bài giảng vật liệu silicat chương 4 nguyên liệu, nhiên liệu sản xuất clinker xi măng

Vận chuyển nguyên liệu về nhà máy có thể dùng nhiều phương tiện và thiết bị khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào năng suất nhà máy, khỏang cách từ công trường khai thác về nhà máy... Đá lẫn

Chương 4 Nguyên liệu, nhiên liệu

sản xuất clinker ximăng

2 2

I NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

CLINKER XMP

3 3

1 ÑAÙ VOĐI CaCO3 (CUNG CAÂP CaO):

Khai thác và vận chuyển đá vôi:

Mỏ đá vôi hầu hết là lộ thiên vì vậy việc khai thác dễ dàng thuận lợi, trước khi khai thác cần chú ý loại bỏ những vỉa đá đôlômi và tạp chất

Người ta thường khai thác đá bằng phương pháp khoan nổ mìn Sau đó dùng máy xúc để xúc lên ôtô, xe goòng , tàu hỏa đưa về nhà máy, cũng có trường hợp đập

sơ bộ tại công trường rồi mới chuyển về nhà máy bằng thiết bị vận chuyển

Vận chuyển nguyên liệu về nhà máy có thể dùng nhiều phương tiện và thiết bị khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào năng suất nhà máy, khỏang cách từ công trường khai thác về nhà máy

Đá lẫn đất được coi là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất XMP, bởi trong đá tự nhiên đã có sự trộn lẫn đá vôi – đất sét, có tác dụng phản ứng xảy ra nhanh chóng sau này.

Theo TCVN 6072-1996, đá vôi dùng làm nguyên liệu để sản xuất xi măng

các chất là: CaCO3 85%; MgCO3 5%; ≥ 85%; MgCO3 ≤ 5%; ≤ 5%;

Các nhà máy xi măng ở nu c ta sử dụng đá ớc ta sử dụng đá

(CaO = 48 - 54%), MgO < 5% và oxit kiềm không

đáng kể SiO2 d ng quartz ạng quartz Càng nh cang t t ỏ cang tốt ốt.

Gia công đá vôi: Đá vôi là

nguyên liệu rắn, được chuyển về nhà máy từ công trường khai thác, đá thường có kích thước 600 - 800mm, do đó cần được gia công sơ bộ bằng máy đập hàm đến kích thước

60 - 80mm, sau đó đưa vào máy đập búa.

Đá ra khỏi máy búa có kích thước

5 - 25mm, được đưa vào két chứa hoặc silô Hay sử dụng máy đập búa2 trục chỉ đập 1lần để có kích thước (20- 25)mm.

Cấu tạo máy đập xung lực kiểu thanh

Hammer crusher with grate bar

CÔNG ĐOẠN GIA CÔNG SƠ BỘ VÀ VẬN CHUYỂN ĐÁ VÔI VÀO

KHO CHỨA

TCXDVN 312-2004

Đá vôi -Ph ơng pháp phân tích hoá học Limestone - Methods of chemical analysis

• Phạm vi áp dụng

• Tiêu chuẩn viện dẫn

• Qui định chung

• Hoá chất, thuốc thử

• Thiết bị, dụng cụ

• Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu

• Ph ơng pháp thử

- Xác định hàm l ợng mất khi nung (MKN)

- Xác định hàm l ợng canxi oxit (CaO)

- Xác định hàm l ợng magiê oxit (MgO)

– Fe2O3 : 7 – 10 % – SO3 < 1%

– R2O < 1%

• Khai thác đất sét trong các mỏ hoặc ngầm dưới sông

• Đất sét là nguyên liệu mịn (phần lớn hạt nhỏ hơn 10 m), Gia công cơ học chủ yếu là nghiền trục để phá vỡ cục lớn (phương pháp khô) hoặc cho nước vào khuấy trộn thành bùn sệt (phương pháp ướt)

Theo TCVN 6071-1996, sét dùng làm nguyên liệu

để sản xuất xi măng portland

phải có hàm lu ng các ôxit trong khoảng sau:ợng của

SiO2 = 55 - 70%, Al2O3 = 10 - 24%, K2O + Na2O ≤ 5%; 3%

Các nhà máy xi măng ở nuớc ta hầu hết đều sử dụng sét đồi có hàm lu ng:ợng của

SiO2=58 - 66%, Al2O3 = 14 - 20%, Fe2O3= 5 - 10 %,

K2O+Na2O = 2 - 2,5%

Ngoài sét đồi, ở một số nơi có thể dùng sét ruộng hoặc sét phù sa Những loại sét này thuờng cú hàm luợng SiO2 thấp hơn, Al2O3 và kiềm cao hơn, nên phải có nguồn phụ gia cao silic để bổ sung SiO2 Việc nay trở nên khó hơn khi cần sản xuất xi măng yêu cầu hàm

lu ng kiềm thấp.ợng của

Máy xúc liệu

Gia công đất sét: Đất sét là loại nguyên liệu mềm có thể qua máy cán trục, rồi đưa vào két chứa, nếu đất sét có độ ẩm thấp; rồi đưa vào máy nghiền bi nghiền chung với đá, nước (nếu sản xuất theo phương pháp ướt) hoặc đưa vào máy sấy nghiền liên hợp phối liệu (nếu sản xuất theo phương pháp khô)

Nếu đất sét có độ ẩm cao thì sau khi qua máy cán trục được đưa vào bể bừa bùn, bùn ra khỏi bể bừa bùn có độ ẩm 60 - 70% được đưa vào bể chứa rồi vào máy nghiền bi nghiền chungvới đá.

Cấu tạo máy cán ép hai trục có răng

CÔNG ĐOẠN GIA CÔNG VÀ VẬN CHUYỂN ĐẤT SÉT

– Phụ gia hiệu chỉnh thành phần: cát, bôxít…

– Phụ gia giảm tốc độ đóng rắn : thạch cao.

– Phụ gia hoạt tính thủy lực: puzơlan, các loại đất đá núi lửa…

– Phụ gia xỉ lò cao…

– Phụ gia đầy : bột đá vôi, bột đá.

20 20

Phụ gia hiệu chỉnh thành phần:

• Phụ gia hiệu chỉnh thành phần được dùng trong trường hợp khi thành phần hóa nguyên liệu tự nhiên không phù hợp với yêu cầu đề ra, tham gia vào quá trình biến đổi phối liệu thành clinker

• Các phụ gia hiệu chỉnh thường là nguyên liệu tự nhiên có hàm lượng các ôxít cần thiết tương đối cao

21 21

Phụ gia hiệu chỉnh thành phần:

a - Cát (cung cấp SiO 2 )

• Khi thiếu SiO2 dùng phụ gia hiệu chỉnh là cát Cát dùng làm phụ gia hiệu chỉnh cần hàm lượng SiO2 > 85 % , MKN < 1,5 %, ẩm < 5 %.

b - Bôxít (cung cấp Al 2 O 3 và Fe 2 O 3 )

• Bôxít cung cấp đồng thời Al2O3 và Fe2O3, đồng thời hàm lượng SiO2 và CaO cũng không nhỏ

c - Quặng sắt (pirít sắt FeS 2 ):

• Nguyên liệu có hàm lượng Fe2O3 rất cao, 62 – 87% Phần lớn các nhà máy dùng quặng pirít sắt như nguyên liệu chính cung cấp Fe2O3

• Thạch cao hòa tan trong nước, kết hợp với các aluminát trong dung dịch từ khoáng C3A tạo hợp chất hydro-sunfo-aluminát (3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O) khó hòa tan làm chậm quá trình đóng rắn của XMP Vì C3A là khoáng có tốc độ đóng rắn nhanh nhất trong XMP, nên lượng thạch cao dùng làm phụ gia (3 – 5%) chủ yếu phụ thuộc hàm lượng khoáng C3A

• Việt Nam không có mỏ thạch cao, phải nhập từ Lào, Thái lan

hoặc Trung quốc Đây là khó khăn lớn nhất của công nghệ sản xuất XM của ta

23 23

Phụ gia hoạt hóa:

• Là những phụ gia khi trộn với XMP sẽ tạo hỗn hợp CKD có tính thủy lực

• Tác dụng hoạt hóa của phụ gia chủ yếu do có chứa các dạng SiO 2 và Al 2 O 3 hoặc các alumo silicát hoạt tính cao (thường ở dạng vô định hình, độ phân tán cao)

• Các chất thường dùng làm phụ gia hoạt hóa:

– Nguyên liệu tự nhiên: diatomít, trepel, tro núi lửa, đất đá ong

– Nguyên liệu nhân tạo: các loại xỉ lò cao, tro, mảnh gạch nung, cao lanh nung

• Với các phụ gia hoạt hóa, thành phần pha và khoáng đóng vai trò quan

trọng bậc nhất trong tác dụng thủy lực.

• Phổ biến và quan trọng nhất là đất núi lửa có cấu trúc xốp, hạt mịn hoặc cục nhỏ, gọi là puzơlan

24 24

Tro và xỉ:

• Tro và xỉ là phế thải của nhiều ngành công nghiệp như luyện kim, hóa chất, năng lượng Chúng là những sản phẩm đã trải qua những biến đổi hóa lý ở nhiệt độ cao, vì vậy trong thành phần có những khoáng có hoạt tính cao, hoặc có cả những khoáng có tính kết dính

• Xét về mặt môi trường, việc dùng những phế thải của

công nghệ này làm sản phẩm cho một ngành công

nghiệp khác là xu hướng lớn, nhằm giảm thiểu ô

nhiễm, tiết kiệm năng lượng

25 25

Phuù gia ủaày:

• Nhaốm giaỷm giaự thaứnh saỷn phaồm, khoõng laứm haùi caực

tớnh chaỏt cụ baỷn cuỷa XM Vớ duù: caựt mũn, ủaự voõi hoaởc ủaự ủolomớt nghieàn mũn, moọt soỏ loaùi tro, xổ

• (Theo TCVN: Phụ gia đầy gồm các loại vật liệu

khoáng thiên nhiên hoặc khoáng nhân tạo, thực tế không tham gia vào hydrat hoá xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, làm tốt thành phần hạt

và cấu trúc của đá xi măng)

4 Các loại nguyên liệu khác.

Bùn nhephelin : người ta còn gọi là bùn trắng, là phế liệu của ngành sản xuất nhôm, thành phần hóa học nằm

giữa clinker và xỉ lò cao.

Dùng bùn nhephelin sản xuất clinker ximăng rất có lợi Chỉ cần bổ sung vào phối liệu 15% -20% đá vôi hoặc vôi nung, khi nung luyện tiêu tốn

ít nhiệt và năng suất lò cao nhược điểm là hàm lượng kiềm cao.

Xỉ lò cao : Xỉ lò cao là phế liệu của ngành sản xuất gang, thành phần hóa học gần giống thành phần clinker ximăng chỉ khác nhau về hàm lượng.

Xỉ lò cao có thể dùng làm phụ gia sản xuất ximăng hoặc dùng làm nguyên liệu sản xuất clinker ximăng, thay thế một phần đất sét.

28Một số hình ảnh khu khai thác nguyên liệu nhà máy Hà Tiên 2

KHU KHAI THÁC ĐÁ VÔI

30

MÁY ĐẬP ĐÁ

• Máy đập búa 2 trục

• Mỗi trục 38 búa, mỗi búa nặng 79 kg

• Kích thước đá vào 1m

Máy đập hàm

33

KHU KHAI THÁC ĐẤT SÉT

35

55 gàu

Vận tốc 0,3 m/s

37

II NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT CLINKER XMP

NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT

CLINKER XMP

• Trong công nghệ XM, người ta có thể dùng các dạng nhiên

liệu :

- Rắn: than đá, than nâu, than mỡ, than cốc (cho XM lò

đứng), vỏ xe phế thải,

- Lỏng: các loại dầu, chủ yếu là dầu mazút,

- Khí: khí tự nhiên (hiện còn chưa dùng ở Việt Nam).

Việc sử dụng loại nhiên liệu nào trên thực tế phụ thuộc vào điều kiện cụ thể, quan trọng nhất là yếu tố kinh tế (giá thành)

• Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, than là nhiên liệu quan

trọng nhất trong công nghiệp sản xuất XMP.

• Các chỉ tiêu kỹ thuật thông thường dùng để đánh giá nhiên liệu: nhiệt trị, hàm lượng chất bốc, tro, nhiệt độ lửa.

39

Lựa chọn nhiên liệu cho lò quay cần chú ý 3 yêu cầu chính:

Thực tế không sử dụng nhiên liệu khí vì nó góp phần nâng cao giá thành sản phẩm.

1 THAN:

• Than đá là nhiên liệu rắn chủ yếu dùng trong công nghệ sản xuất XMP, do ưu thế lớn về giá thành, lưu trữ và vận chuyển đơn giản so với những dạng nhiên liệu khác

• Ngoài ra, trong những hoàn cảnh cụ thể như vấn đề môi trường, tiết kiệm năng lượng, có thể dùng những nhiên liệu rắn khác như vỏ ruột ô tô phế thải Khi đó, phần đốt nhiên liệu có thiết kế riêng

• Than dùng trong công nghệ XMP yêu cầu nhiệt lượng từ 5500 -

6000 kcal/kg than (nhiệt sinh thực tế, sau khi trừ nhiệt làm bay hơi ẩm), lượng chất bốc đủ lớn đảm bảo chiều dài ngọn lửa, ít tro Yêu cầu về chất lượng than còn phụ thuộc công nghệ sản xuất.

• Khi nung XM lò đứng, có thể dùng than cốc (nhiệt lượng thấp hơn than đá, chỉ khoảng 4800 kcal/kg cốc)

• Than dùng trong công nghệ sản xuất clinker theo phương pháp ướt có yêu cầu kỹ thuật khắt khe hơn, cần lửa dài, lượng chất bốc cao (than nâu, than mỡ)

• Theo phương pháp khô, đặc biệt với những lò nung có bộ phận cácbonát hóa lắp riêng, vấn đề lửa dài không còn là yêu cầu cần thiết (than antraxit).

42

THAN:

Thành phần hóa của than:

• Thành phần hóa của than đá gồm các chất hữu cơ và vô cơ, ngoài ra lượng ẩm 2-15%

• Cácbon (C), hydro (H) và lưu huỳnh (S) là những thành phần cháy được trong than Thành phần các chất cháy được trong nhiên liệu càng cao, nhiệt tỏa ra khi cháy càng nhiều Tuy nhiên, khi đánh giá chất lượng nhiên liệu, người ta thường dựa vào thành phần C và H, còn S là thành phần không mong muốn trong nhiên liệu Thành phần hóa của nhiên liệu rắn thường không ổn định so với nhiên liệu dạng lỏng hoặc khí.

• Tro và ẩm trong nhiên liệu hoàn toàn không tham gia quá trình cháy Tuy nhiên, cần chú ý lượng ẩm bay hơi chỉ có tác dụng vật lý, còn tro sẽ lưu lại trong thành phần clinker

Khi tính toán thành phần nguyên liệu cho clinker, không

thể bỏ qua thành phần hóa của tro

Thành phần hóa của tro than trong khoảng:

lượng.

Không sấy than khô quá trước khi đốt Quá trình cháy than có thể không bốc thành lửa, mà cháy âm ỉ, tạo hỗn hợp khí dễ gây nổ

Vì vậy, khi sấy nghiền, không sấy triệt để, mà cần một lượng ẩm nhất định trong thành phần than (1 –

1,5%)

Không khí dùng để nén, vận chuyển bột than cũng không được có nhiệt độ quá cao

Nghiền và sấy than:

• Than dùng trong công nghệ sản xuất XMP phải được sấy khô và nghiền mịn trước khi đưa vào lò nung

• Tùy thuộc độ ẩm ban đầu của than (15 – 40%) lựa chọn chế độ sấy hợp

lý Thiết bị sấy là máy sấy thùng quay hoặc máy nghiền đứng Nhiệt độ

khi sấy không được vượt quá 350 0 C, thường nhiệt độ khí nóng 120 0 C, khí thải 70 0 C Độ ẩm than khi ra khỏi máy sấy khoảng 1 – 1,5 %.

• Máy nghiền than có thể là máy nghiền bi hoặc phổ biến hơn là máy nghiền đứng (chiếm tới 80%) Trong quá trình nghiền, than đồng thời được sấy khô bằng năng lượng nghiền (trong máy nghiền đứng giảm khoảng 10% ẩm), hoặc bằng nguồn khí thải từ thiết bị làm nguội clinker.

• Độ mịn cần đạt:

– Sót sàng 200 m: 1-2%; sót sàng 88m:8 – 12%

“Best available techniques”for the cement industry-CEMBUREAU BAT Reference Document

M t s h nghi n than ột số hệ nghiền than ốt ệ nghiền than ền than

“Best available techniques”for the cement industry-CEMBUREAU BAT Reference Document

“Best available techniques”for the cement industry-CEMBUREAU BAT Reference Document

2 NHIÊN LIỆU LỎNG:

• Trong CNSX XMP: phổ biến nhất là mazút và chất thải lỏng từ

Ưu điểm của mazut là ít tạp chất, hàm lượng tro rất nhỏ khỏang 0,1-0,3%, độ ẩm

1-4%, nhiệt năng khá cao thường là > 8000 Kcal/kg, mazut được phân loại dựa vào hàm lượng lưu hùynh.

Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu lỏng là mazut cũng có những nhược điểm:

+ Không thuận tiện khi vận

chuyển, đổ rót và chứa đựng

Âiãu kiãn bäc chay trong

Trong læång riãng å 0 C 0,961 0,992 1,010 1,058 0,962 Trong læång riãng å

0,45 - 0,49

0,45- 0,49

3 NHIÊN LIỆU KHÍ:

• Phổ biến nhất là khí tự nhiên: thành phần chính là mêtan CH4 và etan C2H6 (các khí propan, butan, pentan, hecxan không đáng kể) Thành phần có thể có H2S và khí trơ như nitơ (N2), heli (He) và khí cácboníc (CO2) tổng thành phần có thể tới 10% Nhiệt trị khí tự nhiên cao , 8000 – 10000 kcal/kg

• Về mặt kỹ thuật, dùng khí tự nhiên có nhiều ưu điểm về thiết bị Hơn nữa, clinker không bị lẫn tro nhiên liệu, dễ thao tác vận hành, chất lượng clinker cao hơn

THANH PHÁN KHÊ KHÄ

Qp n Kcal

Tè Tron g

-IV Đồng nhất sơ bộ nguyên liệu

Phương pháp Chevron

Các lớp vật liệu được đặt bởi chuyển động đi đi, lại lại của thiết bị chất đống trên một luống vật liệu cho đến khi chiều cao tràn của đống tam giác đạt được Sau đó vật liệu được làm vỡ theo những lát ngang của đống nhờ các thiết bị làm vỡ tác dụng mặt Đây là phương pháp chất đống thông thường đối với các đống liệu dài các thiết bị làm vỡ bề mặt Được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy ximăng.

Phương pháp chất đống chervon

Nguyên lý rải đống kiểu : CHEVRON

1- Cần rải liệu,

2 -Cầu rút liệu

1- Cầu rút liệu 2- Ống dẫn liệu trung tâm 3 - Cần rải liệu

Xích cào tháo đá vôi trong kho tròn đồng

nhất

1.thiết bị vỡ mặt 2.xích cào liệu

Máy cào đá sét kiểu mái bừa