công nghệ sản xuất xi măng quá trình nung clinker xmp

Sự phân hủy tạo CaO hoạt tính cao dễ phản ứng với các ôxít hoạt tính của đất sét như SiO2, Al2O3 các silicát canxi như CA, C12A7, CS, C3S2… bắt đầu tạo thành..  Hoạt tính của các cấu tử

QUÁ TRÌNH NUNG

CLINKER XMP

1 – QUÁ TRÌNH TẠO

CLINKER XMP TỪ BỘT

PHỐI LIỆU

Bột phối liệu từ đá vôi, đất sét, quặng sắt được đem nung luyện sẽ trải qua một loạt những biến đổi.  Theo bản chất hoá lý: 5 giai đoạn:

Theo bản chất pha tham gia:2 giai đoạn:

1.      Biến đổi chỉ ở pha rắn (sấy, đốt nóng, phân hủy cacbonat)

2.      Biến đổi với sự tham gia của pha lỏng (kết khối, làm nguội)

1 – Sấy: ( từ 30-200 0 C)

 khi nhiệt độ phối liệu tới khoảng 1200C giai đoạn tách nước lý học (ẩm trong phối liệu)

 •        Mất nước hóa học của các khoáng sét: hiệu ứng thu nhiệt từ 400 – 6000C

x Al2O3.ySiO2.mH2O = xAl2O3.ySiO2 + mH2O.

(nước tách ra, tạo sản phẩm có độ xốp, bề mặt phản ứng lớn) mạnh nhất trong khoảng 540 – 5800C

(Phản ứng mất nước của caolinhít Al2O3.2SiO2.2H2O = Al2O3.2SiO2 + 2H2O).

 •        Phân hủy các chất hữu cơ trong đất sét (phản ứng toả nhiệt, ở 300 – 4000C); phân

hủy pyrít sắt FeS2.

 Biến đổi thù hình của β - quắc → α - quắc (thu nhiệt nhỏ ở 573 – 5750C)

 Ngoài ra là các muối cácbonát như MgCO3, dolomít (MgCO3 phân hủy ở 700-8000C).

 Phản ứng thu nhiệt và tỏa khí rất mạnh Sự phân hủy tạo CaO hoạt tính cao dễ phản ứng với các ôxít hoạt tính của đất sét như SiO2, Al2O3 các silicát canxi như CA, C12A7, CS, C3S2… bắt đầu tạo thành

 Hoạt tính của các cấu tử do sự xuất hiện những sai sót lỗ trống do H2O, OH- và CO2 bị phân

hủy để lại trong mạng tinh thể

 Pha lỏng do các hợp chất eutecti nóng chảy (trong thành phần nguyên liệu lẫn nhiều tạp chất tạo pha lỏng, nhưng thành phần chủ yếu của pha lỏng là Fe2O3) Nhiệt độ càng tăng, pha lỏng hình thành ngày càng nhiều tạo điều kiện cho quá trình kết khối clinker và hình thành các khoáng cần thiết

 Khoáng mong muốn nhất trong clinker: C3S về cơ bản được tạo thành trong lòng pha lỏng: sự hình thành C3S được thực hiện nhờ có sự hòa tan C2S và CaO tự do (còn dư trong phản ứng pha rắn) trong pha lỏng:

 Khi nguội, phần pha lỏng không kết tinh sẽ tạo pha thủy tinh trong clinker Thành phần pha của clinker gồm những khoáng chính như C3S, C2S, C3A, C4AF và pha thủy tinh Ngoài ra là những khoáng CaO, MgO do không phản ứng hết.

 Ở 12500C: xảy ra phản ứng: C3S → C2S + CaO

(khoáng C3S cho sản phẩm đóng rắn có cường độ cao và phát triển nhanh những ngày đầu, còn khoáng C2S cho cường độ cao nhưng đóng rắn chậm)

 Ở 6750C:ø β - C2S → γ -C2S

(γ -C2S không có tính kết dính, không tạo cường độ cho xi măng, làm cho xi măng bị tả)

Vì vậy, cần phải làm nguộâi nhanh:

 Trong điều kiện tạo khoáng clinker là có mặt pha lỏng sẽ tạo thành một màng xung quanh các khoáng ở nhiệt độ cao, lực làm lạnh nhanh sẽ làm cho màng đó cứng lại ngăn cản không cho β - C2S → γ -C2S, ngăn sự phân hủy C3S

 Pha thủy tinh hình thành có các vết nứt, giúp cục clinker dễ vỡ, thuận lợi cho quá trình nghiền.

 Tạo tinh thể nhỏ, mịn: giúp dễ nghiền, dễ tham gia phản ứng sau này

Phương pháp làm bền khoáng bằng kỹ thuật làm nguội nhanh là phương pháp làm bền vật lý

Ngoài ra có thể làm bền bằng các phương pháp hóa tinh thể như dùng chất khoáng hóa Các ion Fe3+ và CaF2 có tác dụng khoáng hóa, khi cho vào phối liệu có khả năng sớm tạo C3S, ngăn chặn phân hủy và làm bền C3S.

 LSF > 95 might increase reactivity; 

> 100 in case of mineralized clinker

(1)

(2 )

(3 )

Những yếu tố để tạo clinker chất

lượng tốt ?

1 Thành phần hóa phối liệu

2 Độ mịn, độ đồng nhất phối liệu Khả năng nung

3 Các điều kiện nung phù hợp:

 Nhiệt độ

 Thời gian

 Môi trường (oxy hóa)

 Làm nguội nhanh

Nhiệt độ tạo pha lỏng trong hệ nhiều cấu tử

Xét sự tạo khoáng theo biểu đồ pha hệ 2 cấu tử

Xét sự tạo khoáng theo biểu đồ pha hệ 3 cấu tử

The system CaO-Al2O3-SiO2

• A large number of ternary phases are present

• It is a mixture of lime-rich binary phases

• But 90% of OPC is made up of binary phases

The CaO-C4AF-C2S-C12A7 subsystem

• There are no quaternary phases in this system

• At equilibrium, any mix composition will

crystallise four phases

The system

CaO-Al2O3-SiO2-Fe2O3

• System is high relevant for OPC

• 95% coming from components containing

oxides of Ca, Al, Si, Fe

Quá trình tạo clinker XMP

xét theo DTA

Hiệu ứng nhiệt cơ bản của một số quá trình hóa học và vật lý (khi nung nóng):

Quá trình vật lý Thu nhiệt Tỏa nhiệt

Formation

Temp (°C) Type of Reaction Heat Change

20 - 100 Evaporation of free H2 O Endothermic

100 - 300 Loss of physically adsorbed H2O Endothermic

400 - 900 Removal of structural H2O Endothermic

(H2O, OH groups from clay minerals)

600 - 900 Dissociation of CO2 from carbonate Endothermic

> 800 Formation of intermediate products, belite,

> 1250 Formation of liquid phase Endothermic

(aluminate and ferrite melt)

1300 - 1240 Crystallization of liquid phase into mainly

(cooling cycle) aluminate and ferrite Exothermic

DTA curves of typical cement raw meals

The greatest heat requirement occurs between 850 - 900 °C, i.e for the

decomposition of the carbonate minerals The total heat

requirements for dehydration,

decarbonisation and melting exceed the heat liberated by the formation of belite and the intermediate and final products.

Exothermic processes kJ/kg clinker

crystallization of dehydrated clay ≈ -40 heat of formation of clinker minerals ≈ -420

cooling of CO2 (ex calcite) ≈ -500

Total exothermic ≈ -2550 Net theoretical heat of clinker formation ≈ + 1765

Thermodynamics of Clinker Formation

Heat balance of wet and dry kiln (kJ/kg clinker; approximate values)

Dry kiln Wet kiln

(0.4 % dry kiln and 35 % wet kiln)

gas, clinker, dust, etc

and convection

≈ 3275 kJ/kg ≈ 5475 kJ/kg

Influences of Major and Minor Phases on

Cement Properties

 Major Phases

 C3S - early strengths, setting

 C2S - late stage strengths, durability

 C3A - initial set, early heat evolution

2 – LÒ NUNG CLINKER

XMP

Với những lò kích thước

lớn, có thể lắp thêm các

bộ phận thông khí Các

lò đứng nung XMP được

cơ khí hóa phần nạp và

tháo liệu.

Các quá trình biến đổi tạo clinker xảy ra ngay

trong cục phối liệu ban đầu Nhiệt khí thải và

lượng nhiệt tổn thất qua thân lò không lớn Trong quá trình nhiên liệu cháy, trong phối liệu xảy ra phản ứng phân hủy, bay hơi khí, kích thước cục

nhiên liệu giảm dần, tạo những lỗ trống thuận lợi cho sự thông khí của lò.

Nhiên liệu cho lò đứng nung XM là than cốc hoặc than gầy (antraxít) Các loại than mỡ, than nâu

ngọn lửa dài (dùng rất tốt cho các lò quay) lại

không thích hợp do nhiều chất bốc (trên 7%), dễ thoát khỏi nhiên liệu trước khi bắt đầu phản ứng cháy, gây tổn thất nhiên liệu nhiều hơn.

2 - LÒ QUAY NUNG CLINKER THEO PHƯƠNG PHÁP ƯỚT

Bảng: Các zôn kỹ thuật trong lò quay phương pháp ướt

CaO S

C S

C  1250  → C 2 +

3

0

S C S

2

670 2

Quá trình hóa lý chính

  Làm nguội

120 – 200 tới 650

650 – 1000

1000 – 1450  

 

1450 – 1380  

Mất nước lý học

Tạo pha lỏng và kết tinh:

Các viên clinker dạng sỏi hình thành

nhanh 1380 - 100 Clinker nguội tới nhiệt độ để nghiền Tạo pha thủy tinh, các tinh thể nhỏ

mịn Ngăn biến đổi thù hình không mong muốn.