Xi măng pooclăng (xi măng P)

• Nguyên lý sản xuất xi măng P; Dưới tác dụng của nhiệt độ cao các oxide trong nguyên liệu sẽ phân huỷ và tác dụng với nhau để tạo ra những khoáng silicat tồn tại ở dạng lỏng khi t = 145

Xi măng Pooclăng (xi măng P)

xi măng P là chất kết dính chịu nước được sản xuất từ hai nguyên liệu chủ yếu là

đá vôi và đất sét, nung đến nhiệt độ 1.450°C và sau đó làm lạnh rồi nghiền mịn

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

Giai đoạn I: Chuẩn bị nguyên liệu và hỗn hợp phối liệu

Giai đoạn II: Nung phối liệu tạo clinker,

Giai đoạn II: Cho thêm phụ gia và nghiền mịn để tạo thành xi măng P

* Tuỳ thuộc vào giai đoạn I mà chia thành 3 phương pháp sản xuất: ướt và Khô.

Phương pháp ướt: Nguyên liêu được trộn đều nghiền chung với nước rồi đưa

vào lò ở dạng lỏng Phương pháp này cho xi măng có chất lượng cao nhưng thiết

bị công kênh và tiều tốn nhiều năng lượng

Phương pháp khô: Nguyên liệu trộn không đều nên chất lượng giảm song thiết

bị đơn giản, đầu tư thấp, ít tốn điện năng

• Nguyên lý sản xuất xi măng P;

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao các oxide trong nguyên liệu sẽ phân huỷ và tác dụng với nhau để tạo ra những khoáng silicat tồn tại ở dạng lỏng khi t = 1450C Sau khi làm lạnh, các khoáng sẽ tạo ra những hạt rắn gọi là clinke Đem nghiền clinke với những phụ gia khác sẽ thành xi măng P

2.1 Nguyên liệu sản xuất xi măng P

2.1.1 Đá vôi

Chủ yếu cung cấp CaO Có thể dùng nhiều loại như đá vôi, đá phấn, đá cẩm thạnh, đá hoa cương Nói chung đá nào nung vôi được thì có thể dùng để sản xuất xi măng được Thích hợp nhất là dùng đá vôi và đá vôi- mergel Ngoài ra

có thể dùng Bùn nephelin, xỉ lò cao

2.1.2 Đất sét

Trong đất sét có chứa những khoáng chính như:

Caolinit: Al2O3.2SiO2.2H2O

Ilit: K2Al4[Al2Si6O20][OH]4.pH2O

và một vài khoáng khác cung cấp: SiO2, Al2O3, Fe2O3

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

2.1.3 Phụ gia

Tuỳ thuộc vào yêu cầu chất lượng sản phẩm mà đưa vào nhiều hay ít, trước hoặc sau khi nung Có 4 loại phụ gia thường gặp:

Phụ gia khoáng hoá: tăng cường quá trình tạo các khoáng cần thiết trong quá

trình nung clinke Vai trò gần giống với các chất xúc tác trong phản ứng hoá học nhưng khác là sau khi nung chúng 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 rắn rất nhanh, không đảm bảo thời gian thì công Vì vậy thực chất phụ gia điều chỉnh để làm chậm quá trình đóng rắn

Phụ gia thuỷ: Tăng cường tính chịu nước của xi măng Thường dùng SiO2 hoạt tính xỉ lò cao hoạt hoá, trepan, opoka,…

Phụ gia đầy: là chất độn, mục đích hạ giá thành sản phẩm Thường dùng gạch,

ngói vỡ đem nghiền nhỏ Lượng phụ gia cho vào nghiền chung với clinke, lương dùng phụ thuộc vào cường độ xi măng thấp hay cao

Phụ gia bảo quản: để tránh hút ẩm và CO2 trong khi bảo quản thì khi nghiền

clinke thường cho thêm phụ gia bảo quản như dầu lạc hoặc dầu thực vật khác

2.2 Nhiên liệu

Muốn đảm bảo năng suất của lò thì phải cung cấp đầy đủ nhiên liệu để lò đạt được nhiệt độ yêu cầu Nhiên liệu phải đảm bảo tính chất kỹ thuật sau:

- Có nhiệt năng cao

- Hàm lượng tro nhỏ nhất

- Hiệu quả kinh tế cao

Trong tất cả nhiên liệu thì khí đốt sử dụng cho lò nung là thích hợp nhất vì có nhiệt năng cao mà lại không có tro

2.3 Quá trình hóa lý khi nung clinke

Trong lò quay

Chia làm 6 vùng:

- Vùng sấy: t0 > 100C Quá trình mất nước lý học

- Vùng đốt: t0 = 500°C Đất sét mất nước hoá học nên mất tính dẻo, các tạp chất hữu cơ trong đất sét cháy hoàn toàn Nguyên liệu tơi ra thành bột

Hai vùng này chiếm 50 - 60% chiều dài lò

Al2O3.2SiO2.2H2O  Al2O3.2SiO2 + 2H2O

-Vùng phân huỷ: t0 = 900 — 1000°C Đá vôi phân huỷ tạo CaO Bắt đầu phản ứng CaO + SiO2 để tạo ra C2S pha rắn

Al2O3.2SiO2  Al2O3 + 2SiO2

CaCO3  CaO + CO2

- Vùng toả nhiệt: t0 = 1000 + 1300°C Các phản ứng phân huỷ xảy ra mãnh liệt tạo ra các khoáng ở pha rắn:

1000°C: CaO + Al2O3  CA

2CaO + SiO2  C2S

1200 — 1300°C: 5CaO + Al2O3  C5A3 —> C3A

2CaO + SiO2  C2S( kết thúc)

3CaO + Fe2O3  C3F

C3F + CaO + Al2O3 C4AF

Hai vùng này chiếm 35% chiều dài lò

— Vùng kết khối: t°= 1300 – 1450 0C

Tất cả các pha rắn chuyển thành lỏng, trong đó xảy ra phản ứng

C2S + CaO  C3S là khoáng chủ yếu của xi măng nhưng chỉ tạo ra trong pha lỏng Vì vậy quá trình phải nung ở nhiệt độ > 13500C

Tại nhiệt độ 1450°C sự tạo thành C3S xảy ra mãnh liệt

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

- Vùng làm nguội: t0 = 1000 - 800°C Không xảy ra quá trình hoá lý Đơn giản là quá trình làm nguội để clinker ra khỏi lò có nhiệt độ giảm xuống nhiệt độ bình thường

Vùng này chiếm 10% chiều dài lò

Trong lò đứng

Chia làm 3 vùng

- Vùng sấy: = 100 - 800C,

Xây ra quá trình mất nước lý học ở 100 - 200C

t =400 + 500°C mất nước hoá học

t = 500 +8000C đất sét mất tính dẻo

- Vùng nung:t = 900 + 1450C

Ở t= 1000°C tạo ra khoáng CA, CS (chủ yếu là CA, còn C2S mới bắt đầu)

t = 1200°C tạo C2S mãnh liệt và tạo ra các khoáng C3S, CF, C4AF là chủ yếu Ngoài ra còn C5A và C5A3

t= 1350 - 14500C tạo pha lỏng và Cạ3Sxuất hiện

- Vùng làm nguội: t= 1450 - 200C.

Chủ yếu là quá trình giảm nhiệt độ ngay trong lò đứng vượt qua = 675°C là nhiệt độ tại đó bC2S  yC 2S Mà y C2S không có tính kết dính và người ta cố gắng hạn chế sự có mặt của nó Nếu thành phần clinker chứa nhiều y C2S thì chất lượng xi măng giảm xuống

Vì vậy khi làm lạnh qua 6750C phải hạ nhiệt độ nhanh để bảo đảm chất lượng xi măng

Một trong những nguyên nhàn làm chất lượng xi măng lò đứng kém xi măng lò quay là vì công đoạn này (làm lạnh trong lò)

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung và chất lượng clinke

2.4.1 Thành phần hóa học của phối liệu

Phối liệu nung xi măng P có: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3

- Nếu nung phối liệu CaO cao thì hệ số KN cao Quá trinh nung sẽ tạo ra nhiều

C3S nếu CaO kết hợp bão hòa với SiO2 do đó chất lượng clinke tăng lên Tuy nhiên cần nhiệt độ cao, thời gian nung lâu hơn, tiêu tốn nhiệt năng lớn sẽ ảnh hưởng đến độ bền lò và năng suất lò

- Nếu phối liệu có SiO2 cao thì clinke sẽ chứa nhiều C3S và C2S, clinke đạt chất lượng cao nhưng khoáng nóng chảy giảm, pha lỏng thấp, khó kết nối trong nung luyện

- Nếu phối liệu có Al2O3 cao thì hàm lượng pha lỏng giảm, độ nhớt tăng, phối liệu khó kết nối, clike chứa nhiều CaO Đồng thời xi măng đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, không bền trong môi trường ăn mòn sunphat

2.4.2 Độ mịn của phối liệu

Độ mịn liên quan chặt chẽ đến động học phản ứng quá trình tạo khoáng clike khi nung Hỗn hợp có độ mịn càng cao thì tốc độ phản ứng khi nung càng nhanh càng hoàn toàn chất lượng càng tốt Thông thường độ mìn yêu cầu 5- 7% tính theo lượng còn lại trên sàng N0009 Nếu độ mịn thấp, kích thước hạt > 100µm,

độ đồng nhất kém Động lực phản ứng tạo khoáng clike thấp, không hoàn toàn, hàm lượng C3S thấp, Hàm lượng CaO tự do tăng, chất lượng clinke thấp

2.4.3 Chế độ nung luyện clinke

Nhiệt độ nung và thời gian nung có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng clinke

Nhiệt độ 1300 – 14500C thời gian 20 – 30 phút sẽ cho chất lượng clinke tốt Nếu nhiệt độ cao thời gian lâu thì một số khoáng bị phân hủy làm clinke có độ sít cao, tốn nhiều năng lượng, năng suất giảm Nếu nhiệt độ thấp và thời gian ngắn thì chất lượng clinke giảm chứa nhiều CaO tự do

Ngoài ra chất lượng clịne còn phụ thuộc vào:

- Chế độ vận hành lò

- Phương pháp sản xuất

- Chế độ làm lạnh clinke

- Loại nhiên liệu sử dụng

Để tăng nhanh quá trình tạo khoáng alit thì có thể nung nhanh với phụ gia

khoáng hoặc tăng nhiệt độ nung

2.5 Quá trình gia công clinke thành xi măng

Clinker ra khỏi lò nung có t = 100 - 2000C Phải gia công tiếp: ủ, nghiền, đóng bao

Ủ clinker

Clinker 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 hydrat hoá tạo thành Ca(OH2); làm dãn nở thể tích, gây nứt nẻ khối clinker giúp cho quá trình nghiền được thuận lợi

Thời gian ủ thường 10 - 15 ngày,

Nghiền mịn

Trong khi nghiền cho thêm các phụ gia Đây là khâu quan trọng Độ mịn càng cao thì cường độ xi măng càng lớn

Xi măng P có MAC 400 thì sau khi nghiền dùng sàng loại (4900 lỗ/cm2 ) sàng sẽ còn lại 8 - 10% trên sàng

Trước khi nghiền thì được đập sơ bộ trong máy đập búa đến kích thước 3 - 5 mm

Xi măng đã nghiền được chứa vào xilô 1000 — 10.000 tấn để đóng bao Thời gian đóng bao càng ngắn càng tốt vì sẽ tránh cho xi măng khỏi bị hút ẩm

2.6 Sơ đồ nguyên tắc sản xuất xi măng P

Tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất, nguyên liệu, nhiên liệu, thiết bị và một số yếu

tố khác để chọn phương pháp sản xuất ướt hoặc khô, lò quay hay lò đứng

Phương pháp ướt lò quay

Phương pháp khô lò quay

2.9 Sơ đồ nguyên tắc sản xuất xi măng Pooclang theo phương pháp ướt.

3 Hướng phát triển công nghiệp sản xuất xi măng

a) Quan điểm phát triển: Ngành công nghiệp xi măng cần phát triển theo hướng bền vững, kết hợp phát triển công nghiệp sản xuất xi măng và quản lý tài nguyên trong dài hạn Nhà nước thống nhất quản lý khoáng sản làm xi măng trong toàn quốc theo quy hoạch, kế hoạch.

b) Về đầu tư: ưu tiên đầu tư các dự án xi măng mới ở các vùng có điều kiện thuận lợi

về nguyên liệu, có điều kiện phát triển công nghiệp, có điều kiện hạ tầng giao thông, 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 đối với 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 lực phát triển kinh tế Vùng Hạn chế đầu tư các dự án xi măng ở vùng khó khăn về nguyên liệu, ảnh hướng đến các di sản văn hóa, phát triển du lịch, an ninh, quốc phòng.

c) Về công nghệ, công suất: Sử dụng công nghệ tiên tiến với mức độ tự đồng hóa cao, tiết kiệm tối đa nguyên liệu, năng lượng trong sản xuất Kết hợp công nghệ sản xuất 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 xi măng công suất lớn, nâng cao năng suất sản xuất, cải tiến công nghệ, tái sử dụng phế thải làm nguyên, nhiên liệu thay thế, đa dạng hóa sản phẩm xi măng và giải quyết tốt hơn các vấn đề về môi trường.

d) 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 thải công nghiệp, phế thải xây dựng, phế thải sinh hoạt trong sản xuất xi măng;

- Đầu tư sản xuất xi măng có quy mô công suất lớn, đủ đáp ứng nhu cầu xây dựng nội địa với số lượng lớn, đa dạng chủng loại sản phẩm với chất lượng cao, giá thành hạ, thân thiện môi trường; phát triển hài hòa các loại xi măng cho công trình biển đảo, xi măng mác cao cho các công trình cần bê tông mác cao, đường bê tông xi măng trên cao, xi măng bền trong các môi trường xâm thực, chịu áp lực thẩm thấu lớn,

xi măng đóng rắn nhanh và các loại xi măng đặc biệt khác.

e) Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật – môi trường cần đạt được:

- Về nguyên liệu: Nguồn nguyên liệu chính cho các dự án xi măng phải được xác định trong Quy hoạch thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản làm xi măng có trữ lượng đảm bảo đủ cho sản xuất liên tục ít nhất 30 năm Sử dụng tiết kiệm

và hiệu quả 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 đai sau khi kết thúc từng giai đoạn hoặc toàn bộ hoạt động khoáng sản; xử lý nước thải theo 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 thiên nhiên trong sản xuất xi măng.

- Các chỉ tiêu kỹ thuật, môi trường: Các nhà máy xi măng, trạm nghiền xi măng đầu tư mới phải đáp ứng yêu cầu về công nghệ với mức độ tự động hóa cao, khuyến khích công nghệ 4.0; chi phí nhân công, nguyên liêu, năng lượng thấp, giảm phát thải ra môi trường.

- Một số chỉ tiêu cụ thể:

+ Tiêu hao nhiệt năng: ≤ 730 Kcal/kg canhke.

+ Tiêu hao điện năng: ≤ 90 Kwh/tấn xi măng.

+ Nồng độ bụi phát thải tại nguồn: ≤ 20 mg/Nm 3

- Các dây chuyền sản xuất xi măng đang vận hành phải cải tạo để đến năm

2020 đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật, môi trường như dự án đầu tư mới.

- 100% dây chuyền sản xuất xi măng phải lắp đặt thiết bị quan trắc môi trường trực tuyến theo quy định của pháp luật về môi trường.

- 100% dây chuyền sản xuất xi măng có công suất lò nung ≥ 2.500 tấn clanhke/ngày phải đầu tư trạm phát điện sử dụng nhiệt khí thải.

4 Tình hình sản xuất xi măng ở nước ta

Nhận định tổng quát về tình hình thị trường xi măng Việt Nam như sau:

- Trong dài hạn, xi măng vẫn là một loại vật liệu xây dựng chủ yếu, cần thiết cho ngành Xây dựng.

- Nhu cầu về xi măng của Việt Nam trong thời gian tới vẫn tăng hàng năm.

- Do đặc điểm địa lý tự nhiên, hàng năm phải vận chuyển một lượng lớn xi măng, clanhke từ phía Bắc vào phía Nam.

- Nhiều nước trên thế giới vẫn có nhu cầu nhập khẩu xi măng nên khi cần thiết có thể xuất khẩu xi măng.