KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VLXD Năm học 2022 2023 KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ[.]
Trang 1ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ
Đề tài: Thiết kế phân xưởng chuẩn bị hỗn hợp phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng póoc lăng theo công nghệ lò quay phương pháp khô.
Công suất thiết kế: 1500 tấn clanhke/ ngày đêm
Trưởng bộ môn: TS Nguyễn Trọng Lâm
Giáo viên HD: TS Ngô Kim Tuân
Trang 2ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ
Đề tài: Thiết kế phân xưởng chuẩn bị hỗn hợp phối liệu của nhà máy xản xuất xi măng póoc lăng theo công nghệ lò quay phương pháp khô.
Công suất thiết kế: 1500 tấn clanhke/ ngày đêm
Trưởng bộ môn: TS Nguyễn Trọng Lâm
Giáo viên HD: TS Ngô Kim Tuân
Hà Nội 6/2023
Trang 3Danh mục bảng biể
Trang 4Bảng 2.1.Thành phần hóa nguyên vật liệu 22
Bảng 2 2.Thành phần hóa quy về 100% 23
Bảng 2 3.Thành phần nguyên vật liệu đã nung 23
Bảng 2 4.Ký hiệu các oxit của các cấu tử 25
Bảng 2 5.Thành phần hóa học của clanhke 27
Bảng 2 6.Thành phần hóa của phối liệu
Danh mục hình v
Trang 5Hình 3 1.Mặt cắt ngang kho đá vôi 61
Hình 3 2.Mặt cắt ngang kho đất sét 62
Hình 3 3.Mặt cắt ngang kho quặng sắt 63
Hình 3 4.Silo chứa bột phối liệu 64
Hình 3 5.Bunke đá vôi 65
Hình 3 6.Bunke đất sét 66
Hình 3 7.Bunke quặng sắt 67
Trang 6Lời nói đầu
Trải qua hai mươi năm đổi mới, công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá ởnước ta diễn ra mạnh mẽ trên cả nước, cùng với việc hội nhập vào nền kinh tế toàncầu, bước đầu đã thu được nhiều thành quả to lớn, vững bước tiến lên xây dựng thànhcông chủ nghĩa xã hội Để đạt được sự phát triển kinh tế toàn diện và bền vững, thực
tế đặt ra yêu cầu tất yếu phải có một cơ sở hạ tầng thật vững mạnh, nhất là trong lĩnhvực công nghiệp nặng nói chung và ngành xây dựng nói riêng Cơ sở hạ tầng xây dựng
là một nền tảng rất cơ bản đưa đất nước ta ngày càng hội nhập sâu rộng vào nền kinh
tế thế giới, đặc biệt là sau khi Việt Nam trở thành thành viên chính thức của Tổ chứcthương mại thế giới ( WTO)
Nhận thấy tầm quan trọng này để đáp ứng nhu cầu xây dựng của đất nước, nhànước đã quan tâm và chú trọng đến sự phát triển của ngành sản xuất vật liệu xây dựng.Trong đó ngành sản xuất xi măng đã có những đóng góp to lớn vào công cuộc xâydựng và bảo vệ tổ quốc Việc nhiều nhà máy sản xuất xi măng đã và đang được xâydựng ở nhiều tỉnh, thành phố chứng minh được nhu cầu tiêu thụ xi măng ngày càngcao
Nhiệm vụ thiết kế: “Thiết kế phân xưởng chuẩn bị hỗn hợp phối liệu của
nhà máy xản xuất xi măng póoc lăng theo công nghệ lò quay phương pháp khô công suất 1500 tấn clanhke/ngày đêm” Em xin chân thành cảm ơn TS Ngô Kim
Tuân đã nhiệt tình giúp đỡ em thực hiện Đồ án này
Trang 7Chương I: Giới thiệu chung về xi măng poóc lăng
1 Lịch sử phát triển và phân loại xi măng pooc lăng.
1.1.Tình hình phát triển ngành công nghiệp sản xuất xi măng ở nước ta
Xi măng có vai trò rất quan trọng đối với ngành Xây dựng Có thể nói, cho đếnnay, xi măng vẫn là “bánh mỳ” của ngành Xây dựng Cách đây 30 năm, ngành côngnghiệp xi măng Việt Nam rất nhỏ bé Năm 1990, cả nước mới sản xuất được 2,75 triệutấn xi măng Khi đó, do dự báo nhu cầu xây dựng của nước ta sẽ phát triển nhanhchóng nên Chính phủ đã chỉ đạo Bộ Xây dựng Quy hoạch phát triển ngành côngnghiệp xi măng Việt Nam
1.2.Tình hình sản xuất và tiêu thụ xi măng ở nước ta
Thống kê của Bộ Xây dựng cho biết, hiện cả nước có 84 dây chuyền sản xuất ximăng, với tổng công suất 101 triệu tấn xi măng/năm Trong đó, 27 dây chuyền cócông suất trên 5.000 tấn clinker/ngày là những dây chuyền hiện đại, đang hoạt độngrất hiệu quả Bên cạnh đó, vẫn còn 29 dây chuyền sản xuất xi măng với công suất nhỏ
từ 500 - 1.700 tấn clinker/ngày - những dây chuyền được đầu tư từ lâu với công nghệlạc hậu, quy mô nhỏ, hiệu quả sản xuất thấp
Sản lượng tiêu thụ năm 2018 hơn 95 triệu tấn, tăng 12% so với năm 2017.Trong đó, tiêu thụ trong nước hơn 65 triệu tấn, tăng 10%; xuất khẩu khoảng 30 triệutấn, tăng 50% so với năm 2017, đạt kim ngạch xuất khẩu hơn một tỷ USD, đưa ngànhxi-măng vào danh mục những nhóm hàng xuất khẩu TỶ USD
Số liệu tiêu thụ từ năm 2012 đến nay, sản lượng xi-măng tiêu thụ hằng nămtăng từ 5 đến 10%, năng suất toàn ngành trung bình đạt 86% công suất thiết kế Nănglực, chi phí sản xuất, thị trường tiêu thụ của các nhà máy khác nhau sẽ dẫn đếnnhững thời điểm cạnh tranh căng thẳng, nhất là các nhà máy công suất nhỏ, dâychuyền thiết bị lạc hậu, chi phí sản xuất cao cho nên ngành cần có những bước cănchỉnh thích hợp để tồn tại và phát triển
1.3.Phương hướng phát triển ngành công nghiệp sản xuất xi măng ở nước ta
Quan điểm phát triển: Ngành công nghiệp xi măng cần phát triển theo hướngbền vững, kết hợp phát triển công nghiệp sản xuất xi măng và quản lý tài nguyên trongdài hạn Nhà nước thống nhất quản lý khoáng sản làm xi măng trong toàn quốc theoquy hoạch, kế hoạch
Về đầu tư: ưu tiên đầu tư các dự án xi măng mới ở các vùng có điều kiện thuậnlợi về nguyên liệu, có điều kiện phát triển công nghiệp, có điều kiện hạ tầng giaothông, gần thị trường tiêu thụ, các dự án đầu tư mở rộng; các dự án công suất lớn.Nâng cấp, hiện đại hóa công nghệ đối với các nhà máy xi măng cũ; dừng sản xuất đốivới các nhà máy công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường Ưu tiên các dự án đầu tư
ở các tỉnh Nam Trung bộ và phía Nam Có thể đầu tư một số dự án phía Tây làm động
Trang 8lực phát triển kinh tế Vùng Hạn chế đầu tư các dự án xi măng ở vùng khó khăn vềnguyên liệu, ảnh hướng đến các di sản văn hóa, phát triển du lịch, an ninh, quốcphòng.
Về công nghệ, công suất: Sử dụng công nghệ tiên tiến với mức độ tự đồng hóacao, tiết kiệm tối đa nguyên liệu, năng lượng trong sản xuất Kết hợp công nghệ sảnxuất xi măng với việc xử lý và sử dụng chất thải công nghiệp và phế thải làm nguyên,nhiên liệu thay thế nhằm tiết kiệm tài nguyên, giảm ô nhiễm môi trường Không đầu
tư mới các dự án có dây chuyền công nghệ công suất nhỏ hơn 3.000 tấn clanhke/ngày Khuyến khích việc tái cơ cấu ngành xi măng để hình thành các tập đoàn sản xuất ximăng công suất lớn, nâng cao năng suất sản xuất, cải tiến công nghệ, tái sử dụng phếthải làm nguyên, nhiên liệu thay thế, đa dạng hóa sản phẩm xi măng và giải quyết tốthơn các vấn đề về môi trường
Mục tiêu phát triển: Phát triển xi măng Việt Nam trở thành một ngành kinh tế,công nghiệp lớn, có công nghệ tiên tiến, bảo vệ tốt môi trường, cảnh quan thiên nhiên;
sử dụng hiệu quả, tiết kiệm, đa dạng nguyên, nhiên liệu; sử dụng các loại chất thảicông nghiệp, phế thải xây dựng, phế thải sinh hoạt trong sản xuất xi măng;
Về nguyên liệu: Nguồn nguyên liệu chính cho các dự án xi măng phải đượcxác định trong Quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm xi măng cótrữ lượng đảm bảo đủ cho sản xuất liên tục ít nhất 30 năm Sử dụng tiết kiệm và hiệuquả nguồn nguyên liệu tự nhiên theo hướng: khai thác tận thu khoáng sản, khai thác
âm, khai thác theo công nghệ khoan hầm; phục hồi môi trường, môi sinh và đất đaisau khi kết thúc từng giai đoạn hoặc toàn bộ hoạt động khoáng sản; xử lý nước thảitheo tiêu chuẩn vệ sinh trước khi thải Tăng cường sử dụng các chất thải công nghiệp,phế thải làm nguyên liệu, nhiên liệu thay thế để giảm việc sử dụng tài nguyên thiênnhiên trong sản xuất xi măng
1.4 Phân loại xi măng
Phân loại xi măng pooc lăng có thể dựa vào thành phần khoáng, phạm vi sử dụng,tính chất và hàm lượng phụ gia đưa vào nghiền cùng với clanhke xi măng
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682- 2020 và TCVN 6260:2020, xi măng poóclăng được phân loại như sau:
- Theo loại clanhke và thành phần xi măng : có xi măng pooc lăng – PC, xi măngpooc lăng hỗn hợp ( với hàm lượng phụ gia khoáng không lớn hơn 40% )
Trang 9- Theo giới hạn bền khi nén sau 28 ngày ( tính bằng N/mm2 ) : được đặc trưng bằngmac xi măng.
+ Với xi măng pooc lăng : gồm có các mác PC40, PC50
+ Với xi măng pooc lăng puzolan có các mác : PCpuz20, PCpuz30, PCpuz40
+ Với xi măng pooc lăng hỗn hợp : PCB30,PCB40,PCB50
- Theo tốc độ đóng rắn có loại xi măng đóng rắn bình thường và chậm khi độ bềchuẩn đạt được sau 28 ngày đêm, loại đóng rắn nhanh khi độ bền sau 3 ngày đêmđạt > 55% của độ bền chuẩn sau 28 ngày đêm
- Theo thời gian đông kết : có loại xi măng đông kết chậm , đông kết bình thường
và đông kết nhanh
- Theo tính chất đặc biệt : người ta phân theo độ bền sunfat, biến dạng thể tích khiđóng rắn, theo độ tỏa nhiệt, theo tính chất trang trí, theo tính chất phun, trám…Theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM – C150 , xi măng pooc lăng được phân làm 8 loại :
- Xi măng pooc lăng thường
- Xi măng pooc lăng thường cuốn khí
- Xi măng pooc lăng bền sunfat thường
- Xi măng bền sunfat thường cuốn khí
- Xi măng pooc lăng rắn chắc nhanh
- Xi măng pooc lăng rắn chắc nhanh cuốn khí
- Xi măng pooc lăng ít tỏa nhiệt
- Xi măng pooc lăng bền sunfat cao
2 Clanhke xi măng poóc lăng
Clanhke xi măng pooc lăng là bán thành phẩm của công nghệ sản xuất xi măngtồn tại ở dạng hạt có kích thước từ 10 mm đến 40 mm phụ thuộc vào dạng lò nung.Theo cấu trúc vĩ mô, clanhke xi măng pooc lăng là hỗn hợp các hạt nhỏ của nhiều phatinh thể và một lượng nhỏ pha thủy tinh
2.1.Thành phần khoáng của clanhke xi măng pooc lăng
Trong clanhke xi măng pooc lăng gồm chủ yếu là các khoáng silicat canxi (hàmlượng 70 – 80%) Các khoáng alit (3CaO.SiO2) và belit (2CaO.SiO2) quyết định cáctính chất chủ yếu của xi măng Các khoáng tricanxi aluminat (3CaO.Al2O3),
Trang 10tetracanxit aluminoferit (4CaO.Al2O3.Fe2O3) và pha thủy tinh nằm xen kẽ giữa khoángalit và belit gọi là chất trung gian
Khoáng alit (3CaO.SiO2, ký hiệu C3S): là khoáng quan trọng nhất của clanhke
xi măng pooc lăng, tạo cho xi măng pooc lăng có cường độ cao, đông kết rắn chắcnhanh và có ảnh hưởng đến nhiều tính chất khác của xi măng Trong clanhke xi măngkhoáng C3S chiếm từ 45 60% Alít là một dung dịch rắn của 3CaO.SiO2 và mộtlượng nhỏ các chất khác có hàm lượng nhỏ (từ 2 4%) như MgO, P2O5, Cr2O3, C3S
ở dạng tinh khiết sẽ bền vững trong khoảng nhiệt độ (1200 1250)0C đến (1900 2070) 0C Nhiệt độ lớn hơn 20700C thì C3S bị nóng chảy, nhỏ hơn 1200 0C thì bị phânhuỷ thành C2S và CaO tự do
Khoáng belit (2CaO.SiO2, ký hiệu: C2S): Trong clanhke xi măng C2S chiếmkhoảng 20 30%, là thành phần quan trọng của clanhke, có đặc tính là đông kết rắnchắc chậm nhưng cường độ cuối cùng cao Bêlít là dung dịch rắn của 2CaO.SiO2 vớimột lượng nhỏ các ôxít khác như Al2O3, Fe2O3, Cr2O3 Khoáng C2S được tạo thànhtrong clanhke ở 4 dạng thù hình C2S, ‘CC2S, C2S , C2S
+ C2S : bền vững ở điều kiện nhiệt độ cao từ 1425 2130 0C, ở nhiệt độ lớnhơn 2130 0C, C2S bị chảy lỏng, ở nhiệt độ nhỏ hơn 1425 0C khoáng C2S chuyểnsang dạng ’ C2S
+ ’C2S bền vững ở nhiệt độ 830 14250C, khi nhiệt độ nhỏ hơn 8300C và làmlạnh nhanh thì ’C2S chuyển sang dạng C2S, còn khi làm nguội chậm bị chuyển sangdạng C2S
+ C2S không bền luôn có xu hướng chuyển sang dạng C2S đặc biệt là ở
nhiệt độ nhỏ hơn 5000C Khi C2S chuyển thành C2S làm tăng thể tích khoảng 10%
và bị phân rã thành bột
+ C2S thì hầu như không tác dụng với nước và không có tính chất kết dính,chỉ trong điều kiện hơi nước bão hoà, khoảng nhiệt độ 150 2000C, C2S mới có khảnăng dính kết
Pha canxi aluminat (C3A): là dung dịch rắn tồn tại ở 2 dạng C3A, C5A3 Dotrong clanhke lượng CaO cao nên pha canxi aluminat thường nằm chủ yếu ở dạngkhoáng C3A Khoáng C3A kết tinh ở dạng tinh thể lục giác hay hình hộp chữ nhật, cókhối lượng riêng 3,04 g/cm3 Đặc điểm của khoáng này là đông kết rắn chắc nhanh và
dễ tạo nên các ứng suất gây nứt sản phẩm trong môi trường xâm thực sunphat
Pha alumoferit (C4AF): là dung dịch rắn của các khoáng canxi alumoferit.Khoáng canxi alumoferit có thành phần khác nhau phụ thuộc vào thành phần nguyênliệu ban đầu, điều kiện nung luyện,… Trong clanhke khoáng này tồn tại chủ yếu dướidạng C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3) có chứa khoảng 1% MgO và TiO2 Khoáng C4AF có
Trang 11khả năng hydrat hóa nhanh, có cường độ tương đối cao, tăng độ bền sunphat của ximăng pooc lăng
Pha thủy tinh: có trong clanhke xi măng pooc lăng với hàm lượng (5 – 15%).
Hàm lượng của pha thủy tinh còn phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp nguyên liệu banđầu và điều kiện làm lạnh clanhke Thành phần pha thủy tinh bao gồm chủ yếu là cácoxit MgO, CaO, Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, …
2.2.Thành phần hóa của clanhke xi măng pooc lăng
Clanhke xi măng pooc lăng bao gồm các oxit chính là CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3
với tổng hàm lượng khoảng (95 – 97%) (theo khối lượng) Ngoài ra còn có các oxitkhác với hàm lượng nhỏ như MgO, TiO2, K2O, Na2O, P2O5, SO3… Hàm lượng cácoxit phụ thuộc vào loại clanhke xi măng pooc lăng và thường dao động trong khoảng:
Canxi oxit (CaO) chủ yếu có trong nguyên liệu đá vôi Trong quá trình nung
luyện tạo thành clanhke, CaO sẽ liên kết với các oxit khác ở các điều kiện nhất định đểtạo thành các hợp chất hóa học quyết định tốc độ đông kết rắn chắc và cường độ ximăng Khi hàm lượng CaO càng lớn thì khả năng tạo thành các hợp chất dạng khoángcanxi silicat có độ bazơ cao (C3S) trong clanhke càng nhiều, cho xi măng đông kết rắnchắc nhanh cường độ cao nhưng xi măng lại kém bền trong môi trường xâm thực sunphát Hàm lượng CaO nhiều đòi hỏi nhiệt độ nung phải lớn khó nung luyện và để lạitrong clanhke một lượng canxi ôxít tự do nhiều, có hại cho xi măng Vì vậy, trongclanhke xi măng người ta phải khống chế hàm lượng CaO hợp lý nằm trong khoảng 63đến 66% Tuy nhiên, khả năng phản ứng CaO với các ôxít khác để tạo thành cáckhoáng trong clanhke còn phụ thuộc vào bản chất của các ôxít trong nguyên liệu, chế
độ gia công hỗn hợp nguyên liệu và chế độ nung
Silic đioxit (SiO 2 ) chủ yếu có trong nguyên liệu đất sét Trong quá trình nung
luyện clanhke, SiO2 sẽ tác dụng với CaO tạo thành các hợp chất dạng khoáng dạngcanxi silicat Khi hàm lượng SiO2 càng nhiều thì ngoài việc tạo thành khoáng C3S ra,khoáng canxi silicat có độ bazơ thấp (C2S) được tạo thành sẽ tăng lên Hàm lượngkhoáng C2S tăng, xi măng đông kết rắn chắc chậm, cường độ phát triển chậm vàkhông cao ở thời kì đầu rắn chắc Tuy nhiên loại xi măng này tăng được khả năng bền
Trang 12trong môi trường nước và môi trường xâm thực sunphat Khi hàm lượng SiO2 trongclanhke xi măng ít, khoáng C3S được tạo thành sẽ nhiều, xi măng đông kết rắn chắcnhanh, cường độ cao nhưng quá trình nung luyện khó và hàm lượng vôi tự do lớn.Trong clanhke xi măng, hàm lượng SiO2 thường nằm trong khoảng (21 – 24%) Trongnguyên liệu, thành phần SiO2 có độ hoạt tính càng cao thì quá trình tạo khoáng khinung càng nhanh và triệt để.
Nhôm oxit (Al 2 O 3 ) trong clanhke xi măng tham gia vào quá trình tạo nên các
khoáng nóng chảy canxi aluminat Khi hàm lượng Al2O3 càng nhiều, hàm lượngkhoáng C3A được tạo thành càng lớn, khả năng xuất hiện pha lỏng trong clanhke càngsớm và càng nhiều, xi măng đông kết rắn chắc nhanh nhưng cường độ thấp và kémbền trong môi trường xâm thực sunphat Trong clanhke xi măng pooc lăng, thành phầnnhôm oxit nằm trong khoảng (2 – 4%)
Sắt oxit (Fe 2 O 3 ) có tác dụng làm giảm nhiệt độ thiêu kết của quá trình nung và
tham gia vào quá trình tạo khoáng tetracanxi alumoferit (C4AF) Hàm lượng oxit nàytrong clanhke xi măng càng lớn thì nhiệt độ nung càng được hạ thấp, khoáng C4AFđược tạo thành nhiều, xi măng có độ bền cao trong môi trường sunphat nhưng cường
độ xi măng không cao Trong quá trình nung luyện clanhke xi măng cần chú ý tới hàmlượng hợp lý Fe2O3 sẽ có tác dụng tốt cho việc giảm nhiệt độ nung luyện Nếu hàmlượng Fe2O3 quá nhiều thì pha lỏng xuất hiện trong nung luyện clanhke xi măng sẽlớn, do đó gây hiện tượng bám dính lò đặc biệt trong công nghệ xi măng lò đứng
Các oxit phụ:
Magie oxit (MgO) là thành phần có hại trong clanhke xi măng, gây nên sự
không ổn định thể tích khi xi măng đông kết rắn chắc Hàm lượng MgO khống chế <5% trong nguyên liệu sản xuất xi măng
Titan oxit (TiO 2 ) trong clanhke xi măng pooc lăng với giới hạn (0,1 – 0,5%) sẽ
có ảnh hưởng tốt cho quá trình kết tinh các khoáng của clanhke Với hàm lượngkhoảng (2 – 4%), TiO2 sẽ thay thế một phần SiO2 có tác dụng tăng cường độ xi măng
Crom oxit (Cr 2 O 3 ) và phốt pho oxit (P 2 O 5 ) : Khi hàm lượng của các oxit này
nằm vào khoảng 0,1 0,3% sẽ có tác dụng tốt là thúc đẩy quá trình đông kết ở thời kỳđầu, tăng cường độ cho xi măng Nhưng với hàm lượng lớn (1 2) % có tác dụng ngượclại làm chậm thời gian đông kết rắn chắc và làm suy giảm cường độ của đá xi măng
Oxit kiềm Kali và kiềm Natri (K 2 O + Na 2 O): trong clanhke hàm lượng chúng
khoảng 0,5 1% Khi hàm lượng các oxit này lớn hơn 1% sẽ gây nên sự mất ổn định thểtích của xi măng đặc biệt là gây nên sự tách, nứt trong bê tông thuỷ công do các oxit kiềmnày có khả năng tác dụng với CaO, Al2O3 tạo nên các khoáng trương nở thể tích là
Trang 13Na2O.8CaO.3Al2O3(NC8A3), K2O.8CaO.3Al2O3 (KC8A3) hoặc tác dụng với SO3 tạo nênkhoáng nở thể tích là K2SO4, Na2SO4,
2.3 Đặc trưng của clanke xi măng
Chất lượng của clanhke xi măng poóc lăng được đánh giá thông qua thành phầnhoa học và thành phần khoáng Trong quá trình nung luyện, các ôxít trong clanhke xi măng tương tác với nhau theo một mối liên hệ xác định, được biểu diễn bằng các hệ
số Vì vậy, clanhke xi măng poóc lăng được đặc trưng bởi các thông số như thành phần hoá học, thành phần khoáng và các hệ số (môđun)
2.3.1 Đặc trưng của clanhke theo các hệ số.
2.3.1.1 Hệ số bazơ (kí hiệu là m)
Khi hệ số m < 1,7 thì clanhke xi măng poóc lăng có cường độ không cao Nếu
hệ số m > 2,4, nhiệt độ nung yêu cầu phải lớn, xi măng có cường độ cao nhưng độ ổn định thể tích kém, nhiệt thuỷ hoá lớn và kém bền trong môi trường nước xâm thực
2.3.1.2 Hệ số silicát (kí hiệu là n)
Hệ số silicát n hợp lý là trong khoảng 2,2-2,6 Khi hệ số n tăng, các khoáng canxi silicát có độ bazơ thấp sẽ tăng, xi măng sẽ đông kết rắn chắc chậm và cường độ cuối cùng cao Khi hệ số n giảm thì hàm lượng các khoáng nóng chảy tăng, nhiệt độ nung clanhke thấp và dễ nung luyện Do vậy, với xi măng poóc lăng thì hệ số n
thường bằng 1,7 đến 3,5 và xi măng poóc lăng bền sunphát thì hệ số n thường lớn hơn 3,5
2.3.1.4 Hệ số bão hòa vôi
Hệ số bão hoà KSK (Việt nam hay gọi là hệ số KH) là tỷ số giữa lượng canxi oxít (CaO) trong clanhke thực tế liên kết với silíc điôxít (SiO,) tạo nên khoáng
3CaO.SiO2 (C3S) Theo lý thuyết trong clanhke xi măng poóc lăng, nếu các ôxít liên kết hoàn toàn với nhau để chỉ tạo nên các khoáng C3S, C3A và C2F thì xi măng có cường độ cao, clanhke xi măng đó gọi là lý tưởng
Thực tế trong quá trình nung clanhke, đầu tiên các ôxít liên kết với nhau tạo nên các khoáng C2S, C3A, C4AF và CaSO4, sau đó ở điều kiện nhiệt độ cao, CaO mới
Trang 14tác dụng tiếp với C2S để tạo nên khoáng C3S Vì CaO rất dễ phản ứng với Al2O3 và
Fe2O3 ở nhiệt độ cao nên các ôxít trên coi như phản ứng hết với CaO để tạo thành khoáng C3A và C4AF Phân tích C4AF ta thấy nó bao gồm C3A và CF, trong khoáng
CF thì một phần khối lượng Fe2O3 sẽ liên kết với khối lượng CaO theo tỷ lệ 56 : 160 =0,35 Với khoáng CaSO4 thì một phần khối lượng SO3 sẽ liên kết với CaO theo tỷ lệ
56 : 80 = 0,7 phần khối lượng Hàm lượng vôi lớn nhất khi hệ số alumin > 0,64
Như vậy hệ số KH là biểu thị lượng CaO thực tế liên kết với SiO2 để tạo thành khoáng C3S trong clanhke xi măng Khi hệ số KH= 1 có nghĩa là CaO liên kết hoàn toàn với SiO2 để tạo thành khoáng C3S
Trong clanhke xi măng, giá trị hệ số KH phụ thuộc vào thành phần và tính chấtcủa nguyên liệu đầu vào, vào dạng lò nung, vào điều kiện nung và nhiều yếu tố khác Khi hệ số hệ số bão hoà lớn có nghĩa là khoáng C3S được tạo thành nhiều, xi măng đông kết rắn chắc nhanh, cường độ cao nhưng lại kém bền trong môi trường nước và muối khoáng, hỗn hợp phối liệu khi nung khó thiêu kết Khi hệ số bão hoà thấp, khoáng C3S được tạo thành ít và khoáng C2S tạo thành nhiều, xi măng đông kết rắn chắc chậm, cường độ không cao Do vậy, đối với xi măng poóc lăng hệ số bão hoà KHnằm trong khoảng 0,85÷0,95
2.3.2 Đặc trưng của clanhke xi măng theo thành phần khoáng
Tính chất và hàm lượng các khoáng thành phần trong clanhke xi măng quyết định các tính chất của xi măng Trong clanhke xi măng chủ yếu gồm 4 khoáng chính:
Tricanxi silicát- 3CaO.SiO2 ký hiệu C3S;;
Dicanxi silicát- 2CaO.SiO2 ký hiệu C2S
Tricanxi aluminát- 3CaO.Al2O3 ký hiệu C3A;
Tetracanxi aluminôferít- 4CaO.Al2O3 ký hiệu C4AF
3.Các tính chất cơ bản của xi măng pooc lăng
3.1.Khối lượng riêng và khối lượng thể tích
Khối lượng riêng (γ a) của xi măng là khối lượng của một đơn vị thể tích xi
măng ở trạng thái khô Khối lượng riêng của xi măng phụ thuộc vào thành phầnkhoáng của clanhke xi măng pooc lăng và dạng phụ gia pha vào Trong clanhke ximăng pooc lăng, hàm lượng khoáng C3A và C4AF có khối lượng riêng lớn, do đó khihàm lượng của chúng càng lớn thì khối lượng riêng (γ a) của xi măng càng cao Ximăng pooc lăng thông thường có khối lượng riêng γ a=3,0÷ 3,2 g /cm3, xi măng pooclăng xỉ và xi măng pooc lăng puzolan thường có γ a=2,7÷ 2,9 g/cm3
Trang 15Khối lượng thể tích đổ đống (γ o) của xi măng là khối lượng của một đơn vị
thể tích xi măng ở trạng thái đổ đống trong điều kiện thường Khối lượng thể tích đổđống phụ thuộc vào loại xi măng, độ nghiền mịn và độ lèn chặt của xi măng Xi măng
có hàm lượng khoáng C3A và C4AF càng lớn, γ a càng lớn, đồng thời độ lèn chặt của ximăng càng lớn thì γ ocàng cao Khi độ mịn càng cao, khối lượng thể tích của xi măngcàng nhỏ Để đặc trưng cho khối lượng thể tích của xi măng pooc lăng thường sử dụng
2 dạng: khối lượng thể tích ở dạng tơi: γ o=900 ÷1100 kg/m3
khối lượng thể tích ở dạng chặt: γ o=1400÷ 1700 kg /m3
Khối lượng thể tích đổ đống của xi măng thường dùng để tính toán xylô, bunke chứa
và bảo quản xi măng Thông thường trong tính toán, khối lượng thể tích đổ đống lấytrung bình bằng 1200 kg/m3
3.2 Lượng nước yêu cầu và độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng
Lượng nước yêu cầu (lượng nước tiêu chuẩn) là lượng nước cần thiết để hyđrathoá các khoáng của clanker xi măng đảm bảo cho hồ xi măng có độ lưu động cần thiết,tương ứng với lượng nước tiêu chuẩn cho ta hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn Lượngnước yêu cầu của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanker, độ mịn của ximăng và loại phụ gia cho vào khi nghiền clanker xi măng Lượng nước tiêu chuẩn của
xi măng được xác định băng dụng cụ kim Vica theo TCVN 6017-2015, lượng nước tiêuchuẩn xi măng PC thường từ 21 29%, và của xi măng PCB thường từ 24 32%
3.3 Thời gian đông kết của xi măng
Khi xi măng đông kết rắn chắc cần phải ổn định thể tích Sự thay đổi thể tíchtrong quá trình đông kết rắn chắc của xi măng sẽ làm giảm cường độ của bê tông khiđóng rắn, gây các vết nứt, rạn hoặc phá hoại sản phẩm Nguyên nhân chính của sựthay đổi thể tích là do trong xi măng có chứa một lượng CaO và MgO tự do, các hạtnày ở dạng hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm, sau khi xi măng đã đông kếtrắn chắc, chúng mới tham gia phản ứng thuỷ hoá làm tăng thể tích, phá hoại cấu trúcsản phẩm
Quá trình một hỗn hợp xi măng với nước tương đối linh động dần dần đặc lại và
có cường độ ban đầu nào đó gọi là quá trình đông kết Thời gian đông kết phụ thuộc vàothành phần khoáng của clanker, độ nghiền mịn của xi măng, phụ gia trong xi măng, điềukiện môi trường và lượng nước tiêu chuẩn khi đưa vào nhào trộn Thời gian đông kếtcũng được xác định bằng dụng cụ Vica theo TCVN 6017 – 2015 Theo tiêu chuẩn ViệtNam TCVN 2682 – 2020 yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng như sau:
- Thời gian bắt đầu đông kết không sớm hơn 45 phút
Trang 16- Thời gian kết thúc đông kết không chậm hơn 375 phút.
3.4 Cường độ của xi măng pooc lăng
Cường độ của xi măng là độ bền của đá xi măng khi chịu tác động của các lực
cơ học mà không bị phá hoại Đây là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng ximăng, là chỉ tiêu để phân loại cho xi măng (mác xi măng) Do vậy người ta đã qui địnhmác của xi măng là cường độ nén của những mẫu thí nghiệm đã được dưỡng hộ trongmôi trường có nhiệt độ 2710C và độ ẩm 90 100% Cường độ của xi măng được xácđịnh theo TCVN 6016 – 2011
3.5 Tính ổn định thể tích
Các chất kết dính nói chung và xi măng nói riêng cần phải ổn định thể tích trongtrình rắn chắc Xi măng thay đổi thể tích trong quá trình rắn chắc sẽ dẫn đến làm quásuy giảm cường độ, có khi dẫn tới phá hủy sản phẩm Sự thay đổi thể tích trong quátrình rắn chắc hay tính không ổn định thể tích của các loại xi măng có thể xảy ra khitrong xi mãng có chứa hàm lượng CaO tự do và MgO tự do lớn Do CaO tự do và MgO
tự do bị hyđrát hóa chậm khi tác dụng với nước kèm theo sự thay đổi thể tích trong sảnphẩm có xi măng đã rắn chắc, vì vậy làm xuất hiện ứng suất và có thể phá hoại sảnphẩm Đối với xi măng, yêu cầu hàm lượng CaO tự do phụ thuộc vào công nghệ sảnxuất, nhưng hàm lượng MgO trong xi măng không lớn hơn 5%
Sự thay đổi thể tích của đá xi măng còn xảy ra khi sử dụng các sản phẩm vữa hay
bê tổng trong môi trường có các hợp chất sunphát Khi đó sẽ xảy ra phản ứng giữakhoáng hyđrô aluminát canxi trong đá xi măng và hợp chất sunphát trong môi trườngtạo thành ettringite làm thay đổi thể tích sản phẩm, xuất hiện ứng xuất và giảm cường
độ sản phẩm Theo tiêu chuẩn Việt Nam 2682: 2020, độ ổn định thể tích của xi măngđược xác định theo phương pháp Lơ Chatelier không lớn hơn 10 mm
3.6.Một số tính chất khác
3.6.1 Nhiệt thủy hóa của xi măng
Nhiệt thuỷ hoá của xi măng là nhiệt lượng sinh ra của một đơn vị khối lượng ximăng sinh ra khi thuỷ hoá Nhiệt thuỷ hoá xác định tại một thời điểm nhất định 7 ngày
và 28 ngày Nhiệt thuỷ hóa được xác định bằng nhiệt kế theo TCVN 6070 – 2005 Ximăng pooclăng PC có lượng nhiệt thuỷ hoá sau 7 ngày là 80 90 cal/g và sau 28ngày có thể lên đến 100 cal/g
Lượng nhiệt này sinh ra sẽ làm ảnh hưởng đến việc thi công bê tông, nó thúcđẩy nhanh quá trình đông kết rắn chắc của vữa xi măng, nếu khối bê tông có thể tích
Trang 17lớn thì tính chất này sẽ gây ra nội ứng suất trong khối bê tông đó và sinh ra nứt rạn vàphá hủy kết cấu công trình.
3.6.2 Độ mịn của xi măng poóclăng
Độ nghiền mịn của xi măng ảnh hưởng đến chất lượng xi măng Hạt xi măngcàng mịn, tốc độ thuỷ hoá càng nhanh đạt đến triệt để, do đó cường độ xi măng sẽ pháttriển nhanh Để đánh giá độ nhỏ của hạt xi măng người ta dùng một đại lượng gọi là tỷdiện tích, đó là tổng diện tích bề mặt các hạt của một đơn vị trọng lượng xi măng Theotiêu chuẩn hiện hành độ mịn xi măng được xác định bằng hai phương pháp: phươngpháp độ mịn theo sàng 90m và độ mịn theo bề mặt riêng (phương pháp Blaine)
TCVN 2682 -2020 quy định xi măng PC40 và PC50 độ mịn theo phương phápBlaine không đượng nhỏ hơn 2800 cm2/g
CHƯƠNG II: NGUYÊN, NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG POOC LĂNG 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG
Để sản xuất xi măng pooc lăng cần phải sử dụng nhiều loại nguyên vật liệu
và được chia thành nguyên vật liệu trực tiếp và nguyên vật liệu gián tiếp Nguyênliệu trực tiếp sản xuất clanker xi măng bao gồm đá cacbonat, đất sét, các loại phụgia điều chỉnh thành phần phối liệu như xỉ pyrít , nguyên liệu giàu silic,…Nguyên liệu gián tiếp dùng trong sản xuất bao gồm các phụ gia đưa vào khinghiền clanker xi măng pooc lăng nhằm mục đích kinh tế và cải thiện một số tínhchất của xi măng pooc lăng như thạch cao, PGK hoạt tính, PG đầy, PG công nghệ,
…
2.1.1 Nguyên vật liệu trực tiếp
Đá vôi để sản xuất clanker xi măng chủ yếu để cung cấp ôxít CaO, trong đá vôi
hàm lượng các cấu tử CaO chiếm từ 7680% và có lẫn một lượng nhỏ các hợp chấtkhác như sắt, đất sét, các tạp chất hữu cơ, Tính chất và thành phần của loại đá vôiảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ sản xuất xi măng
Theo TCVN 6072:2013, yêu cầu kỹ thuật của đá vôi dùng làm nguyên liệu sản xuất ximăng pooc lăng như sau:
Hàm lượng canxi cacbonat (CaCO3)% không nhỏ hơn: 85
Hàm lượng magie cacbonat (MgCO3)% không lớn hơn: 5
Trang 18Hình 1 1: Đá vôi sản xuất xi măng pooc lăng
Đất sét sử dụng để sản xuất clanker xi măng nhằm cung cấp các ôxít SiO2,
Al2O3, Fe2O3 bao gồm đất sét, đất hoàng thổ, phiến thạch sét Đất sét là khoáng kết tủagiàu hạt nhỏ, dễ tạo thành huyền phù khi khuấy trộn với nước Thành phần khoángchủ yếu của đất sét là khoáng Alumô silicat ngậm nước tồn tại ở dạng
Al2O3.2SiO2.2H2O Ngoài ra trong đất sét còn có lẫn các hợp chất khác như cát, tạpchất hữu cơ, Fe2O3 và các ôxít kiềm,
Theo TCVN 6071:2013, yêu cầu kỹ thuật của hỗn hợp sét dùng làm nguyênliệu sản xuất xi măng pooc lăng như sau:
Hàm lượng silic dioxit (SiO2)% từ 55 đến 70
Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3)% từ 10 đến 24
Hàm lượng silic dioxit (R2O)% không lớn hơn 3
Hàm lượng sỏi sạn dạng quắc tự do không lớn hơn 5%
Sét không lẫn dị vật sắt thép và các vật có hại
Trang 19Hình 1 2: Đất sét sản xuất xi măng pooc lăng
Phụ gia điều chỉnh: đưa vào hỗn hợp nguyên liệu sản xuất xi măng khi thành
phần hóa học của nó không đảm bảo yêu cầu đã định Để tăng hàm lượng SiO2 trongphối liệu thường dùng phụ gia điều chỉnh là cát, trêpen, điatômít Khi hàm lượng sắttrong phối liệu thấp thì dùng xỉ pyrít làm phụ gia điều chỉnh
2.1.2 Nguyên vật liệu phụ, phụ gia trong sản xuất xi măng pooc lăng
Trong sản xuất clanker còn dùng nguyên liệu gián tiếp đó là các chất phụ gia đưavào khi nghiền clanker nhằm đích kinh tế và cải thiện mốt số tính chất như thạch cao, phụgia khoáng hoạt tính ( xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện)
Phụ gia thạch cao: Đây là phụ gia bắt buộc phải đưa vào khi nghiền clanker xi
măng, khi đưa vào nghiền cùng clanker, thạch cao có tác dụng điều chỉnh tốc độ ninhkết và đóng rắn của xi măng Thạch cao có thành phần khoáng chủ yếu làCaSO4.2H2O, ngoài ra còn có các chất khác với hàm lượng nhỏ Màu sắc của đá thạchcao phụ thuộc vào lượng tạp chất lẫn trong nó, thông thường đá thạch cao thường cómàu trắng đục, có ố vàng và mềm hơn đá vôi Thạch cao sử dụng trong công nghiệp ximăng có thể là thạch cao thiên nhiên hay nhân tạo Yêu cầu kĩ thuật của thạch cao dùng
để sản xuất xi măng đưa ra theo TCVN 6260:2020
Phụ gia khoáng hoạt tính: Là loại phụ gia có thể kết hợp với Ca(OH)2 ở nhiệt
độ thường qua các phản ứng silicát ngậm nước làm tăng khả năng chịu lực và độ bềntrong môi trường nước cho sản phẩm Phụ gia hoạt tính gồm có hai loại : Loại cónguồn gốc tự nhiên như khoáng puzơlan, trêpen, điatômíc, bazan, bọt núi lửa, tro núilửa, Loại có nguồn gốc nhân tạo bao gồm các phế thải công nghiệp như tro xỉ bazơ(thải phẩm của nhà máy thép), tro xỉ axít (thải phẩm của nhà máy nhiệt điện nồihơi ), tro trấu, gạch đất sét non lửa
Phụ gia đầy: Là loại phụ gia không có khả năng kết hợp với vôi ở nhiệt độ
thường, nhưng ở môi trường hơi nước bão hoà và có nhiệt độ áp suất cao chúng có khảnăng kết hợp với Ca(OH)2 theo các phản ứng silicát nâng cao khả năng chịu lực và rắnchắc cho sản phẩm, phụ gia đầy thường là cát thạch anh và đá vôi nghiền mịn Trong
xi măng loại phụ gia đầy không vượt quá 20% so với khối lượng clanker
Phụ gia cải thiện tính chất đặc biệt cho chất kết dính: Các phụ gia này có khả
năng tăng độ bền nhiệt, bền kiềm và bền axít cho chất kết dính Các chất loại nàythường là các vật liệu chịu nhiệt, chịu axít, chịu kiềm có trong tự nhiên hoặc nhân tạo
Phụ gia hoạt tính bề mặt: Loại phụ gia này có khả năng hoạt tính bề mặt cao,
khi chất kết dính thuỷ hoá chúng sẽ tạo thành một màng mỏng trên bề mặt hạt chất kếtdính làm thay đổi trạng thái bề mặt hạt chất kết dính khi thấm nước, giảm ma sát trượt
Trang 20tăng độ dẻo của hỗn hợp nên nên thường được gọi là các chất phụ gia tăng dẻo hayphụ gia siêu dẻo Một số phụ gia thuộc loại này là bã rượu sunfit, nước thải bã giấy,các loại axít béo tổng hợp.
Phụ gia cải thiện một số tính chất của chất kết dính: Loại phụ gia này làm tăng
nhanh hay làm chậm thời gian đông kết của chất kết dính, phụ gia gây mầm tinh thểthúc đẩy quá trình kết tinh rắn chắc của chất kết dính
Phụ gia công nghệ: Để nâng cao hiệu suất của thiết bị công nghệ như : phụ gia
thúc đẩy quá trình tạo khoáng trong lò nung xi măng, phụ gia trợ nghiền nâng cao hiệusuất nghiền clanker xi măng, phụ gia kéo dài thời gian bảo quản xi măng
2.2 NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG
Nhiên liệu để sản xuất xi măng chủ yếu sử dụng để nung luyện clanker Nhiênliệu thường dùng là rắn, lỏng hoặc khí Nhiên liệu khí sử dụng thường là khí thiênnhiên có nhiệt trị từ 80009000 kCal/kg Nhiên liệu lỏng thường dùng là dầu DO cónhiệt trị từ 800011000 kCal/kg Nhiên liệu rắn sử dụng là than, đây cũng là nhiênliệu để nung clanker phổ biến trong sản xuất xi măng ở nưóc ta Đối với lò quaythường sử dụng nhiên liệu rắn là than cám, nhiệt trị của than cao 5500 6500 kCal/kg
Hiện nay nước ta thường sử dụng nhiên liệu rắn là than, việc dùng than để sảnxuất xi măng có những ưu điểm và nhược điểm như sau:
- Cần phải nghiền mịn than đạt theo yêu cầu
Tro than có ảnh hưởng tới chất lượng clanke
Độ mịn của than nghiền phụ thuộc vào loại than Than có hàm lượng chất bốc thấp, khó bắt lửa thì cần phải nghiền mịn than hơn Khi than có nhiệt trị thấp, nhiệt tiêu thụ riêng cho quá trình nung clanker tăng lên, làm giảm năng suất riêng của lò
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG POOC LĂNG