Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất meta cao lanh pdf

Căn cứ các kết quả nghiên cứu đã đạt được và những nội dung khoa học còn tồn tại của giai đoạn RD, dự án đã nghiên cứu mở rộng thêm nguồn nguyên liệu cao lanh, thử nghiệm nung và nghiền

Bộ xây dựng Viện Vật liệu xây dựng

235, Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ:

Dự án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nước

nghiên cứu hoàn thiện công nghệ

sản xuất mêta cao lanh

Bản quyền 2006 thuộc Viện VLXD

Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trưởng Viện VLXD trừ trường hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu

Bộ Xây dựng Viện VLXD

Viện VLXD

ViÖn VËt liÖu x©y dùng

235, NguyÔn Tr·i, Thanh Xu©n, Hµ Néi

B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ c«ng nghÖ:

Dù ¸n s¶n xuÊt thö nghiÖm cÊp nhµ n−íc

nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ

s¶n xuÊt mªta cao lanh

M∙ sè: KC-06 Da16 CN

KS TrÇn Quèc TÕ

Hµ Néi, 2006

B¶n th¶o viÕt xong 03/2006

Tµi liÖu nµy ®−îc chuÈn bÞ trªn c¬ së kÕt qu¶ thùc hiÖn dù ¸n cÊp Nhµ n−íc, m· sè KC-06.DA 16 CN

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh – KC.06.DA.16.CN

danh sách những người tham gia thực hiện dự án

6 Nguyễn An Thái Kỹ sư Phó giám đốc Tham gia

Bảng giải thích các chữ viết tắt, đơn vị đo và từ khóa

1 Các chữ viết tắt:

Me ta cao lanh MK

Silicafume SF

Tro bay FA

Tro trấu RHA

Phụ gia khoáng PGK

Modul độ lớn của cốt liệu nhỏ Mn

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh – KC.06.DA.16.CN i

2.1.2 Yêu cầu đối với cao lanh nguyên liệu 16

2.4.1 Nghiên cứu nung MK trong lò con thoi 232.4.2 Nghiên cứu nghiền MK trên máy nghiền công nghiệp 26

2.5.2 Khái toán đầu t− 292.5.3 Tổng hợp các nhu cầu cho dây chuyền 1.000 tấn/năm 31

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh – KC.06.DA.16.CN ii

3.1.1 ứng dụng MK trong SXTN tấm lợp và tấm phẳng PVA/C 323.1.2 ứng dụng MK trong SXTN tấm phẳng ximăng sợi rơm 403.1.3 ứng dụng MK trong SXTN tấm lợp và tấm phẳng PVA/C khi thay

thế một phần sợi PVA bằng bông bazan

40

Phụ lục I: Danh mục các sản phẩm của dự án

Phụ lục II: ý kiến nhận xét của các đơn vị sử dụng sản phẩm của Dự án

Phụ lục III: Một số kết quả kiểm định chất l−ợng sản phẩm của Dự án

Tóm tắt

Dự án này nhằm nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia mê ta cao lanh ứng dụng chính của phụ gia là để làm phụ gia công nghệ dạng bột trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phương pháp xeo Căn cứ các kết quả nghiên cứu đã đạt được và những nội dung khoa học còn tồn tại của giai đoạn RD, dự án đã nghiên cứu mở rộng thêm nguồn nguyên liệu cao lanh, thử nghiệm nung và nghiền cao lanh trên thiết bị công nghiệp

Sản phẩm sản xuất thử đã thể hiện sự ổn định về mặt công nghệ và chất lượng, đáp ứng yêu cầu làm phụ gia công nghệ dạng bột trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phương pháp xeo

Một quy trình công nghệ sản xuất phụ gia mêta cao lanh đã được thiết lập Một bản hướng dẫn sử dụng phụ gia mêta cao lanh trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phương pháp xeo và bê tông chất lượng cao đã được biên soạn

Đã chuẩn bị vật tư, nguyên liệu để sản xuất 400 tấn sản phẩm và đã sản xuất 300 tấn, đã tiêu thụ 180 tấn, số còn lại sẽ phải kéo dài sang năm 2007

Lời Mở đầu

Trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ, theo phương pháp xeo không thể thiều thành phẩm phụ gia bột siêu mịn, được gọi là phụ gia công nghệ dạng bột (sheet-forming component - SFC) Loại SFC dùng phổ biến nhất

là silicafume (SF), những năm gần đây người ta đã quan tâm đến Mêta caolanh (MK)

Theo quyết định 115/QĐ/TTg ngày 01/ 8/ 2001 của Thủ tướng Chính phủ, từ năm 2004, ở nước ta sẽ ngừng sản xuất tấm lợp amiăng-ximăng (A/C)

và thay thế bằng vật liệu lợp mới Để thực hiện quyết định này, Bộ Khoa học - Công nghệ đã giao nhiệm vụ cho Viện Công nghệ - Bộ Công nghiệp triển khai nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu công nghệ và thiết kế thiết bị sản xuất tấm lợp không amiăng - Mã số KC-06-15 Bộ Xây dựng đã giao cho Viện VLXD triển khai đề tài: Nghiên cứu công nghệ thích hợp sản xuất vật liệu tổ hợp xi măng-polime cốt sợi vô cơ - hữu cơ sử dụng trong xây dựng nhà ở và công trình vùng

đất yếu và vùng có động đất” Mã số RDN-05-01

Kết quả của 2 đề tài đã chỉ ra khả năng sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ dựa trên hệ thống thiết bị xeo tấm lợp A/C có bổ xung thêm một số thiết bị phụ trợ Riêng phụ gia SFC, nếu phải sử dụng SF nhập ngoại thì sẽ đẩy giá thành của sản phẩm mới lên cao Do đó, Bộ KH-CN đã giao nhiệm vụ cho

Viện VLXD triển khai dự án sản xuất thử nghiệm KC-06 DA16.CN: “Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta caolanh” trên cơ sở kết quả nghiên cứu đề tài

RD cấp Bộ năm 1997-1998: Nghiên cứu công nghệ sản xuất mêta cao lanh làm phụ gia trong chế tạo bê tông chất lượng cao - Mã số RD-97.25 để tiến tới tổ chức sản xuất SFC trong nước phục vụ cho phát triển sản xuất các sản phẩm xi măng - sợi hữu cơ

Tuy nhiên, đến tháng 7/2004, xuất phát từ điều kiện thức tế, nên Thủ tướng Chính phủ đã có QĐ 113/QĐ/TTg ngày 20/7/ 2004, cho phép các doanh nghiệp sản xuất tấm lợp A/C được tiếp tục sử dụng sợi amiăng có kiểm soát,

đồng thời khuyến khích các nhà khoa học và các doanh nghiệp nghiên cứu đa dạng hoá sản phẩm tấm lợp bằng các loại sợi khác

Sự thay đổi này đã làm cho dự án sản xuất thử nghiệm: “Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh” gặp khó khăn rất lớn trong việc tiêu thụ khối

lượng sản phẩm sản xuất thử nghiệm theo hợp đồng giao nhiệm vụ giữa Bộ

KH-CN với Viện Vật liệu xây dựng cũng như sự phát triển tiếp tục của sản phẩm này

Trước tình hình đó, dự án đã tìm các hướng khác để tiêu thụ sản phẩm như bê tông đầm lăn, bê tông đúc sẵn cường độ cao, vữa xây dựng đặc chủng, Các đối tượng này có nhiều triển vọng sử dụng khối lượng lớn nhưng tại thời

điểm kết thúc dự án thì khối lượng tiêu thụ còn rất nhỏ

Bởi vậy, báo cáo tổng kết của dự án tập trung vào các nội dung hoàn thiện công nghệ, xây dựng qui trình sản xuất và hướng dẫn sử dụng mêta caolanh trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ, trong vữa và bê tông Phần tiêu thụ 400 tấn sản phẩm, có thể sẽ phải kéo dài thêm sang 2007

Dự án đã tạo ra 2 sản phẩm mới: Quy trình công nghệ sản xuất mêta cao lanh và Hướng dẫn sử dụng mêta cao lanh trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ, bê tông chất lượng cao

Dự án đã có một số đóng góp mới về giải pháp công nghệ: đã sử dụng mêta cao lanh làm phụ gia công nghệ dạng bột trong sản xuất các sản phẩm ximăng sợi hữu cơ đã được thí nghiệm trên dây chuyền công nghiệp Đã chỉ ra khả năng thay thế các phụ gia công nghệ dạng bột phải nhập ngoại, góp phần chủ động trong cung cấp phụ gia, giá thành sản phẩm thấp hơn

Toàn bộ các nội dung hoàn thiện đã được thực hiện trong 24 tháng, bắt

đầu từ 01/2004 và kết thúc vào 12/2005 với tổng kinh phí là 2.350 triệu đồng, trong đó hỗ trợ từ ngân sách SNKH 800 triệu đồng, tỷ lệ thu hồi là 80% kinh phí hỗ trợ

Các kết quả nghiên cứu của dự án cũng đã được công bố trong một số thông tin trong nước

Chương I

Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1 ở nước ngoài

1.1.1 Các tính chất và ứng dụng của caolanh trong công nghiệp

Thành phần khoáng cơ bản của cao lanh là caolinit Các tính chất vật lí và hoá học của caolinit quyết định tới lĩnh vực sử dụng của khoáng này trong công nghiệp Các tính chất vật lí và hoá học lại phụ thuộc vào điều kiện địa chất đã hình thành nên cao lanh, tổng thành phần khoáng vật của mỏ cao lanh Số lượng

mỏ cao lanh trên thế giới có rất nhiều nhưng các mỏ có giá trị thương mại thường rất ít

Cao lanh có màu trắng hoặc gần trắng Trong mạng cấu trúc tinh thể có ít nhóm thế, nên điện tích lớp rất nhỏ, phản ứng trao đổi bazơ thấp Các tinh thể caolinit có dạng giả lục giác xếp chồng giống như một quyển sách lớn hoặc một chồng tài liệu (hình 1.1)

Trên hình 1.2 là ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Cấu trúc tinh thể của caolinit được thể hiện rất rõ

Kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt có tầm quan trọng bậc nhất quyết định đến sự ứng dụng của caolinit trong công nghiệp (hình 1.3)

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của caolinit [1]

Hình 1.2: ảnh hiển vi điện tử quét thể hiện cấu trúc tinh thể của caolinit [2]

Hình 1.3: Phân bố cỡ hạt và ứng dụng của caolinit [1]

Một tính chất quan trọng khác là độ nhớt tương đối thấp ở tỉ lệ hàm rắn cao, nên cao lanh ứng dụng rất hiệu quả trong sản xuất giấy

Những ứng dụng truyền thống của caolanh được tóm tắt trong bảng 1.1 Bảng 1.1: Các ứng dụng truyền thống của cao lanh

- Tráng phủ giấy - Chất độn cho nhựa - Chất độn trong keo dán

- Chất độn giấy - Chất độn mực in - Chất độn trong véc ni

- Chất độn sơn - Xúc tác dầu mỏ - Chất độn trong dược

phẩm

- Một thành phần nguyên

liệu trong ceramic

- Một thành phần nguyên liệu sản xuất sợi thuỷ tinh

- Chất độn trong mỹ phẩm

ở các nước công nghiệp phát triển, lĩnh vực sử dụng cao lanh nhiều nhất

là sản xuất giấy, trên 50% sản lượng, tiếp đến là ceramic và vật liệu chịu lửa, sản xuất sơn, cao su, chất dẻo

Trong khoảng đầu thập niên 90 thế kỷ trước đến nay, mức độ tiêu thụ cao lanh trong sản xuất sợi thuỷ tinh tăng đáng kể vì cao lanh cung cấp cả silic và nhôm, là 2 thành phần thiết yếu để tạo nền sợi thuỷ tinh

ứng dụng mới của cao lanh là cao lanh gia nhiệt ở các khoảng nhiệt độ nung khác nhau: 650-8000C: mêta cao lanh; 1000-10500C: tiền mulit

Cả hai sản phẩm cao lanh gia nhiệt này đang được ứng dụng ngày càng tăng trong sản xuất giấy và sơn cao cấp, thay thế một phần bột màu ôxit titan (TiO2) vốn đang bị khan hiếm dần trên thế giới

Trong lớp tráng phủ giấy, có thể thay thế tới 60% bột màu oxit titan, còn trong sản xuất sơn, có thể thay thế tới 25%, trong khi giá của caolanh nung tinh khiết chỉ khoảng 20% giá của bột màu ôxit titan Hiện tại, ấn Độ là nước đang

đi đầu về lĩnh vực sản xuất cao lanh nung ở dải nhiệt độ 1000-10500C ứng dụng trong nước và xuất khẩu [3]

Mêta cao lanh thường được biết đến như là một phụ gia trong sản xuất chất kết dính cấp thấp ở nhiều nước đang phát triển từ thập kỷ 60 của thế kỷ 20 [4,5,6,7], nhưng phải đến thập kỷ 90 thì mêta cao lanh mới được chế biến, nâng cao giá trị gia tăng khi sử dụng làm phụ gia khoáng hoạt tính cao trong sản xuất

bê tông chất lượng cao và xi măng - sợi [8,9,10,11,12]

1.1.2 Các loại hình công nghệ chế tạo Mêta cao lanh

Chế độ gia công nhiệt cao lanh bao gồm hai tham số chính là nhiệt độ nung và thời gian nung Hai tham số này lại phụ thuộc vào phương pháp nung (gia công nhiệt)

Dưới đây trình bày một số phương pháp nung

1.1.2.1 Công nghệ gia nhiệt trong lò đứng

Phương pháp sản xuất MK bằng lò đứng được sử dụng rộng rãi tại ấn Độ

ở ấn Độ đã đưa vào vận hành loại lò đứng có công suất 10 tấn/ngày Trên hình 1.4 là sơ đồ lò đứng để sản xuất MK

Phương pháp nung bằng lò đứng có ưu điểm là công nghệ không phức tạp, đầu tư thiết bị không lớn, thích hợp với các nước đang phát triển

Nhược điểm của lò đứng là sản xuất gián đoạn, sản phẩm sau khi nung phải đem nghiền mới có thể đạt được độ mịn yêu cầu Ngoài ra việc khống chế nhiệt độ ở vùng nung tương đối khó khăn, đòi hỏi người điều khiển phải có kinh nghiệm Vì thế chất lượng sản phẩm MK sản xuất theo phương pháp nung bằng

lò đứng không ổn định

Hình 1.4: Sơ đồ lò đứng để sản xuất MK [6]

1.1.2.2 Công nghệ gia nhiệt trong lò tầng sôi

Công nghệ sấy tầng sôi có thể sử dụng hiệu quả để nung cao lanh Sản phẩm MK được sản xuất theo công nghệ này đạt độ đồng nhất và độ tinh khiết cao hơn lò đứng Với quy mô sản xuất pilot người ta đã chế tạo thiết bị với công suất 1,5 kg/ phút [13]

Lò tầng sôi có một số ưu việt sau:

+ Thời gian gia nhiệt ngắn (chỉ vài phút)

+ Hiệu quả sử dụng nhiệt của phương pháp rất cao, có thể tiết kiệm tới 50% chi phí nhiên liệu (dầu) so với phương pháp sấy quay hoặc các phương pháp khác

+ Thiết bị gọn nhẹ, sử dụng mặt bằng ít Với công suất 2 tấn/ ngày chỉ cần một thiết bị có tiết diện ngang 152x152 mm (6x6 inch), chiều cao xấp xỉ

610 mm (20 ft)

+ ít phải duy tu, bảo dưỡng thiết bị

+ Việc chế tạo, vận hành thiết bị tương đối đơn giản không có yêu cầu gì

đặc biệt về tay nghề của công nhân (tuy nhiên xin lưu ý là mặt bằng so sánh là các nước tương đối phát triển)

+ Thiết bị vận hành liên tục, năng suất cao, chất lượng đồng đều

+ ấn Độ đã đưa vào vận hành loại lò tầng sôi có công suất khoảng 20 ữ

30 tấn /ngày Trên hình 1.5 là ảnh chụp lò tầng sôi của ấn độ

Hình 1.5: Lò tầng sôi nung cao lanh [13]

Tuy nhiên hiện tại ở Việt Nam chưa có một thiết bị nào hoạt động theo nguyên lý này Vì vậy việc đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật chưa thực hiện

được

1.1.2.3 Công nghệ gia nhiệt trong lò tia chớp

Công nghệ sấy theo kiểu tia chớp đã được ứng dụng tương đối rộng rãi trong sản xuất sơn bột và một số polyme bột

Trong những năm gần đây ở Pháp một nhóm nghiên cứu đã vận dụng công nghệ sấy tia chớp để gia nhiệt cao lanh chế tạo MK và đã ứng dụng ở quy mô công nghiệp đó là nung bằng "lò tia chớp"

Một số ưu điểm nổi bật của công nghệ này là:

+ Thời gian lưu đặc biệt ngắn, chỉ vài chục giây Trong khi phương pháp

lò đứng thời gian lưu là vài giờ còn phương pháp tầng sôi cũng phải mất vài phút

+ Sản phẩm MK sau khi nung không phải nghiền trong khi các phương pháp khác đều phải tiến hành công đoạn nghiền sau nung Như vậy giảm được chi phí năng lượng nghiền

(5) Khí thứ cấp (6) Khí nóng (7) Khí sơ cấp (8) Phun không khí (9) Nhiên liệu (10) Không khí pha loãng (11) Lưu lượng kế

(12) Đường ống chữ U (13) Xyclon

(CC) Khoang đốt Công ty Malet (Cộng hòa Pháp) đã đưa vào vận hành lò tia chớp để sản xuất MK với công suất 800 kg/h (hình 1.6) Thiết bị này cơ động, có thể di chuyển đến sát nơi tiêu thụ để sản xuất MK

Hình 1 6: ảnh chụp hệ thống thiết bị nung MK kiểu tia chớp công suất

800 kg/h [14]

1.2 Trong nước

ở nước ta, cao lanh là nguồn khoáng sản rất phong phú, suốt thập kỷ 70

và một số năm đầu của thập kỷ 80, nhiều nhà khoa học trong nước đã nghiên cứu chế tạo MK từ cao lanh Thạch Khoán, Tam Dương làm nguyên liệu sản xuất Zeolít, Phụ gia cho sơn Silicát Tuy nhiên vấn đề nghiên cứu chế tạo MK

để sử dụng trong các loại vật liệu trên cơ sở chất kết dính xi măng với vai trò là một phụ gia khoáng hoạt tính chưa được quan tâm nhiều

Năm 1997 Bộ Xây dựng có giao cho Viện Vật liệu xây dựng thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất mê ta cao lanh sử dụng trong chế tạo bê tông chất lượng cao” Có thể nói đây là công trình đầu tiên và duy nhất ở Việt Nam cho

đến nay đặt vấn đề nghiên cứu chế tạo mê ta cao lanh từ nguồn nguyên liệu cao lanh trong nước Đề tài đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số công nghệ chủ yếu tới hoạt tính của sản phẩm mê ta cao lanh như: độ tinh khiết của cao lanh nguyên liệu, chế độ gia công nhiệt, các phương pháp nghiền Đề tài đã đạt được những kết quả sau:

+ Khẳng định sự cần thiết phải tinh lọc cao lanh nguyên khai trước khi sử dụng làm nguyên liệu trong chế tạo MK;

+ Đã tìm được chế độ gia công nhiệt tối ưu trong điều kiện nung theo phương pháp gián đoạn, tức là nung ở trạng thái tĩnh;

+ Đã đưa ra được chế độ nghiền sản phẩm theo phương pháp nghiền bi có

sử dụng phụ gia trợ nghiền;

+ Sản phẩm MK thu được đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của ASTM C 618-91, có hiệu quả tương đương với Silicafume ở dạng nén được bán trên thị trường tại thời điểm cuối những năm 1990

Các chỉ tiêu chất lượng chính của phụ gia MK trong giai đoạn RD được trình bày trong các bảng 1.2, 1.3 và 1.4

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của MK (giai đoạn RD)

Bảng 1.4: So sánh chỉ tiêu chất l−ợng của MK (giai đoạn RD) với mức

quy định của ASTM C 618.91

Tuy nhiên, các kết quả nêu trên mới ở quy mô phòng thí nghiệm, phạm vi khảo sát còn hẹp :

- Đề tài mới nghiên cứu sử dụng duy nhất cao lanh Thạch Khoán để chế tạo MK Để phổ biến công nghệ vào sản xuất cần phải nghiên cứu đánh giá thêm khả năng sử dụng các mỏ cao lanh ở các địa phương khác;

- Phương pháp nghiền bi với việc sử dụng phụ gia trợ nghiền tuy đạt được

độ mịn chấp nhận được nhưng năng suất thấp, giá thành cao Để sản xuất

ở quy mô lớn cần phải nghiên cứu lựa chọn phương pháp nghiền quy mô công nghiệp hoặc ít ra cũng tiệm cận với quy mô công nghiệp;

- Đề tài mới chỉ đánh giá ảnh hưởng của phụ gia MK đến một số tính chất cơ lý của bê tông Chưa nghiên cứu sử dụng MK trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ, vữa đặc chủng và bê tông chất lượng cao, những lĩnh vực yêu cầu phải sử dụng tới các phụ gia khoáng hoạt tính cao như SF, MK, RHA (tro trấu)

Để đưa sản phẩm phụ gia MK vào sử dụng trong thực tế sản xuất các sản phẩm này, cần phải hoàn thiện các nội dung cơ bản nêu trên thông qua dự

án sản xuất thử nghiệm để chứng minh tính ổn định về công nghệ và chất lượng sản phẩm khi sản xuất khối lượng lớn trên thiết bị sản xuất quy mô công nghiệp và cách sử dụng có hiệu quả MK trong chế tạo một số sản phẩm gốc xi măng mà nổi bật là các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phương pháp xeo

1.3 Kết luận chương

- Đã tập hợp các thành tựu về tình hình nghiên cứu sản xuất và sử dụng cao lanh, cao lanh gia nhiệt ở nước ngoài Công nghệ mới nhất để chế tạo

MK đạt chất lượng cao là gia nhiệt trong lò tia chớp

- Nghiên cứu sản xuất và sử dụng MK ở trong nước còn ít được quan tâm Các thông số công nghệ rút ra trong giai đoạn RD cũng như những đánh giá về ảnh hưởng của MK tới tính chất của vữa, bê tông còn rất hạn chế Việc thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm để hoàn thiện công nghệ là cần thiết

Chương II

Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ

2.1 Nguyên liệu: Cao lanh

2.1.1 Nguồn cao lanh ở Việt Nam

Nước ta có nguồn cao lanh rất phong phú, phân bố ở hầu khắp các địa phương

Theo số liệu thống kê (bảng2.1) cho thấy: Tổng trữ lượng caolanh của Việt Nam khoảng 900 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở vùng Đông Bắc (209 triệu tấn), Tây Nguyên (233,4 triệu tấn), Đông Nam Bộ (274,9 triệu tấn), ít nhất là vùng Tây Bắc và Đồng Bằng Sông Cửu Long

Bảng 2.1: Phân bố, trữ lượng các mỏ cao lanh lớn theo vùng [15]

Để làm nguyên liệu sản xuất MK lượng sử dụng cao lanh quá nhỏ so với các lĩnh vực khác nên ngoài mỏ Thạch Khoán dự án chỉ chọn thêm 02 mỏ khác

để mở rộng nguồn nguyên liệu có thể sử dụng để sản xuất sản phẩm mới này

Đó là: cao lanh A Lưới (Thừa Thiên – Huế) và cao lanh Trại Mát (Lâm Đồng)

2.1.2 Yêu cầu đối với cao lanh nguyên liệu

Trong giai đoạn RD, sau khi lấy cao lanh Thạch Khoán đã qua lọc của Công ty khai thác và chế biến khoáng sản Phú Thọ đề tài đã tinh lọc tiếp bằng việc sử dụng thêm phụ gia hóa học Thành phần chính thu được là caolinit (bảng 2.2)

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của cao lanh Thạch Khoán qua tinh lọc:

được độ tinh khiết khá cao (bảng 2.3)

Bảng 2.3: Thành phần hóa học của cao lanh lọc của một số cơ sở

xuất SP gốm xây dựng – Caolanh lọc –

Yêu cầu kỹ thuật Loại 2 - ≤ 53 ≥ 30 ≤ 1,7

Từ bảng 2.3 có thể thấy, cao lanh lọc của các cơ sở chế biến nêu trên đều

đạt được loại 1 theo tiêu chuẩn TCVN 6301:1997 Với hàm lượng caolinit trong cao lanh lọc như vậy đáp ứng được yêu cầu cho sản xuất phụ gia MK

Trong nghiên cứu hoàn thiện của dự án, chúng tôi sử dụng trực tiếp cao lanh lọc của các cơ sở chế biến cao lanh, không tinh lọc lại bằng phụ gia hóa học như giai đoạn RD đã làm

2.2.1.2 Lò con thoi (Xưởng thực nghiệm, Viện Vật liệu xây dựng):

a) Đặc điểm của phương pháp nung bằng lò con thoi

+ Thiết bị tương đối đơn giản, phù hợp với trình độ hiện tại của Việt Nam, có thể tự chế tạo trong nước

+ Đầu tư ban đầu thấp, phù hợp với sản xuất ở quy mô vừa và nhỏ Công suất thích hợp nhất là 5 – 10 tấn/ ca tương đương 1.000 – 2.000 tấn sản phẩm/năm

+Thời gian lưu dài, thường là vài giờ Sản xuất gián đoạn

+ Sản phẩm MK sau khi nung phải nghiền Như vậy làm tăng chi phí năng lượng nghiền

+ Khí thải đi qua hệ thống trao đổi nhiệt thu hồi không khí nóng đưa vào

lò để đốt cháy nhiên liệu qua hệ thống phân phối khí thứ cấp Khí thải sau bộ trao đổi nhiệt được quạt hút thổi vào ống khói

Chuyển vận của xe bên ngoài lò được thực hiện bằng tời kéo và xe phà

Lò có hệ thống tự động điều khiển toàn bộ chu trình nung theo chương trình đã định, đồng thời cũng có thể điều khiển thủ công

ở chế độ tự động, các dữ liệu về hoạt động của lò như nhiệt độ, áp lực, lưu lượng được thu thập và truyền về trung tâm điều khiển, hiển thi trên màn hình, trung tâm này thực hiện việc xử lý và đưa ra các lệnh tác động vào bộ phận thừa hành làm thay đổi chế độ làm việc của hệ thống Các thông số hoạt

động của lò được ghi lại trong máy tính và cho phêp in ra để kiểm tra và điều chỉnh

Kết cấu lò

+ Móng lò được thiết kế với tải trọng khoảng 4 tấn/m2 Móng kênh khói

đi ngầm dưới đất ở độ sâu 1,3 mét được đổ bằng bê tông cốt thép M200

+ Khung lò bằng thép hình được chế tạo sẵn và lắp dựng trước trên các vị trí móng xác định Nóc lò được treo trên hệ thống giàn thép hình và các móc neo

+ Cửa lò kiểu trục đứng, 1 cánh, đóng mở thủ công bằng quay quanh trục chính ở cạnh và quay tự do quanh trục tâm, khi đóng cửa lò được ép sát tường lò nhờ các vô lăng

+ Vỏ lò bằng thép tấm dày 2mm được cắt thành từng phần tương ứng với

vị trí lắp đặt các chi tiết phụ trợ và được hàn vào khung giằng tường lò

+ Đường ray trong và ngoài lò có khẩu độ 1,4 m đượưc đặt trên tà vẹt bằng thép chữ U trên nền bê tông, đầu lò có đường ray nối liền lò nung với lò sấy và được bố trí xe phà đẩy tay

Mô tả các bộ phận thiết bị

1 Hệ thống đốt nhiên liệu

Bao gồm tuyến cung cấp dầu và cung cấp không khí

Tuyến cung cấp dầu bao gồm bơm dầu, đường ống, bình lọc dầu, van chặn, van

điều áp, mỏ đốt và bộ đánh lửa điện

+ 1 bơm dầu áp lực 15 kG/cm2, lưu lượng 600kg/h, công suất 0,4 kw;

+ 1 đường ống dẫn dầu chính đường kính Φ 0,75 inch, 2 ống nhánh Φ 0,5 inch

10 ống mềm chịu áp lực dẫn dầu vào mỏ đốt, đường ống dầu hồi Φ 0,5 inch + 1 bình lọc dầu tổng trên đường dẫn chính

+ 1 van giảm áp tổng lắp trên tuyến ống chính duy trì áp lực dầu cấp vào tuyến ống: từ 1,7 đến 2,5 kG/cm2

+ 8 mỏ đốt loại Hawk 781 bố trí thành 4 cặp đối xứng lệch ở hai bên thành lò, mỗi mỏ đốt dược bố trí đồng bộ gồm van chặn, cốc lọc dầu, van điều áp và bộ

đánh lửa cao áp tự động có giám sát đánh lửa bằng tia cực tím lắp tại đầu mỏ

đốt áp lực dầu sau van điều áp tại mỗi mỏ đốt từ 0,38 đến 0,69 kG/cm2 Công suất nhiệt của mỏ đốt có thể dao động từ 77 ữ 370 kw đến 120 ữ 615 kw

2 Tuyến cung cấp không khí đốt nhiên liệu: bao gồm không khí mù hoá, không khí nóng thứ cấp và các van điều tiết

Không khí mù hoá được cung cấp bởi 1 quạt cao áp có thể điều chỉnh tự động

áp lực thông qua số vòng quay của động cơ, quạt có lưu lượng 1.350 m3/h, áp lực ≥ 1000 mm cột nước

Không khí thứ cấp lấy từ bộ trao đổi nhiệt đưa vào mỏ đốt qua tuyến ống riêng,

có nhiệt độ tối đa 300 0C, với tỷ lượng từ 45 đến 50% so với tổng lượng không khí cần thiết để đốt nhiên liệu, tuỳ thuộc chế độ áp suất

3 Hệ thống thải khói lò: bao gồm quạt hút và ống khói

+ Quạt hút khói: Được thiết kế để hút toàn bộ khí thải của hệ thống bao gồm khí thải lò nung, không khí lạnh pha vào bộ trao đổi nhiệt và không khí pha vào quạt để hạ nhiệt độ khí thải tới 250 0C Lưu lượng: 4.500 m3/h; áp lực hút: 250

mm cột nước; nhiệt độ làm việc tối đa: 250 0C

+ ống khói: phần chân được xây bằng gạch đỏ cao 0,8 m phần trên là ống thép

+ Đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ trong lò tại hai điểm ở hai đầu lò; đo nhiệt độ khí thải vào bộ trao đổi nhiệt; đo nhiệt độ không khí nóng và nhiệt độ khí thải trước quạt hút khói

+ Đo áp suất: áp suất dầu được đo trên đường ống chung và tại van điều áp ở mỗi mỏ đốt; áp suất trong lò được đo bằng áp kế nghiêng; áp suất không khí

được đo bằng các áp kế kiểu màng

+ Đo lưu lượng: đo lưu lượng dầu trên tuyến ống chính bằng đồng hồ đo dầu; + Đo lưu lượng không khí sơ cấp và không khí nóng cấp cho mỏ đốt bằng các lưu lượng kế kiểu tấm đục lỗ

6 Hệ thống vận chuyển

Bao gồm xe lò, xe phà, tời kéo, đường ray trong và ngoài lò

+ Xe lò: có 2 chiếc, tải trọng mang: 10 tấn, được chế tạo từ thép hình và thép tấm hàn, 2 trục xe mang hai bánh goòng chạy trên đường ray khẩu độ 1,4m + Xe phà đẩy tay được bố trí đầu lò để vận chuyển xe goòng tới vị trí xếp dỡ và

đưa xe tới cửa lò Xe phà chạy trên đường ray 1,4 m, tải trọng mang 10 tấn + Đường ray: dùng chung trong và ngoài lò, loại P18, tổng chiều dài 70 m + Tời kéo: dùng để kéo xe ra khỏi lò sau mẻ nung Sức kéo 3 tấn, vận hành thủ công

7 Hệ thống điện

Tổng công suất lắp đặt 20 kw Dùng mạng điện công nghiệp, điện áp 380 V, 50

Hz lấy qua trạm biến thế chung của Viện Toàn bộ phần điện động lực cho lò dược bố trí tập trung tại một tủ điện chung, tất cả các máy được đóng mở bằng

công tắc kiểu nút ấn, bố trí tập trung trên bảng điều khiển độc lập ở phía trước

lò

Dự án đã thử nghiệm nung trên thiết bị lớn này

2.2.2 Thiết bị nghiền

2.2.2.1.Máy nghiền bi (Viện VLXD): Máy nghiền bi công suất 1,2 tấn/mẻ, đây là

thiết bị đã được sử dụng trong giai đoạn RD Khi sử dụng máy nghiền bi, giai

đoạn RD đã chỉ ra rằng để đạt được độ mịn cao bắt buộc phải sử dụng phụ gia trợ nghiền

2.2.2.2 Máy nghiền phân ly

Mấy năm gần đây nhiều doanh nghiệp đã đầu tư máy nghiền phân ly để nghiền khoáng sản như bột đá canxit, bột đôlômít, barit, bentonit, apatit, thạch anh… Với thiết bị này có thể nghiền các loại vật liệu có độ cứng nhỏ hơn hoặc bằng 7 theo thang Mohs, độ ẩm của vật liệu yêu cầu nhỏ hơn hoặc bằng 6% Trong nghiên cứu này, dự án chọn thiết bị nghiền này để nghiên cứu hoàn thiện thay cho sử dụng máy nghiền bi tiêu tốn nhiều năng lượng, phải nghiền gián

đoạn và phải sử dụng phụ gia trợ nghiền do đó giá thành nghiền tương đối cao

Trên hình 2.1 là máy nghiền siêu mịn kiểu phân ly Thiết bị được sản xuất tại Trung Quốc Đây là thiết bị đang được sử dụng nhiều tại nhiều cơ sở nghiền của nước ta Thiết bị được sử dụng để nghiền bột đá, talc, thạch anh, betonit Công suất nghiền phụ thuộc vào môđen thiết bị và độ cứng của vật liệu nghiền

Đây là thiết bị nghiền cho kích thước hạt mịn và siêu mịn, hiệu quả kinh

tế cao Nhóm dự án đã tiến hành thử nghiệm nghiền sản phẩm MK trên thiết bị dạng này, mô đen thiết bị là: 3R2714 Các thông số kỹ thuật chính của thiết bị:

+ Quả lăn: đường kính: 270 mm, chiều cao: 140 mm;

+ Vòng lăn: đường kính trong: 830 mm, chiều cao: 140 mm;

+ Kích thước tối đa của nguyên liệu khi kẹp hàm: 130 mm, khi vào máy nghiền: 15 mm;

+ Độ mịn của sản phẩm: 0,044 mm;

+ Tiêu thụ điện năng: 22 KWh

+ Tiêu thụ điện năng của các bộ phận: quạt gió: 15 kWh, kẹp hàm: 5,5 kWh, phân ly: 4 kWh, gầu tải: 3 kWh, cấp liệu rung điện từ: 0,06 kWh

+ Năng suất nghiền: với vật liệu có độ cứng 2-3 theo thang Mohs: 1,3 – 1,6 tấn /giờ

Hình 2.1: Máy nghiền phân ly 3R

2.3 Nghiên cứu hoạt tính của MK từ cao lanh A Lưới và Trại Mát

Dựa trên kết quả của giai đoạn RD, chế độ nung được cố định trong toàn

bộ quá trình nghiên cứu hoàn thiện như sau:

- Nhiệt độ nung: 800 0C

- Thời gian lưu: 5 giờ

Như đã trình bày ở phần trên, nhóm dự án đã lựa chọn nguyên liệu cao lanh từ 03 mỏ có trữ lượng lớn, đặc trưng cho các mỏ của nước ta, được phân bố

ở 3 miền để tiến hành nghiên cứu Các mỏ đó là: Thạch Khoán, A Lưới và Trại Mát Thành phần hóa học của cao lanh đã nêu trong bảng 2.3

Sản phẩm sau khi nung được nghiền bằng máy nghiền bi thí nghiệm cho

đến khi đạt được độ mịn 90 % qua sàng 45 àm

Để đánh giá hoạt tính của sản phẩm MK thu được dự án căn cứ vào các chỉ tiêu sau: tổng hàm lượng Al2O3+SiO2+Fe2O3 và hoạt tính với xi măng Kết quả được thể hiện trong bảng 2.4

Bảng 2.4: Hoạt tính của MK từ cao lanh A Lưới và Trại Mát

A Lưới

Phương pháp thử

1 Al2O3+SiO2+Fe2O3 % 95,5 95,0 95,2 TCVN 7131:2001

2 Cường độ chịu nén sau

28 ngày của mẫu XM

đối chứng PC40 Bút Sơn

N/mm2 54,8 TCVN 6016:1999

3 Cường độ chịu nén sau

28 ngày của mẫu XM

85,9 85,7

85,6 85,3

ASTM C311-00

Kết quả ở bảng 2.4 cho thấy MK từ 3 mỏ trên đều đạt được yêu cầu đặt

ra, trong đó cao lanh Thạch Khoán có cao hơn một ít so với 2 mỏ còn lại

2.4 Nghiên cứu sản xuất thử

2.4.1 Nghiên cứu nung MK trong lò con thoi

Qua kết quả nghiên cứu từ giai đoạn RD và các nghiên cứu hoàn thiện công nghệ nhóm dự án đã tiến hành sản xuất thử 03 đợt trên dây chuyền công nghiệp Thiết bị nung là lò con thoi do trong nước tự chế tạo, công suất: 5-10 tấn sản phẩm/mẻ.Thiết bị nghiền là máy nghiền phân ly do Trung Quốc chế tạo Như đã biết, đối với phương pháp nung bằng lò con thoi, để đảm bảo năng suất và thuận tiện trong sản xuất thì cao lanh nguyên liệu phải được tạo hình hợp lý Nhóm dự án đã tiến hành tạo hình nguyên liệu bằng máy ép viên thông thường, được sử dụng trong sản xuất gạch chịu lửa và đóng viên thủ công Kích thước viên cao lanh nguyên liệu như sau: 220 x 110 x 60 mm Nguyên liệu

được để khô tự nhiên Độ ẩm nguyên liệu đưa vào lò nung 4 -5 %

ở giai đoạn RD đã lựa chọn được chế độ gia công nhiệt là nung ở nhiệt

độ 800 0C trong thời gian 5 h Tuy nhiên khi đó sử dụng phương pháp nung thủ công bằng lò lửa đảo công suất 1 tấn/mẻ Để tìm được chế độ gia công nhiệt tối

ưu về kinh tế – kỹ thuật chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của chế độ nung đến hoạt tính sản phẩm ở quy mô sản xuất công nghiệp

Căn cứ kết quả của giai đoạn RD nhóm dự án lựa chọn vùng khảo sát như sau: Nhiệt độ nung: 750, 800 0C; thời gian nung: 4; 4,5 và 5 giờ Khối lượng nung là 100 tấn, được chia làm 3 đợt (bảng 2.5) Nguyên liệu là cao lanh lọc của Xí nghiệp Sứ Lâm Đồng

Bảng 2.5: Chế độ nung và khối lượng mung của 3 đợt thử nghiệm

90 % qua sàng 45 àm trên máy nghiền phân ly 3R

Tính chất của MK thu được của đợt 1 và đợt 2 trình bày trong bảng 2.6 Bảng 2.6 : ảnh hưởng của T và τ gia công nhiệt tới tính chất của MK

Độ hút vôi mg/g