tiểu luận công nghệ sản xuất xi măng

Clinker được sản xuấtbằng cách nung kết hợp hỗn hợp nguyên liệu đá vôi, đất sét và quặng sắt với thành phần xácđịnh đã được định trước, Clinker có dạng cục sỏi nhỏ, kích thước 10-50mm.Ng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

Học phần: Kỹ thuật bảo vệ môi trường công nghiệp Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Lan Phương Sinh viên thực hiện: Lê Minh Sơn 20201917 Bùi Doãn Anh 20201839 Mai Tiến Thành 20201921 Lớp: 142644

Hà Nội, tháng 6, năm 2023

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG 4

1.1 Clinker 4

1.1.1 Thành phần hóa học của clinker 4

1.1.2 Thành phần pha của clinker: 4

1.1.3 Đặc trưng của các khoáng clinker 5

1.2 Thạch cao 6

1.3 Đá vôi 7

1.4 Phụ gia 7

CHƯƠNG 2 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CLINKER 9

2.1 Lò quay nung clinker theo phương pháp ướt 9

2.2 Lò quay nung clinker xi măng theo phương pháp khô 9

2.3 Lò đứng nung clinker xi măng 9

2.4 Quá trình hóa lý xảy ra khi nung clinker 10

2.4.1 Giai đoạn nung nóng và sấy khô phối liệu 10

2.4.2 Giai đoạn phân hủy các khoáng sét 10

2.4.3 Giai đoạn phân hủy cacbonat 11

2.4.4 Giai đoạn phản ứng ở pha rắn: 11

2.4.5 Giai đoạn phản ứng tạo khoáng C S khi xuất hiện pha lỏng: 123 2.4.6 Giai đoạn làm nguội clinker: 13

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG 14

3.1 Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng: 14

3.1.1 Giai đoạn 1: Khai thác mỏ 14

3.1.2 Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu 14

3.1.3 Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống 15

3.1.4 Giai đoạn 4: Nung Clinker 15

3.1.5 Giai đoạn 5: Nghiền xi măng 16

2

3.1.6 Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng 16

3.2 Sơ đồ quy trình sản xuất xi măng: 17

CHƯƠNG 4 XỬ LÝ KHÍ THẢI 18

4.1 Thành phần khí thải và tác hại của chúng 18

4.2 Quy trình xử lý khí thải 18

4.3 Các phương pháp xử lý bụi trong khí thải 20

4.3.1 Xử lí bụi bằng Cyclone 20

4.3.2 Xử lí bụi bằng túi vải 22

4.3.3 Xử lí bụi bằng thiết bị lọc bụi tĩnh điện 24

4.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 27

4.4.1 Đặc điểm chung của sử lý nước thải xi măng 27

4.4.2 Xử lý nước thải 28

4.5 Công nghệ xử lý chất thải rắn 30

4.6 Ô nhiễm tiếng ồn va rung động 31

CHƯƠNG 5 SẢN XUẤT SẠCH HƠN 32

5.1 Sản xuất sạch hơn 32

5.2 Cơ hội sản xuất sạch hơn 33

5.2.1 Quản lý nội vi, quản lý sản xuất tốt 33

5.2.2 Kiểm soát quy trình 33

5.2.3 Thay đổi / Cải tiến qui trình, thiết bị 34

5.2.4 Thay đổi công nghệ 39

5.2.5 Thay đổi nguyên liệu và nhiên liệu 39

5.2.6 Thu hồi, Tuần hoàn, tái sử dụng 40

KẾT LUẬN 43

3

L I M ĐẦẦU Ờ ỞPhát triển kinh tế phải đi đôi với bảo vệ môi trường đây là chủ đề đang được quantâm và ủng hộ của nhiều nước trên thé giới Vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển làcải thiện môi trường bị ô nhiệm do các chất độc hại phát sinh từ nên công nghiệp và hoạtđộng sản xuất.

Tiêu dùng xi măng trong những năm trở lại đây không ngừng tăng trưởng và làđộng lực quan trọng thúc đẩy ngành công nghiệp xi măng phát triển Tuy nhiên, bêncạnh những lợi nhuận kinh tế cao, ngành công nghiệp xi măng cũng gây tác hại tiêucực cho môi trường sinh thái Đó chính là mặt trái của quá trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa Hậu quả là môi trường đang ngày càng ô nhiễm nghiêm trọng dẫn đếnthay đổi khí hậu,… Do đó cần thiết trong việc nghiên cứu công nghệ, thiết kế xâydựng hệ thống xử lý nước thải, khí thải cho ngành công nghiệp xi măng nói chung vàcác ngành công nghiệp khác nói riêng Đã có nhiều doanh nghiệp lớn đang sử dụngcông nghệ sản xuất hiện đại, tiên tiến trên thế giới vào sản xuất xi măng Cùng đó,với thế hệ công nghệ như hiện tại, việc nung luyện clinker, nghiền xi măng cũngvẫn tạo ra nhiều bụi với các khí thải, nước thải gây ảnh hưởng tiêu cực đến môitrường

Vậy, quy trình sản suất xi măng trải qua những giai đoạn nào? Nước thải và khíthải của ngành công nghiệp này đươc xử lý ra sao? Đề tài “ Công nghệ sản xuất ximăng” sẽ làm rõ những thắc mắc trên

4

CHƯƠNG 1 NGUYÊN LI U S N XUẦẤT XI MĂNGỆ Ả1.1 Clinker

Clinker là bán sản phẩm trong quá trình sản xuất xi măng Clinker được sản xuấtbằng cách nung kết hợp hỗn hợp nguyên liệu đá vôi, đất sét và quặng sắt với thành phần xácđịnh đã được định trước, Clinker có dạng cục sỏi nhỏ, kích thước 10-50mm

Nguyên liệu được pha trộn theo tỷ lệ xác định rồi đem nung ở nhiệt độ cao khoảng

1450 – 1455 C nhằm tạo hợp chất chứa thành phần pha cần thiết (gồm các loại khoáng và0

pha thủy tinh)

Alumo Manganat

5

1.1.3 Đặc trưng của các khoáng clinker

Khoáng Alit (54CaO.16SiO2.Al2O3.MgO = C54S16AM): là khoáng chính của clanhke

xi măng poóc lăng Alit là dạng dung dịch rắn của khoáng C S với ôxit Al3 2O3 và MgO lẫntrong mạng lưới tinh thể thay thế vị trí của SiO Khoáng C S được tạo thành ở nhiệt độ lớn2 3

hơn 1250 C do sự tác dụng của CaO với khoáng C S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững0

ra lượng Ca(OH) khá nhiều nên kém bền nước và nước chứa ion sunphat.2

Khoáng Bêlít (β-C2S): có cấu trúc dạng tròn, phân bố xung quanh các hạt Alit.Bêlit là một dạng thù hình của khoáng C S, tồn tại trong clanhke khi làm nguội nhanh.2

Trong quá trình nung clanhke, do phản ứng của CaO với SiO ở trạng thái rắn tạo thành2

khoáng C S ở nhiệt độ 600 1100 C Khoáng C S có 4 dạng khác nhau về hình dáng2 0 2

cấu trúc và các tính chất, gọi là dạng thù hình, đó là , '- , - và - C2S

Sự thay đổi trạng thái cấu trúc của Bêlít khi tăng nhiệt độ tới xuất hiện pha lỏng vàkhi làm nguội tới nhiệt độ bình thường rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khácnhau Sự biến đổi thù hình của C S trong quá trình làm nguội mô tả sau đây đã đơn giản hóa2

rất nhiều

Khi làm nguội clanhke, nếu tốc độ làm nguội chậm sẽ xảy ra sự biến đổi thù hình từdạng - C S sang dạng - C S kèm theo hiện tượng clanhke bị tả thành bột vì có sự tăng thể2 2

tích Nguyên nhân vì - C S có khối lượng riêng là 2,97 g/cm , nhỏ hơn khối lượng riêng2 3

của - C S là 3,28 g/cm - C S không có tính kết dính ở điều kiện nhiệt độ và áp suất2 3 2

thường, vì vậy để tránh hiện tượng tả clanhke do sự biến đổi thù hình từ - C S sang - C S2 2

ở 575 C, cần ổn định bằng cách đưa một số ôxit khác như P0 , BaO vào mạng lưới cấu

2O5

trúc của nó tạo thành dung dịch rắn

Khi tác dụng với nước, khoáng Belit thủy hóa chậm, tỏa nhiệt ít và cũng tạothành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH gọi là Tobermorit) đan xen vào(B)

nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao Tốc độ phát triển cường độ của khoáng Belitchậm hơn khoáng Alit; phải sau 1 năm đóng rắn cường độ của Belit mới bằng của Alit.Belit thải ra lượng Ca(OH) ít hơn Alit nên nó tạo cho đá xi măng có độ bền ăn mòn rửa trôi2

cao hơn đá xi măng Alit

Khoáng canxi aluminat (C A): 3 là chất trung gian màu trắng nằm xen giữa các hạtAlit và Belit cùng với alumo ferit canxi (C AF) Trong thành phần của C A cũng chứa một4 3

số tạp chất như SiO , Fe2 2O3 , MgO, K O , Na2 2O

6

Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với Alit tạo ra cường độ ban đầu của đá ximăng Xi măng chứa nhiều C A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn, nếu thiếu hoặc không có thạch3

cao để làm chậm sự đông kết thì xi măng sẽ bị đóng rắn rất nhanh (không thể thi côngđược) C A có tỷ trọng 3,04 g/cm , là khoáng đóng rắn nhanh, cho cường độ cao nhưng kém3 3

bền trong môi trường sun phát

Khoáng Canxi alumo ferit (C AF): 4 cũng là chất trung gian, có tỷ trọng 3,77 g/cm ,3

màu đen, nằm xen giữa các hạt Alit và Belit cùng với khoáng C A Khi nung clanhke, do3

phản ứng của CaO với Fe2O3 tạo thành các khoáng nóng chảy ở nhiệt độ thấp (600 700OC)như CaO.Fe2O3 (CF) , C F Sau đó các khoáng này tiếp tục phản ứng với Al2 2O3 tạo thànhcác khoáng Canxi alumo ferit có thành phần thay đổi như C F, C2 6A2F, C AF, C4 6AF2 Cáckhoáng này bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250 C và trở thành pha lỏng cùng với cácO

khoáng Canxi aluminat, tạo ra môi trường cho phản ứng tạo thành khoáng C S, nên chúng3

thường được gọi là chất trung gian hoặc pha lỏng clanhke

Khi tác dụng với nước, Canxi alumo ferit thuỷ hoá chậm, toả nhiệt ít và cho cường độthấp

1.2 Th ch caoạ

Cấu tạo của thạch cao tự nhiên CaSO4.2H O2

- Thạch cao tự nhiên hàm lượng CaSO4.2H2O chiếm từ 94- 98%

- Tác dụng của thạch cao:

+ Thạch cao tác dụng với C4AF

Là phụ gia cho thêm vào xi măng để kéo dài thời gian ninh kết, giảm tốc độ đóng rắn của

xi măng

Clinker khi nghiền mịn đóng rắn rất nhanh, do phản ứng C A với nước xảy ra rất nhanh Do3

đó phải giảm tốc độ đóng rắn của clinker bằng thạch cao Khi có mặt thạch cao quá trìnhđóng rắn xảy ra phản ứng:

C3A + CaSO4.2H2O + 26 H O → 6 CaO Al2 2O3.3SO 3H O3 2

C A + CaSO3 4.2H2O + 26 H O → 3 CaO Al2 2O3.3SO 3H O3 2

7

Khi tạo hỗn hợp vữa, bao quanh thạch cao lúc đầu là C3A.CaSO 3H4 2O xốp, hìnhkim Ion SO tiêp tục đi qua lỗ xốp ra môi trường SO bao quanh C A tạo thành lớp42- 42- 3

C3A.CaSO 12H4 2O xít đặt giả bền, ngăn cản không cho ion Al thoát ra ngoài, vì vậy mà3+

quá trình phản ứng chậm lại và thời gian ninh kết kéo dài C3A.CaSO 12H4 2O xít đặt giả bền,ngăn cản không cho ion Al thoát ra ngoài, vì vậy mà quá trình phản ứng chậm lại và thời3+

gian ninh kết kéo dài

Hàm lượng thông thường 3-6 %

Nếu cho quá nhiều thạch cao, nồng độ SO cao, tạo nên môi trường bão hòa nhanh4

2-C3A.CaSO 12H4 2O thành C3A.CaSO 31H4 2O có cấu trúc xốp, làm tăng tốc độ dính ướt, quátrình tạo hydrosunfua aluminat nhanh, làm tăng tốc độ ninh kết

Nếu cho ít thạch cao, nồng độ SO ít, làm Al tiếp tục thoát ra môi trường, tăng quá trình42- 3+

đóng rắn

1.3 Đá vôi

CaCO3 chiếm khoản 60 – 97%

Tdụng của đá vôi trong nghiền ximăng:

- Là chất cứng, giòn, dể nghiền đối với hệ nghiền đứng

- Dể tạo ra những hạt có kích thước nhỏ từ 5-10mm Rate 45 tăng; Blaine tăng

- Tạo độ dẻo cho hồ xi măng Cường độ ban đầu khi đóng rắn

- Tăng hiệu xuất kinh tế vì giá thành thấp

- Tuy nhiên làm giảm cường độ của ximăng vì bản chất đá vôi không tạocường độ cho xi măng

1.4 Ph gia ụ

Là vật liệu Silic hoặc Silic và Alumin Cấu tạo tự nhiên thành phần chủ yếu là silichoat tính;

Phụ gia càng tốt mức độ hoạt tính ( khả năng hút vôi) càng cao

Pouzzolane thuộc nhóm phụ gia hoạt tính (thủy lực) làm tăng mật độ và cường độcủa xi măng trong môi trường nước Đồng thời giúp tăng sản lượng, hạ giá thành sản phẩm.Thành phần chính là các khoáng hoạt tính nhóm alumo silicat Tự bản thân không cótính thủy lực Trong môi trường điện ly có Ca(OH) từ phản ứng hydrat clinker, chúng có2

khả năng tạo khoáng hydrosilicat canxi CSH hoặc hydrosilicat alumin CAH có tính thủylực Độ hoạt tính càng lớn khi hàm lượng oxyt silic vô định h ìn h càng cao

Ảnh hưởng đến chất lượng:

- Cường độ xi măng ban đầu phát triểu chậm

8

- Cường độ sau phát triển cao, bền trong môi trường thủy hóa

- Sử dụng nhằm thăng quả năng bền nước và hạ giá thành

9

CHƯƠNG 2 QUÁ TRÌNH S N XUẦẤT CLINKERẢ2.1 Lò quay nung clinker theo phương pháp ướ t.

Lò quay nung clinker theo phương pháp ướt còn gọi là lò quay có thiết bị trao đổinhiệt bên trong Nó là 1 ống kim loại hình trụ rỗng, đặt nghiêng 1 góc α so với mặtphẳng ngang α = 3 - 50, tỉ lệ giữa L/D =30 - 40 lần Lò quay phương pháp ướt thường cócác loại sau: D × L = 3 × 100m; 3,6 × 120m ; 4 × 150m ; 5× 185m 7 × 270m Lò có kíchthước khác nhau, sẽ có năng suất khác nhau Tòan bộ chiều dài lò được đặt trên hệ thống

bệ đỡ có con lăn và đặt trên các trụ lò bằng bê tông

Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều, phối liệu vào đầu cao (đầu lạnh )của lò, clinker ra đầu thấp ( đầu nóng ) của lò, nhiên liệu và không khí đi vào đầu thấpcủa lò, quá trình cháy và sự trao đổi nhiệt xảy ra theo chiều dài của lò, cuối cùng khí thảiđược đi ra phía đầu cao của lò Nguyên, nhiên liệu đi ngược chiều nhau, kết quả nguyênliệu được đốt nóng từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ kết khối, còn khí nóng có nhiệt độgiảm dần theo chiều dài lò ra ống khói, nhiệt độ khí thải khỏang 200 - 3000C

Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt trong lò người ta thường bố trí các thiết bị traođổi nhiệt bên trong lò như: xích trao đổi nhiệt, các tấm kim loại trao đổi nhiệt ở các dônnhư dôn sấy, dôn đốt nóng, dôn phân hủy, phổ biến là xích trao đổi nhiệt

2.2 Lò quay nung clinker xi măng theo phương pháp khô

Lò quay nung clinker xi măng theo phương pháp khô về cấu tạo thân lò vànguyên tắc làm việc ngược chiều như lò quay phương pháp ướt Tuy nhiên cũng cónhững điểm khác nhau: kích thước lò rất ngắn so với lò phương pháp ướt,

tỉ lệ L/D = 15 - 17 lần, phổ biến là loại lò có kích thước: D × L =3,5 × 50m ; 4 × 60m Bột phối liệu từ kết chứa có W = 0,5 - 1% vào hệ thống xyclon trao đổi nhiệt nhờvít tải chuyển vận, khí nóng từ trong lò đi vào buồng khói rồi lên xylon, vật liệu và dòngkhí quyển chuyển động ngược chiều nhau, do tác dụng của dòng khí vật liệu trongxyclon luôn luôn ở trạng thái lơ lửng, vì vậy sự tiếp xúc giữa dòng khí và vật liệu tốthơn, quá trình trao đổi nhiệt giữa khí và vật liệu tốt hơn Hệ thống xyclon trao đổi nhiệtđặt phía đầu cao của lò, có thể là xyclon 3 bậc, 4 bậc hoặc nhiều bậc Ở mỗi bậc xyclonvật liệu và dòng khí có nhiệt độ xác định, nhiệt độ vật liệu được tăng dần từ trên xuốngdưới, nhiệt độ dòng khí giảm dần theo chiều từ dưới đi lên Kết quả bột phối liệu vào

tiếp tục quá trình nung luyện

2.3 Lò đ ng nung clinker xi măng.ứ

Lò đứng là 1 ống hình trụ đứng rỗng, ngoài là vỏ thép, trong lót gạch chịu lửa.Chiều cao và đường kính lò thường có tỉ lệ xác định H / D= 3,5 - 4 lần, tùy theokích thước lò mà có năng suất khác nhau, để tăng hiệu quả sấy thường mở rộng dôn sấy

10

Lò đứng cơ khí hóa cao thường có thiết bị nạp liệu, tháo clinker hòan tòan tự động.Bột phối liệu từ silô chứa vào thiết bị làm ẩm, tạo viên, chuyển xuống thiết bị nạp liệu vào

lò và quá trình nung luyện được tiến hành trong lò đứng tương tự trong lò quay

Dựa vào chiều cao lò, nhiệt độ nung mà phân chia lò đứng thành 3 hoặc 4 dôn, phổbiến hơn là 3 dôn: dôn sấy, dôn nung và dôn làm lạnh

2.4 Quá trình hóa lý x y ra khi nung clinker ả

Để thu được clinker xi măng có thành phần khoáng mong muốn, cần phải chế tạo bộtphối liệu có đủ thành phần hóa học Phối liệu từ khi vào lò tới khi ra lò (trải qua quá trìnhtăng nhiệt độ từ nhiệt độ bình thường tới khi đạt nhiệt độ kết khối, rồi sau đó nguội dần tớinhiệt độ bình thường) có nhiều biến đổi hóa lý phức tạp qua nhiều giai đoạn Có thể chia cácgiai đoạn phản ứng một cách tương đối như sau:

Khi nhiệt độ của phối liệu được nâng dần từ nhiệt bình thường tới khoảng 250

-3000C là quá trình khử nước lý học, nung nóng phối liệu và lúc này có thể xảy ra một vàiloại phản ứng hóa học nhưng không ảnh hưởng lớn tới quá trình tạo khoáng clinker sau này.Trong công nghệ sản xuất clinker bằng lò quay phương pháp khô có hệ thống tháptrao đổi nhiệt cyclon, giai đoạn này xảy ra ở cyclon cấp I, tại đó bột phối liệu được trộn lẫnvới dòng khí nóng có nhiệt độ 450 – 500 C từ dưới đi lên và truyền nhiệt cho bột phối0

liệu Sau đó bột phối liệu nóng được tách ra khỏi dòng khí (nhờ lực ly tâm) và chảy xuốngcyclon cấp II

Khi nhiệt độ tăng dần, các loại khoáng sét như caolinit, montmorilonit, ilit, v.v ,

caolinit chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc tự nhiên của nó: caolinit cấu trúc phân tán mịn

475 - 505 C 0

sang meta caolinit, nếu tăng thêm nhiệt độ thì một phần phân hủy thành dạng vô địnhhình Al2O3 và SiO có hoạt tính:2

Al2O3.2SiO 2H2 2O Al2O3.2SiO2 Al2O3 + 2SiO2Trong công nghệ sản xuất clinker bằng lò quay phương pháp khô, giai đoạn nàyxảy ra ở cyclon cấp II và cấp III, tại đó bột phối liệu được trộn lẫn với dòng khí nóng có

như ở cyclon cấp I, bột liệu được nâng nhiệt dần và xảy ra các phản ứng phân huỷkhoáng sét và một phần khoáng cacbonat, được tách ra khỏi dòng khí (nhờ lực ly tâm)

và chảy xuống cyclon cấp IV hoặc vào thiết bị tiền nung (precalciner)

11

900 Co

500 Co

2.4.3 Giai đoạn phân hủy cacbonat

bị phân hủy nhiệt theo phản ứng:

Đây là phản ứng dị thể thuận nghịch, nếu khống chế tốt các điều kiện, phản ứng

có thể xảy ra hoàn toàn

Phản ứng phân hủy cacbonat bắt đầu xảy ra ở những trung tâm thế năng, đó lànhững vị trí có khuyết tật cấu trúc ở trên cạnh, trên mặt và các góc tạo nên bề mặtkhoáng cacbonat

+ Nhiệt độ tăng cao, tốc độ phản ứng nhanh

+ Khoáng canxit kết tinh thô, hạt to, thì tốc độ phân giải chậm và ngược lại.Trong các lò quay phương pháp khô không có thiết bị precalciner, quá trình nàythường xảy ra ở cyclon cấp IV và cấp V, trước khi bột liệu được đưa vào lò quay Tuy

cacbonat là giai đoạn chậm nhất Do đó, sau khi ra khỏi hệ thống tháp trao đổi nhiệt,lượng cacbonat bị phân huỷ thường chỉ mới đạt 40 – 50% Quá trình này tiếp tục xảy ratrong lò quay với tốc độ chậm hơn vì khi đó bột liệu không còn trộn lẫn với dòng khínóng ở trạng thái lơ lửng như trong hệ thống cyclon, điều này dẫn đến phải kéo dài thânlò

Để tăng hiệu suất phân huỷ cacbonat ở trạng thái lơ lửng nhằm tăng năng suất vàrút ngắn chiều dài thân lò, người ta đã chế tạo ra thiết bị precalciner Trong thiết bị

– 60% nhiên liệu nung clinker và ở đó quá trình phân huỷ cacbonat xảy ra hoàn toàn

Trong quá trình sét, đá vôi phân hủy, các oxit mới sinh lập tức phản ứng với nhau hìnhthành khoáng clinker

Trước hết là sự hình thành canxi aluminat (CA) ở nhiệt độ khoảng 700 C, sau đó CA0

kết hợp với CaO ở 900 - 1000 C để chuyển thành C0 và cuối cùng tạo thành C A ở 1200

CaO và Al2O3 hình thành C AF Nhiều công trình nghiên cứu cho rằng các khoáng ferit tạo4

thành một dãy dung dịch rắn C6A2F - C AF - C4 6AF2, mà công thức khoáng đại diện của nó là

C4AF (tetracanxi alumo ferit)

Từ trên 700 C bắt đầu phản ứng của CaO với SiO tạo thành dicanxi silicat (Co 2 2S).Quá trình trên có thể đơn giản hóa bằng các phương trình phản ứng như sau:

cường độ ban đầu cao và phát triển cường độ nhanh

Sự xuất hiện pha lỏng (nhiệt độ bắt đầu nóng chảy - điểm ơtecti) xảy ra càng sớmkhi trong hệ phản ứng có càng nhiều cấu tử, ví dụ:

CaO - SiO - Al2 2O3 - Fe2O3 1335

CaO - SiO - Al2 2O3 - Fe2O3 - Na2O 1315

CaO - SiO - Al2 2O3 - Fe2O3 - Na O - MgO2 1300

Một số nhà nghiên cứu cho rằng các khoáng Ferit cùng với các khoáng Canxi

13

Khi pha lỏng xuất hiện thì C S, CaO bắt đầu hòa tan vào pha lỏng và kết hợp với2

C2Shòa tan + CaOhòa tan 3CaO.SiO2 kết tinh

Các cation có tác dụng làm giảm độ nhớt của pha lỏng được sắp xếp theo thứ tự:

K+ < Na < Ba < Sr < Ca < Mg < Fe < Mn+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+

giàu sắt để điều chỉnh Trên thực tế ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu của tất cả các nhà

phụ gia không thể thiếu trong sản xuất clinker xi măng poóc lăng

Trong lò quay nung clinker xi măng, giai đoạn phản ứng pha lỏng để tạo khoáng

trình này cần khoảng thời gian từ 25 – 30 phút để tất cả CaO trong bột liệu có thể liên

Tốc độ làm nguội clinker ảnh hưởng rất lớn tới hình thái cấu trúc của khoángclinker và tính chất của clinker

Để giữ được các khoáng clinker đã tạo thành khi nung ở nhiệt độ kết khối thì việclàm nguội nhanh clinker là cần thiết để hạn chế sự phân hủy các khoáng đó, đặc biệt để

Khi làm nguội nhanh, đồng thời với sự đông cứng đột ngột của pha thủy tinh, các

Khi làm nguội nhanh, clinker dễ nghiền hơn do có ứng suất nội lớn

Giai đoạn làm nguội clinker xảy ra ngay ở cuối zôn nung chuyển sang zôn làm

đưa ra khỏi lò quay Quá trình làm nguội tiếp theo được thực hiện trong thiết bị làmnguội Trong công nghệ sản xuất clinker xi măng có các dạng thiết bị làm nguội khácnhau như làm nguội kiểu lò hành tinh, làm nguội kiểu ống quay và làm lạnh kiểu ghi,trong đó thiết bị làm nguội kiểu ghi có hiệu suất làm nguội nhanh nhất

14(1250-1450oC) pha lỏng

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH S N XUẦẤT XI MĂNGẢ3.1 Thuyếết minh quy trình s n xuấết xi măng:ả

Gồm 6 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Khai thác mỏ

- Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu

- Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống

- Giai đoạn 4: Nung Clinker

- Giai đoạn 5: Nghiền xi măng

- Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng

Xác định nguồn khoáng sản,thăm dò địa hình và đánh giá chất lượng

Đá vôi, đất sét, quặng sắt…được vận chuyển từ mỏ khai thác về nhà máy thường ởdạng viên tảng có kích thước lớn, nên phải được đập nhỏ trước để tiện cho việc nghiền, sấykhô, chuyển tải và tồn trữ

Vật liệu sau khi được đập nhỏ và có độ hạt đồng đều nên giảm được hiện tượng phân licủa độ hạt khác nhau trong quá trình vận chuyển và tồn trữ, có lợi cho việc tạo ra thànhphần liệu sống và sự phối liệu được chính xác Nhưng trong sản xuất xi măng độ hạt của vậtliệu là hạt vừa, nếu hạt quá nhỏ sẽ làm cho hệ thống đập nhỏ phức tạp thêm

Thiết bị đập nhỏ:

Có nhiều kiểu thiết bị đập nhỏ như: kiểu hàm, kiểu cối xay, kiểu trục cán, kiểu búa…Tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế và trình độ kỹ thuật của từng nước mà sử dụng thiết bị đậpnhỏ phù hợp để mang lại hiệu quả kinh tế cao và dễ vận hành, sửa chữa Thường thì các nhàmáy sử dụng máy đập nhỏ kiểu búa đơn quay để đập nhỏ đá vôi, Mergel, than, Clinker…(ngày nay sử dụng máy nghiền để nghiền)

Ưu điểm của loại máy này năng lực sản xuất lớn, tỉ suất đập nhỏ cao, cấu tạo đơngiản, thân máy nhỏ, độ hạt đồng đều, dễ thay thế linh kiện Tuy nhiên nó cũng có nhữngnhược điểm là: đầu búa, rãnh răng lược, tấm lót chống bị mài mòn; khi sản xuất tạo nhiềubụi; không thích hợp đập nhỏ các vật liệu bị ẩm ướt hoặc vật liệu dính

15

3.1.3 Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống.

Sấy phối liệu sống:

Phối liệu đã được định lượng gồm đá vôi, đất sét sẽ được nạp vào máy nghiền đứng.Tại đây phối liệu được nghiền và sấy khô bằng khí thải từ lò nung Sau khi sấy thì lượngnước có trong nguyên liệu, chủ yếu là trong đất sét giảm xuống rất nhiều, tạo điều kiện chocác giai đoạn sau như nung Clinker, tồn trữ xi măng

Nghiền phối liệu sống:

Sử dụng phương pháp nghiền bi để nghiền phối liệu sống

Đặc điểm của máy nghiền bi thép là:

- Áp dụng rộng rãi trong việc nghiền vật liệu rắn, năng lực sản xuất lớn

- Khi độ hạt liệu vào là 20 ÷ 30mm thì độ nhỏ của sản phẩm có thể đạt tới 0,1mm

- Có thể tiến hành nghiền, sấy cùng một lúc

- Kết cấu đơn giản, dễ kiểm tra, dễ thay thế linh kiện

- Vận hành tốt

- Phát ra tiếng ồn khá lớn khi vận hành, tiêu hao nhiều năng lượng

Clinker là sản phẩm nung thiêu kết ở 1450 C của đá vôi, đất sét và một số phụ gia điều0

chỉnh

Nung Clinker xi măng là khâu then chốt trong sản xuất xi măng Nhiệt độ của vật liệu

từ 1300 ÷ 1450 C là tiến hành nung Clinker Khi nhiệt độ của vật liệu đạt mức trên thì các0

chất sắt nhôm 4 canxi, nhôm 3 canxi, oxit magie và các chất kiềm bắt đầu nóng chảy, oxitcanxi, silic 2 canxi hoà vào trong pha lỏng

Trong pha lỏng, oxit canxi, silic 2 canxi xảy ra phản ứng tạo thành silic 3 canxi, đây làquá trình hấp thụ vôi Khi đạt 1450 C vôi tự do được hấp thụ đầy đủ.0

Phản ứng:

2CaO.SiO2 + CaO → 3CaO.SiO2

Quá trình giảm nhiệt độ từ 1450→1300 C là quá trình hoàn thiện tinh thể Alite, cho0

tới 1300 C thì pha lỏng bắt đầu đông kết, phản ứng tạo thành silic 3 canxi cũng kết thúc.0

Lúc này trong vật liệu còn một số oxit canxi chưa hoá hợp với silic 2 canxi, gọi là oxit canxi

tự do

Sau khi nung thành Clinker phải tiến hành làm nguội Mục đích là để tăng chất lượngClinker, nâng cao tính dễ nghiền, thu hồi nhiệt dư của Clinker, giảm hao nhiệt,

16

nâng hiệu suất nhiệt của hệ thống nung, giảm nhiệt độ Clinker, thuận tiện cho việc tồntrữ, vận hành và nghiền Clinker.

Sau khi làm nguội, Clinker được chuyển lên xilo Clinker Từ đây, Clinker được nạpvào máy nghiền xi măng cùng thạch anh và các phụ gia điều chỉnh; hệ thống nghiền sơ bộ

có thiết bị lọc bụi hiệu suất cao

Mục đích của việc nghiên xi măng: có 2 mục đích

- Xi măng càng mịn thì càng tăng diện tích bề mặt

- Tăng tính năng thuỷ phân hoá rất mạnh, nó bao bọc cát sạn trong bê tông vàdính kết lại với nhau

Nhưng thực tế nếu nghiền quá mịn sẽ giảm sản lượng của máy nghiền, tăng tiêu haođiện năng Đồng thời, kích cỡ hạt càng mịn thì khi tồn trữ dễ mất đi hoạt tính, giảm độ bềnvững của bê tông Vì vậy độ mịn của xi măng được khống chế trong khoảng 88µm, dư trênrây khoảng 5→10%

Sau khi nghiền, xi măng chưa thể xuất xưởng ngay mà phải qua tồn trữ trunggian Tồn trữ xi măng có tác dụng như sau:

Khống chế nghiêm ngặt chất lượng xi măng

Cải thiện chất lượng xi măng

Xi măng xuất xưởng có 2 kiểu: xi măng bao và xi măng rời Xi măng bao là dùngmáy đóng bao đổ xi măng vào túi giấy Máy đóng bao có 2 loại chính: máy đóng bao quaytròn và máy đóng bao cố định Việc đóng xi măng rời và vận tải xi măng rời phải sử dụngmáy đóng và xe chuyên dụng

17

3.2 S đôồ quy trình s n xuấết xi măng:ơ ả

18

Thạch cao Quặng sắt

Đá vôi Đất sét

CHƯƠNG 4 X LÝ KHÍ TH IỬ Ả4.1 Thành phấồn khí th i và tác h i c a chúngả ạ ủ

Khí thải nhà máy xi măng bao gồm các chất chính: khói bụi, CH , VOC,4NOx, SOx, CO và CO 2

Khi những chất này phát sinh với lượng lớn sẽ dẫn đến sự nóng lên toàncầu Các chất khí này làm ô nhiễm không khí, gây tác động xấu đến hệ sinh thái.Như là giảm tốc độ tăng trưởng của cây trồng, thay đổi thành phần hóa học của đất.Đối với con người, khí thải ô nhiễm không khí sẽ gây ra các bệnh về đường

hô hấp, dị ứng da, mắt; tiếp xúc lâu dài sẽ gây các bệnh ung thư

4.2 Quy trình x lý khí th i ử ả

GIAI ĐOẠN 1: XỬ LÝ NO TRONG KHÍ THẢI XI MĂNGX

Ở giai đoạn này, để loại bỏ NOx, sử dụng phương pháp SNCR Cách tiếnhành: dung môi được bơm từ bể chứa đến các vòi phun, dung môi dạng sương mùphun trực tiếp vào dòng khí thải

Dung môi hay dùng nhất để khử NOx là Amoniac (NH ), hoặc Ure 3[CO(NH )2 2] Sản phẩm cuối cùng của phản ứng là N không gây tác hại đến con2người và môi trường

Từ các thiết bị sản xuất của nhà xưởng, Chụp hút bụi cục bộ hút trực tiếpkhông khí bị ô nhiễm ngay tại nguồn phát sinh, là biện pháp thông gió hiệu quảnhất đối với các phân xưởng sản xuất xi măng

Nhớ các chụp hút cục bộ, khí độc hại không phát tán và xâm nhập vào vùnglàm việc trong phân xưởng Hiệu quả thông gió đạt được ở lưu lượng trao đổikhông khí nhỏ nhất

Chụp hút cục bộ về cấu tạo phải đáp ứng những yêu cầu nhất định

Vị trí tỏa độc hại nếu được cần phải chụp kín toàn bộ khu vực;Chụp hút không cản trở thao tác bình thường của công nhân;Các khí độc hại phải được hút theo đúng chiều phát sinh của chúng

19

GIAI ĐOẠN 2: XỬ LÝ BỤI TRONG KHÍ THẢI XI MĂNG

Bụi ở các công đoạn sẽ được hút vào thiết bị lọc bụi tay áo Tại đây khí vàcác hạt sẽ bị giảm vận tốc dẫn tới các hạt tỷ trọng lớn sẽ rơi xuống dưới

Các hạt bụi nhỏ hơn sẽ bám lại trên bề mặt của túi lọc, sau khi bị rung sẽ rơixuống dưới Lương bụi bị giữ lại sẽ được thu hồi quay lại quy trình sản xuất.Khí sạch sẽ di chuyển lên trên và được quạt đẩy ra ống khói thải ra ngoàimôi trường, mang dòng khí trong sạch không độc hại

GIAI ĐOẠN 3: XỬ LÝ SO VÀ CÁC CHẤT Ô NHIỄM CÒN LẠIXTRONG KHÍ THẢI NHÀ MÁY XI MĂNG

Dòng khí sau đi qua thiết bị lọc bụi sẽ được dẫn đến tháp hấp phụ nhiều tầngchứa than hoạt tính

SO2 và các chất ô nhiễm khác bị giữ lại trong lớp than hoạt tính Sản phẩmcuối cùng là khí sạch thải ra không khí

Sau một thời gian sử dụng than hoạt tính sẽ bão hòa, lúc đó than sẽ được hoànnguyên

20

4.3 Các phương pháp x lý b i trong khí th iử ụ ả

Để sử dụng hợp lý các thiết bị lọc bụi cần cân nhắc đến các yếu tố: Kíchthước hạt bụi, tiêu chuẩn xả thải, nhiệt độ của dòng khí thải, điều kiện vận hành,nồng độ ban đầu,…Nên việc lựa chọn thiết bị và công nghệ chủ yếu được xác địnhtheo hướng dẫn sau:

Cyclone:Dùng trong các trường hợp bụi thô có nồng độ cao (>20mg/m ),3không đòi hỏi hiệu quả lọc cao

Túi vải: Cần hiệu quả lọc tương đối cao, cần thu bụi khô, lưu lượng khí thảicần lọc không quá lớn, nhiệt độ khí thải không quá cao

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện: Khi cần lọc bụi tinh, đòi hỏi hiệu quả rất cao, lưulượng khí thải cần lọc rất lớn, cần thu hồi bụi có giá trị

Xử lý bụi bằng cyclone là phương pháp lợi dụng lực ly tâm khi dòng khôngkhí chuyển động để tách bụi ra khỏi không khí

4.3.1.1 Cấu tạo của hệ thống lọc bụi bằng cyclone

Hệ thống hút lọc bụi dạng Cyclone là hệ thống lọc bụi được sử dụng rộng rãihiện nay Hệ thống này được cấu tạo bởi quạt ly tâm và hệ thống ống dẫn và theocác phương tiếp tuyến, ống dẫn vào theo đường ống xoắn và van xả bụi

Cấu tạo của hệ thống lọc bụi bằng cyclone

21