Công nghệ sản xuất xi măng pooclang

Tùy thuộc vào giai đoạn 1 mà chia thành hai phương pháp sản xuất: - Phương pháp ướt: nguyên liệu được trộn đều, nghiền chung vớinước rồi đưa vào lò ở dạng lỏng..  Nguyên lí sản xuất xi

Trương Đại học Bà Rịa Vũng Tàu.

Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm.

10.Lê Thanh Sơn.

11.Nguyễn Hoàng Sơn.

I.3 Phương pháp sản xuất.

I.4 Nguyên tắc sản xuất xi măng pooclang theo phương pháp ướt.

Chương 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH CERAMIC

II.1 NGUYÊN LIỆU

1 Nguyên liệu dẻo

Mở đầu

Công nghệ silicat sản xuất những vật liệu và sản phẩm có tính chất kinh tếrất giá trị Tính chất của phần lớn silicat được đặc trưng bởi cấu tạo đặc biệtcác phân tử của chúng, cơ bản là của nhóm SiO44- Cấu tạo này đặc trưngcho độ bền vững cao giữa các mối liên kết giữa Si4+ và O2-, do đó phần lớncác silicat có độ cứng cao và khó nóng chảy Những tính chất cung cho cácsilicat là độ bền hóa học, độ chịu lửa cao và khó nóng chảy

Xi măng pooclang là chất kết dính có khả năng đông kết, rắn chắc và pháttriển cường độ trong môi trường không khí và môi trường nước, thường gọi

14500C và sau đó làm lạnh rồi nghiền mịn

- Xi măng P không có công thức hóa học, cấu tạo nó là hỗn hợpnghiền mịn của klinker,thạch cao, phụ gia (có thể có) Tùy theo tỉ

lệ phụ gia nghiền mà thành phần các oxit trong xi măng P thayđổi trong khoảng sau:

- Thành phần hóa học là các oxit chính gồm: CaO, SiO2,

Fe2O3,Al2O3 chiếm từ 95 97%, còn lại từ 3- 5% là các oxit khác( Na2O,K2O,MgO,Mn2O3,SO3,TiO2)

 Quá trình sản xuất xi măng P chia làm 3 giai đoạn chủ yếu:

 Giai đoạn 1: chuẩn bị nguyên liệu và hỗn hợp phối liệu

 Giai đoạn 2: nung phối liệu và hỗn hợp phối liệu

 Giai đoạn 3: cho thêm phụ gia và nghiền mịn để tạo xi măng P

Tùy thuộc vào giai đoạn 1 mà chia thành hai phương pháp sản xuất:

- Phương pháp ướt: nguyên liệu được trộn đều, nghiền chung vớinước rồi đưa vào lò ở dạng lỏng Phương pháp này cho xi măng

chất lượng cao nhưng thiết bị cồng kềnh và tiêu tốn nhiều nănglượng.

- Phương pháp khô: nhiên liệu trộn không đều nên chất lượnggiảm song thiết bị đơn giản đầu tư thấp ít tốn điện năng

 Nguyên lí sản xuất xi măng P:

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao các oxit trong nguyên liệu sẽ phân hủy

và tác dụng với nhau để tạo ra những khoáng silicat tồn tại dưới dạng lỏngkhi nhiệt độ = 1450oC Sau khi làm lạnh các khoáng sẽ tạo ra những hạt rắngọi là klinker Đem nghiền klinker với những phụ gia khác sẽ thành ximăng

I.2 Nguyên liệu sản xuất xi măng P:

- Và một vài khoángkhác cung cấp SiO2,Al2O3,Fe2O3.

Nếu như Fe2O3 trong đất sét có hàm lượng nhỏ thì phải đưa thêm quặngsắt vào

xúc tác trong phản ứng hóa học nhưng khác là sau khi nungchúng sẽ ở lại luôn trong sản phẩm.

- Phụ gia điều chỉnh :có tác dụng điều chỉnh thời gian đóng rắn của

xi măng.Nếu không có phụ gia điều chỉnh thì xi măng đóng rắnrất nhanh,không đảm bảo thời gian thi công Vì vậy thực chấtphụ gia điều chỉnh để làm chậm quá trình đóng rắn.Thường dùngthạch cao CaSO4.2H2O và một số muối khác NaCl,MgCl2

- Phụ gia thủy : tăng cường tính chịu nước của xi măng Thườngdùng SiO2 hoạt tính, xỉ lò cao hoạt hóa

- Phụ gia đầy : là chất độn , mục đích là hạ giá thành sản phẩm.Thường dùng gạch, ngói vỡ đem nghiền nhỏ Lượng phụ gia chovào nghiền chung với klinker, lượng dùng phụ thuộc vào cường

độ xi măng thấp hay cao

2.4 Quá trình hóa lý khi nung klinker

2.4.1 Trong lò quay

Chia làm 6 vùng

- Vùng sấy : t0 > 1000C quá trình mất nước lý học

- Vùng đốt :t0 gần bằng 5000C Đất sét mất nước hóa học nên mất tínhdẻo, các tạp chất hữu cơ trong đất sét cháy hoàn toàn Nguyên liệutơi ra thành bột

Hai vùng này chiếm 50-60% chiều dài lò

- Vùng tỏa nhiệt: t0 =1000÷13000C Các phản ứng xảy ra mãnh liệt tạo

Hai vùng này chiếm 35% chiều dài lò

- Vùng kết khối : t0= 1300-14500C Tất cả các pha rắn chuyển thànhlỏng trong đó xảy ra phản ứng: C2S + CaO → C3S là khoáng chủ yếucủa xi măng nhưng chỉ tạo ra trong pha lỏng Vì vấy quá trình nung ởnhiệt độ > 13500C

Tại nhiệt độ 14500C sự tạo thành C3S xảy ra mãnh liệt

Quá trình nung kết thúc và chiếm từ 10-15% chiều dài lò

- Vùng làm nguội : t0 từ 1000-8000C Không xảy ra quá trình hóa lý.Đơn giản là quá trình làm nguội để kilnker ra khỏi lò có nhiệt độgiảm xuống nhiệt độ bình thường

Vùng này chiếm 10% chiều dài lò

t0=1350÷145000C tạo pha lỏng và C3S xuất hiện.

- Vùng làm nguội 1450÷2000C Chủ yếu là quá trình hạ nhiệt độ ngaytrong lò đứng vượt qua nhiệt độ 6750C là nhiệt độ tại đó β C2S→ γ

C2S Mà γ C2S không có tính kết dính nên người ta cố gắng hạn chế

sự có mặt của nó Nếu thành phần klinker chứa nhiều γ C2S thì chấtlượng xi măng sẽ giảm xuống

Vì vậy quá trình làm lạnh ở 6750C phải hạ nhiệt độ nhanh để đảm bảo chấtlượng xi măng

Một trong những nguyên nhân làm chất lượng xi măng lò đứng kém ximăng lò quay là vì công đoạn này

2.4.3 Quá trình gia công klinker thành xi măng

Clinker ra khỏi lò nung có t0=100-2000C Phải gia công tiếp là ủ nghiền vàđóng bao

2.4.3.1 Ủ klinker

Klinker ra khỏi lò được đưa vào kho ủ Ủ nhằm mục đích làm nguội clinker

và CaO tự do có thời gian hút hơi nước của không khí để có thể hydrat hóatạo thành Ca(OH)2 làm dãn nở thể tích, gây nứt nẻ khối klinker giúp choquá trình nghiền được thuận lợi

Thời gian ủ thường từ 10-15 ngày

Nghiền mịn

Trong khi nghiền cho thêm các phụ gia Đây là khâu quan trọng Độ mịncàng cao thì cường độ xi măng càng lớn.Xi măng đã nghiền được đưa vàoxilo 1000-10.000 tấn đẻ đống bao Thời gian đống bao càng ngắn càng tốt

vì sẽ tránh cho xi măng khỏi bị hút ẩm

I.3 Phương pháp sản xuất

Sơ đồ sản xuất xi măng theo phương pháp ướt lò quay (hình 82)

Sản xuất xi măng P theo phương pháp khô lò đứng (hình 84)

Đập hàm Két chứa Máy sấy Két chứa Máy cán Máy sấy

Than Két chứa Két chứa Két chứa Máy đập Máy sấy Máy nghiền Đóng bao

Kho sản phẩm

Phương pháp khô lò quay sản xuất xi măng P (hình 83)

Làm ẩm và viên hoặc đánh bóng

Kho ủ clanhke

Máy nghiền bi

Đập hàm Két chứa Máy sấy Két chứa

Máy cán Chứa Máy sấy Két chứa Máy nghiền Máy trộn Két chứa Làm ẩm Lò quay

Làm lạnh clanhke Máy nghiền bi Ủ clanhke Xilo chứa Nước

So sánh 3 sơ đồ:

Máy đóng bao Kho chứa sản phẩm

Các chất phụ gia điều chỉnh, đầy, thuỷ

- Phương pháp ướt lò quay tiêu tốn năng lượng cho quá trình đập

và nghiền it nhưng nhiên liệu tiêu hao để nung luyện lại nhiềuhơn so với phương pháp khô lò quay

- Phương pháp khô năng lượng tiêu tốn cho quá trình nghiền đậpnhiều hơn nhưng diện tích sản xuất được thu hẹp vì lò quay dạngnày ngắn hơn

- Chất lượng sản phẩm của phương pháp lò ướt tốt hơn, xi măng

có độ đồng nhất cao, điều kiện vệ sinh môi trường tốt hơn

- Trên thê giới 85% sản lượng xi măng được sản xuất bằngphương pháp ướt lò quay

4 Sơ đồ sản xuất xi măng P theo phương pháp ướt.

Sơ đồ sản xuất xi măng pooclang bằng phương pháp ướt

1 Máy khuấy đất sét; 2 Máy đập búa; 3 Máy nghiền bi; 4.Bể điềuchỉnh bùn; 5 Bể bùn; 6 Lò quay; 7 Ghi lò; 8 Kho; 9 Máy nghiềnbi; 10 Kho ủ xi măng

2 Giải thích:

Đá vôi đập vụn trong máy đập, sau đó chuyển vào máy nghiền trống,tại đây nghiền mịn đá vôi với đất sét Đất sét đưa vào ở dạng bùn lỏng từmáy khuấy đất sét.

Từ máy nghiền bùn ẩm được đưa vào các bể bê tông cốt thép có cánhkhuấy hoặc khuấy sục khí để khuấy hỗn hợp Các bể này gọi là bể bùn.Trong các bể bùn hiệu chỉnh nguyên liệu ( khuấy trộn các loại bùn cóthành phần hóa học khác nhau để nhận được tỉ lệ các chất đúng yêu cầu).Hỗn hợp nguyên liệu nung trong các lò quay Lò đươc đốt nóng bằngthan bụi, nhiên liệu khí hoặc dầu majut Các nhiên liệu được đốt cháy bêntrong lò

Bùn nguyên liệu được đưa vào lò từ bể bùn ngang và đi ngược chiềuvới dòng khí đốt Khi đó sẽ lần lượt xảy ra sự bay hơi nước, giải hydrat hóacác khoáng, phân li đá vôi và phản ứng giữa oxit kiềm tạo thành CaO vớicác oxit có trong đất sét SiO2, Al2O3, Fe2O3

Trong vùng thiêu kết ở nhiệt độ 1450oC đã tạo xong klinker xi măng.Klinker tạo thành được làm nguội bằng không khí lạnh trên ghi lò đến 50-

60oC

Trong những bộ phận làm lạnh này( được đạt dưới đáy lò) các hạtclinker sẽ phân bố thành từng lớp đều đặn trên lưới ghi lò Không khí sẽthổi từ dưới lên sau đó khí nóng này sẽ thổi tiếp vào lò để đốt cháy nhiênliệu

Từ thiết bị làm nguội clinker đưa vào kho, tại đó sẽ ủ một thời gian đểtôi( hidrat hóa) vôi tự do và kết dính vôi này bằng những chất phụ gia thủylực

Clinker đã ủ cùng với các phụ gia trợ nghiền hay phụ gia thủy lực vàphụ gia thạch cao đem nghiền trong những máy nghiền bi Xi măng đượcchứa trong những thùng ủ bê tông cốt sắt có trang bị những đáy thông gió,qua đáy này ở giai đoạn tháo xilo ủ người ta thổi không khí để làm tơi ximăng

Chuyển xi măng đã đóng bao đến nơi tiêu thụ

Chương II : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH CERAMIC

II.1 NGUYÊN LIỆU

1 Nguyên liệu dẻo

1.1 Đất sét

- Đất sét là loại đất mịn, có màu từ trắng đến nâu, xám, xanh, đếnmàu đen Khi thêm nước thì tạo hình theo ý muốn, để khô vẫn đượcgiữ nguyên hình dạng

- Thành phần chính của đất sét là khoáng dẻo còn gọi là khoángsét Khoáng dẻo là Alumosilicat ngậm nước có công thức tổng quát:nAl2O3.mSiO2.pH2O, chúng được tạo thành do fenspat bị phong hoátuỳ theo nhiệt độ môi trường và áp suất mà đất sét tạo thành cáckhoáng khác nhau

+ Trong môi trường acid yếu pH: 6 ÷ 7 tạo ra Caolinite(Al2O3.2SiO2.2H2O)

6SiO2.Al2O3.K2O + 2H2O + CO2 = Al2O3.2SiO2.2H2O + 4SiO2

+ K2CO3

+ Trong môi trường kiềm PH: 7,3 ÷ 10,3 tạo ra

Môntmôrilônite (Al2O3.4SiO2.nH2O)

6SiO2.Al2O3.K2O + nH2O + CO2 = Al2O3.4SiO2.nH2O + 2SiO2

+ K2CO3

+ Đất sét chỉ chứa khoáng Caolinite gọi là Cao lanh

(Al2O3.2SiO2.2H2O)

+ Đất sét chỉ chứa khoáng Môntmôrilônite gọi là Bentonite(Bentonite có tính dẻo cao do nhiều hạt mịn (hơn 60%) trongthành phần)

- Công dụng của đất sét là cung cấp tính dẻo cho phối liệu, đất sét

càng dẻo thì độ bền phối liệu càng tăng.

- Các khoáng chủ yếu trong đất sét:

+ Kaolininite: Al2O3.2SiO2 (cao lanh chứa nhiều kaolinite)

+ Pyrophilite: Al2Si4O10(OH)2[AL2(Si2O5)2(OH)2]

+ Môntmôrilônit

+ Halloysite

+ Bentonite

1.2 Cao lanh

- Cao lanh chứa khoáng kaolinite Công thức hoá học đơn giản:

Al2O3.2SiO2.2H2O có tính dẻo vừa phải, có lẫn các mảnh vụn mica,thạch anh… cao lanh dễ bóp nát vụn Các phân tử nước giữa các cụmmạng lưới tinh thể của nó rất ít nên kaolinite không có khả năng liênkết với nước do đó cao lanh không dẻo bằng đất sét

- Cao lanh có màu trắng, trắng xám rất tốt cho quá trình làm gạch

- Đặc tính trong sản phẩm: làm giảm độ co quá mức của đất sét(nhiều đất sét thì độ co lớn gây nứt và biến dạng sau nung) ngoài racao lanh còn có tác dụng làm trắng xương mà đất sét thì không cókhả năng này

- Hàm lượng Al2O3 trong cao lanh giúp xương làm giảm độ biếndạng trong quá trình nung

- Cả đất sét và cao lanh có chứa các ion Al3+ phân huỷ ở nhiệt độcao, khuếch tán trong trường thạch nóng chảy tạo điều kiện xuất hiệnkhoáng Mullite Khoáng này sẽ cứng lại khi làm nguội làm tăng độbền cơ, bền nhiệt

2 Nguyên liệu gầy

2.1 Cát

Cát cung cấp SiO2 cho xương, tính năng của cát trong sản phẩm

sẽ làm giảm độ co ngót, giúp quá trình sấy nhanh khô, chống nứt sảnphẩm Tuy nhiên nếu hàm lượng cát quá nhiều sự liên kết vật chấttrong xương kém gây ảnh hưởng đến độ bền của sản phẩm

Hiện nay nguồn cung cấp cát chủ yếu là ở Cam Ranh do cát ở đâycho chất lượng rất tốt

2.2 Tràng thạch (trường thạch)

Trong tổng số các khoáng vật tạo nên vỏ trái đất có tới 30%khoáng vật thuộc họ Silicate Trong đó khoáng vật chủ yếu là trườngthạch, trong đó đá Macma trường thạch chiếm tới 60%

- Trường thạch có công thức hoá học là: K(AlSi3O8), hoặcNa(AlSi3O8)

+ Trường thạch Kali nóng chảy ở nhiệt độ 11700C và phânhuỷ thành Leucit và pha lỏng Leucit (K2O.4Al2O3.SiO2), nónóng chảy ơ 15400C Khoảng chảy của trưởng thạch Kali rấtrộng (hơn 3000C), nó là loại “thuỷ tinh dài” nghĩa là khi nhiệt

độ tăng thì độ nhớt của nó giảm nhưng rất chậm

+ Trường thạch Natri nguyên chất nóng chảy ở 11200C vàngay lập tức chuyển thành pha lỏng đồng nhất và có độ nhớtbé

- Tràng thạch là nguyên liệu cung cấp đồng thời SiO2, Al2O3,

K2O, Na2O, CaO

- Tác dụng:

+ Tràng thạch là thành phần chất chảy trong xương, chảytràn vào các lỗ xốp của xương khi nung giúp cho gạch có độhút nước giảm đáng kể Trường thạch nóng chảy có khả nănghoà tan SiO2 hay sản phẩm phân huỷ của Cao lanh.

+ Tràng thạch làm giảm độ co của sản phẩm trước khi nung(do lượng đất sét quá nhiều) để tránh cho gạch có độ co quámức, gây nứt, biến dạng sản phẩm trước nung giảm

+ Tràng thạch càng nhiều làm cho độ hút nước càng giảm,tuy nhiên nếu tràng thạch tăng quá mức sẽ làm cho độ bền cơcủa sản phẩm giảm

+ Trung hoà nhiệt giữa đất sét và tràng thạch

- Nếu cho nhiều đá vôi sẽ gây hiện tượng rỗ men do xảy ra phảnứng trên nhiều

2.4 Hoạt thạch (Talc)

- Công thức hóa học: 50%SiO2

Mg5Si4O10(OH)2 30% MgO

< 10% Al2O3

Dạng công thức khác: 3MgO4.SiO2.H2O

- Hoạt thạch là một dạng khoáng thạch khối có màu lục nhạt,

trắng, xám và vàng phớt nâu, sờ tay vào có cảm giác mịn mát, khôngthấm nước, thường người ta sử dụng chất này để xoa khuôn chốngdính.

- Có tác dụng chống nứt rạn, do nóng lạnh đột ngột, giảm nhiệt độchín của sản phẩm

- Talc nhiều làm cho xương giòn, dễ nứt, tăng độ co ngót, độ hútnước càng giảm

2.5 Thạch anh (Quarzit)

Nguyên tố Silic chiếm trên 25% khối lượng của vỏ trái đất nêncác hợp chất của Silic cũng rất phổ biến Trong tự nhiên thạch anhtồn tại hai dạng chính đó là: Dạng tinh thể và dạng vô định hình

- Dạng tinh thể bao gồm cát, thạch anh, quarzit và sa thạch Cát làsản phẩm phân huỷ của các khoáng chứa nhiều SiO2 dưới tác dụngcủa cơ học, hoá học, khí hậu… nó bị phong hoá và được dòng nướchay gió mang đi, các hạt mịn thì bị cuốn đi xa còn các hạt thô thìđọng lại ở những chỗ trũng tạo thành các mỏ hay bãi cát lớn ở cáccửa sông, biển Cát chứa chủ yếu là SiO2 là nguyên liệu chính chocông nghiệp thuỷ tinh và men sứ

- Sa thạch là sự liên kết các quarzit với các chất liên kết khác nhưsét, vôi, thạch cao hay acid Silic thành khối quặng rắn chắc Nếu sathạch sít đặc gọi là quarzit tinh thể, nếu sa thạch gồm các hạt quarzitđược liên kết bằng các acid Silic vô định hình thì gọi là quarzit ximăng

2.6 Các nguyên liệu khác

Ngoài các nguyên liệu trên trong công nghiệp gốm sứ còn sửdụng một số các nguyên liệu khác như:

- Quặng Bôxit cung cấp Oxit nhôm (Al2O3).

- Các hợp chất chứa BaO, TiO2, ZrO2, …

- Các oxit thuộc họ đất hiếm như: La2O3, BeO, ThO2

-Ngoài ra còn có một số oxít chuyển tiếp như: CoO, Cr2O3…thường đượcdùng để sản xuất các chất màu Khi sử dụng các hợpchất thiên nhiên như hoạt thạch, đá vôi… cần chú ý đến lượng tạpchất trước hết là Fe2O3, TiO2, MnO2… có trong các chất đó vì chúnglàm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

II.2 Quy trình công nghệ sản xuất gạch ceramic.

Nguyên liệu sau khi kiểm tra đạt yêu cầu sẽ được nạp vào cân với khốilượng thành phần theo đơn phối Sau đó nguyên liệu được hệ thống băngtải đưa lên nạp vào cối nghiền Trong quá trình nghiền nguyên liệu được bổsung nước và phụ gia tùy theo độ ẩm của nguyên liệu Sau khi nghiền từ 8-

10 giờ ta tiến hành kiểm tra các thông số độ nhớt, tỷ trọng, sót sàng nếuthấy đạt yêu cầu ta tiến hành xả hầm.

Hồ sau khi được xả xuống hệ thống hầm chứa có cánh khuấy liên tục đểchống xa lắng Khi hồ được ổn định về thành phần sẽ được bơm lên màngkhử để loại bỏ tạp chất sắt Hồ được được qua sàn 40 mesh để loại bỏ cáctạp chất có kích thước lớn ảnh hưởng đến quá trình sấy phun và được xảxuống hầm chứa để ổn định thành phần Tiếp đó được bơm lên tháp sấy vớilưu lượng thích hợp ở nhiệt độ 450-6000C với tác nhân sấy là khí nóng từ lòđốt dầu DO cung cấp

Bột sau khi sấy phun sẽ cho qua sàng 10-14 mesh và được hệ thống băngtải đưa vào các silo ủ với khoảng thời gian khoảng 12h để ổn định độ ẩm.Sau đó bột sẽ được đưa sang hệ thống máy ép để tạo hình, tiếp đó phôi sẽđược đưa qua lò sấy và sấy với nhiệt độ khoảng 100-2000C để làm thoáthơi nước ở bề mặt và làm cứng phôi với thời gian sấy là 15-20 phút Sau đóđược đưa qua hệ thống tráng men sành để làm dịu bề mặt trước khi quacông đoạn tráng man chính và in hoa Gạch được đưa sang hệ thống lònung để làm cứng sản phẩm và đạt yêu cầu về độ bền uốn, khối lượng,kíchthước Công đoạn này được tiến hành với nhiệt độ từ 110-11000C và thờigian là từ 38-42 phút

Cuối cùng gạch sẽ được đem đi phân loại, đóng gói và nhập kho

Kết luận

Ngày nay công nghệ sản xuất silicat sản xuất nhiều vật liệu và sản phẩmkhông chứa oxit silic và hợp chất của nó, ví dụ như điều chế các oxit chịulửa và những mặt hàng đặc biệt từ chúng hợp kim bột chịu nhiệt manhezi(MgO) manhezi-crom, grafit, các chất kết dính không khí

Sự phát triển phương pháp và trang thiết bị sản xuất xi măng poolang là cảmột quá trình lâu dài Để xây dựng được nhà máy đầu tiên, người ta đã sửdụng các lò nung vôi, nung gạch để nung clanke xi măng Xi măngpooclang là loại chất kết dính ngày càng hoàn thiện về tính năng kĩ thuật vàcông nghệ sản xuất