công nghệ sản xuất xi măng chương mở đầu

Đỗ Quang Minh-Trần Bá Việt, Công nghệ sản xuất xi măng Pooc Lăng và các chất kết dính vô cơ, NXB ĐH Quốc Gia TPHCM 2007.. GIỚI THIỆU CHUNG Chất kết dính CKD là những chất hoặc hợp chấ

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

XI MĂNG

Bộ môn Silicate-khoa CNVL

August 10, 2015 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đỗ Quang Minh-Trần Bá Việt, Công nghệ sản xuất xi măng

Pooc Lăng và các chất kết dính vô cơ, NXB ĐH Quốc Gia

TPHCM 2007

[2] PGS,TS Hoàng Văn Phong, 20 chủng loại xi măng và

CNSX, NXB KH&KT Hà Nội 2006.

[3] GS,TSKH Nguyễn Thúc Tuyên-TS Nguyễn Ngọc Sơn-KS

Nguyễn Tiến Trung, Kiểm tra chất lượng VLXD theo tiêu

chuẩn nước ngoài, NXB GTV Tải HN 2004.

[4] Bùi Văn Chén, KTSX các chất kết dính vô cơ, BM Silicat

ĐH Bách Khoa Hà Nội

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Peter C Hewlett, Lea’s Chemistry of cement and Concrete,

Butterworth-Heinemann, Fourth Edition reprinted 2001

[2] H.F.W Taylor, The chemistry of cements, Academic Press,

London and New York 1964

[3] Alsop, P.A "Cement Plant Operations Handbook for Dry

Process Plants" 2nd Edition, International Cement Review,

Dorking, Surrrey (UK) July 1998

[4] CEMBUREAU - the European Cement Association, “Best

available techniques” for the cement industry, December

1999

[5] ASTM , Volume 04.01 Cement, lime, gypsum.

August 10, 2015 4

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

GIỚI THIỆU CHUNG

 Chất kết dính (CKD) là những chất hoặc hợp chất có

khả năng tự rắn chắc, động thời liên kết một hệ khác (sợi hoặc hạt) thành khối vững chắc.

 Lực tương tác giữa hai vật liệu để chúng kết dính với nhau có thể là:

 Lực cơ học (ma sát),

 Lực hóa học (liên kết do phản ứng hóa học),

 Những liên kết lý học đặc biệt khác (lực hạt phân tán, lực Van-der Van, lực tĩnh điện, cảm ứng )

tác cùng tác dụng

August 10, 2015 6

PHÂN LOẠI CKD VÔ CƠ

GIỚI THIỆU CHUNG

 Xi măng porland (PC: Porland cement), Xi măng Porland hỗn hợp (PCB: Blended porland cement), Clinker là gì?

Xi măng Porland

là bột vô cơ có tính kết dính thủy lực, sản phẩm nghiền mịn của hỗn hơp clinker XMP và phụ gia thạch cao (3-5% kl clinker)

PC = PC clinker + gypsum (3-5%)

Xi măng hỗn hợp

là sản phẩm nghiền mịn của xi măng Porland và những phụ gia khác (phụ gia đầy, phụ gia hoạt tính, )

August 10, 2015 8

GIỚI THIỆU CHUNG

August 10, 2015 10 10

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ CNSX XMP

 Những CKD ban đầu của con người có lẽ là những CKD hữu cơ: nhựa cây (nhựa thông, cánh kiến, nhựa cây sơn), lòng trứng được coi như những CKD xưa nhất

 CKD dùng xây dựng là các loại đất đá tự nhiên : đất sét nung, tro đất núi lửa, đất đá ong chứa ôxít silic hoạt tính, tro mật, vôi, thạch cao, vôi thủy,

XM La Mã

 Các công trình xây dựng minh chứng như Vạn lý Trường Thành, Kim tự tháp Ai Cập và ngay cả những Tháp Chàm bé nhỏ.

August 10, 2015 12 12

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ CNSX XMP

 Tên gọi xi măng (cement) xuất hiện đầu tiên có lẽ vào thế kỷ XVIII, vào năm 1702 tại Saint – Peterburg (Nga). Người phát minh được ghi nhận là Seameston (1750) khi nung hỗn hợp vôi và đất sét thành CKD

 Vào năm 1807, V.M.Severgin đã mô tả trong “Tạp chí Công nghệ” tính chất một sản phẩm bền nước khi nung mergel (loại đá vôi lẫn đất sét) rồi nghiền thành bột

 Năm 1822 Sarlevin (Peterburg – Nga) đã mô tả CKD nhân tạo từ đá vôi và đất sét, nung rồi nghiền mịn

 Năm 1825, E.Treliep (Maxcơva – Nga) mô tả CKD từ đá vôi nung rồi trộn với đất sét tạo thành những viên như viên gạch, nung tiếp ở nhiệt độ 1100 – 1200 0 C, sản phẩm được nghiền rồi sàng lấy hạt mịn làm CKD

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ CNSX XMP

 Người đầu tiên đăng ký bằng phát minh về cách nung đá vôi và đất sét tới nóng chảy tạo clinker rồi nghiền lại

thành XM và gọi nó là xi măng Poóc lăng, như tên gọi

hiện nay, là Joseph Aspdin (người Anh) vào năm 1824

 Đây là CKD nung từ đất sét và đá vôi có thành phần và tính chất tương tự như loại đá tự nhiên vùng Porland

(Anh) Đó là lý do tại sao các loại CKD loại này có

tên là ximăng Poóc lăng (XMP)

 Tên gọi “xi măng Poóc lăng” tồn tại tới nay, mặc dù các loại XMP hiện tại khác xa XMP ban đầu (nhiệt độ nung thấp, nung bằng lò đứng, công nghệ thủ công)

August 10, 2015 14

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ CNSX XMP

 Frederic Reanson đăng ký bằng phát minh đầu tiên về lò quay phương pháp ướt nung clinker XM (N0 5442 ngày 2-5-1885 tại Anh, N0 340357 ngày 20 – 4 - 1886 tại

USA)

Phương pháp khô với thiết bị trao đổi nhiệt kiểu treo là của M.Foren –Yorgensen (hãng Smith) trong bằng phát minh N048169 ngày 1 – 6 – 1932 tại Praha, CH Séc

Nhưng cũng phải tới 1951, tức là hai mươi năm sau đó, phát minh mới được ứng dụng trong công nghiệp

(Hãng Humboldt – CHLB Đức)

14

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ CNSX XMP

đổi nhiệt kiểu treo SP (Suspension Preheater) và các kiểu buồng canxi hóa (Calciner) khác nhau với thiết bị làm nguội kiểu ghi là những thiết bị phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất clinker XMP

August 10, 2015 16

CLINKER: BÁN THÀNH PHẨM SAU KHI NUNG

Raw materials ⇒ grinding ⇒

mixing ⇒ raw meal ⇒ kiln

feed ⇒ firing 1450 0 C ⇒

cooling ⇒ clinker

Clinker ra khỏi lò nung có dạng cục sỏi nhỏ với thành phần hóa như

Do nguyên liệu dùng trong công

nghệ XMP là những nguyên

liệu tự nhiên, nên trong thành

phần clinker luôn có những

tạp chất

Để đảm bảo tính chất cần thiết của XM, các ôxít tạp chất phải nằm trong giới hạn cho phép, ví dụ:

August 10, 2015 18

THÀNH PHẦN PHA CLINKER XMP

Tính chất của clinker và XMP do thành phần pha (các loại khoáng và pha thủy tinh) của chúng quyết định:

 C 4 AF: 10 – 18% (alumo-ferít canxi: 4CaO.Al2O3.Fe2O3)

chưa p.ứ hết và các khoáng khác.

18

Alít: (40 – 60%) trong clinker XMP là dung dịch rắn khoáng gốc là C3S

 C3S đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt

August 10, 2015 20 20

 Dạng thù hình cần thiết trong clinker XMP là β

-C2S (15 – 35%) có tính kết dính, phát triển cường độ chậm ở giai đoạn đầu, nhưng sau đó cho cường độ khá cao

 β -C2S tỏa ít nhiệt khi đóng rắn Trong kỹ thuật sản xuất clinker XMP cần làm nguội clinker rất nhanh ở khoảng 6750C, nhằm tránh sự biến đổi

β -C2S thành γ - C2S, là khoáng không có tính kết dính.

Tri-canxi aluminát C3A

không bền trong môi trường xâm thực

tốc độ đóng rắn của C3A

August 10, 2015 22 22

18%):

 dễ hòa tan trong nước, ít tỏa nhiệt

nhưng sau đó cường độ không cao, chịu ăn mòn tốt

Pha thủy tinh trong clinker (15–

25%):

(clinker kết khối tốt, tạo điều kiện hình thành khoáng C3S)

pha thủy tinh trong clinker Nhờ vết nứt tế vi trong pha thủy tinh, clinker dễ nghiền hơn, hoạt tính pha thủy tinh rất cao, dễ hydrát hóa

August 10, 2015 24

 Ngoài ra, trong clinker XMP còn những khoáng khác như các sunfát kiềm (K,Na)2SO4, CaSO4, aluminát kiềm (K,Na)2.8CaO.3Al2O3, alumo- manganát canxi 4CaO.Al2O3.Mn2O3

 và một lượng ôxít tự do , chưa phản ứng hết trong quá trình nung luyện Trong số đó, không mong muốn nhất là CaO (khống chế 1 – 2%) và MgO tự do, càng ít càng tốt (bé hơn 4 – 6%, tùy tiêu chuẩn mỗi quốc gia).

24

Influences of Major and Minor Phases

on Cement Properties

 Major Phases

 C 3 S - Early strengths, setting

 C 2 S - late stage strengths, durability

 C 3 A - Initial set, early heat evolution

 C 4 AF - Color

 CaO free (free lime) - Setting time, early strengths

• Belite: brown-tan, nested

• Liquid phase: Aluminate and Ferrite (interstitial melt)

Contribution of clinker phases on strength

development