ky thuat san xuat chat ket dinh

Chất kết dính có nguồn gốc vô cơ là loại vật liệu thường ở dạng bột, khi nhào trộn với nước hay các dung môi thích hợp sẽ tạo thành hỗn hợp dẻo và dưới tác dụng của các quá trình hóa lý

Chất kết dính có nguồn gốc vô cơ là loại vật liệu thường ở dạng bột, khi nhào trộn với nước hay các dung môi thích hợp sẽ tạo thành hỗn hợp dẻo và dưới tác dụng của các quá trình hóa lý nó sẽ trở đặc sệt lại rồi chuyển sang trạng thái rắn chắc như đá

PHÂN LOẠI

Vôi thủy

XM La Mã

XMP

DỰA TRÊN CƠ SỞ THÀNH PHẦN GỐC

• Vôi canxi, vôi thủy,

vôi dolomite nghiền mịn

• Vôi carbonate (vôi nghiền)

• Chất kết dính vôi - xỉ lò cao hoạt hóa

VÔI CANXI CHO XÂY DỰNG

(TCVN 2231:1989)

- Vôi cục (các hạt vôi chưa

qua nghiền/hydrate hóa)

- Vôi bột (vôi nghiền & vôi

hydrate)

- Vôi tôi

- Vôi tôi nhanh

- Vôi tôi trung bình

- Vôi tôi chậm

LOẠI CLINKER & THÀNH PHẦN XM

TRÊN CƠ SỞ

CLINKER XMP

TRÊN CƠ SỞ CLINKER XM ALUMIN

- XMP (Không phụ gia khoáng)

- XMP có phụ gia (≤20%)

- XMP xỉ (> 20%)

- XMP puzouland (>20%)

- XM alumin có 30%<Al 2 O 3 <60%

- XM giàu alumin: Al 2 O 3 ≥60%

ĐỘ BỀN (MÁC)

Loại

Yêu cầu về độ bền tiêu chuẩn khi nén

(MPa) khi thử có sử dụng Cát nhiều cỡ hạt Cát một cỡ hạt

Mác thường 25 ≤ Mpa < 45 30 ≤ Mpa < 50

≥ 55% độ bền sau

28 ngày đêm

THỜI GIAN NINH KẾT

- Ninh kết chậm: tbắt đầu nk > 2h

- Ninh kết bình thường: 45p ≤ tbắt đầu nk ≤ 2h

- Ninh nhanh: tbắt đầu nk < 45p

TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT

Độ bền sulfate

Biến dạng thể tích

Độ tỏa nhiệt Tính chất trang trí Tính chất phun trám

Bảng chất lượng các loại chất kết dính gốc từ vôi

Vôi tôi

Vôi nghiền

Vôi carbonate

Vôi – sét hoạt hóa

Vôi – tro xỉ than

KỸ THUẬT SẢN XUẤT

XI MĂNG PORTLAND (XMP)

 Những khái niệm cơ bản

 Cơ sở kỹ thuật của quá trình sản xuất XMP

THÀNH PHẦN HOÁ

OXIT CHÍNH

(95 – 97%)

OXIT KHÁC (3 – 5%)

Trong clinker XMP, các oxit nằm trong giới hạn:

* Chiếm 40-60% trong clinker XMP

* Đóng rắn nhanh, phản ứng nhanh hơn C 2 S, cho cường độ cao

* Đóng góp phần lớn vào việc cho cường độ tốt

CELLITE (C4AF – 4CaO.Al2O3.Fe2O3)

* Là hỗn hợp của nhiều khoáng (C 6 A 2 F-C 4 AF-C 6 AF 2 & 1 phần C 3 A,

C 2 F,… ), nhưng chủ yếu là C 4 AF

* Nhiệt độ nóng chảy: 1400 0 C

* Chiếm 10-18% trong clinker XMP

* Đóng rắn cho cường độ tương đối thấp

* Bền trong môi trường nước và môi trường ăn mòn sulfat

ALUMINATE CALCI (C3A – 3CaO.Al2O3)

* Là hỗn hợp của nhiều khoáng nhưng chủ yếu là C 3 A (có thể ở dạng

C 12 A 7 /C 5 A 3 ) (trong dung dịch rắn có thể chứa thêm 2,5% MgO)

* Nhiệt độ nóng chảy: 1535 0 C

* Chiếm 7-15% trong clinker XMP

* Đóng rắn nhanh, cho cường độ thấp

* Không bền trong môi trường nước khoáng

CHẤT TRUNG GIAN CÁC KHOÁNG CHỨA KIỀM CÁC OXIT KHÁC (CaOtự do, MgOtự do)

Đánh giá chất lượng clinker XMP:

Modun thủy lực:

3 2

3 2

2 Al O Fe O SiO

CaO m

+ +

=

(Clinker XMP: m = 1,7 – 2,4)

Modun silicat:

3 2

3 2

2

O Fe

O Al

SiO n

+

=

(Clinker XMP: n = 1,7 – 3,5)

(C3S + C2S) (C3A + C4AF)

Modun aluminat:

3 2

3

2

O Fe

O

Al

(Clinker XMP: p = 1 – 3)

Hệ số bão hoà vôi:

(hàm lượng CaO và SiO 2 tự do < 1%)

CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XMP

ĐÁ CARBONATE

(Đá vôi canxi, đá dolomite, đá vôi sét, san hô, vỏ sò hến,…)

Loại CaCO 3 MgCO 3

Tạp chất sét (SiO 2 + R 2 O 3 ) Tên gọi

Loại CaCO 3 MgCO 3 Tạp chất sét Ứng dụng

A >93 4 3 Công nghệ hóa chất, vôi béo để tôi, XMP

TRONG S ẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG

THEO K ẾT CẤU VÀ XUẤT SỨ

 Đá vôi canxi loại tảng chắc, đặc.

 Đá vôi canxi loại tổ ong xốp như đá túp.

 Đá vôi canxi loại mềm như đá phấn.

 Đá vôi canxi loại sò hến.

 Đá vôi canxi loại san hô.

 Đá dolomit chắc tảng.

 Đá dolomit loại cát sạn vụn tơi như đá dăm hay cát mịn, cát thô.

THEO B ẢN CHẤT CaCO3

 Canxit: phổ biến, mạng giống NaCl: trong đó

Ca2+ thay cho Na+ , CO3 2- thay Cl-.

 Aragonit: ít gặp, mạng tinh thể hexa (gồm 2 khối đáy lục giác chồng lên nhau trong mạch cấu

trúc đôi khi Ca2+ một phần bị thay thế bởi Zn2+,Pb2+

hay Zr2+) gặp trong san hô, nung 300 – 4000C trở

thành canxit.

 Phaterit: kém bền vững, cấu trúc hexa.

 Vaterit: carbonat canxi ngậm nước.

Khối lượng riêng: 2,6 – 2,7 g/cm3

Cấu trúc tinh thể: lục giác

Công thức phân tử: CaCO3, Calcium Carbonate

Màu: trắng, không màu, xám, hơi vàng, hơi đỏ

Độ cứng: 3,5 - 4

Khối lượng riêng: 2,95 g/cm3

Cấu trúc tinh thể: dạng hình thoi

Chuyển thành calcite từ 1000C trở lên

Vaterite

Công thức phân tử: CaCO3, Calcium Carbonate

Màu: trắng, không màu

Độ cứng: 3

Khối lượng riêng: 2,54 g/cm3

Cấu trúc tinh thể: lục giác

Dễ phân hủy thành vôi khi nung nóng

THEO M ÀU SẮC

Trắng, đen, xanh đen, hơi hồng…trên bề mặt

có gân trắng của canxit kết tinh hay quartzit

nằm xen kẽ, có loại mịn mặt, có loại tạo những hạt các vẩy.

• Loại mịn như đá dăm: Mỹ Đức - Hà Tây, …

• Loại tảng chắc đặc như đá vôi (trắng, hồng, xám tro bếp, xám đen): Xuân Sơn Quảng Bình, núi Mật Thanh Hoá, vùng núi Tam Điệp,…

PHỤ GIA HOẠT TÍNH

Pouzoland

Thiên nhiên

Nhân tạo Phụ gia hoạt tính mang tên ghép

Pouzoland trepen Pouzoland diatomit

Pouzoland họ khoáng sét

XỈ LÒ CAO & TRO XỈ THAN

Tro xỉ than: là bã thải của công nghiệp luyện kim, nhà máy nhiệt

điện, cơ khí, sản xuất hơi nước,…đốt bằng than

Xỉ lò cao: bã thải của công nghiệp luyện kim

Thành phần khoáng và thành phần hoá rất khác nhau tùy thuộc vào công nghiệp tạo ra xỉ, cách lấy xỉ,…

Thành phần hóa của xỉ nằm trong giới hạn:

CaO: 30 – 35%

Al2O3: 8 – 24%

SiO2: 8 – 38%

MnO < 5%

ỨNG DỤNG CỦA XỈ LÒ CAO:

 Phân bón (chứa silica & vôi)

 Tạo môi trường sống cho các loài nhuyễn

thể dưới biển

 Làm cốt liệu thô hay mịn trong betong,

vật liệu phụ cho xây dựng đường

 SX XMP xỉ, xi măng vôi xỉ (làm phụ gia

và nguyên liệu)

ỨNG DỤNG CỦA TRO XỈ THAN

ỨNG DỤNG CỦA TRO XỈ THAN:

 Chế tạo vật liệu nhẹ, có khả năng cách âm cách nhiệt từ xỉ than (=1/5 khối lượng betong)

 Làm nhiên liệu để nung gạch, nung vôi hay nấu nướng

 Làm phân bón

 Làm cốt liệu cho xây dựng đường

 SX xi măng (thay thế đất sét)

ƯU ĐIỂM:

* Tận dụng nguồn “PHẾ LIỆU”

Nhật Bản: :(2004: xỉ lò cao 37 triệu tấn )

290kg xỉ gang/tấn gang 130kg xỉ thép/tấn thép Việt Nam: (xỉ lò cao 100 ngàn tấn/năm )

(tro xỉ than 750-800 ngàn tấn/năm

80-85% tro & 15-20% xỉ)

* Tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên & nhiên liệu

* Giảm chi phí sản xuất

* Bảo vệ môi trường (giảm 45% lượng CO2)

TRO BAY

TRO BAY (FLY ASH): phần mịn nhất của tro xỉ than,

là phụ gia rất hữu dụng trong betong và xi măng (thay

th ế khoảng 30% xi m ăng ), vì:

* Hạt tròn, đều  bơm betong đi xa & cao hơn

 sử dụng ít nước hơn mà vẫn

đạt được độ linh động

* Kích thước nhỏ  betong chặt và bền hơn

* Giảm lượng nhiệt toả ra trong khối betong  tránh nứt nẻ, tăng độ bền & giảm giá thành

……

CÁC HỆ SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XỈ

Mođun kiềm tính:

3 2 2

0

O Al SiO

CaO

MgO M

2

O Al

Đánh giá mức độ hoạt tính của xỉ:

Mức độ hoạt tính = C.M0

Độ hoạt tính:

1

9 , 1 8

, 1 /

54 , 1 45

, 1 /

2

3 2

3 2 2

2

>

+

+ +

O Al CaO

MgO

O Al SiO

SiO CaO

Xỉ có hoạt tính cao

C: % pha thủy tinh trong xỉ

M 0 : Mođun kiềm tính

KỸ THUẬT SẢN XUẤT

CHẤT KẾT DÍNH

VÔI NGHIỀN

Đá vôi

Đập

Nung Lựa chọn, phân loại

Nghiền

Kho, đóng bao

Sản phẩm

* Đá vôi canxi  canxi nghiền

* Đá vôi sét  vôi thủy

* Đá dolomite pha sét  XM La Mã

* Đá dolomite  vôi dolomite nghiền

* Nung chưa chín/thêm đá dăm,mạt đá

 vôi carbonate

CHẤT KẾT DÍNH VÔI – SÉT HOẠT HOÁ

Đá vôi

Đập

Nung Lựa chọn, phân loại

Cân Nghiền Đóng bao Kho chứa

Đất sét (Al 2 O 3 > 15%)

Tạo hình Nung non (600-800 0 C)

Kho chứa

Sản phẩm

Vôi canxi: 1000-1100 0 C Vôi sét: 1100-1200 0 C Dolomite: 950-1100 0 C

Đá dầu: 1200-1360 0 C

Độ hoạt tính >70mg CaO/g

CHẤT KẾT DÍNH VÔI – XỈ THAN

Vôi

Cân Trộn Nghiền Đóng bao

Kho chứa vôi

Xỉ than khô Kho chứa xỉ than

Sản phẩm

Thạch cao (3-5%) Kho chứa xỉ than

Có thể thay 10-30%

vôi bằng clinker XMP

CHẤT KẾT DÍNH VÔI – BAZAN XỐP

Vôi

Cân Trộn Nghiền Đóng bao

Kho chứa vôi

Bazan sấy khô 100-200 0 C

Kho chứa xỉ than

Sản phẩm

KỸ THUẬT SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND (XMP)

CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG CHẤT KẾT DÍNH

* Đảm bảo thành phần hoá

* Cân đúng tỉ lệ đã khống chế

* Trộn đều mới đem nghiền

* Nghiền thật mịn

* Phụ gia hoạt tính trước khi sản

xuất phải thật khô

* Chế độ nung vôi

CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

XMP

NGUYÊN LIỆU PHỐI LIỆU NUNG THÀNH CLINKER NGHIỀN CLINKER + PHỤ GIAQuy trình sản xuất tổng quát

Chi phí nhiên liệu

= 1,5-2 lần

PP HỖN HỢP

Gồm 3 giai đoạn: + Chuẩn bị hỗn hợp phối liệu

+ Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker + Nghiền clinker và phụ gia thành XMP

CƠ SỞ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

• Tính chất lý học và thành phần hóa của nguyên liệu

• Ðiều kiện cung cấp điện năng và nhiệt năng

• Ðiều kiện trang thiết bị

• Tính chất khí hậu địa lý nơi sản xuất

• Khả năng và quy mô mở rộng sản xuất

CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN

QT sản xuất đơn giản, nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị Nâng cao sản lượng, chất lượng, hạ giá thành Tiêu tốn

nhiệt năng, điện năng, nguyên vật liệu thấp

Nâng cao trình độ cơ khí hóa và tự động hóa

Ðảm bảo vệ sinh và an toàn lao động

 Nhóm nguyên liệu cung cấp CaO (chủ yếu là đá vôi)

 Nhóm khoáng sét (cung cấp Al2O3, Fe2O3 và SiO2)

 Các loại phụ gia: phụ gia điều chỉnh, phụ gia thủy

hoạt tính, phụ gia lười (phụ gia đầy), phụ gia bảo

quản,… Thường cho vào trong giai đoạn nghiền

clinker

Nguyên liệu

Khai thác, vận chuyển và gia công đá vôi

Trong thiên nhiên thường tồn tại dưới dạng:

Ðá vôi sau khai thác (kích thước 600-1000mm)

Máy đập hàm (để đạt kích thước 150-300mm) Máy đập búa (để đạt kích thước 5-25mm) Kho chứa

Đá vôi sử dụng phải thoả mãn

1 Hàm lượng CaCO3 không nhỏ hơn

2 Hàm lượng MgCO3 không lớn hơn

85 5

(TCVN 6072 : 1996)

CÁC PHỐI LIỆU CÓ CHỨA CaO KHÁC ĐỂ SX XMP

và giảm chi phí nhiên liệu 20-25%,thành phần hóa nằm trong giới hạn:

Khai thác, vận chuyển và gia công đất sét

Là những alumosilicat có thành phần hóa học rất khác nhau (kaolinite,

monmorillonite, halloysite,… )

Trong đất sét SX XMP ngoài thành phần chủ yếu là SiO 2 và Al 2 O 3 còn có thể chứa Fe 2 O 3 , SO 3 , R 2 O trong giới hạn cho phép

Mỏ đất sét

(lộ thiên hay ngầm

dưới nước)

Loại bỏ những lớp đất màu, mùn, sỏi,

…

Chuyển về kho chứa

Ðối với nhà máy có năng suất lớn, đất sét mềm, tơi và SX theo PP ướt:  khai thác bằng cơ khí thủy lực

 năng suất cao và hiện đại nhất

SX theo phương pháp ướt lò quay

Ðất sét

sau khi

khai thác

Máy cán trục

Máy bừa bùn

Ðất sét (w=60 -70%)

Bể chứa

Nghiền ướt cùng

Ðất sét w<10%

GIA CÔNG ÐẤT SÉT THEO PP SX

Các loại phụ gia

Phụ gia thủy hoạt tính:

* Nâng cao tính bền nước của XMP

* Tăng sản lượng XMP, hạ giá thành sản phẩm

Có 2 dạng:

phún xuất (puzouland, diatomite, trepen, opoka, )

hoạt hóa, xỉ tro nhiên liệu, phế liệu công nghiệp phèn nhôm, đất sét nung non…)

Phụ gia điều chỉnh: điều chỉnh tốc độ ninh kết của XMP

(thạch cao, CaCl2, NaCl,…)

Phụ gia lười (phụ gia đầy):

* Tăng sản lượng

* Hạ giá thành sản phẩm

(phải khống chế hàm lượng  đảm bảo chất lượng sp)

(đá vôi, cát, đất sét,…).

Phụ gia bảo quản:

* Pha thêm một lượng nhỏ vào lúc nghiền

 tạo màng mỏng xung quanh hạt xi măng

 giảm khả năng hydrat hóa và carbonat hóa trong thời gian bảo quản

(dầu lạc hoặc dầu thực vật…)

Nhiên liệu

• Rắn (thường dùng than đá lửa dài nhiều chất bốc

hay than angtơraxit lửa ngắn ít chất bốc)

• Lỏng (dầu hỏa hay mazut)

• Khí (khí thiên nhiên)

Độ mịn:

* 5 – 8% trên sàng 4900 lỗ/cm 2 :

+ Hệ số KH = 0,87 – 0,89 + n = 2

 xi măng đạt mác 300 – 400.

Phối liệu

* 5 – 8% trên sàng 10.000 lỗ/cm 2 :

+ Hệ số KH = 0,9 – 0,95 + n=2,5

 xi măng đạt mác 700 – 800

Khuấy trộn và điều chỉnh:

phần hóa, khuấy trộn chống lắng đảm bảo độ đồng nhất  bể chứa  lò nung.

thống silo (điều chỉnh đảm bảo độ đồng nhất và điều chỉnh độ

ẩm, thành phần hóa)  hệ thống silo chứa  cyclon trao đổi

nhiệt (w=0,5 – 1%)

NUNG CLINKER XMP

 Nung trong lò quay

(có hoặc không có hệ thống gia nhiệt trước)

 Nung trong lò đứng

QUÁ TRÌNH HÓA LÝ KHI NUNG LUYỆN CLINKER

Gồm các giai đoạn:

1 Sấy khô hỗn hợp phối liệu (mất nước lý học)

2 Dehydrate hóa khoáng sét (mất nước hóa học)

3 Decarbonate hóa đá vôi

4 Phản ứng tỏa nhiệt ở trạng thái rắn

5 Phản ứng kết khối có mặt pha lỏng

6 Làm lạnh clinker

Các giai đoạn trên xảy ra nối tiếp nhau hoặc đồng thời

1 Sấy khô hỗn hợp phối liệu:

+ Giai đoạn tách ẩm bên ngoài

+ Nước tự do bay hơi

+ Phối liệu đóng thành cục rồi vỡ vụn ra.

* Xảy ra ở vùng sấy, t0 ~ 1000C.

2 Dehydrate hóa khoáng sét:

+ Giai đoạn đốt nóng vật liệu khô + Khử nước của khoáng sét

3 Decarbonate hóa đá vôi:

+ Giai đoạn đốt nóng phối liệu + Phân hủy đá carbonate nhưng chưa hoàn toàn, + Phân hủy meta kaolinite

+ Xảy ra phản ứng trạng thái rắn giữa CaO, CaCO3 với các khoáng sét  CA, 1 phần C2S, β-C2S

* Xảy ra ở vùng canxi hóa, t0 ~ 900-10000C

2SiO2.Al2O3 SiO2 + Al2O3CaCO3  CaO + CO2

MgCO3  MgO + CO2

900 0 C

4 Phản ứng tỏa nhiệt ở trạng thái rắn :

* Xảy ra tại vùng phóng nhiệt, nhiệt độ 1100-1300 0 C.

CaO + Al 2 O 3  CaO.Al 2 O 3 CaO.Al 2 O 3 + 2CaO  3CaO.Al 2 O 3 CaO + Fe 2 O 3  2CaO.Fe 2 O 3

2CaO.Fe 2 O 3 + CaO.Al 2 O 3 + CaO  4CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 2CaO + SiO 2  2CaO.SiO 2

5 Phản ứng kết khối có mặt của pha lỏng :

+ Gđ quan trọng nhất trong quá trình tạo khoáng clinker + Các khoáng dễ chảy như C 3 A, C 4 AF, C 2 F và các tạp chất

dễ chảy khác bị chảy lỏng ra (ở giai đoạn đầu kết khối-1300 0 C)

+ Toàn bộ SiO 2 + CaO  C 2 S + C 2 S + CaO  C 3 S (nhiệt độ khoảng 1450 0 C)

* Xảy ra ở vùng kết khối, nhiệt độ 1300-1450 0 C.

C 2 S + CaO  C 3 S

+ < 1300 0 C, một phần tái kết tinh pha tinh thể (C 3 S, C 2 S,

C 3 A, C 4 AF, MgO, CaO tự do ) còn 1 phần đông cứng thành pha thủy tinh clinker Làm lạnh nhanh, tinh thể → có lợi cho quá trình

đóng rắn, nhất là MgO tự do và CaO tự do

+ Làm lạnh nhanh cũng tránh β-C 2 S → γ – C 2 S và C 3 S ít bị phân hủy thành C 2 S và CaO tự do , chất lượng tốt hơn.

* Xảy ra ở vùng làm nguội (nhiệt độ khoảng 1000 0 C) cấu trúc và thành phần của clinker hoàn toàn được hình thành và hoàn thiện hơn

PHÂN BỐ NHIỆT ÐỘ TRONG HỆ THỐNG

LÀM NGUỘI, VẬN CHUYỂN,

NGHIỀN CLINKER

VÀ ÐÓNG BAO XMP

LÀM NGUỘI VÀ VẬN CHUYỂN CLINKER

MÁY LÀM NGUỘI KIỂU GHI

1-Buồng làm nguội; 2-Lò nung; 3-Ống cấp nhiên liệu; 4-Khí làm sạch

bụi; 5-Ống hút; 6-Màn xích; 7-Máy đập; 8-Máng chảy; 9-Băng chuyền chuyển clinker; 10-Băng chuyền dọn clinker vung vãi; 11-Thanh

di động; 12-Ghi di động; 13-Ghi cố định; 14-Thanh cố định; 15-Tấm

chắn ngăn cách; 16-Bộ phận truyền động ghi di động; 17-Cấp khí; 18-Bộ phận truyền động băng chuyền dọn clinker vung vãi; 19-Cấp khí mạnh

CHUẨN BỊ CLINKER XMP

* Sau khi ra khỏi lò, clinker được ủ 10-15 ngày để:

- Làm nguội đến nhiệt độ thường để đảm bảo hiệu quả nghiền.

- CaO tự do tác dụng với hơi nước trong không khí  ổn định thể tích trong quá trình đóng rắn sau này và giúp clinker giòn

- Tăng năng suất máy nghiền

- Tránh được ách tắc sự cố khi nghiền

* Chu trình kín: sơ đồ công nghệ gọn gàng, độ mịn XMP cao,

năng suất máy nghiền cao, vệ sinh công nghiệp tốt đồng thời tiêu hao ít điện năng

The end!

Thanks for listening!