Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu sử dụng các loại phụ gia hóa học để cải thiện cường độ của xi măng portland hỗn hợp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC --- Cần Thơ, ngày 29 tháng 12 năm 2010 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

- -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁC LOẠI PHỤ GIA HÓA HỌC

ĐỂ CẢI THIỆN CƯỜNG ĐỘ CỦA XI MĂNG PORTLAND HỖN HỢP

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Việt Bách MSSV: 2072225

Tháng 05/2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC -

Cần Thơ, ngày 29 tháng 12 năm 2010

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN

“Nghiên cứu sử dụng các loại phụ gia hóa học (Chemical Additives) để cải

thiện cường độ của xi măng Portland hỗn hợp”

3 ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Nhà máy xi măng Holcim tại Hòn Chông – Kiên Lương

4 SỐ LƯỢNG SINH VIÊN THỰC HIỆN

01 sinh viên

5 HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN

- Họ và tên: PHAN TRƯỜNG TIỀN

7 CÁC NỘI DUNG CHÍNH VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

7.1 Các nội dung chính

 Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Portland

 Giới thiệu về công ty TNHH xi măng Holcim Việt Nam

 Tìm hiểu một số loại phụ gia hóa học ứng dụng trong xi măng

 Phương pháp và thiết bị thí nghiệm

 Kết quả thí nghiệm và bàn luận

 Kết luận và kiến nghị

7.2 Giới hạn của đề tài

Do thời gian thực hiện đề tài tương đối ngắn nên chỉ có thể nghiên cứu một số loại phụ gia hóa học tiêu biểu liên quan đến đề tài

Chỉ nghiên cứu sử dụng phụ gia hóa học trong lĩnh vực xi măng, chưa nghiên cứu trong lĩnh vực bêtông

Sai số do điều kiện thực nghiệm khác biệt với điều kiện thực tế, sai số do phép

đo

8 Yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài

Các hóa chất để thực hiện đề tài

9 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài

1.000.000 VNĐ

NGUYỄN VĂN TÂM

NGUYỄN VIỆT BÁCH

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP

lo lắng đó mà ngày nay con mới có cơ hội để thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Về phía công ty TNHH xi măng Holcim Việt Nam, xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến anh NGUYỄN VĂN TÂM cán bộ hướng dẫn trực tiếp Cảm ơn anh đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu từ thực tế để tôi có thể hoàn thiện hơn kiến thức trên ghế nhà trường Đồng thời, anh luôn luôn giúp đỡ rất nhiệt tình trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp tại công ty Bên cạnh đó xin gởi lời cảm ơn chân thành đến các anh - chị đang làm việc tại bộ phận thí nghiệm của nhà máy xi măng Holcim Hòn Chông, các anh - chị cũng đã hỗ trợ rất nhiệt tình

Về phía trường Đại Học Cần Thơ, xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy hướng dẫn NGUYỄN VIỆT BÁCH Cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ và luôn luôn động viên

em trong suốt quá trình thực hiện đề tài Ngoài ra, thầy còn truyền đạt những phương pháp cần thiết để giải quyết một vấn đề khoa học

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Hóa Học - Trường Đại học Cần Thơ, cảm ơn quý thầy cô đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt bốn năm học đại học

Cuối cùng xin cảm ơn các bạn trong lớp Công Nghệ Hóa Học - khóa 33, Cảm

ơn tất cả đã luôn bên cạnh và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!!!

Cần Thơ, ngày 15 tháng 04 năm 2011

Sinh viên thực hiện PHAN TRƯỜNG TIỀN

Nhận xét của cán bộ hướng dẫn 1

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

  

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Nhận xét của cán bộ hướng dẫn 2

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

  

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Nhận xét của cán bộ phản biện

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

  

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Mục lục

MỤC LỤC

PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI i

LỜI CẢM ƠN iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 iv

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 v

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC HÌNH xii

DANH MỤC BẢNG xvii

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT xx

DANH MỤC PHỤ LỤC xxi

LỜI MỞ ĐẦU xxii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XMP 1

1.1 Sơ lược về xi măng portland 1

1.2 Những đặc trưng về thành phần của clinker xi măng Portland (XMP) 2

1.2.1 Thành phần hóa học 2

1.2.2 Thành phần khoáng 4

1.3 Quy trình công nghệ sản xuất XMP 5

1.3.1 Khai thác và vận chuyển nguyên liệu 6

1.3.1.1 Khai thác và vận chuyển đá vôi 6

1.3.1.2 Khai thác đất sét và vận chuyển 6

1.3.2 Gia công nguyên liệu 6

1.3.2.1 Gia công đá vôi 6

1.3.2.2 Gia công đất sét 7

1.3.3 Phối liệu và nghiền bột liệu sống 7

Mục lục

1.3.4 Nung luyện clinker XMP 8

1.3.5 Quá trình nghiền clinker với phụ gia thành xi măng 10

2.3.6 Xi măng thành phẩm, kiểm tra và xuất hàng 11

1.4 Một số quy trình sản xuất XMP hiện nay 11

1.4.1 Quy trình sản xuất XMP hệ khô lò quay hiện đại 11

1.4.2 Quy trình sản xuất XMP hệ bán khô lò quay 12

1.4.3 Quy trình sản xuất XMP hệ ướt lò quay 13

1.5 Quá trình đóng rắn của XMP 13

1.5.1 Quá trình hóa lý khi xi măng đóng rắn 13

1.5.1.1 Quá trình lý học 13

1.5.1.2 Quá trình hóa học 14

1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn và sự phát triển cường độ của xi măng Portland 20

1.5.2.1 Ảnh hưởng của thành phần khoáng 20

1.5.2.2 Ảnh hưởng của kích thước hạt xi măng 22

1.5.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đóng rắn 22

1.5.2.4 Ảnh hưởng của lượng nước trong quá trình hydrate hóa 22

1.5.2.5 Ảnh hưởng của phụ gia điều chỉnh 23

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH XI MĂNG HOLCIM VIỆT NAM 24

2.1 Quá trình hình thành và phát triển của công ty TNHH xi măng Holcim Việt Nam 24

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy xi măng Holcim Hòn Chông 29

2.2.1 Khai thác nguyên liệu và đánh đống 29

2.2.2 Nghiền bột liệu sống 32

2.2.3 Đồng nhất bột liệu sống 33

2.2.4 Công đoạn nung clinker 33

2.2.5 Công đoạn làm nguội clinker 35

Mục lục

2.2.6 Nhiên liệu than 36

2.2.7 Nghiền xi măng 37

2.2.8 Xuất xi măng thành phẩm 37

2.3 Các loại sản phẩm của công ty TNHH xi măng Holcim Việt Nam 38

2.3.1 Xi măng Holcim Đa dụng 38

2.3.2 Xi măng Holcim Extra Durable 39

2.3.3 Xi măng Holcim Quick Cast 41

2.3.4 Xi măng Holcim Mass Pour 42

2.3.5 Xi măng Holcim Ready Flow 44

2.3.6 Xi măng Holcim Stable Soil 45

CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU MỘT SỐ LOẠI PHỤ GIA HÓA HỌC ỨNG DỤNG TRONG XI MĂNG 46

3.1 Phụ gia hóa học của hãng GRACE 46

3.1.1 Dòng phụ gia hóa học CBA 46

3.1.2 Dòng phụ gia hóa học TDA 48

3.1.3 Dòng phụ gia hóa học ESE 49

3.2 Phụ gia hóa học của hãng MAPEI 52

3.2.1 Dòng phụ gia MA.G.A./C 52

3.2.2 Dòng phụ gia MA.P.E./S 54

3.2.3 Dòng phụ gia MA.P.E./W 55

3.3 Phụ gia hóa học của hãng BASF 57

3.3.1 Loại phụ gia hóa học CEMENTIUM 2310ES 57

3.3.2 Loại phụ gia hóa học CEMENTIUM SLC555 58

3.3.3 Loại phụ gia hóa học CEMENTIUM SLC560 58

Mục lục

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 60

4.1 Phương pháp thí nghiệm 60

4.1.1 Xác định độ mịn của xi măng theo phương pháp sàng 61

4.1.2 Xác định độ mịn của xi măng bằng dụng cụ Blaine 62

4.1.3 Xác định độ ẩm của xi măng 63

4.1.4 Xác định hàm lượng mất khi nung của xi măng 64

4.1.5 Xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gia đông kết của xi măng 65

4.1.6 Xác định cường độ nén của vữa bằng khuôn 4040160 67

4.1.7 Xác định chất lượng của phụ gia hóa bằng phương pháp so sánh cường độ nén của vữa 69 4.1.8 Đo độ chảy của vữa xi măng 70

4.2 Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 72

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 76

5.1 Kết quả kiểm tra độ đồng nhất của mẫu trắng 76

5.1.1 Kết quả đánh giá độ đồng nhất của mẫu HRF – HONC 76

5.1.2 Kết quả đánh giá độ đồng nhất của mẫu HTS – HONC 77

5.2 Kết quả cường độ nén của các loại vữa xi măng 79

5.2.1 Cường độ nén của vữa HRF – HONC không có và có phụ gia 79

5.2.2 Cường độ nén của vữa HTS – HONC không có và có phụ gia 88

5.2.3 Ảnh hưởng của phụ gia hóa học đến các tính chất của xi măng 98

5.3 Lựa chọn những loại phụ gia hóa học tốt với liều lượng thích hợp 114

5.4 Kết quả nghiền công nghiệp 118

5.4.1 Kết quả phân bố cỡ hạt của xi măng (máy nghiền đứng) 118

5.4.2 Kết quả năng lượng điện tiêu thụ và năng suất của máy nghiền 119

5.5 Kết quả nghiền bi phòng Lab 121

5.6 Cơ chế trợ nghiền và phát triển cường độ của phụ gia hóa học 124

5.6.1 Cơ chế trợ nghiền của phụ gia hóa học 124

Mục lục

5.6.2 Cơ chế phát triển cường độ của phụ gia hóa học CBA 125

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126

6.1 Kết luận 126

6.2 Kiến nghị 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO 128

PHỤ LỤC 130

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Danh mục hình

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Nhà máy xi măng Holcim Hòn Chông, Kiên Lương 1

Hình 1.2 Quy trình công nghệ sản xuất xi măng Portland 5

Hình 1.3 Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ khô lò quay 11

Hình 1.4 Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ bán khô lò quay 12

Hình 1.5 Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ ướt lò quay 13

Hình 1.6 Quá trình hydrate hóa của hồ xi măng 14

Hình 1.7 Sự hydrate hóa khoáng C2S tạo khoáng C-S-H 17

Hình 1.8 Cấu trúc của khoáng ettringite 20

Hình 2.1 Trụ ở chính của công ty TNHH xi măng Holcim tại thụy sĩ 24

Hình 2.2 Nhà máy xi măng Holcim tại Hòn Chông 25

Hình 2.3 Trạm nghiền xi măng Holcim Cát Lái 25

Hình 2.4 Trạm nghiền xi măng Holcim Thị Vải 26

Hình 2.5 Trạm nghiền xi măng Holcim Hiệp Phước 27

Hình 2.6 Một trạm trộn bêtông của công ty Holcim 28

Hình 2.7 Quy trình công nghệ sản xuất xi măng tại Holcim Hòn Chông 29

Hình 2.8 Mỏ đá vôi Cây Xoài 30

Hình 2.9 Mỏ đá vôi Bãi Vôi 30

Hình 2.10 Mỏ đất sét và máy cào đất sét công suất 250T/h 31

Hình 2.11 Quá trình đánh đống nguyên liệu ban đầu mỗi đống 30.000 (tấn) 31

Hình 2.12 Máy nghiền bột liệu sống công suất khoảng 340T/h 32

Hình 2.13 Vị trí cấp bột liệu vào tháp tiền nung 34

Hình 2.14 Quá trình nung sơ bộ ở tháp tiền nung 34

Hình 2.15 Quá trình nung luyện clinker trong lò quay 35

Hình 2.16 Khu vực làm nguội clinker 35

Hình 2.17 Máy nghiền than công suất khoảng 25T/h 36

Danh mục hình

Hình 2.18 Sơ đồ quy trình nghiền xi măng tại Hòn Chông 37

Hình 2.19 Xi măng Holcim Đa dụng 38

Hình 2.20 Một trong những ứng dụng của xi măng Holcim Đa dụng 38

Hình 2.21 Xi măng Holcim Extra Durable 39

Hình 2.22 Dự án cảng contaier SITV sử dụng xi măng Holcim Extra Durable 40

Hình 2.23 Dự án xử lý nước thải Nhiêu Lộc-Thị Nghè dùng Holcim Extra Durable 40

Hình 2.24 Xi măng Holcim Quick Cast 41

Hình 2.25 Sản xuất ống cống sử dụng xi măng Holcim Quick Cast 41

Hình 2.26 Xi măng Holcim Mass Pour 42

Hình 2.27 Cầu Phú Mỹ sử dụng xi măng Holcim Mass Pour 43

Hình 2.28 Cao ốc Sunrise sử dụng xi măng Holcim Mass Pour 43

Hình 2.29 Xi măng Holcim Ready Flow 44

Hình 2.30 Công trình Financial Tower sử dụng xi măng Holcim Ready Flow 45

Hình 3.1 Logo của hãng phụ gia hóa học GRACE 46

Hình 3.2 Loại phụ gia hóa học TDA770 của hãng Grace 48

Hình 3.3 Loại phụ gia hóa học ESE342, ESE258 của hãng Grace 50

Hình 3.4 Logo của hãng phụ gia trợ nghiền hóa học MAPEI 51

Hình 3.5 Loại phụ gia hóa học C200P của hãng MAPEI 52

Hình 3.6 Loại phụ gia hóa học S550 của hãng MAPEI 54

Hình 3.7 Loại phụ gia hóa học W1100 của hãng Grace 55

Hình 3.8 Logo của hãng phụ gia hóa học BASF 57

Hình 3.9 Các loại phụ gia SLC555, SLC560 và C2310ES của hãng BASF 59

Hình 4.1 Sơ đồ phương pháp tiến hành thí nghiệm 61

Hình 4.2 Thiết bị sàng khí Alpine 73

Hình 4.3 Cân phân tích chính xác đến 0,0001g 73

Hình 4.4 Bộ dụng cụ đo tỷ diện Blaine 73

Hình 4.5 Tủ sấy ẩm 1055oC 73

Hình 4.6 Tủ nung nhiệt độ 1.100oC 74

Danh mục hình

Hình 4.7 Máy trộn hồ và vữa xi măng 74

Hình 4.8 Bộ dụng cụ để đo độ dẻo tiêu chuẩn, thời gian đông kết 74

Hình 4.9 Máy nghiền hàm 74

Hình 4.10 Thiết bị dằn mẫu trong quá trình đổ khuôn 75

Hình 4.11 Bàn bẻ mẫu và máy đo cường độ nén của vữa 75

Hình 4.12 Bộ dụng cụ để đo độ chảy của vữa xi măng 76

Hình 4.13 Thiết bị đo phân bố cỡ hạt của xi măng và các nguyên liệu khác 76

Hình 5.1 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 1 ngày tuổi ứng với liều lượng thấp của mỗi loại phụ gia hóa học 80

Hình 5.2 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 1 ngày tuổi ứng với liều lượng trung bình của mỗi loại phụ gia hóa học 81

Hình 5.3 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 1 ngày tuổi ứng với liều lượng cao bình của mỗi loại phụ gia hóa học 81

Hình 5.4 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 3 ngày tuổi ứng với liều lượng thấp của mỗi loại phụ gia hóa học 82

Hình 5.5 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 3 ngày tuổi ứng với liều lượng trung bình của mỗi loại phụ gia hóa học 83

Hình 5.6 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 3 ngày tuổi ứng với liều lượng cao của mỗi loại phụ gia hóa học 83

Hình 5.7 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 7 ngày tuổi ứng với liều lượng thấp của mỗi loại phụ gia hóa học 84

Hình 5.8 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 7 ngày tuổi ứng với liều lượng trung bình của mỗi loại phụ gia hóa học 85

Hình 5.9 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 7 ngày tuổi ứng với liều lượng cao của mỗi loại phụ gia hóa học 85

Hình 5.10 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 28 ngày tuổi ứng với liều lượng thấp của mỗi loại phụ gia hóa học 86

Hình 5.11 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 28 ngày tuổi ứng với liều lượng trung bình của mỗi loại phụ gia hóa học 87

Hình 5.12 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HRF – HONC 28 ngày tuổi ứng với liều lượng cao của mỗi loại phụ gia hóa học 87

Danh mục hình

Hình 5.13 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 1 ngày tuổi ứng với liều lượng thấp của mỗi loại phụ gia hóa học 90 Hình 5.14 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 1 ngày tuổi ứng với liều lượng trung bình của mỗi loại phụ gia hóa học 90 Hình 5.15 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 1 ngày tuổi ứng với liều lượng cao của mỗi loại phụ gia hóa học 91 Hình 5.16 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 3 ngày tuổi ứng với liều lượng thấp của mỗi loại phụ gia hóa học 92 Hình 5.17 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 3 ngày tuổi ứng với liều lượng trung bình của mỗi loại phụ gia hóa học 92 Hình 5.18 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 3 ngày tuổi ứng với liều lượng cao của mỗi loại phụ gia hóa học 93 Hình 5.19 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 7 ngày tuổi ứng với liều lượng thấp của mỗi loại phụ gia hóa học 94 Hình 5.20 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 7 ngày tuổi ứng với liều lượng trung bình của mỗi loại phụ gia hóa học 94 Hình 5.21 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 7 ngày tuổi ứng với liều lượng cao của mỗi loại phụ gia hóa học 95 Hình 5.22 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 28 ngày tuổi ứng với liều lượng thấp của mỗi loại phụ gia hóa học 96 Hình 5.23 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 28 ngày tuổi ứng với liều lượng trung bình của mỗi loại phụ gia hóa học 96 Hình 5.24 Đồ thị biểu diễn cường độ của vữa HTS – HONC 28 ngày tuổi ứng với liều lượng cao của mỗi loại phụ gia hóa học 97 Hình 5.25 Đồ thị biểu diễn lượng nước tiêu chuẩn của hồ HRF – HONC chứa các loại phụ gia của hãng GRACE 99 Hình 5.26 Đồ thị biểu diễn lượng nước tiêu chuẩn của hồ HRF – HONC chứa các loại phụ gia của hãng MAPEI 100 Hình 5.27 Đồ thị biểu diễn lượng nước tiêu chuẩn của hồ HRF – HONC chứa các loại phụ gia của hãng BASF 101 Hình 5.28 Đồ thị biểu diễn thời gian đông kết của hồ HRF – HONC chứa các loại phụ gia của hãng GRACE 102

Danh mục hình

Hình 5.29 Đồ thị biểu diễn thời gian đông kết của hồ HRF – HONC chứa các loại phụ gia của hãng MAPEI 103 Hình 5.30 Đồ thị biểu diễn thời gian đông kết của hồ HRF – HONC chứa các loại phụ gia của hãng BASF 104 Hình 5.31 Đồ thị biểu diễn lượng nước tiêu chuẩn của hồ HTS – HONC chứa các loại phụ gia của hãng GRACE 106 Hình 5.32 Đồ thị biểu diễn lượng nước tiêu chuẩn của hồ HTS – HONC chứa các loại phụ gia của hãng MAPEI 107 Hình 5.33 Đồ thị biểu diễn lượng nước tiêu chuẩn của hồ HTS – HONC chứa các loại phụ gia của hãng BASF 108 Hình 5.34 Đồ thị biểu diễn thời gian đông kết của hồ HTS – HONC chứa các loại phụ gia của hãng GRACE 109 Hình 5.35 Đồ thị biểu diễn thời gian đông kết của hồ HTS – HONC chứa các loại phụ gia của hãng MAPEI 110 Hình 5.36 Đồ thị biểu diễn thời gian đông kết của hồ HTS – HONC chứa các loại phụ gia của hãng BASF 111 Hình 5.37 Đồ thị biểu diễn độ chảy của vữa HRF – HONC chứa các phụ gia 113 Hình 5.38 Đồ thị biểu diễn cường độ 1, 3, 7, 28 ngày của vữa xi măng HRF – HONC có và không có phụ gia hóa học CBA1250 115 Hình 5.39 Đồ thị biểu diễn cường độ 1, 3, 7, 28 ngày của vữa xi măng HRF – HONC có và không có phụ gia hóa học ESE342 116 Hình 5.40 Đồ thị biểu diễn cường độ 1, 3, 7, 28 ngày của vữa xi măng HRF – HONC có và không có phụ gia hóa học C200P 117 Hình 5.41 Đồ thị so sánh sự phân bố cỡ hạt của xi măng HRF – HONC nghiền công nghiệp

có và không có phụ gia CBA1250 118 Hình 5.42 Đồ thị so sánh lượng sót sàng theo thời gian của xi măng HRF – HONC có và không có phụ gia hóa học 121 Hình 5.43 Đồ thị so sánh sự phân bố cỡ hạt của xi măng HRF – HONC nghiền bi ở 50 phút

có và không có các loại phụ gia hóa học 122 Hình 5.44 Khu vực bên trong máy nghiền bi không có phụ gia hóa học 123 Hình 5.45 Khu vực bên trong máy nghiền bi khi có phụ gia hóa học 123

Danh mục hình

Hình 5.46 Hình minh họa tác dụng của phụ gia hóa học làm giảm năng lượng tự do trên bề mặt các hạt vật liệu 125 Hình 5.47 Hình biểu diễn cơ chế phát triển cường độ của phụ gia CBA1250 125

Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của clinker xi măng Portland 4

Bảng 1.2 Thành phần khoáng chính của clinker xi măng Portland 5

Bảng 1.3 So sánh kết quả nghiên cứu của Bogue và Taylor 19

Bảng 1.4 Mức độ hydrate hóa của các khoáng trong xi măng theo thời gian, % 21

Bảng 1.5 Chiều sâu hydrate hóa của các khoáng trong clinker XMP, m 21

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của nguyên liệu thô ở nhà máy Holcim Hòn Chông 32

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của bột liệu ở nhà máy xi măng Holcim Hòn Chông 33

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của nhiên liệu than ở nhà máy Holcim Hòn Chông 36

Bảng 4.1 Thành phần vật liệu trộn vữa xi măng 68

Bảng 4.2 Quy trình trộn vữa để đổ khuôn 69

Bảng 5.1 Thành phần của mẫu xi măng trắng HRF – HONC 76

Bảng 5.2 Số liệu sàng mẫu xi măng trắng HRF – HONC 76

Bảng 5.3 Kết quả tính toán số liệu sàng 77

Bảng 5.4 Thành phần của mẫu xi măng trắng HTS – HONC 77

Bảng 5.5 Số liệu đo Blaine của mẫu xi măng trắng HTS – HONC 78

Bảng 5.6 Kết quả tính toán số liệu đo Blaine 78

Bảng 5.7 Kết quả thí nghiệm cường độ nén đối với mẫu xi măng HRF – HONC 79

Bảng 5.8 Kết quả thí nghiệm cường độ nén đối với mẫu xi măng HTS – HONC 88

Bảng 5.9 Kết quả lượng nước và thời gian đông kết của hồ HRF – HONC 98

Bảng 5.10 Kết quả lượng nước và thời gian đông kết của hồ HTS – HONC 105

Bảng 5.11 Kết quả độ chảy của vữa xi măng HRF – HONC 112

Bảng 5.12 Đánh giá chất lượng của các loại phụ gia trên xi măng HRF-HONC 114

Bảng 5.13 Đánh giá chất lượng của các loại phụ gia trên xi măng HTS-HONC 114

Bảng 5.14 Tổng hợp các loại phụ gia hóa học tốt với liều lượng thích hợp 115

Bảng 5.15 So sánh năng lượng điện tiêu thụ, năng suất của máy nghiền xi măng 119

Danh mục bảng

Bảng 5.17 Kết quả sót sàng trên R80m của clinker chứa các loại phụ gia 122

Danh mục các từ viết tắt

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 XM: xi măng

2 XMP: xi măng Portland

3 C-S-H: hydro silicat canxi

4 HRF – HONC: Holcim Ready Flow Hòn Chông

5 HTS – HONC: Holcim Top Standard Hòn Chông

6 LS = LSF (Lime saturation factor): hệ số bão hòa vôi

7 SR (Silic ratio): môđun silicat

8 AR (Aluminium ratio): môđun aluminat

9 TCVN: tiêu chuẩn Việt Nam

10 ASTM: tiêu chuẩn Mỹ

11 MA.G.A: Mapei Grinding Aids

12 MA.P.E: Mapei Performance Enhancer

Danh mục phụ lục

DANH MỤC PHỤ LỤC

Phụ lục 1 Kết quả phân tích thành phần và hàm lƣợng của phụ gia ESE342 130 Phụ lục 2 Kết quả phân tích thành phần và hàm lƣợng của phụ gia CBA1250 132 Phụ lục 3 Kết quả phân bố cỡ hạt của xi măng HRF bằng máy nghiền đứng 135 Phụ lục 4 Kết quả phân bố cỡ hạt của xi măng HRF nghiền bi ở 40 phút 139 Phụ lục 5 Kết quả phân bố cỡ hạt của xi măng HRF nghiền bi ở 50 phút 143 Phụ lục 6 Kết quả phân bố cỡ hạt của xi măng HRF nghiền bi ở 60 phút 147

và chủng loại xi măng cũng ngày càng tăng

Hiện nay ở nước ta, ngành công nghiệp sản xuất xi măng đóng vai trò đặc biệt quan trọng và chiếm tỷ trọng lớn nhất về giá trị sản lượng Nhận rõ vai trò quan trọng của ngành công nghiệp sản xuất xi măng trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, Thủ tướng chính phủ đã ký quyết định số 108/2005/QĐ – TTg về việc quy hoạch phát triển công nghệ xi măng Việt Nam đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020 Mục tiêu của quy hoạch này là đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng xi măng trong nước cả về số lượng và chất lượng, có thể xuất khẩu khi có điều kiện Các nhà máy sản xuất xi măng đang có xu hướng sử dụng nguồn vật liệu khoáng sẵn có để pha vào xi măng Điều này giúp cho các nhà máy xi măng tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm tối đa tài nguyên, khoáng sản và năng lượng trong sản xuất xi măng, đảm bảo các chỉ tiêu về bảo vệ môi trường theo tiêu chuẩn quy định

Song song, với việc pha phụ gia khoáng vào quá trình nghiền xi măng, hiện nay có một phương pháp rất tiên tiến đang được áp dụng ở các nhà máy sản xuất xi măng hiện đại Đặc biệt là những nước phát triển, đó là sử dụng phụ gia hóa học, loại phụ gia này có tác dụng trợ nghiền, cải thiện cường độ cho xi măng, tăng hiệu quả sản xuất và chất lượng của xi măng Việc nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học có ý nghĩa rất lớn trong ngành công nghiệp xi măng hiện nay Đó cũng chính là

lý do tôi chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng các loại phụ gia hóa học (Chemical

Additives) để cải thiện cường độ của xi măng portland hỗn hợp”

Mặc dù, đã rất cố gắng nhưng trong quá trình làm luận văn cũng sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thấy cô và các bạn để nội dung đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND

Xi măng Portland (XMP) là loại chất kết dính thủy lực, bền nước, nó có khả năng đóng rắn không chỉ trong môi trường không khí mà ngay cả trong môi trường nước Thành phần chủ yếu của XMP gồm những hợp chất cơ bản chứa CaO (oxit base) liên kết với các oxit acid SiO2, Al2O3, Fe2O3

Xi măng Portland là sản phẩm nghiền mịn của clinker với thạch cao thiên nhiên, đôi khi còn pha thêm vào một vài loại phụ gia khác nhằm cải thiện một số tính chất của xi măng, tăng sản lượng và hạ giá thành

Clinker được sản xuất bằng cách nung “kết khối” hỗn hợp phối liệu sống đã được nghiền mịn và đồng nhất: đá vôi, đất sét hoặc đá vôi, đất sét và phụ gia điều chỉnh khác (quặng sắt, xỉ lò cao…) Thông thường lượng đá vôi chiếm từ 75 – 80% trong hỗn hợp phối liệu

Hình 1.1: Nhà máy xi măng Holcim Hòn Chông, Kiên Lương

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

1.2 NHỮNG ĐẶC TRƯNG VỀ THÀNH PHẦN CỦA CLINKER XMP1.2.1 Thành phần hóa học 3, 4

Thành phần hóa học chính của clinker chủ yếu là bốn oxit CaO, SiO2, Al2O3 và

Fe2O3 Tổng hàm lượng của chúng chiếm từ 95 – 97%, ngoài ra còn có một số oxit khác chiếm hàm lượng không nhiều: MgO, K2O, Na2O, TiO2, Mn2O3,SO3, P2O5… Những oxit trong clinker đều ảnh hưởng đến thành phần khoáng clinker

và tính chất sử dụng của xi măng

CaO: thành phần chính thứ nhất trong clinker xi măng Muốn clinker có chất

lượng tốt thì CaO phải liên kết với các oxit khác tạo ra các khoáng có tính kết dính

và cho cường độ cao Trường hợp ngược lại, khi lượng CaOtự do nhiều làm cho sản phẩm xi măng kém ổn định về thể tích vì quá trình hydrate CaOtự do kèm theo sự tỏa nhiệt và trương nở thể tích Quá trình này diễn ra trong thời gian dài Clinker chứa nhiều CaO nếu kết hợp tốt với SiO2 và các oxit khác sẽ tạo nhiều dung dịch rắn alite

và belite Điều này làm cho hồ xi măng đóng rắn nhanh, mác sẽ cao, tỏa nhiều nhiệt nhưng xi măng sẽ kém bền trong môi trường nước và sulfat

SiO 2 : là thành phần chính thứ 2, nó tương tác với CaO tạo ra các khoáng

silicat (C3S, C2S) Nếu tăng hàm lượng SiO2 thì tổng khoáng silicat sẽ tăng (C2S sẽ tăng tương đối nhanh hơn C3S) Sản phẩm đóng rắn và phát triển cường độ trong những ngày đầu chậm (1, 3 và 7 ngày), xi măng tỏa nhiệt ít Do đó xi măng bền trong môi trường nước và môi trường sulfat

Al 2 O 3 : oxit này liên kết với CaO tạo ra các khoáng aluminat canxi C3A,

C5A3,… và liên kết với Fe2O3 tạo khoáng alumoferit canxi (C4AF) Nếu tăng hàm lượng Al2O3 thì trong clinker xi măng sẽ chứa nhiều C3A Xi măng sẽ đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền trong môi trường nước, môi trường sulfat Đồng thời, làm độ nhớt pha lỏng tăng gây cản trở quá trình tạo khoáng C3S Mặt khác, khi làm lạnh các khoáng aluminat dễ bị phân hủy và tạo CaOtự do

Fe 2 O 3 : nó liên kết với CaO và Al2O3 tạo ferit canxi, aluminat canxi làm giảm nhiệt độ kết khối của clinker và độ nhớt pha lỏng Sản phẩm đóng rắn chậm ở giai đoạn đầu, có độ bền trong môi trường nước, môi trường sulfat cao Nếu tăng hàm lượng Fe2O3 thì dễ bị anô clinker trong lò quay, dễ bị dính, gây sự cố treo lò trong

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

thể diễn ra vài năm, là sản phẩm không ổn định thể tích Cần khống chế lượng MgO

<5% trong quá trình nung luyện Thực tế MgO có trong clinker xi măng sẽ tồn tại ở

3 dạng: khoáng periclaz, dung dịch rắn với các khoáng (C54S16AM) và nằm trong pha thủy tinh Khi MgO ở dạng periclaz với hàm lượng >3%, kích thước tinh thể

>10m, tác dụng với nước chậm, khi đóng rắn xi măng không ổn định thể tích, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Còn khi MgO nằm trong dung dịch rắn hoặc pha thủy tinh clinker thì không gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

TiO 2 : do đất sét mang vào, nó lẫn trong clinker một lượng rất nhỏ 0.3%

Người ta nghiên cứu thấy rằng nếu thay SiO2 bằng TiO2 từ 4 – 5% không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm xi măng Còn nếu tăng hàm lượng >5% sẽ làm giảm cường độ cơ học của xi măng

Mn 2 O 3 : nó có mặt trong clinker khoảng 1.5% làm xi măng có màu nâu hung

nhưng không làm ảnh hưởng đến chất lượng clinker Có thể thay thế Fe2O3 bằng

Mn2O3 đến 4%, khi nung luyện Mn2O3 sẽ kết hợp với các oxit khác như: CaO,

Al2O3 sẽ tạo ra các khoáng 4CaO Al2O3 Mn2O3 có tính chất tương tự như C4AF

P 2 O 5 : oxit này trong clinker nó chiếm một lượng không lớn lắm khoảng 1– 2%

có tác dụng làm chậm quá trình đóng rắn sản phẩm Hiện nay người ta có thể đưa

P2O5 có hàm lượng <1% vào phối liệu để làm phụ gia khoáng hóa

K 2 O + Na 2 O: luôn luôn có mặt trong clinker vì do đất sét mang vào Khi nung

luyện ở nhiệt độ cao các oxit kiềm dễ bị bay hơi, một phần tan trong pha lỏng tạo thủy tinh hay tham gia phản ứng tạo khoáng chứa kiềm, nên trong clinker chỉ còn 0,5 – 1% Sự có mặt của oxit kiềm làm tốc độ đóng rắn kém ổn định, tạo ra các vết loang trên bề mặt sản phẩm Hàm lượng kiềm cho phép trong clinker <0,5% Cần nhớ rằng hàm lượng các oxit kiềm lớn khi bay hơi sẽ gây sự cố ở tháp tiền nung, đóng tảng trong các cyclon trao đổi nhiệt, các gazoxog làm trở lực của hệ tháp tăng lên sinh ra hiện tượng dội áp suất rất nguy hiểm Nhất là khi sử dụng các loại đất sét chứa kiềm nhiều và nhiên liệu chứa nhiều lưu huỳnh Điều này có thể giải thích:

R2O + H2SO4  R2SO4 + H2O

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

Bảng 1.1: Thành phần hóa của clinker xi măng portland

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

Bảng 1.2: Thành phần khoáng chính của clinker xi măng Portland

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHUNG

Lò nung luyện clinker

T  1450oC

Nghiền clinker với thạch cao

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

Qui trình sản xuất xi măng Portland (XMP) có thể chia làm 3 giai đoạn cơ bản:

- Giai đoạn 1: Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu

- Giai đoạn 2: Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker

- Giai đoạn 3: Nghiền clinker với phụ gia để tạo thành xi măng Portland Quá trình sản xuất XMP được tiến hành theo 3 phương pháp cơ bản:

- Sản xuất XMP theo phương pháp ướt

- Sản xuất XMP theo phương pháp bán khô

- Sản xuất XMP theo phương pháp khô

Sự khác nhau chủ yếu của 3 phương pháp nằm ở giai đoạn 1 và 2 của quá trình sản xuất XMP Còn giai đoạn 3, nghiền clinker cùng với phụ gia thành XMP cơ bản

là giống nhau

1.3.1 Khai thác và vận chuyển nguyên liệu

1.3.1.1 Khai thác và vận chuyển đá vôi:

Mỏ đá vôi hầu hết tồn tại ở dạng lộ thiên, vì vậy việc khai thác dễ dàng và thuận lợi Trước khi khai thác cần loại bỏ tạp chất trên bề mặt, những vỉa dolomite nằm xen trong mỏ đá vôi

Đá vôi được khai thác bằng phương pháp nổ mìn, cắt tầng, theo phương pháp này công trình mỏ được phát triển từ trên xuống dưới, hết lớp này đến lớp khác Sau

đó dùng xe ủi thu gom, máy xúc đổ lên ôtô, băng tải… rồi chuyển về nhà máy

1.3.1.2 Khai thác đất sét và vận chuyển:

Trước khi khai thác cần loại bỏ lớp đất màu, mùn, sỏi… Mỏ đất sét lộ thiên hoặc ngầm trong lòng đất hay dưới nước Tùy cấu tạo mỏ đất sét mà sử dụng loại máy và thiết bị khai thác thích hợp:

- Máy xúc 1 gầu, máy xúc nhiều gầu, máy gạt

- Tàu cuốc, thiết bị khai thác cơ khí thủy lực

1.3.2 Gia công nguyên liệu

1.3.2.1 Gia công đá vôi:

Đá vôi sau khi cho nổ mìn thường có kích thước từ 600 – 1000mm Sau đó được đập sơ bộ trong máy nghiền hàm để đạt kích thước từ 150 – 300mm Tiếp tục chuyển vào máy nghiền búa để đạt kích thước từ 5 – 25mm Trong công nghệ hiện

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

đại, thường đá vôi được đập đồng thời trong máy đập búa và đập phản hồi kích thước đá từ 1000mm sau khi đập xong đạt <25mm Đá vôi sau khi đập xong chuyển vào kho chứa và nhờ hệ thống băng chuyền chuyển đến các thiết bị nghiền phối liệu

để sản xuất clinker XMP

1.3.2.2 Gia công đất sét:

Sản xuất theo phương pháp ướt lò quay: đất sét sau khi khai thác được đập nhỏ chuyển tiếp vào máy bừa bùn độ ẩm đạt 60 – 70%, đưa vào bể chứa Sau đó chuyển

vào máy nghiền bi để nghiền chung với đá vôi

Sản xuất theo phương pháp khô lò quay: đất sét được đập sơ bộ trước khi đưa vào máy sấy nghiền liên hợp, để nghiền chung với đá vôi (độ ẩm đất sét trước khi vào máy sấy nghiền <10%)

Sản xuất theo phương pháp khô lò đứng: nếu nguyên liệu và nhiên liệu có độ

ẩm cao, cần phải được sấy đến độ ẩm yêu cầu trước khi vào máy nghiền

1.3.3 Phối liệu và nghiền bột liệu sống

Sau khi tính toán, hỗn hợp phối liệu được xác định tỷ lệ thành phần các cấu tử thích hợp, cũng như nguyên liệu được gia công sơ bộ đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, tiếp tục đưa vào các thiết bị định lượng Hai nguyên liệu chính đá vôi và đất sét cần được đồng nhất sơ bộ trong kho phối liệu có thiết bị rải đổ Hỗn hợp phối liệu có bổ sung phụ gia điều chỉnh, tiếp tục cho vào máy sấy nghiền bi liên hợp hoặc máy sấy nghiền đứng con lăn liên hợp nghiền mịn

Độ mịn của hỗn hợp phối liệu có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nung luyện

và chất lượng của clinker Độ mịn càng cao bề mặt tiếp xúc giữa các cấu tử càng lớn, quá trình hóa lý khi nung xảy ra càng nhanh, chất lượng clinker càng cao

Qua nghiên cứu cho thấy:

- Độ mịn phối liệu còn 5 – 8% trên sàng 4900 lỗ/cm2, KH = 0,87 – 0,89, n = 2

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

1.3.4 Nung luyện clinker XMP

Quá trình lý hóa khi nung luyện clinker xi măng:

a Quá trình lý học:

Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều, sự cháy xảy ra trong khoảng

20 – 30m chiều dài lò Tốc độ dòng khí trong lò ở từng khu vực khác nhau thì khác nhau từ 6 – 13m/s Tốc độ lớn nhất là sát trục lò, nhỏ nhất là gần lớp gạch lót lò Xích trao đổi nhiệt có khả năng làm cho tốc độ dòng khí điều nhau theo tiết diện lò Vật liệu chuyển động dọc theo chiều dài lò, chủ yếu là trượt trên bề mặt lớp vỏ

lò với tốc độ khác nhau của những hạt vật liệu có kích thước khác nhau

Thời gian lưu thông thường từ 3 – 6h

Lò chia làm 3 zone: zone sấy, zone decarbonat hóa, zone kết khối, vật liệu chuyển động bên trong lò dạng hình sin

b Quá trình hóa học:

Bao gồm nhiều giai đoạn nhưng không tách rời một cách rõ ràng mà nó xảy ra nối tiếp nhau hoặc đồng thời Tuy nhiên, có thể chia thành 6 giai đoạn cơ bản:

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

Là giai đoạn tách ẩm bên ngoài, nước tự do bay hơi, phối liệu đóng thành cục rồi vỡ vụn ra, ở vùng sấy nhiệt độ khoảng 100oC

- Dehydrate hóa khoáng sét (mất nước hóa học)

Là giai đoạn đốt nóng vật liệu khô, khử nước của khoáng sét Xảy ra tại vùng đốt nóng nhiệt độ tùy thuộc vào từng loại khoáng sét:

+ Kaolinite: 450 – 700oC; Al2O3.2SiO2.2H2O 2SiO2 Al2O3 + H2O + Illinite: 450 – 700oC; 850 – 900oC

Trong phương pháp ướt (không có thiết bị gia nhiệt trước) vùng đốt nóng có thể chiếm 50 – 60% chiều dài lò

- Decarbonat hóa đá vôi

Là quá trình đốt nóng phối liệu kèm theo phản ứng phân hủy carbonat nhưng chưa hoàn toàn, phân hủy meta Kaolinite và xảy ra phản ứng trạng thái rắn giữa CaO, CaCO3 với các khoáng sét tạo CA, một phần C2S,  – C2S

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

Xảy ra ở vùng canxi hóa, nhiệt độ khoảng 900 – 1.000oC

2SiO2 Al2O3 2SiO2 + Al2O3 CaCO3 CaO + CO2

MgCO3 MgO + CO2

- Phản ứng tỏa nhiệt ở trạng thái rắn

Là giai đoạn xảy ra các phản ứng tỏa nhiệt ở trạng thái rắn để tạo ra các khoáng C3A, C4AF, C2S và C3S nhưng quá trình chưa rõ ràng

Xảy ra tại vùng phóng nhiệt, nhiệt độ từ 1.100 – 1.300oC

CaO + Al2O3 CaO.Al2O3 CaO.Al2O3 + 2CaO 3CaO.Al2O32CaO + Fe2O3 2CaO.Fe2O3 2CaO.Fe2O3 + CaO.Al2O3 + CaO 4CaO.Al2O3 Fe2O3

CaO + SiO2 2CaO.SiO2

- Phản ứng kết khối có mặt pha lỏng

Là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình tạo khoáng clinker Các khoáng

dễ chảy như C3A, C4AF, C2F và các tạp chất dễ chảy khác bị chảy lỏng ra (ở giai đoạn đầu kết khối 1300o

C), toàn bộ SiO2 + CaO tạo ra C2S và tiếp tục kết hợp với CaO tạo ra khoáng C3S ở nhiệt độ khoảng 1450oC

Xảy ra ở vùng kết khối, nhiệt độ từ 1300 – 1450oC C2S + CaO C3S

- Làm lạnh clinker

Là một trong những giai đoạn quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của clinker Ở 1450o

C, làm lạnh chậm thì ở nhiệt độ khoảng 1.250oC, C3S sẽ chuyển thành C2S + CaOtự do và ở 675oC xảy ra biến đổi thù hình  – C2S   – C2S (không có tính kết dính), giảm hàm lượng khoáng alite trong clinker Vì vậy để khắc phục hiện tượng trên ta cần phải làm lạnh nhanh clinker có các tác dụng sau: + Khoáng alite không bị phân hủy, do đó hàm lượng alite lớn, làm tăng tính cường độ cho XMP

+ Từ 1450 – 1300oC, trong clinker còn 1 lượng pha lỏng và vẫn tiếp tục tạo khoáng C3S và tách tinh thể  - C3S khỏi pha lỏng

900oC

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

+ Nhiệt độ < 1300oC, một phần tái kết tinh pha tinh thể (C3S, C2S, C3A, C4AF, MgO, CaOtự do) còn một phần đông cứng thành pha thủy tinh clinker Làm lạnh nhanh, tinh thể có lợi cho quá trình đóng rắn, nhất là MgO và CaOtự do

+ Làm lạnh nhanh tránh được sự chuyển đổi thù hình  – C2S   – C2S và

C3S ít bị phân hủy thành C2S + CaOtự do

+ Hạt clinker xuất hiện những vết nứt do nội ứng lực, qua đó clinker dễ nghiền, năng lượng nghiền mịn thấp hơn

1.3.5 Quá trình nghiền clinker với phụ gia thành xi măng

Sau khi ra khỏi lò nung clinker được ủ từ 10 – 15 ngày để:

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

- Lượng CaOtự do sẽ tác dụng với hơi nước trong không khí tạo Ca(OH)2, do đó

sẽ ổn định thể tích trong quá trình đóng rắn sau này và giúp cho clinker dòn dễ nghiền Để đạt được mục đích này thường phun nước dạng sương mù vào clinker mới ra khỏi lò, hiệu quả làm lạnh nhanh hơn, rút ngắn thời gian ủ, giảm diện tích kho

- Không cho phép clinker nóng vì giảm năng suất nghiền và CaSO4.2H2O (phụ gia điều chỉnh) bị dehydrate ngay trong quá trình nghiền làm giảm tác dụng điều chỉnh tốc độ đóng rắn xi măng của thạch cao

- Tăng năng suất máy nghiền và tránh sự cố ách tắc khi nghiền

Khả năng nghiền clinker phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

- Kích thước clinker vào máy nghiền (8 – 10mm thì năng suất tăng 10 – 15%,

2 – 3mm năng suất từ 25 – 30%)

- Phương pháp nghiền

- Clinker làm lạnh nhanh dễ nghiền hơn clinker làm lạnh chậm, nguội dễ nghiền hơn nóng

- Clinker chứa nhiều C3S và C3A khó nghiền hơn clinker chứa ít C3S và C3A

- Clinker nung trong lò quay khó nghiền hơn clinker nung trong lò đứng Để tăng hiệu quả nghiền ta pha thêm một ít phụ gia trợ nghiền

- Phun một lượng nước thích hợp trong quá trình nghiền

 Xi măng có độ mịn càng cao đóng rắn càng nhanh, cho cường độ cao

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

1.3.6 Xi măng thành phẩm, kiểm tra và xuất hàng

Sau khi ra khỏi máy nghiền xi măng sẽ được chuyển đến silô chứa (vận chuyển lên silô bằng vít tải, băng tải, gàu nâng )

Giữ xi măng trong silô và tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu: lượng sót sàng, Blaine, mác, thời gian đông kết, lượng nước tiêu chuẩn,

Xi măng đạt yêu cầu về chất lượng sẽ được xuất đi theo hai hướng chính: đóng bao và đổ xá

Tóm lại: Lựa chọn phương pháp sản xuất xi măng thích hợp là một trong

những vấn đề quan trọng, nó quyết định các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của một nhà máy Vì vậy phải lựa chọn phương pháp tối ưu nhất, do đó xu thế phát triển trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng là công nghệ sản xuất xi măng Portland theo phương pháp khô lò quay

1.4.1 Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ khô lò quay hiện đại

Hình 1.3: Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ khô lò quay

Mỏ đá Nghiền

Nơi lấy mẫu

Đánh đống nguyên liệu Hiệu chỉnh

Phễu cấp liệu

Lọc bụi tĩnh điện Silo đồng nhất

Phụ gia

Nghiền xi măng

Lọc bụi

Đổ xá Đóng bao

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

1.4.2 Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ bán khô lò quay

Hình 1.4: Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ bán khô lò quay

Mỏ đá Nghiền đá Kho nguyên liệu Hiệu chỉnh

Nghiền xi măng

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

1.4.3 Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ ƣớt lò quay

1.5 QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN CỦA XI MĂNG PORTLAND

1.5.1 Quá trình lý hóa khi xi măng đóng rắn 2, 3, 6

Giai đoạn 1: là giai đoạn chuẩn bị

Giai đoạn 2: là giai đoạn keo hóa hay gọi là chu kỳ ninh kết

Giai đoạn 3: là giai đoạn kết tinh hay gọi là chu kỳ đóng rắn

Hình 1.5: Quy trình công nghệ sản xuất XMP hệ ƣớt lò quay

Mỏ đá Nghiền đá Kho nguyên liệu Hiệu chỉnh

Nghiền xi măng

Lọc túi

Đổ xá Đóng bao

Lọc tĩnh điện

Nghiền bùn

Bể bùn

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

Giai đoạn 1: khi xi măng tác dụng với nước hình thành một lớp sản phẩm

ngay trên bề mặt hạt, chủ yếu là các hydro silicat canxi CSH Các sản phẩm mới hình thành tan vào nước một phần tạo dung dịch quá bão hòa (lượng nước ít) Một phần không tan vẫn nằm trên bề mặt hạt khoáng xi măng tạo cấu trúc gel làm tốc độ

nước thâm nhập chậm lại Thời gian tác dụng khoảng 1h

Giai đoạn 2: trong dung dịch quá bão hòa, các sản phẩm ở dạng keo Các

hydro silicat canxi CSH kết tinh dạng sợi, gel đá xi măng cường độ Thời gian ninh kết của xi măng ứng với giai đoạn tác dụng này Các tinh thể ettringite tạo thành

Giai đoạn được coi là kết thúc sau 24h

Giai đoạn 3: do nước bay hơi, các keo CSH trong dung dịch kết tinh dần cho

tới hết, tạo cấu trúc gel với nhiều lỗ xốp nhỏ Các lớp gel trên bề mặt xi măng có khả năng giữ nước, lượng nước tiếp tục thấm sâu vào bên trong lớp hạt khoáng xi măng và quá trình lặp lại tương tự Cường độ đá xi măng vì vậy tăng dần theo thời

gian

1.5.1.2 Quá trình hóa học

Xi măng portland chứa thành phần khoáng và thành phần hóa Vì vậy, khi nó phản ứng hóa học với nước thì quá trình diễn ra cũng rất phức tạp Theo I.un quá trình này xảy ra hai giai đoạn: Đầu tiên là quá trình thủy phân hay thủy hóa các

Hình 1.6: Quá trình hydrate hóa của hồ xi măng

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

khoáng xi măng với nước, sau đó các sản phẩm thủy phân, thủy hóa tác động tương

hỗ với nhau hay tác dụng với các phụ gia hoạt tính trong xi măng

Quá trình hydrate hóa từng khoáng trong XMP:

a Sự hydrate hóa khoáng C 3 S

C3S phản ứng thủy phân với nước tạo thành hydro silicat canxi có tỉ lệ phân tử CaO/SiO2 < 3:

3CaO.SiO2 + nH2O = xCa(OH)2 + yCaO.SiO2.mH2O Trong đó: x + y = 3; m = n – 2x

Tùy điều kiện phản ứng mà sản phẩm hydrate rất khác nhau (x và n khác nhau) Nhiều nhà nghiên cứu đều thống nhất rằng sản phẩm hydro silicat canxi do

C3S thủy phân là 2CaO.SiO2.mH2O Trị số m thực tế rất dao động Theo Toropop

và Belakin m có thể từ 1 đến 4 mol cho 1 mol 2CaO.SiO2

Một số tài liệu nghiên cứu sự thủy phân C3S thành hydro silicat caxi có tỷ lệ CaO/SiO2 = 3/2

23CaO.SiO2 + nH2O 3CaO.2SiO2.2H2O + 3Ca(OH)2 3CaO.2SiO2.2H2O = C3S2H2 (aprinit)

Khoáng C3S dưới tác dụng của nước bị thủy phân rất nhanh và mãnh liệt, nước

dễ dàng xâm nhập vào trong cấu trúc của nó Ngoài ra, ở mỗi nhiệt độ và nồng độ CaO trong dung dịch khác nhau, sản phẩm sinh ra tương ứng cũng khác nhau

Khoáng C3S, C2S thủy phân hoàn toàn khi nước dư:

3CaO.SiO2 + nH2O SiO2.(n – 3)H2O + 3Ca(OH)2 2CaO.SiO2 + nH2O SiO2.(n – 2)H2O + 2Ca(OH)2 Trong thực tế 2 phản ứng trên không xảy ra đến cùng, vì pha lỏng dần dần bảo hòa làm cho phản ứng ngừng hay chậm lại Do đó, tùy theo nồng độ vôi trong pha lỏng mà C3S xảy ra các phản ứng khác nhau

Tạo thành khoáng CaO.SiO2.H2O (CSH) là khoáng bền

Khi tỷ lệ CaO/SiO2 = 0,8 – 1,5 ứng với nồng độ vôi trong pha lỏng bằng 0,08 (1,1gam CaO/lít)

Khi nồng độ vôi là 1,1gam/lít tính theo CaO thì hydro silicat canxi có công thức là: 2CaO.SiO2.2H2O (C2SH2)

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

Tổng hợp quá trình như sau:

+ Nồng độ CaO < 0,08 gam/lít phản ứng xảy ra như sau:

3C3S + H2O SiO2.nH2O + 3Ca(OH)2 + Nồng độ CaO = 0,08 gam/lít phản ứng xảy ra như sau:

Tóm lại: Phản ứng hóa học giữa C3S với nước luôn có Ca(OH)2 trong pha rắn Đây chính là tính chất riêng biệt của C3S, khi tác dụng với nước bao giờ cũng sinh ra phản ứng thủy phân

b Sự hydrate hóa khoáng C 2 S

Theo I.un khoáng này chủ yếu thủy hóa

2CaO.SiO2 + nH2O 2CaO.SiO2.nH2O Nhiều tác giả đã thống nhất rằng Nếu thủy hóa khi cho ít nước thì không thấy Ca(OH)2 sinh ra Nếu ta lắc liên tục C2S trong nước có hàm lượng CaO là 0,4 gam/lít, thì vôi trong kết tủa không tan trong dung dịch, nếu tăng nồng độ vôi lên 0,6 gam/lít và cũng lắc C2S liên tục thì vôi trong sẽ bị kết tủa, hấp thụ lắng động lại Theo Vet, khi tác dụng với nước cũng tương tự như C3S, nghĩa là nếu dư nước, lắc liên tục thì xảy ra phản ứng thủy phân

2CaO.SiO2 + nH2O SiO2.(n – 2)H2O + 2Ca(OH)2

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng Porland

Thông thường, với nồng độ CaO nhất định trong dung dịch thì có thể theo sơ

đồ sau:

C2S C2SH2 CSH

Hydro silicat canxi là một trong số vật chất tạo nên tính chất dính kết bảo đảm cho đá xi măng phát triển cường độ và có độ bền vĩnh cửu

c Sự hydrate hóa khoáng C 3 A

Theo I.un, kết quả hydrate C3A tạo nên hydro aluminat canxi khác hẳn hydro silicat canxi ở chỗ hydro aluminat canxi rất nhạy dẫn đến kết tinh tạo tinh thể mới Cấu trúc tinh thể của chúng gồm hai nhóm

Nhóm tấm Hecxa và nhóm tấm giả Hecxa Vì vậy, tùy điều kiện có thể có hydro aluminat canxi như sau:

H2O

Hình 1.7: Sự hydrate hóa khoáng C2S tạo khoáng C-S-H