, particularly related to the synthesis of calcium silicates and calcium aluminates, and their industrial manufacture.</p>
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This book describes and comments on the results of research devoted to the studies of phase assemblages in the CaO-SiO2-Al2O3-Fe oxides chemical system, their stability and their evolution in our environment (temperature, pressure).
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<p>Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III</p><p>Part I - Descriptions</p><p>CHAPTER 1</p><p>One-Component Chemical Systems: CaO, SiO2, Al2O3 and Fe Oxides . . . . . . 3</p><p>1.1 CaO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3</p><p>1.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3</p><p>1.1.2 Mineralogy, Structure and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3</p><p>1.1.3 Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4</p><p>1.2 SiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5</p><p>1.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5</p><p>1.2.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5</p><p>1.2.3 Structure and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6</p><p>1.2.4 Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6</p><p>1.3 Al2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7</p><p>1.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7</p><p>1.3.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8</p><p>1.3.3 Structure and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8</p><p>1.3.4 Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9</p><p>1.4 Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p><p>1.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p><p>1.4.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11</p><p>1.4.3 Structure and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11</p><p>1.4.4 Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14</p><p>1.4.5 Properties and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14</p><p>CHAPTER 2</p><p>Binary Chemical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17</p><p>2.1 CaO–SiO2 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17</p><p>2.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17</p><p>2.1.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17</p><p>2.1.3 Structure, Polymorphism and Solid Solution . . . . . . . . . . . . . . . 18</p><p>2.1.4 Stability and Phase Diagram of CaO–SiO2 System . . . . . . . . . . 25</p><p>2.1.5 Synthesis of Calcium Silicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27</p><p>2.2 Al2O3–SiO2 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>2.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>2.2.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>2.2.3 Structure, Polymorphism and Solid Solutions . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>2.2.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37</p><p>2.2.5 Synthesis of Alumino-Silicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41</p><p>2.3 Al2O3–Fe Oxides System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44</p><p>2.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44</p><p>2.3.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44</p><p>2.3.3 Structure, Polymorphism and Solid Solution . . . . . . . . . . . . . . . 44</p><p>2.3.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45</p><p>2.3.5 Synthesis of Iron Aluminates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48</p><p>2.4 CaO–Al2O3 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48</p><p>2.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48</p><p>2.4.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49</p><p>2.4.3 Structure, Polymorphism and Solid Solution . . . . . . . . . . . . . . . 49</p><p>2.4.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55</p><p>2.4.5 Synthesis of Calcium Aluminates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57</p><p>2.5 SiO2–Fe Oxides System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62</p><p>2.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62</p><p>2.5.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62</p><p>2.5.3 Structure, Polymorphism and Solid Solution . . . . . . . . . . . . . . . 63</p><p>2.5.4 Liquid FeO–Fe2O3–SiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66</p><p>2.5.5 Stability and Phase Diagram of the FeO–Fe2O3–SiO2 System . . . . 67</p><p>2.5.6 Synthesis of Iron Silicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71</p><p>2.6 CaO–Fe Oxides System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>2.6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>2.6.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>2.6.3 Structure, Polymorphism and Solid-Solutions . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>2.6.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75</p><p>2.6.5 Synthesis of Calcium Ferrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81</p><p>CHAPTER 3</p><p>Ternary Chemical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83</p><p>3.1 General Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83</p><p>3.2 CaO–Al2O3–SiO2 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83</p><p>3.2.1 Ternary Constituents of the CaO–Al2O3–SiO2 System . . . . . . . 83</p><p>3.2.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84</p><p>3.2.3 Structure and Solid Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85</p><p>3.2.4 Stability and Phases Diagrams (At One Atmosphere) . . . . . . . . 90</p><p>3.2.5 Compounds Obtained in Special Conditions . . . . . . . . . . . . . . . 97</p><p>3.2.6 Stability Relative to Temperature or Pressure and Both . . . . . . 98</p><p>VIII Contents</p><p>3.2.7 Thermodynamic Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99</p><p>3.2.8 Synthesis of Calcium Silicoaluminate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101</p><p>3.3 Al2O3–SiO2–Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>3.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>3.3.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>3.3.3 Structure and Solid Solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>3.3.4 Stability and Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104</p><p>3.3.5 Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108</p><p>3.4 CaO–SiO2–Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109</p><p>3.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109</p><p>3.4.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109</p><p>3.4.3 Structure and Solid Solution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110</p><p>3.4.4 Stability and Phase Diagrams in Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112</p><p>3.4.5 Stablity and Phase Diagram in the CaO–SiO2–FeO System . . . . 117</p><p>3.4.6 CaO–SiO2–FeOx System at Various Oxygen Pressures . . . . . . . 126</p><p>3.4.7 Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131</p><p>3.4.8 Preparation and Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132</p><p>3.5 CaO–Al2O3–Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134</p><p>3.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134</p><p>3.5.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134</p><p>3.5.3 Structure and Solid Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135</p><p>3.5.4 Stability and Phase Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140</p><p>3.5.5 Liquidus in Reducing Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143</p><p>3.5.6 Model of the System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145</p><p>3.5.7 Formation and Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145</p><p>CHAPTER 4</p><p>Quaternary Chemical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147</p><p>4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147</p><p>4.1.1 Principle of Phase Equilibrium in a Quaternary System . . . . . . 147</p><p>4.2 CaO–SiO2–Al2O3–Fe2O3 System in Air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152</p><p>4.2.1 Quaternary Constituents of the CaO–SiO2–Al2O3–Fe</p><p>Oxides System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152</p><p>4.2.2 Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153</p><p>4.2.3 Mineralogy Structure Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158</p><p>4.2.4 Formation and Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173</p><p>4.3 CaO–Al2O3–SiO2–FeO System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173</p><p>4.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173</p><p>4.3.2 Ternary Systems Located Within the CaO, Al2O3, SiO2,</p><p>FeO Tetrahedron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173</p><p>4.3.3 Binary Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181</p><p>4.3.4 Crystallized Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182</p><p>4.3.5 Univariant Lines and Quaternary Invariant Points . . . . . . . . . . 182</p><p>4.3.6 2CaO·SiO2–CaO·SiO2–Gehlenite–FeO Quaternary System . . . . 183</p><p>Contents IX</p><p>CHAPTER 5</p><p>Quinary Chemical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189</p><p>5.1 Introduction – Presentation of Quinary Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189</p><p>5.2 CaO–SiO2–Al2O3–FeO–Fe2O3 System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189</p><p>5.2.1 Stability and Phase Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189</p><p>5.2.2 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192</p><p>References of Part I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193</p><p>Part II - Applications</p><p>CHAPTER 6</p><p>Applications to Hydraulic Binders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211</p><p>6.1 General Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211</p><p>6.2 Portland Cements (PC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212</p><p>6.2.1 Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212</p><p>6.2.2 PC Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220</p><p>6.2.3 Conclusions – Prediction of the Properties . . . . . . . . . . . . . . . . 226</p><p>6.3 Calcium Aluminate Cements (CAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227</p><p>6.3.1 CAC Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227</p><p>6.3.2 CAC Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234</p><p>6.4 Special Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237</p><p>6.4.1 Fast-Setting Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237</p><p>6.4.2 Geopolymers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243</p><p>6.4.3 Oil Well Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246</p><p>6.4.4 Expansive Cement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251</p><p>6.4.5 Dental Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253</p><p>6.4.6 Glass Cements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259</p><p>CHAPTER 7</p><p>Application to Metal Refining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261</p><p>7.1 General Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261</p><p>7.2 Slags from Iron and Steel Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261</p><p>7.2.1 Blast Furnace Slags (BFS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261</p><p>7.2.2 Converter Slags (Basic Oxygen Process or LD processing) . . . . 266</p><p>7.2.3 EAF Slags: High Carbon Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269</p><p>7.2.4 Ladle Slag (Secondary Metallurgy) – Stainless – High Alloy</p><p>Steel Production. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269</p><p>7.2.5 Refining Under Reducing Slag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270</p><p>7.3 Formation and Properties of Liquid Slags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271</p><p>7.4 Slags from Non Ferrous Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272</p><p>7.4.1 Copper Slag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272</p><p>7.4.2 Silico-Manganese Slag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272</p><p>X Contents</p><p>CHAPTER 8</p><p>Application to Refractory Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275</p><p>8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275</p><p>8.2 Raw Materials Based on Al2O3 and SiO2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276</p><p>8.2.1 Natural Raw Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276</p><p>8.2.2 Synthetic Raw Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277</p><p>8.3 Applying Refractory Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278</p><p>8.3.1 Brick and Monolithic Refractories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278</p><p>8.3.2 Refractory Cement and Mortar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281</p><p>8.4 Refractories Consuming Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286</p><p>8.4.1 Iron and Steel Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286</p><p>8.4.2 Non-Ferrous Metal Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287</p><p>8.4.3 Cement Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287</p><p>8.4.4 Whiteware, Traditional Ceramic Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . 288</p><p>8.4.5 High-Tech Ceramic Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288</p><p>8.4.6 Glass Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288</p><p>CHAPTER 9</p><p>Application of the Glassy Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291</p><p>9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291</p><p>9.2 Structure of Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292</p><p>9.3 Classification of Glass Products Containing CaO, Al2O3, SiO2</p><p>and Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293</p><p>9.4 Products, Chemistry and Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294</p><p>9.4.1 High Silica Glass – Vycor Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294</p><p>9.4.2 Soda-Lime Glass. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295</p><p>9.4.3 Sodium Borosilicate – Glass Fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295</p><p>9.4.4 Aluminosilicate Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297</p><p>9.4.5 Special Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299</p><p>CHAPTER 10</p><p>Application of Ceramic Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303</p><p>10.1 Introduction to Ceramics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303</p><p>10.2 Structure of Ceramics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303</p><p>10.2.1 Processing of Manufacture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303</p><p>10.2.2 Shaping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304</p><p>10.2.3 Physico-Chemical Changes During Firing . . . . . . . . . . . . . . . 305</p><p>10.3 Classification of Ceramic Products Containing CaO, SiO2,</p><p>Al2O3 and Fe Oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305</p><p>10.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305</p><p>10.3.2 Traditional Ceramics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305</p><p>10.3.3 Ceramics in the Construction Sector Ceramics . . . . . . . . . . . 312</p><p>10.3.4 High Technology Ceramics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313</p><p>Contents XI</p><p>CHAPTER 11</p><p>Application as Fillers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315</p><p>11.1 General Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315</p><p>11.2 Mono-Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317</p><p>11.2.1 Calcium Oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317</p><p>11.2.2 SiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318</p><p>11.2.3 Alumina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319</p><p>11.2.4 Fe oxides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320</p><p>11.3 Multi-Components By-Products from Industrial Process . . . . . . . . . . 321</p><p>11.3.1 Slags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321</p><p>11.3.2 Fly Ashes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324</p><p>11.3.3 Red Mud (KUR 1997) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326</p><p>11.3.4 Cement Kiln Dust (CKD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327</p><p>11.4 Multi-Components from Natural Origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328</p><p>11.4.1 Natural Pozzolans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328</p><p>11.4.2 Metakaolin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330</p><p>11.4.3 Rice Husk Ashes (RHA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331</p><p>11.4.4 Wollastonite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332</p><p>References of Part II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p>
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