Uận văn nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tổ hợp có chứa so3 p2o5 tới một số tính chất của clanker ximăng pooclăng

MỤC LỤC Mục lục………………………………………………………………………………………… Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt………………………………………………… Mở đầu………………………………………………………………… .3 Chương I.Tổng quan trình tạo thành clanhke…………………… ……7 I.1 Thành phần khoáng clanhke ximăng pc lăng…………… …… I.2 Q trình nung clanhke ximăng pc lăng…………………………………… ….9 I.3 Động học q trình tạo alít…………………………………………………….….….14 Chương II Phụ gia khống hóa……………………………………………………….20 II.1 Khái niệm chất trợ dung chất khống hóa…………………… ……… ….20 II.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia khống hóa………………… …21 II.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài………………………………….…… 25 II.4 Cơ chế tác dụng PGKH trình nung luyện clanhke…… 26 Chương III Nguyên liệu sử dụng phương pháp nghiên cứu…… ….…29 III.1 Nguyên liệu sử dụng……………………………………………………… …….… 29 III.2 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………… ….34 III.3 Sơ đồ nghiên cứu………………………………………………… ………………….36 Chương IV Kết thảo luận…………………………………………… …… 38 IV.1 Tổng hợp số kết nghiên cứu phụ gia khống hóa gần đây… 38 IV.2 Kết mẫu tinh khiết………………………………………………………… ….41 IV.3 Kết mẫu công nghiệp……………………………………………………… …58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………………… 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………….68 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………………….…70 Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 MỘT SỐ KÍ HIỆU VIẾT TẮT Hợp chất, thuật ngữ Viết tắt, kí hiệu CaO C SiO2 S Al2O3 A Fe2O3 F Na2O N K2O K SO3 Khoáng 3CaO.SiO2 C3S Khoáng 2CaO.SiO2 C2S Khoáng 3CaO.Al2O3 C3A Khoáng 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF Xi măng Pooclang XMP Clanhke CLK Phụ gia khống hóa PGKH Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong suốt thập kỷ qua ngành xi măng Việt nam nói riêng xi măng giới nói chung phải đối mặt với việc tăng giá nhiên liệu, giới hạn ngặt nghèo môi trường, yêu cầu ngày cao chất lượng xi măng yếu tố gia tăng khác Quá trình sản xuất xi măng tiêu hao nhiều lượng khoảng 80% lượng tiêu tốn lượng dạng nhiệt để chuyển hóa phối liệu cấp vào lị thành clanhke Do nghiên cứu hoạt động lị tiến hành với mục đích giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ Lị có tháp trao đổi nhiệt, canciner đại ví dụ cho phép sử dụng lượng nhiên liệu nửa so với lị quay phương pháp ướt tính clanhke có sản lượng cao lị ướt nhiều Ngoài việc giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ sử dụng biện pháp pha phụ gia tro bay nghiền mịn, xỉ lò cao nghiền mịn, puzzolan tự nhiên, bụi đá vôi… xi măng Một cách khác để giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm lượng CO2 NOx sử dụng chất khống hóa Các chất khống hóa lần đầu sử dụng Blue Circle vào năm 1970 đầu năm 1980 CaF2 CaSO4 nhằm cải thiện thành phần khoáng clanhke phát triển cường độ xi măng Và việc sử dụng phụ gia khống hóa q trình nung luyện clanhke xi măng giảm nhiệt độ nung tới 1000C giảm nhiệt lý thuyết tạo clanhke tổn thất nhiệt mơi trường xung quanh nhờ giảm nhiệt độ tạo khống zone nung Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng phụ gia khống hóa q trình nung luyện clanhke có ý nghĩa quan trọng cơng nghệ sản xuất xi măng Những thành công việc nghiên cứu sử dụng phụ gia Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 khống hóa làm tiền đề cho việc ứng dụng phụ gia khống hóa cho cơng nghiệp sản xuất xi măng nước ta, đặc biệt để sản xuất xi măng mác cao Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài * Mục đích đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng hai loại phụ gia SO3,P2O5 phụ gia kép P2O5 - SO3 đến q trình tạo khống clanhke vôi tự Đối chứng với kết lý thuyết cho hàm lượng phụ gia khống hóa thích hợp có tác dụng làm giảm nhiệt độ nung luyện thời gian lưu nung luyện clanhke từ tăng suất * Nhiệm vụ đề tài - Tổng hợp nghiên cứu phụ gia SO3, P2O5 đến q trình tạo khống clanhke XMP - Phân tích nhiệt DSC nhiễu xạ tia Rơnghen, làm rõ ảnh hưởng phụ gia SO3, P2O5 đến trình phản ứng tạo khoáng thành phần khoáng clanhke ximăng poóc lăng - Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia SO3,P2O5 P2O5 - SO3 đến hàm lượng vôi tự clanhke - Phân tích chế tác dụng khống hóa phụ gia khống hóa SO3, P2O5 ảnh hưởng đến thành phần khống clanhke Ý nghĩa đề tài Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 - Làm rõ lý thuyết khống hóa cơng nghiệp ximăng Thúc đẩy việc sử dụng phụ gia khống hóa cơng nghiệp sản xuất ximăng - Làm rõ khác biệt việc có khơng sử dụng phụ gia khống hóa phối liệu - Làm rõ việc sử dụng phụ gia khống hóa nâng cao hiệu q trình nung luyện chất lượng clanhke sở phối liệu khó nung Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài loại phụ gia khống hóa thơng dụng Việt Nam nay: SO3 (dưới dạng thạch cao), P2O5 (dưới dạng canxi phốtphát) Việc nghiên cứu thực sở phối liệu khó nung - Các phụ gia khống hóa đưa vào phối liệu với hàm lượng 2% với bước nhảy 0,2% Phương pháp nghiên cứu Quá trình nghiên cứu thực theo trình tự sau - Phương pháp xác định vơi tự nhằm ảnh hưởng phụ gia SO3, P2O5 đến hàm lượng vôi tự clanhke ximăng pclăng - Phương pháp phân tích nhiệt DSC nhằm ảnh hưởng phụ gia SO3, P2O5 đến phản ứng tạo khống clanhke ximăng pc lăng - Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen phân tích định tính thành phần khống clanhke ximăng, từ ảnh hưởng phụ gia khống hóa đến tạo thành khống clanhke ximăng pc lăng Một số tính chất clanhke thực theo tiêu chuẩn Việt Nam hành Kết cấu luận văn Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 Luận văn trình bày giấy A4 với 60 trang gồm phần: - Phần mở đầu - Chương I Tổng quan trình tạo thành clanhke - Chương II Phụ gia khống hóa - Chương III Ngun liệu sử dụng phương pháp nghiên cứu - Chương IV Kết thảo luận - Phần kết luận kiến nghị Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH CLANHKE I.1 Thành phần khống clanhke ximăng pc lăng [1,2,3] Clanhke xi măng poóc lăng sản phẩm nung kết khối hỗn hợp phối liệu đủ thành phần cần thiết để chủ yếu tạo thành khống silicát có độ bazơ cao canxi aluminat alumoferrit Thành phần khoáng clanhke định đến tính chất xi măng pc lăng Clanhke XMP gồm có hai loại khống chính[1] +Khống silicat canxi: 3CaO.SiO2 (Kí hiệu: C3S gọi alit) 2CaO.SiO2 (Kí hiệu: C2S gọi belit) +Khống aluminat canxi: 3CaO.Al2O3 (Kí hiệu: C3A) 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (Kí hiệu: C4AF) Trong clanhke xi măng tổng hàm lượng hai khoáng silicat canxi C3S + C2S = 75÷82% , tổng hàm lượng hai khống aluminat C3A + C4AF =16÷25% - Khống Alít (Tricanxi silicát, C3S): Alít khống nhiều clanhke, tạo cho xi măng có cường độ cao, đóng rắn nhanh Theo Naito, Ono Liyam, alít dung dịch rắn C3S với khoảng 2% C3A 1% MgO Nhưng theo Midgley Fletcher, cịn có ơxít tan lẫn khác Na2O, K2O,TiO2, Fe2O3 Các chất tan lẫn làm thay đổi cấu trúc tinh thể làm cho alít có hoạt tính cao tricanxi silicát tinh khiết Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 Alít bị phân hủy chậm thành C2S CaO khoảng nhiệt độ 1275 ÷ 1250oC Vì vậy, phải có tốc độ làm lạnh clanhke thích hợp để thu alít ổn định nhiệt độ phịng Trong clanhke xi măng alít thường chiếm 45 ÷ 70% - Khống bêlít (Dicanxi Silicát, C2S) Khống tồn dạng thù hình: α , α ′, β γ Trong dạng β _ C S có tính chất kết dính mạnh,nhưng lại dạng bền tồn nhiệt độ 675oC Nếu lưu lâu 6750C β _ C S chuyển thành γ _ C S Trong γ _ C S trơ mặt hóa học có tác dụng kết dính gia cơng thủy nhiệt, cịn dạng α ′ _ C S có tính chất kết dính yếu nên cho cường độ kém, dạng α _ C S trơ khơng thủy hóa Vì vậy, clanhke dạng β _ C S dạng mong muốn Các chất tan lẫn β _ C S P2O5, Na2O, K2O, BaO… Trong clanhke XMP, bêlít thường chiếm 15 ÷ 30% - Khống tricanxi aluminat (C3A) Khống C3A clanhke thực tế có thành phần dao động tạo thành dung dịch rắn hịa tan Na2O, K2O, SiO2, MgO Khoáng alumitnat canxi clanhke XMP chủ yếu C3A va C5A3; tổng hàm lượng hai khoáng chiếm khoảng ÷ 15% - Khống ferrit canxi Trong clanhke XMP pha ferrit canxi không tồn mà nằm alumoferrit canxi C4AF Đây dung dịch rắn C2A C2F Thực tế thành phần pha ferrit thay đổi từ C2F đến C6A2F -Pha thủy tinh clanhke Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 Pha lỏng clanhke làm lạnh nhanh tạo thành pha thủy tinh Thành phần pha thủy tinh phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh tỷ lệ cấu tử có mặt oxyt tạo thủy tinh, độ nhớt pha lỏng.Lượng pha thủy tinh clanhke từ 15 30% - Khoáng chứa kiềm Thơng thường bao gồm hai khống KC23S12 NC3A8 - Các dạng tồn khác: CaOtd (không 2%) periclaz MgO (khơng q 5%) Trong khống C3S, C2S, C3A C4AF khống chính, hàm lượng chúng clanhke tính từ thành phần hóa theo cơng thức Bogue sau: %C S = 4,07.C − 7,6.S − 6,72 A − 1,43F − 2,85SO3 %C S = 2,87 S − 0,75C S %C A = 2,65 A − 1,69 F %C AF = 3,04 F I.2 Quá trình nung clanhke ximăng pc lăng [1,3,6] Q trình nung luyện clanhke bắt đầu kể từ phối liệu cấp vào hệ thống lò kết thúc trình làm lạnh clanhke Khi nung hỗn hợp phối liệu đến nhiệt độ cao xảy trình biến đổi kèm theo thay đổi thành phần khống tính chất lý học hỗn hợp ngun liệu sản xuất Sự biến đổi tập hợp chuỗi bao gồm: Nung nóng sấy khô phối liệu Gia nhiệt phối liệu Tách nước liên kết cấu tử sét Phân hủy CaCO3 Kết khối tạo viên clanhke Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng 10 CNVL Silicát 07-09 Làm nguội clanhke Các q trình tóm tắt gồm bước sau: - Nung nóng sấy khơ phối liệu Đây trình chuẩn bị phối liệu tăng cường trao đổi nhiệt, sấy khơ phối liệu nung nóng phối liệu Giai đoạn có nhiệm vụ chủ yếu làm bốc lượng ẩm tự phối liệu Với lị quay phương pháp ướt độ ẩm khoảng 35÷40%, lị quay phương pháp khơ khoảng 1%, cịn lị đứng 12÷14% Ban đầu đốt nóng phối liệu đến 1000C nước tự bị bốc hơi, 100÷2000C nước hấp phụ phần nước kết tinh bị tách Ở nhiệt độ 400 ÷ 7000C, nước hóa học bị tách ra, kèm theo thay đổi cấu trúc mạng lưới tinh thể Trong giai đoạn chủ yếu xảy q trình đề hydrat hóa khoáng đất sét đặc biệt khoáng Caolinit Trong giai đoạn không xảy phản ứng pha rắn hạt vật liệu Đây giai đoạn thu nhiệt - Phân hủy cấu tử nguyên liệu nung nóng Khi phối liệu đạt nhiệt độ 600 ÷ 10000C, chủ yếu xảy q trình phân hủy đá vôi tạo CaO CO2 Ở nhiệt độ 6000C, q trình phân hủy đá vơi bắt đầu xảy chậm theo phản ứng: CaCO3 CaO + CO2 Đây phản ứng dị thể thuận nghịch, phản ứng xảy tâm (là vị trí có khuyết tật cấu trúc) trình diễn biến tự xúc tác Nhiệt độ cao tốc độ phân hủy CaCO3 nhanh mạnh Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng 66 CNVL Silicát 07-09 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau trình nghiên cứu tổng hợp phân tích số liệu thực nghiệm, luận văn đến số kết luận sau: - Đề tài tổng hợp quan điểm lý thuyết chất khống hóa cơng nghiệp xi măng, chế tác dụng khống hóa hai loại phụ gia SO3, P2O5 số kết nghiên cứu gần - Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia SO3, P2O5 đến hàm lượng vôi tự q trình tạo khống clanhke XMP, hàm lượng phụ gia nghiên cứu là: - Phụ gia SO3 = - 2% - Phụ gia P2O5 = - 2% - Phụ gia khống hóa kép SO3 – P2O5 với tổng hàm lượng 2% Một số nhận xét chung kết thu a Với nguyên liệu tinh khiết - Phụ gia SO3 thúc đẩy trình phân hủy CaCO3, phản ứng pha rắn tạo pha lỏng sớm Phụ gia SO3 có xu hướng làm tăng hàm lượng vôi tự nhiệt độ 13000C, 13500C Ở nhiệt độ 13800C với hàm lượng 0,2 – 0,8 % phụ gia SO3 có tác dụng làm giảm vôi tự đặc biệt khoảng 0,4- 0,6 %; với hàm lượng khác nhiệt độ có xu hướng làm tăng vơi tự - Với hàm lượng phụ gia SO3 từ 0,4 đến 0,6% giảm nhiệt độ nung xuống 40-700C mà hàm lượng vôi tự nằm giới hạn cho phép(theo TCVN) - Phụ gia P2O5 thúc đẩy phản ứng pha rắn xuất sớm so với mẫu đối chứng Chưa thấy hiệu làm giảm vơi tự so với mẫu đối chứng thấy rõ hiệu ổn định khoáng C2S clanker xi măng tránh tượng tả clanker Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng 67 CNVL Silicát 07-09 b Với nguyên liệu công nghiệp - Phụ gia SO3 hàm lượng nhỏ (1%) gây tượng tả bột clanker xi măng, hàm lượng C3S giảm, vôi tự tăng dẫn đến loạt tính chất làm clanker chất lượng - Phụ gia P2O5 với hàm lượng nhỏ giúp ổn định clanker xi măng (đặc biệt khoáng C2S), tránh tượng tả clanker Tuy nhiên với hàm lượng lớn chưa thấy phát huy hay có tác dụng tốt hàm lượng nhỏ - Sự kết hợp hai phụ gia SO3 P2O5 với tỷ lệ 1:1 hàm lượng nhỏ (