những đặc trưng cơ bản của quá trình nghiền xi măng

ở nước ta, từ trước tới nay đã có một số trung tâm nghiên cứu chất trợnghiền cho quá trình nghiền xi măng đã đem lại hiệu quả rõ rệt như: Công tyBách khoa, Viện khoa học công nghệ vật li

Những đặc trưng cơ bản của quá trình nghiền xi măng

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU

PHẦN I - TỔNG QUAN

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG

I Tóm tắt lịch sử phát triển của nghành công nghiệp sản xuất xi măng

II CÁC LOẠI XI MĂNG

II.1 Xi măng poóc lăng thường

II.2 Xi măng poóc lăng hỗn hợp

III NGUYÊN LIỆU PHỤ GIA VÀ NHIÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT XI MĂNG POÓC LĂNG

III.1 Nguyên liệu dùng để sản xuất xi măng

III.1.1 Các loại đá chứa cacbonnat

III.1.2 Đất sét

III.1.3 Các loại phụ gia điều chỉnh trong sản xuất xi măng

III.2 Các yêu cầu kỹ thuật, chất lượng phối liệu để sản xuất xi măng

III.3 Nhiên liệu dùng trong công nghiệp sản xuất xi măng

IV CLINKER

IV.1 Thành phần hoá học của clinker

IV.1.1 Oxyt canxi (CaO)

IV.1.2 Oxyt nhôm (Al2O3)

IV.1.3 Oxyt silíc (SiO2)

IV.1.4 Oxyt sắt (Fe2O3)

IV.1.5 Oxyt magiê (MgO)

IV.1.6 Oxyt kiềm (K2O và Na2O)

IV.2 Thành phần khoáng của cliker xi măng

IV.3 Các hệ số đặc trưng cho thành phần clinker

V Quy trình công nghệ sản xuất xi măng trong công nghiệp

V.2 Quá trình nung, ủ Clinker

V.3 Quá trình nghiền và đóng bao xi măng

VI Qúa trình đóng rắn của xi măng

VII Mét số chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của xi măng

CHƯƠNG II: NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH NGHIỀN XI MĂNG

I Nghiền xi măng

I.1 Máy nghiền xi măng

I.2 Bi đạn trong máy nghiền

I.3 Tấm lót

II Công suất tiêu thụ của máy nghiền

III Đối tượng nghiền

III.1 Clinker

III.2 Thạch cao

III.3 Các phụ gia khác

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền

CHƯƠNG III: VẤN ĐỀ BẢO QUẢN XI MĂNG

I Độ kết khối của vật liệu

II Độ hót Èm của vật liệu 

III Biến tính bề mặt cho hệ đa phân tán

CHƯƠNG IV: PHÔ GIA TRỢ NGHIỀN TRONGSẢN XUẤT XI MĂNG

I Chất trợ nghiền

II Mét số phụ gia trợ nghiền trong sản xuất xi măng

PHẦN II CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU

I Cơ chế trợ nghiền của phụ gia trợ nghiền bảo quản

II Cơ chế bảo quản của phụ gia trợ nghền bảo quản

III Chất hoạt động bề mặt

III.1 Chất hoạt động bề mặt anion

III.2 Chất hoạt động bề mặt cation

III.3 Các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính

III.4 Các chất hoạt động bề mặt không ion

IV Nguyên liệu thử nghiệm và điều kiện nghiên cứu

IV.1 Nguyên liệu thử nghiệm

IV.1 Phối liệu

IV.1.2 Phô gia thí nghiệm tính năng trợ nghiền

IV.2 Điều kiện nghiên cứu

PHẦN III

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

I.1 Phương pháp đánh giá hiệu quả trợ nghiền

I.1.1 Đánh giá dùa trên kích thước hạt

I.1.2 Đánh giá dùa trên thời gian nghiền

I.1.3 Đánh giá dùa trên độ mịn của xi măng

II Phương pháp đánh giá tính bảo quản

II.1 Đánh giá độ kỵ nước của xi măng khi dùng chất trợ nghiền bảo quản

II.2 Đánh giá mức độ hót Èm của xi măng dùng trợ nghiền bảo quản

III Đánh giá độ linh động của xi măng có chất trợ nghiền bảo quản

IV Đánh giá tốc độ suy giảm chất lượng của xi măng

V Đánh giá độ ổn định của xi măng

VI Xác định cường độ chịu nén ( mác xi măng) của xi măng

VII Xác địn thời gian đông kết

PHẦN IV

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT

I Thực nghiệm

II Kết quả

II.1 Hiệu quả trợ nghiền

II.2 Hiệu quả bảo quản

II.2.1 Độ hót hơi Èm

II.2.2 Độ kỵ nước

MỞ ĐẦU

ĐÓ đáp ứng được nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng, con người luôn mongmuốn phát triển nền kinh tế của mình Trong đó ngành công nghiệp đóng vai tròđầu tàu trong nhiệm vụ phát triển nền kinh tế đó Trong các ngành công nghiệpthì ngành công nghiệp sản xuất xi măng đối với nhiều nước là một trong nhữngngành công nghiệp mòi nhọn, đặc biệt là đối với nước ta là một nước đang trongquá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước thì nhu cầu về xây dựng cơ bản

là rất lớn do đó nhu cầu về sử dụng xi măng cũng tăng theo

Tổng sản lượng xi măng ở nước ta hàng năm sản xuất đạt khoảng 20 triệutấn/năm, trong khi đó nhu cầu của thị trường khoảng 25 – 30 triệu tấn Chính vìthế hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu thêm clinker và xi măng để đáp ứngđược nhu cầu đó Nước ta có một trữ lượng đá vôi rất lớn trải dài từ bắc vào namđây là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất xi măng, vì vậy việc phải nhậpclinker và xi măng là khó có thể chấp nhận được trong những năm tới Để làmđược điều này thì bên cạnh việc chúng ta đầu tư sửa chữa, nâng cấp các nhà máy

cũ, xây dựng thêm các nhà máy mới thì cũng cần chủ động nghiên cứu nhằm tìm

ra các giải pháp để nâng cao năng suất hiện có của thiết bị

Trong công nghiệp sản xuất xi măng ở nước ta, từ phương pháp ướt, phươngpháp bán khô, phương pháp khô, đại đa số các nhà máy sử dụng máy nghiền bitrong quá trình gia công và nghiền xi măng Công đoạn này là công đoạn tiêutốn nhiều năng lượng điện, vật tư, thiết bị và nhân công Việc nghiên cứu tìm racác giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao năng suất quá trình nghiền, giảm bớt cáctiêu hao năng lượng, vật tư và phụ tùng…luôn luôn được các nhà khoa học quantâm, nghiên cứu từ nhiều năm nay

Quá trình nghiền xi măng là quá trình làm cho vật liệu nghiền trở thành cỡhạt mịn (<0,1mm) dưới tác động của các lực va đập cơ học Hiệu quả của quátrình này phụ thuộc vào bản chất, tính chất liên kết hoá lý của vật liệu, tính chấtcủa công nghệ, khả năng làm việc của thiết bị

Sử dông phụ gia trợ nghiền làm tăng năng suất máy nghiền là một trong cácgiải pháp hữu hiệu, đem lại hiệu quả kinh tế, nó được ứng dụng rất nhiều trongcác máy nghiền bi Chỉ với một lượng rất nhá phô gia khoảng 0,006- 0,08% sovới khối lượng clinker có thể làm tăng năng suất máy nghiền lên 10 – 20% hoặc

có thể cao hơn nữa Vấn đề là làm thế nào để tìm ra và nghiên cứu chế tạo đượcloại phụ gia có hiệu quả nhất

Trên thế giới từ những năm 50 của thế kỷ trước việc nghiên cứu và sử dụngchất trợ nghiền đã được ứng dụng rộng rãi và cho hiệu quả cao

ở nước ta, từ trước tới nay đã có một số trung tâm nghiên cứu chất trợnghiền cho quá trình nghiền xi măng đã đem lại hiệu quả rõ rệt như: Công tyBách khoa, Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng…

Trong phạm vi đề tài này em: Nghiên cứu, khảo sát, ứng dụng thử một sốchất trợ nghiền có nguồn gốc hữu cơ đối với quá trình nghiền xi măng, ảnhhưởng của chúng đến năng suất máy nghiền, đến mét số tính chất cơ, lý, hoá của

xi măng từ đó đánh giá và so sánh để tìm ra được chất trợ nghiền có hiệu quảnhất

PHẦN I TỔNG QUAN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG

I Tóm tắt lịch sử phát triển của nghành công nghiệp sản xuất xi măng

Ngành công nghiệp xi măng ở Việt đã ra đời cách đây hơn 100 năm, dấu mốcđầu tiên là nhà máy xi măng Hải phòng do thực dân Pháp xây dựng Các nămtiếp theo chóng ta liên tục xây dùng các nhà máy xi măng khác như: Xi măngSài sơn của tổng cục hậu cần, xi măng Cầu đước – Nghệ an, xi măng 3/2 Thanhhoá, Hà tiên I Tuy nhiên chóng được xây dùng trong thời kỳ đất nước ta cònchiến tranh nên ngay từ đầu đã mang tính chắp vá, không đồng bộ về thiết bị do

đó không những chất lượng xi măng không được đảm bảo mà còn không đápứng được nhu cầu cuả xã hội Đầu thập kỷ 80 ngành công nghiệp xi măng nước

ta đã có bước tiến mạnh mẽ với sự ra đời của các nhà máy xi măng lò quay như

xi măng Bỉm Sơn, xi măng Hoàng Thạch với công suất mỗi nhà máy là1.000.000tấn/năm và nhiÒu nhà máy xi măng lò đứng khác Các năm trở lại đâysản lượng xi măng liên tục tăng, năm 1990 sản xuất được 2.608.127 tấn, năm

1995 sản xuất được 6.000.000, năm 2000 sản lượng xi măng đạt khoảng20.000.000 tấn Dù kiến tăng trưởng tiêu thụ xi măng từ 2000 - 2005 sẽ tăng 9 –11%, từ 2005 – 2010 tăng trưởng bình quân sẽ là 5 – 7% và dự kiến đến năm

2010 sẽ sản xuất được khoảng 44.000.000 tấn

II CÁC LOẠI XI MĂNG

Xi măng là chất kết dính thuỷ lực được sản xuất từ hai nguyên liệu chủ yếu

là đá vôi và đất sét nung đến nhiệt độ 14500C sau đó được làm lạnh và nghiềnmịn Có nhiều loại xi măng khác nhau tuy nhiên phổ biến hiện nay là hai loại: Ximăng poóc lăng thường và xi măng poóc lăng hỗn hợp

I.1 Xi măng poóc lăng thường

Được phát minh vào năm 1812, đây là chất kết dính thuỷ lực được tạo rabằng cách nghiền mịn clinker xi măng poóc lăng với thạch cao và các phụ giakhác.Và thường được kí hiệu là PC, nó được ứng dụng rất rộng rãi trong ngànhxây dựng

2 Xi măng poóc lăng hỗn hợp

Xi măng poóc lăng hỗn hợp được chế tạo bằng cách nghiền clinker xi măngpoóc lăng với thạch cao và các phụ gia khác Nó khác xi măng poóc lăng thôngthường là ở tỷ lệ phụ gia Theo tiêu chuẩn Việt nam, trong xi măng poóc lănghỗn hợp chỉ được phép pha tối đa 40 % phô gia hoạt tính và phụ gia trơ trong đóphụ gia trơ không quá 20% và có ký hiệu là PCB

III NGUYÊN LIỆU PHỤ GIA VÀ NHIÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT XI MĂNG POÓC LĂNG.

III.1 Nguyên liệu dùng để sản xuất xi măng

Để sản xuất xi măng Poóc lăng người ta dùng các loại nham thạch trầm tích nh

đá vôi, đất sét, các loại nguyên liệu nhân tạo nh xỉ lò cao và các phụ gia

III.1.1 Các loại đá chứa cacbonnat.

Hàm lượng thành phần chứa cacbonnat trong hỗn hợp nguyên liệu xi măng làrất lớn, do đó tính chất hoá lý của thành phần này gây ảnh hưởng quyết định đếnviệc chọn công nghệ sản xuất xi măng và các thiÕt bị dùng cho sản xuất

Đá vôi: là nguyên liệu cơ bản để sản xuất clinker xi măng, đá vôi cung cấpCaO cho phối liệu, độ cứng của đá vôi là do độ tuổi địa lý của nó quyết định, độcứng của đá vôi nằm trong khoảng 1,8-3, màu đá vôi phụ thuộc vào tạp chất, tuỳtheo tạp chất là Fe, Cr Đá vôi sạch thường có màu trắng Theo tiêu chuẩn Việtnam TCVN 6072:1996, đá vôi sử dụng làm nguyên liệu phải thoả mãn: hàmlượng CaCO3  85%, MgCO3  5%, Na2O + K2O  1% Ngoài ra còn có cácloại đá khác nhưng Ýt được sử dụng ở nước ta nh: đá phấn, đá mắc nơ, chúng làcác nham thạch trầm tích và có độ cứng bé hơn đá vôi Hầu hết các nhà máy, xí

nghiệp xi măng nước ta đều dùng nguyên liệu là đá vôi canxi Khi chọn đấ vôilàm xi măng tốt nhất chọn đá vôi sét có tạp chất sét trên 20% phân tán đều vàthành phần đá thiên nhiên xấp xỉ phối liệu sản xuất clinker là phản ứng nhanhnhất, công nghệ đơn giản

Thành phần đá vôi ở một số cơ sở sản xuất xi măng ở nước ta

8 Xi măng Sài sơn 42,73 0,15 0,76 0,16 53,10 1,18

9 Xi măng Cầu đước 42,60 0,68 0,24 0,20 53,80 2,20

SiO2 = 55 - 70%

Al2O3 = 10 - 24%

Na2O + K2O  3%

ở nước ta đất sét phân bố khắp nơi, có trữ lượng lớn, ngoài ra ở một số nơi còn

sử dụng đất sét ruộng hoặc đất phù sa Những loại đất này thường có hàm lượngSiO2 thấp, hàm lượng Al2O3 cao hơn tuy nhiên có thể sử dụng phụ gia để bổsung

Thành phần đất sét của một số cơ sở sản xuất xi măng

-III.1.3 Các loại phụ gia điều chỉnh trong sản xuất xi măng

Các loại phụ gia dùng để điều chỉnh được đưa vào hỗn hợp nguyên liệu khicác thành phần hoá học của nó không đáp ứng được yêu cầu đã quy định, tuỳtheo sự thiếu hụt các ô xít mà người ta cho thêm các phụ gia như: Ô xít magiê,các chất kiềm, lưu huỳnh, các clorua, các florua, phốt pho, sắt

- Phô gia cao silíc là loại phụ gia có chứa nhiều oxyt silíc, được sử dụng đểđiều chỉnh modul silicát trong trường hợp nguồn đất sét có hàm lượng SiO2 thấp.Các phụ gia cao silíc thường sử dụng là đất đá có chứa hàm lượng SiO2 > 80%hay có thể là cát mịn

- Phô gia cao sắt là loại phụ gia có chứa nhiều oxyt sắt được sử dụng để điềuchỉnh modul aluminát cho phối liệu Các phụ gia cao sắt thường sử dụng là: Xỉpirít Lâm thao chứa 55 – 68% Fe2O3, quặng sắt (Thái nguyên, Quảng ninh) chứa

65 – 68% Fe2O3…

- Phô gia cao nhôm được sử dụng để điều chỉnh modul aluminát trong trườnghợp nguồn đất sét chứa quá Ýt Al2O3 Phô gia cao nhôm hay sử dụng là quặngbôxít có chứa 44 – 58% Al2O3 hay cũng có thể sử dụng cao lanh hoặc tro xỉ…Bên cạnh đó còn có các loại phụ gia khác nh:

- Phô gia khoáng hoá thường được sử dụng trong nhà máy xi măng lò đứngnhằm làm giảm nhiệt độ phân huỷ nguyên liệu ban đầu thành các ô xýt có hoạttính cao Phô gia khoáng hoá thường được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là

hợp chất của florua nh CaF2 tinh khiết hay khoáng thiên nhiên, các phế thải côngnghiệp phân phốt phát dưới dạng phôt pho thạch cao, thạch cao thiên nhiên haycao nung

- Thạch cao: dùng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết cho xi măng, hàmlượng thạch cao tuỳ thuộc vào yêu cầu, tính chất của sản phẩm và công suất củanhà máy

- Ngoài ra đÓ sản xuất các loại xi măng khác nhau, người ta trộn clinke vớimột số phụ gia hoạt tính thiên nhiên hay nhân tạo như: xỉ lò cao, quặng màuthiên nhiên, tơrepen hàm lượng của các loại phụ gia này tuỳ thuộc vào yêu cầu

và chủng loại xi măng

Thành phần hoá học của một số phụ gia điều chỉnh phối liệu

Thứ

tù

MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO

1 Đất cao silic Pháp cổ - 91,80 3,26 1,30 0,70 0,16

2 Quặng zít phong hoá - 89,70 3,20 2,00 0,80 0,30

3 Xỉ pirít Lâm thao 4,03 18,76 3,52 65,54 2,50 0,35

4 Bô xít Cao bằng 13,80 0,40 50,00 25,50 0,50 0,78

5 Bô xít Lạng sơn 10,10 4,20 59,00 25,40 0,40 0,23

III.2 Các yêu cầu kỹ thuật, chất lượng phối liệu để sản xuất xi măng

Để có được chất lượng xi măng nh thiết kế thì clinker phải đảm bảo thànhphần hoá học, phải định lượng tương đối chuẩn xác tỷ lệ các cấu tử nguyên liệucấp cho máy nghiền theo kết quả tính phối liệu Yếu tố đảm bảo thành phần hoáhọc vô cùng quan trọng vì nếu sai khác sẽ gây nên khó nung hay sự cố lò khôngcho ta thànhphần khoáng mong muốn

Đảm bảo độ mịn của phối liệu sản xuất clinker : Độ mịn yêu cầu của phốiliệu từ 8 – 10% còn lại trên sàng có đường kính lõ sàng là 0,08mm ở các nhàmáy xi măng lò đứng do ta tự sản xuất theo thiết kế độ mịn cho phép 12% Nếuphối liệu không đáp ứng được độ mịn yêu cầu thì khi nung nó khó kết khối, hàm

lượng vôI tự do cao, clinker không chín hết, phản ứng tạo C3S khó trong clinkerhàm lượng C2S tăng lên làm lạnh chậm làm cho clinker bị rời do   C2S Đảm bảo độ đồng nhất: Nếu phối liệu không đồng nhất, nơi nhiều đá vôi sinh

ra vôi tù do cao, nơi thiếu đá vôi sẽ có nhiều C2S sinh ra tơi rời và hay dính chảytạo nên dính cục sự cố tả trong lò gây nên hiện tượng bí gió khó nung, chấtlượng clinker xi măng không đồng đều ảnh hưởng xấu đến chất lượng xi măng Đảm bảo độ Èm của phối liệu khi ra khỏi máy nghiền khoảng 1 – 2% đối vớiphương pháp khô và phương pháp bán khô.Nếu quá khô viên liệu sẽ nhỏ và bở,nếu quá ướt viên liệu lớn quá cỡ dẻo lúc rơi vào gầu nạp liệu dính bết vào nhau.Liệu khô hay Èm thất thường ảnh hưởng đến chế độ nhiệt của lò nung làm cho

lò không ổn định hay sinh ra sự cố, clinker lúc quá già, lúc lại sống

III.3 Nhiên liệu dùng trong công nghiệp sản xuất xi măng.

Chất lượng nhiên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình nung, vì vậy phải lùachọn nhiên liệu đảm bảo đáp ứng được nhu cầu luyện clinker

Nhiên liệu trong các nhà máy xi măng dùng để:

- Vận hành lò: đối với phương pháp khô là 83%, phương pháp ướt 96%

- Sấy nguyên liệu: đối với phương pháp khô là 11%, phương pháp ướt là 1% Trong công nghiệp sản xuất xi măng nhiên liệu được sử dụng ở ba dạng: rắn,lỏng, khí

+ Nhiên liệu rắn

Đây là nhiên liệu được dùng phổ biến nhất hiện nay ở nước ta mà chủ yếu làthan Than chứa khoảng 60 – 90% là các bon còn lại là hyđrô, ôxy, nitơ cónhiệt lượng riêng từ 5300 – 7400kCa/kg Đặc biệt khi than cháy thì để lại mộtlượng tro chiếm khoảng 10 – 30%, thành phần của tro than gần giống với đất sét

đã nung do đó nó cũng được coi nh mét nguyên liệu và cần khống chế theo đúng

tỷ lệ Khi sử dụng than làm nhiên liệu thì cần phải sấy và nghiền nhỏ rồi phunvào lò (đối với lò quay) hoặc nghiền cùng phối liệu (đối với đứng) Hiện nay ởnước ta các nhà máy xi măng sử dụng than cám 4A và 3 để làm nhiên liệu, trữ

lượng than ở nước ta cũng lớn và chất lượng khá tốt để làm nhiên liệu sản xuất

xi măng đặc biệt là than khai thác ở vùng mỏ Hòn gai – Quảng ninh

B ng ảng đặc trưng của các loại than dùng nung cliker đặc trưng của các loại than dùng nung cliker c tr ng c a các lo i than dùng nung cliker ưng của các loại than dùng nung cliker ủa các loại than dùng nung cliker ại than dùng nung cliker

Loại than Độ tro A(%) Chất bốc V (%) QH (Kcal/kg)

+ Nhiên liệu khí

Phần lớn nhiên liệu dạng khí sử dụng trong công nghiệp xi măng là khí đốt

thiên nhiên chứa thành phần chính là: Mêtan, Etan Khi đốt khí cũng không cótro và thiết bị đốt thì đơn giản hơn nhiều so vơi thiết bị đốt nhiên liệu dạng lỏng.Tuy nhiên ở nước ta do việc khai thác khí nhiên liệu còn gặp nhiều khó khănnên nhiên liệu loại này Ýt được dùng

IV CLINKER

Là sản phẩm sau khi nung hỗn hợp phối liệu làm cho nó kết khối và cóthành phần khoáng xác định nh: Can xi aluminat, Alumôferit can xi, Can xisilicát Clinker là thành phần chủ yếu quyết định đến tính chất của xi măng

IV.1 Thành phần hoá học của clinker.

Hàm lượng những oxyt trong clinker đều ảnh hưởng đến quá trình hình thànhcác khoáng và chất lượng của xi măng Do đó tỷ lệ các oxyt cần được khống chếchặt chẽ khi đưa các nguyên liệu đầu vào

Đ i v i clinker xi m ng h m lới clinker xi măng hàm lượng các oxyt thường nằm trong các giới ăng hàm lượng các oxyt thường nằm trong các giới àm lượng các oxyt thường nằm trong các giới ượng các oxyt thường nằm trong các giớing các oxyt thường nằm trong các giớing n m trong các gi iằm trong các giới ới clinker xi măng hàm lượng các oxyt thường nằm trong các giới

h n sau:ạn sau:

CaO = 58 – 67 MgO = 0,5 – 5 Al2O3 = 4 – 8

Fe2O3 = 2 – 5 SO3 = 0,1 – 0,5 K2O = 0,1 – 0,3

Na2O = 0,1 – 0,3 SiO2 = 18 - 26 TiO2 = 0,1 – 0,3

IV.1.1 Oxyt canxi (CaO).

Oxyt canxi nã tham gia phản ứng với tất cả các oxyt Fe2O3, Al2O3, SiO2 để tạothành các khoáng chính của clinker Clinker chứa nhiều CaO tạo thành nhiềukhoáng C3S làm cho xi măng phát triển cường độ nhanh, mác sẽ cao nhưng ximăng có nhiều CaO trong clinker sẽ kém bền trong môi trường nước và các môitrường xâm thực khác Nếu canxi nằm ở dạng tự do sẽ làm cho đá xi măng bị nởthể tích phá vỡ cấu kiện xây dựng

IV.1.2 Oxyt nhôm (Al 2 O 3 ).

Oxyt nhôm nã chủ yếu phản ứng với Cao và Fe2O3 tạo khoáng họ aluminatcanxi và alumôphêrit canxi Ximăng chứa nhiều Al2O3, ninh kết và đóng rắnnhanh nhưng toả nhiệt lớn kém bền trong môi trường sunfat và nước, không bền

ở nhiệt độ cao

IV.1.3 Oxyt silíc (SiO 2 ).

Oxyt silíc tác dụng chủ yếu với CaO để tạo khoáng silicat canxi (C2S và

C3S) Khi quá nhiều SiO2 thì xi măng sẽ đóng rắn chậm , cường độ ban đầu thấp

và Ýt toả nhiệt khi đóng rắn, bền trong môi trường xâm thực

IV.1.4 Oxyt sắt (Fe 2 O 3 ).

Oxyt sắt nã phản ứng với CaO và Al2O3 tạo thành các khoáng canxialumôferit nóng cháy ở nhiệt độ thấp Xi măng chứa nhiều Fe2O3 sẽ làm giảm

mác của xi măng tốc độ đóng rắn chậm, tạo nhiều chất chảy gây bám dính lò,khó nung, nhưng lại bền trong môi trường sulfát Tuy nhiên nếu hàm lượng nàyquá thấp sẽ không đủ chất nóng chảy, khó phản ứng tạo thành khoáng

IV.1.5 Oxyt magiê (MgO).

Oxyt magiê nã tạo thành dung dịch rắn với khoáng C3S làm tăng hoạt tínhcủa khoáng này, hàm lượng này lớn sẽ tạo khoáng pêriclaz phản ứng chậm vớinước, gây nở thể tích và phá vỡ cấu trúc xi măng

IV.1.6 Oxyt kiềm (K 2 O và Na 2 O).

Oxyt kiềm là các tạp chất có hại do đất sét đưa vào, làm giảm cường độ của

xi măng nếu hàm lượng lớn hơn 1% chúng sẽ gây ra sự ăn mòn Trong xi măngthường có khoảng 0,5 – 1% oxyt kiềm

Ngoài các oxyt trên trong xi măng còn có một số oxyt khác nh: TiO2, P2O5,

SO3 tuy nhiên chúng ảnh hưởng không đáng kể đến chất lượng của xi măng

IV.2 Thành phần khoáng của cliker xi măng.

Bốn loại oxyt chính CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 phản ứng tạo nên hai loạikhoáng chính trong clinker

- Khoáng silicat canxi

3CaO.SiO2 ký hiệu C3S gọi là alit

2CaO.SiO2 ký hiệu C2S gọi là bêlit

Bản chất khoáng silicat canxi theo giản đồ hai cấu tử CaO - SiO2 có 4 loại: + Vôlastônít  - CaO.SiO2 và giả Vôlastônít  - CaO.SiO2

+ Octôsilicat canxi gồm có 4 loại thù hình  ,  ,  và  ’ - C2S

Dạng  - C2S kém bền và tồn tại ở nhiệt độ trên 6750C Nếu lưu lâu ở nhiệt

độ 6750C thì  - C2S chuyển thành  - C2S làm nở thể tích làm cho clinker tự

tả thành bột mịn Người ta phải ổn định để  - C2S không chuyển thành 

-C2Skhi đó xi măng mới đóng rắn và phát triển cường độ

+ Răngkinít C3S2 là hỗn hợp không bền trong quá trình phản ứng, nó bị phânhuỷ và để tạo thành C2S và bão hoà C2S thành C3S.

+ Alít 3CaO.SiO2 là khoáng cơ bản nhiều nhất trong clinker, nó tạo cho xi măngpoóc lăng có cường độ cao, đóng rắn nhan, toả nhiệt nhiều khi đóng rắn, tuynhiên lại không bền trong môi trường sulfát

- Khoáng aluminat canxi

3CaO.Al2O3 ký hiệu C3A

4CaO.Al2O3.Fe 2O3 ký hiệu C4AF gọi là xêlit

- Khoáng aluminat canxi

+ C3A chiếm khoảng 4 – 15% là chất trung gian mầu trắng, là khoáng quantrọng cùng với alít tạo ra cường độ ban đầu của đá xi măng Xi măng chứa nhiều

C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn làm cho xi măng không bền trong môi trườngsulfát

+ Xêlit (C4AF) có thành phần chiếm khoảng 10 – 15% Khoáng này nóng chảy

ở nhiệt độ 12500C và trở thành pha lỏng tạo môi trường cho phản ứng tạo thànhkhoáng C3S Khi có khoáng trong xi măng làm cho xi măng có cường độ thấp,thời gian đông kết chậm, Ýt toả nhiệt khi đóng rắn và bền trong môi trườngsulfát

Ngoài các khoáng chính trên trong clinker còn chứa pha thuỷ tinh là chấtlỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh cliker Nếu quá trình làm lạnhnhanh thì pha thuỷ tinh nhiều thì khi đóng rắn xi măng sẽ toả nhiệt nhiều

IV.3 Các hệ số đặc trưng cho thành phần clinker

Như đã biết thành phần clinker gồm 4 oxyt chính là CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3

chóng có quan hệ với nhau tạo nên các hệ số đặc trưng:

a Hệ số bão hoà vôi theo công thức Kin và Jun

2

3 8

, 2

7 , 0 35 , 0 65 , 1

SiO

SO F

A CaO

b Hệ số môđun silicat

3 2 3

2

2

O Fe O

Al

SiO n





c Môđun aluminat

3 2

3 2

O Fe

O Al

p 

Khi nung 4 oxyt trên ở nhiệt độ 14500C tạo nên 4 khoáng chính là:

3CaO.Al2O3, 2CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe 2O3 và 4 khoáng trên liên

hệ với nhau qua các hệ số đặc trưng cho thành phần clinker xi măng

Hệ số bão hoà vôi

S C S

C

S C S

C KH

2 3

2 3

33 , 1

885 , 0

C

S C S

C n

4 3

2 3

046 , 2 434

, 1

33 , 1

, 1 4

3





AF C

A C p

B ng so sánh tính ch t xi m ng ph thu c v o các h s KH, n v pất xi măng phụ thuộc vào các hệ số KH, n và p ăng hàm lượng các oxyt thường nằm trong các giới ụ thuộc vào các hệ số KH, n và p ộc vào các hệ số KH, n và p àm lượng các oxyt thường nằm trong các giới ệ số KH, n và p àm lượng các oxyt thường nằm trong các giới

TT Hệ sè

KH, n,p

Trị sènghiên cứu

Cường độ chịu nén, uốn sau 28

ngày (kG/cm2)Cường độ nén Cường độ uốn

Xi măng từ clinker có hệ sè KH cao cường độ chịu nén cũng tăng cao nhng cường độ chịu uốn giảm xuống Hệ sè KH = 0,86 – 0,96 cường độ thực tế xấp xỉ nhau, Hệ số KH = 0,86 – 0,96 là chuẩn đối với cliker xi măng poóc lăng Giảm hệ

số KH xuống từ 0,86 – 0,82 thực tế là sản xuất xi măng mác thấp, cường độ giảm khá mạnh

Môđun silicat trong giới hạn 1,7 – 2,5 đối với clinker thông thường Ýt ảnh hưởng đến cường độ xi măng Hệ số n giảm đồng thời tăng cả cường độ nén và uốn

Môđun aluminat ảnh hưởng đến cường độ không lớn lắm nhưng theo quy luật nh môđun n, nếu giảm p cường độ nén và uốn đều tăng lên

V Quy trình công nghệ sản xuất xi măng trong công nghiệp

Hiện nay ở nước đang áp dụng 3 loại dây truyền công nghệ sản xuất xi măngchính:

- Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng ( phương pháp bán khô)

- Công nghệ sản xuất xi măng lò quay phương pháp ướt

- Công nghệ sản xuất xi măng lò quay phương pháp khô

Trong hai loại hình công nghệ sản xuất xi măng, xi măng lò quay chiếm 84%tổng sản lượng sản phẩm xuất ra Các công ty xi măng lò quay có công suất lớn,dây truyền thiết bị hiện đại, vì vậy có chất lượng xi măng tốt, mác cao Ngượclại các công ty xi măng lò đứng có kết cấu đơn giản, công nghệ của một số khâucòn thủ công nên năng xuất và chất lượng còn bị hạn chế

V.1 Quá trình gia công nguyên liệu và nhiên liệu

Các phối liệu đá vôi, đất sét, thạch cao, các loại phụ gia, than…được giacông sơ bộ đến kích thước và độ Èm yêu cầu sau đó được định lượng và nghiềnmịn thành phối liệu

Đối với công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô và bán khô : Phốiliệu đưa vào nghiền không chỉ có :đá vôi , đất sét, phô gia điều chỉnh mà nhiênliệu than cũng được nghiền mịn và phun vào lò trong quá trình nung

Đối với công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp ướt thì bột phối liệuđược trộn với nước và nghiền trong máy nghiền bi ướt

V.2 Quá trình nung, ủ Clinker

Công đoạn nung Clinker là công đoạn rất quan trọng và quyết định đến chấtlượng sản phẩm Phối liệu sau khi đã được nghiền mịn được đưa vào nung trong

lò nung Đối với lò quay phương pháp ướt thì bột liệu đi vào lò ở dạng bùn pát,với phương pháp khô thì bột liệu sau khi nghiền được đi qua hệ thống xyclon trođổi nhiệt nhằm gia nhiệt phối liệu trước khi vào lò nhiệt độ phối liệu lúc này lêntới 7000C như vậy phối liệu trước khi vào lò ở dạng bột khô và được nung trong

lò quay tại dôn nung khoảng 1350 – 14500C Sau khi nung xong Clinker đượclàm nguội nhanh bằng nước và không khí sau đó vận chuyển vào silô chứa Với

hệ thống lò nung clinker theo phương pháp bán khô sử dụng lò đứng hoặc lòquay thì phối liệu trước khi nạp vào lò được trộn đến độ Èm 12 – 14% và được

vê thành viên có kích thước 8 – 12mm sau đó mới đưa đi nung

Quá trình nung phối liệu trong lò dưới tác dụng của nhiệt độ cao các cấu tửtrong phối liệu sẽ phản ứng với nhau tạo thành các khoáng chính có trong thànhphần clinker xi măng đó là: 3CaO.Al2O3 ( C3A ), 2CaO.SiO2 ( C2S ), 3CaO.SiO2

( C3S ) và 4CaO.Al2O3.Fe2O3 ( C4AF ) Để tăng nhanh quá trình nung clinker cácbiện pháp có hiệu quả hay được dùng như: Dùng chất khoáng hoá, giảm độ Èmcủa bùn pát, hồi lưu bụi trở lại lò quay, dùng thiết bị làm lạnh, tăng tốc độ quaycủa lò nung, sử dụng thiết bị đốt nhiên liệu hiện đại cháy hoàn toàn cho nhiệtlượng tối đa

Sau khi qua giai đoạn làm lạnh, nhiệt độ clinker trong khoảng 50 – 1500Cclinker được ủ trong kho hoặc silo chứa trong khoảng 10 – 15 ngày để CaO tù

do còn lại trong clinker phản ứng với nước trong không khí tạo thành Ca(OH)2

nở thể tích làm cho clinker dễ nghiền và xi măng không nở nữa, như vậy sẽ làmtăng chất lượng của xi măng

V.3 Quá trình nghiền và đóng bao xi măng

Clinker được phối trộn với các loại phụ gia xi măng nh đá bazan, đá vôi,thạch cao theo công thức phối trộn tuỳ thuộc vào yêu cầu và tính chất của ximăng mà công thức phối trộn sẽ khác nhau Thông thường pha thêm 3 – 4%thạch cao để điều chỉnh thời gian đông kết và khoản 15 – 20% phô gia khác đểtăng sản lượng và cải thiện tính chất của xi măng Độ nghiền mịn thường đạt12% lượng còn lại trên sàng 008 hoặc bề mặt riêng 2900 – 3200cm2 /g rồi quathiết bị phân ly, phần chưa đạt độ mịn cho quay lại vào máy nghiền Sau khinghiền xong xi măng được gầu tải đưa vào các silo chứa và được đảo trộn đểđồng nhất tránh hiện tượng vón cục Xi măng sau đó được đóng bao ( thôngthường bao có trọng lượng 50kg ) rồi được các xe chuyên chở đi tiêu thụ

Than Đất sét

Xỉ pyrit Apatit

Trộn nghiền Máy sấy Máy sấy

Phụ gia CaF

ủ clinker Nung clinker(lò đứng)

Máy nghiền xi măng

Máy phân ly Thạch cao, phụ gia

Đóng bao

Xi măng

Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng lò đứng

VI Qúa trình đóng rắn của xi măng.

Tính chất đặc biệt của xi măng là khả năng tham gia phản ứng với nước tạo thành chất kết dính có lực kết dính đủ mạnh không những chỉ có những hạt vật chất riêng biệt tạo thành phản ứng với nước mà còn có khả năng dính kết trên bềmặt sản phẩm mới với các vật thể chứa trong vừa tiếp xúc với chúng (như gạch,

đá, sắt, thép, cát )

Quá trình đóng rắn xảy ra rất phức tạp trải qua nhiều quá trình hyđrat của cáckhoáng, có nhiều thuyết để giải thích sự đóng rắn của xi măng theo quan điểm vật lý như: thuyết Lơxatơlie, thuyết Bai cốp, thuyết Mikhaêlic Để đơn giản ta coi quá trình đóng rắn gồm các giai đoạn sau:

- Hoà trộn xi măng với nước

- Thực hiện hyđrat các khoáng trong xi măng

- Thực hiện các quá trình vật lý liên kết chặt chẽ các hạt sản phẩm

VII Một số chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của xi măng

Trong xây dựng, chất lượng của xi măng được đánh giá bởi các chỉ tiêu nh sau:

- Thành phần khoáng: thông thường được đánh giá theo tỷ lệ khoáng C3S :

C2S hoặc theo hệ số p (Môđun aluminat)

- Hàm lượng vôi tự do: thể hiện nung clinker xi măng kết khối tốt hay xấu, các hệ số chọn chuẩn hay không chuẩn Nó đánh giá về khả năng ổn định thể tích của xi măng

- Độ mịn của xi măng(S): Xi măng nghiền mịn sẽ ảnh hưởng tới lượng nước tiêu chuẩn, tốc độ ninh kết và đóng rắn, xi măng nghiền càng mịn thì mác của nócàng cao Đánh giá độ mịn bằng phương pháp tỷ diện (bề mặt riêng cm2/g) Xi măng thường S = 2500-3500 cm2/g

- Khối lượng thể tích (): Phô thuộc vào thành phần khoáng và độ mịn của

xi măng Xi măng thường  = 1400-1700g/l

- Lượng nước tiêu chuẩn: còn gọi là độ dẻo tiêu chuẩn là lượng nước cần thiết cho vào xi măng tính theo phần trăm để thực hiện quá trình ban đầu của sự

đóng rắn Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng phụ thuộc vào độ mịn, thành phầnkhoáng và loại phụ gia hoạt tính Đối với xi măng poóclăng thường lượng nước tiêu chuẩn 24 – 29%

- Tốc độ ninh kết: Đây là đặc tính quan trọng của xi măng nó phụ thuộc vào thành phần khoáng của clinker, nhiệt độ môi trường, độ mịn Xi măng thường tốc độ ninh kết bắt đầu không quá 45 phót, kết thúc không muộn hơn 12 giê

- Mác của xi măng: Mác của xi măng là cường độ chịu nén của mẫu vữa 1 xi măng 3 cát tiêu chuẩn sau thời gian bảo dưỡng kể từ ngày tạo mẫu là 28

ngày(kG/cm2 hay N/mm2, 1 N/mm2  10 kG/cm2) Xi măng có ký hiệu P300, P400, P500 là mác xi măng 300, 400, 500 hay xi măng có cường độ chịu nén sau 28 ngày là 300, 400, 500 Mác xi măng trước hết phụ thuộc vào chất lượng clinker, độ mịn của xi măng và phương pháp thử mẫu

CHƯƠNG II: NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH

NGHIỀN XI MĂNG

I Nghiền xi măng

Nghiền xi măng là thời gian giải quyết các thao tác cuối cùng trong quá trình sản xuất xi măng, nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của xi măng

I.1 Máy nghiền xi măng

- Có rất nhiều loại máy có thể dùng để nghiền xi măng nh: máy nghiền bi, máy nghiền thanh, máy nghiền rung…nhưng phổ biến hiện nay ở nước ta dùng rộng rãi là loại máy nghiền bi thùng quay

- Máy nghiền bi có thể phân loại thành nhiều loại khác nhau:

+ Phân loại theo cấu tạo của thùng: có các loại hình trụ, hình nón cụt

+ Phân loại theo phương pháp tháo sản phẩm, có loại tháo qua trục rỗng, tháo qua sàng chắn ngang thùng, tháo qua sàng hình trụ và loại máy nghiền kèm theo thiết bị phân loại đặt riêng biệt bên ngoài

- Cấu tạo của máy nghiền bi gồm các tang quay bằng thép, có đường kính 1 – 3m, dài 10 – 15m máy được đặt nằm ngang và quay quanh trục của nó, nhờ động cơ và bánh xe truyền động Trong các tang quay này chứa một phần bi, đạn bằng kim loại hay bằng sứ, quá trình nghiền vật liệu xảy ra khi bi, đạn trong máy nghiền chuyển động Khi quay tang hỗn hợp bi, đạn và vật liệu nghiền được nâng lên một đoạn theo hướng quay, khi góc nâng lớn hơn góc rơi tự nhiênthì bi, đạn và vật liệu bị trượt xuống phía dưới Như vậy vật liệu bị nghiền là do

sự chà sát hay vừa đập vừa chà sát của bi, đạn với nhau hay bi, đạn với thành thùng

- KÝch thước của vỏ máy nghiền

+ Đối với loại máy nghiền một ngăn thì chọn

+ Đối với loại mỏy nghiền ba ngăn thỡ chọn

4 , 5

L

Trong đú:

L: Chiều dài của mỏy nghiền

- D: Đường kớnh của mỏy nghiền

Sơ đồ chuyển động của bi, đạn Góc nâng tối uu của bi, đạn

trong máy nghiền

I.2 Bi đạn trong mỏy nghiền

Bi, đạn nghiền thường được chế tạo bằng thộp hợp kim gồm Cỏc bon, Măng gan, Phốt pho, Lưu huỳnh, Si lớc, Crụm, Mụlớp đen Bi của mỏy nghiền cú đường kớnh từ 20 – 100mm, đạn thường cú kớch thước từ 15 – 25 hoặc 20 – 30mm

- Để xỏc định tổng khối lượng bi trong mỏy nghiền người ta cú thể ỏp dụng cỏc cụng thức thực tế:

G = 4620D2L (Theo Taggarta)

G = 4100D2L (Theo arenđsa_xislinski)

G = 4000D2L (Sternhin)

Trong đú

G: Tổng khối lượng bi nghiền (kg)

D: Đường kớnh trong của mỏy nghiền (m)

L: Chiều dài cú ích của mỏy nghiền (m)

- Gúc nõng của bi nghiền: Theo cỏc tớnh toỏn về mặt lý thuyết cho thấy động năng của bi, đạn rơi tối đa, khi gúc nõng  của chung bằng 35020’.

- Hệ số nạp bi, đạn trong mỏy nghiền: Hệ số nạp bi, đạn trong mỏy nghiền là tỉ

số giữa tổng khối lượng bi, đạn khi xếp tự do với khối lượng làm việc của mỏy nghiền

Theo cỏc tớnh toỏn thỡ cỏch nạp tối ưu phải tương ứng với h = 0,16.D

Với D: là đường kớnh thựng nghiền, h: là khoảng cỏch từ mặt bi, đạn tới mặt cắt ngang giữa thựng Thụng thường hệ số nạp bi, đạn mỏy nghiền là khoảng 25 – 45%

Hệ số nạp bi, đạn trong máy nghiền

I.3 Tấm lút

Để trỏnh va đập, vỏ mỏy bờn trong được lút bằng những tấm lút kim loại Tấm lút mỏy nghiền thường cú gõn trờn bề mặt và được thiết kế theo cỏc hỡnh dạng khỏc nhau để làm giảm độ mũn, chiều dày tấm lút phụ thuộc vào đường kớnh mỏy nghiền và kớch thước vật thể nghiền ở giới hạn 30 – 6mm

II Cụng suất tiờu thụ của mỏy nghiền

Khi nạp bi, đạn tối ưu và tần số quay hợp lý cú thể cụng suất tiờu thụ của mỏy nghiền được xỏc định theo cụng thức thực nghiệm P = 12,5.G, hoặc cụng thức của Blank P = C.G D

Trong đú

P: Cụng suất của mỏy nghiền

G: Tổng trọng lượng bi nghiền

C: Hệ số nạp