quá trình sản xuất xi măng lò quay

MỞ ĐẦUNgành công nghiệp vật liệu và xây dựng đóng vai trò quan trọng và chủ yếu trong nền kinh tế thế giới, đặc biệt là xi măng Xi măng là một loại vật liệu kết dính trong xây dựng mà cá

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

KHOA HOÁ



Bài tiểu luận QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CEMENT LÒ QUAY

Môn học: Hoá Kĩ Thuật

Giáo viên hướng dẫn: Ths Mai Xuân Tịnh

Nhóm sinh viên thực hiện

• Mai Quang Hoàng Lê Văn Trung

• Lê Thị Nhung Lê Hữu Vũ

Huế, 4/2015

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

3

I.GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH

4

1.1 chuẩn bị nguyên Liệu

4 1.2 tỉ lệ thành phần phối liệu

4

II BẢN CHẤT HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH

4 2.1 Nung luyện clanhke

4 2.2 Qúa trình gia công clanhke thành xi măng

6 2.3 Sự đóng rắn của xi măng 7

III ĐIỀU KIỆN THIẾT BỊ CỦA QUÁ TRÌNH

7

3.1 thiệt bị đập nguyên liệu

8

3.2 thiệt bị nghiền nguyên liệu

9

3.3 đồng nhất sơ bộ

IV.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ MÔ TẢ QUÁ TRÌNH 10

12

5.2 Các khoáng trong clanhke 13

14

3

MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp vật liệu và xây dựng đóng vai trò quan trọng

và chủ yếu trong nền kinh tế thế giới, đặc biệt là xi măng

Xi măng là một loại vật liệu kết dính trong xây dựng mà các nhà khoa học đã tìm ra vào cuối thế kỉ thứ 19 và đã sản xuất trước tiên ở một số nước tư bản như Đan Mạch , Anh, Pháp ,Mỹ … Đầu thế kỷ 20 xi măng đã thực sự trở thành nhu cầu không thể thiếu được trong xây dựng và phát triển kinh tế Xi măng xuất hiện hầu hết trên khắp thị trường thế giới Vào năm 2010, sản lượng xi măng của thế giới là 3.3

tỉ tấn

Tiêu dùng xi măng trong những năm trở lại đây không ngừng tăng trưởng Theo dự báo nhu cầu sử dụng xi măng từ nay đến năm 2020: Tăng hàng năm 3,6% năm đó là động lực quan trọng thúc đẩy ngành công nghiệp xi măng phát triển

Ở Việt Nam, xi măng là ngành công nghiệp phát triển sớm nhất (để phục vụ cho quá trình cai trị của người Pháp), tốc độ phát triển của ngành công nghiệp này trong thập kỉ qua đang bùng nổ, do đó nhu cầu

sử dụng xi măng đang tang cao

Trong những năm qua ngành xi măng đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam, trung bình từ 10% - 12% GDP

Vì thế Chính phủ xác định Xi măng là ngành phát triển chiến lược nhằm

hỗ trợ phát triển kinh tế

Do đó nghiên cứu quy trình sản xuất và hướng phát triển mới là bước đi quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu kết dính

Trong phạm vi của đề tài chúng tôi chỉ đi tìm hiểu về phương pháp sản xuất xi măng bằng lò quay

I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QÁ TRÌNH

Xi măng là chất kết dính chịu nước quan trọng nguyên liệu để sản xuất chủ yếu là đất sét và đá vôi Quá trình gồm 3 công đoạn chính:

tùy theo yêu cầu và phương pháp sử dụng mà thành phần nguyên liệu chính cũng như phụ gia được trộn theo tỉ lệ nhất định

Các nguyên liệu để sản xuất xi măng bao gồm:

Đá vôi: là thành phần chủ yếu, cung cấp CaO Ngoài ra còn có thể dung đá phấn, đá cẩm thạch, đá hoa cương…

Đất sét: cung cấp SiO2, Al2O3, Fe2O3

Các phụ gia: gồm phụ gia hoạt tính và phụ gia đầy

Các nguyên liệu trên được nghiền, đập và phối trộn tạo thành phối liệu Phối liệu sau khi nung sẽ trở thành clanhke

1.2 tỉ lệ thành phần phối liệu

Ng.li

ệu SiO2

Al2O

3

Fe2

O3

Ca

Đá

vôi 6.00 0.56 0.60 49.50 1.02 39.60 97.28

Đất

sét 54.00 17.00 11.00 1.50 0.30 6.70 90.50

Quặn

g sắt 25.00 11.20 44.50 1.50 1.50 10.50 94.20

Tro

than 60.00 18.00 15.00 0.00 0.00 0.00 93.00 Bảng 1 phân tích thành phần phối liệu

Clanhke nghiền mịn trở thành xi măng

II. Bản chất hóa học của quá trình

5

Clanhke là thành phần dặc trưng của Xi măng, do đó bản chất hóa học của quá trình sản xuất xi măng chính là bản chất hóa học của quá trình sản xuất clanhke

2.1 Nung luyện clanhke

Nguyên liệu đất sét, đá vôi, than và các phụ gia sau khi được nghiền trộn theo tỉ lệ trở thành phối liệu, nung phối liệu ở nhiệt độ 14500C sau

đó làm lành đột ngột qua 6750C trở thành clanhke

Khi nung đất sét bị mất nước, đá vôi bị phân hủy tạo thành các oxit hoặc những hợp chất có hoạt tính cao phản ứng được với nhau, các phản ứng có thế xảy ra ở pha rắn, pha lỏng hoặc nóng chảy Lò nung xi măng làm việc theo nguyên tắc, phối liệu từ vùng nhiệt thấp chuyển đến vùng nhiệt độ cao nhất, do đó mức độ phản ứng tạo khoáng cũng phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt

ở nhiệt độ dưới 6000C đất sét bị mất nước lí học và hóa học tạo thành mêtacaolnit

Al2O3.2SiO2 → Al2O3.2SiO2 + H2O – Q

ở nhiệt độ 600-8000C đất sét bị phân hủy thành Al2O3 và 2SiO2 đá vôi phân hủy thành CaO

Al2O3.2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 – Q

CaCO3→CaO + CO2 – Q

Khoảng 800-1000oC xảy ra phản ứng ở trạng thái rắn, Al2O3 tác dụng với CaO tạo thành các khoáng aluminat canxi Khi tang dần nhiêt độ thì tạo thành các khoáng có độ base cao như C5A3,C3A3

Al2O3 + CaO → Al2O3.CaO CA

3Al2O3 + 5CaO → 3Al2O3.5CaO C5A3

Al2O3 + 3CaO → Al2O3.3CaO C3A

C3A là khoàng đống rắn nhanh nhất khi đóng rắn toa nhiều nhiệt, cường

độ bann đầu phát triển cao nhưng không bên nước bằng các khoáng silicat

C5A3 không bền , chuyển dần thành C3A và CA khoáng C5A3 có quá trình ninh kết rất nhanh và cường độ ban đâu phát triển cao hơn C3A

Khoảng 900oC Fe2O3 tác dụng với CaO tạo thành C2F

ở khoảng 1250oC C2F tham gia phản ứng với C3A tạo thành khoáng alumoferit canxi C4AF

C4AF tồn tại ở dạng dung dịch rắn cả C4AF và C2F đều có tính kết dính quá trình đống rắn chậm và cườn độ kém hơn C3S và C3A nhưng bền nước

Khoảng 800-900oC CaO phản ứng vơi SiO2 tạo thành khoáng C2S

ở 1450oC các aluminat canxi , alumoferit canxi nóng chảy thành pha lỏng , nhờ đó C2S và CaO khuếch tán vào pha lỏng tiến hành phản ứng với nhau tạo thành C3S

C3S là khoáng quan trọng nhất có tính liên kết rõ rệt có tính đóng rắn nhanh và cường độ cao

2.2 Quá trình gia công clanhke thành xi măng

Sau khi ra khỏi lò nung clanhke được làm nguội nhanh đến nhiệt độ 100-200oC sau đó tiếp tục ủ, nghiền mịn và đóng bao

ủ clanhke để có thời gian cho CaO tự do hút ẩm của không khí chuyển thành Ca(OH)2 làm nở thể tích

Thời gian ủ từ 10-15 ngày

Nghiền clanhke nhằm tăng bề mặt của hạt xi măng để phản ứng với nước tốt khi ninh kết đóng rắn, độ mịn càng cao cường độ càng lớn Nghiền xi măng bằng máy nghiền bi cho thêm các loại phụ gia

CaSO4.2H2O

7

Hình 1: sơ đồ nghiền clanhke thành xi măng

Đóng bao xi măng

Hình 2: sơ đồ đóng bao xi măng

Khi cho nước vào xi măng thì các khoáng trong xi măng bị thủy phân trong nước hoặc bị hydrat hóa làm xi măng ninh kết và đóng rắn

Các phản ứng xảy ra như sau:

3CaO.SiO2 + nH2O →3CaO.SiO2.6H2O

3CaO.Al2O3 + H2O →3CaO.Al2O3.6H2O

5CaO.3Al2O3 + H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + Al(OH)3

4CaO.Al2O3.Fe2O3+ H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.pH2O

Các giai đoạn của quá trình đóng rắn gồm: Hòa tan, ninh kết, đóng rắn

III. ĐIỀU KIỆN THIỆT BỊ CỦA QUÁ TRÌNH

III.1 Thiết bị đập nguyên liệu

Trong những năm gần đây thiệt

bị đập nguyên liệu không có gì

thay đổi lớn, chủ yếu dùng các máy

đập búa 1 hoặc 2 roto hoặc máy

đập xung, khi vật liệu rất cứng thì

kết hợp đập hàm, đập trục và đập

côn Độ ẩm vật liệu cho vào máy

có thể lên tới 20% với khối lượng 7

tấn

III.2 Thiệt bị nghiền nguyên liệu

chủ yếu sử dụng máy nghiền bi,

nghiền đứng, nghiền horomill kèm theo

máy nghiền sơ bộ thường là máy con

lăn, trong đó nghiền đứng cs hiệu quả

hơn do tiêu tốn ít năng lượng và sấy

được vật liệu có độ ẩm cao hơn

Phối liệu sau khi nghiền phải đạt độ mịn

< 1% trên sàng 200µm và <12% trên

sàng 90%, Trong đó lượng hạt quartz

>45µm, hay lượng hạt canxit >150µm

phải <2% Không đạt độ mịn, vôi tự do

sẽ nhiều

Độ ẩm phải <1%, thường 0,5÷0,8% Độ ẩm cao ảnh hưởng xấu tới tính chảy của vật liệu

III.3 đồng nhất sơ bộ

9

Hình 3: máy đập

Hình 4: máy nghiền

Đồng nhất rất quan

trọng vì liệu cấp cho lò

phải rất ổn định về

thành phần hoá.Để vận

hành lò ổn định cần

dao động của LSF<1

Đồng nhất sơ bộ rất

hiệu quả khi liệu kém

ổn định; tuy nhiên giá

đầu tư tăng khoảng

10% tổng giá

Để tăng hiệu quả đồng

nhất sơ bộ hơn, sử dụng

thiết bị phân tích liên tục PGNAA (Thiết bị phân tích kích hoạt gamma bằng phóng xạ notron)

IV. SƠ ĐỒ KHỐI VÀ MÔ TẢ QUÁ TRÌNH

Nguyên liệu đá vôi, đất sét, than sau khi được nghiền đập bằng các

thiết bị như máy đập hàm, đập búa, nghiền bi, nghiền đứng được đưa vào máy trộn với nước theo tỉ lệ nhất định trở thành phối liệu Sau đó phối liệu được đưa vào nung trong lò quay

Lò nung theo phương pháp ướt còn gọi là lò quay ,có thiết bị trao đổi nhiệt bên trong Về chất lượng ,phương pháp ướt có độ đồng đều cao nhất , điều kiện vệ sinh trong sản xuất dể đảm bảo tốt hơn

Lò làm việc theo nguyên tắc ngước chiều nguyên liệu vào đầu cao clanhke ra đầu thấp , nhiên liệu và khí đi vào đầu thấp

Lò chia làm 6 vùng :

Vòng sấy và đốt nóng 50-60% chiều dài lò ( đầu cao )

Hình 5: máy trộn

Vùng tỏa nhiệt 5-7%

Vùng kết khối 10-15%

Vùng làm lạnh 2-4%

Hình 7: sơ đồ nung clanhke

Quá trình vận chuyển trong lò nung

Phối liệu được nạp vào lò , trước trên bề mặt lớp lót vỏ lò với tôc độ khác nhau thời gian lưu 3-6 giờ

ở vùng sấy , nếu theo phương pháp ướt độ ẩm 29-53% , độ ẩm vùng sây

>8-10% , cuối vùng sấy nhiệt độ đạt 200oC

vùng đốt nóng 200-650oC vật liệu mất nước hóa học

vùng phân hủy nhiệt độ 650-1200oC CaCO3, MgCO3, đất sét bị phân hủy thành các oxit riêng biệt có hoạt tính cao kết hợp với nhau tạo thành các khoáng C2F, CA, C2S

vùng tỏa nhiệt 1200-1300oC tạo thành các khoáng C2S, C2F,C4AF,C5A3

đồng thời sinh ra một lượng CaO tự do, MgO

vùng kết khối 1300-1450oC một phần phối liệu nóng chảy thành chất lỏng

sản phẩm bắt đầu kết khối , hàm lượng pha lỏng khoảng 15-35%

11

Vùng làm lạnh 1300-1000oC một phần pha lỏng kết tinh.C2S,

C3A,C4AF,MgO,CaO tự do tách ra ở dạng tinh thể ,một phân fpha lỏng đong cứng lại thành clanhke

Vật liệu ra khỏi lò nung 100-200oC sau đó tiếp tục ủ và nghiêng mịn đóng bao sản phẩm

• Uư nhược điểm của phương pháp sản xuất lò quay

Phương pháp ướt lò quay tiêu tốn năng lượng cho đập nghiền ít nhưng năng lượng để nung lại nhiều hơn phương pháp khô

Diện tích sản xuất theo phương pháp khô nhỏ hơn

Chất lượng sản phâm phương pháp ướt tốt hơn vì nguyên liệu vào đồng đều hơn

Vệ sinh công nghiệp phương pháp ướt tốt hơn do sinh ra ít bụi hơn

IV CÁC VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý

5.1 Nguyên Liệu

Trong đá vôi ngoài CaO thì còn lẫn một lượng tạp chất khá lớn là SiO2

do đó khi tính thành phần tỉ lệ thì cần tính them SiO2 trong đá vôi

Nếu lượng Al2O3 và Fe2O3 trong đất sét không đủ theo lý thuyết thì phải bổ sung thêm, ngoài ra còn một số tạp chất của oxit kiềm không có lợi cho xi măng cần phải tách loại

MgO, CaO tự do gây tác hại cho sự biến đổi thể tích cấu kiện, tăng CaO và MgO xi măng đóng rắn nhanh nhưng tính chịu nước giảm

Na2O và K2O làm tốc đọ ninh kết của xi măng không ổn định, tạo ra các lỗ trống trên bề mặt cấu kiện

Al2O3 làm giảm độ bền nước và môi trường sulfat kém, kém bền ở nhiệt độ cao

Fe2O3 cao làm xi măn đóng rắn chậm

5.2 các khoáng trong clanhke

Trong phản ứng tạo khoáng C2S nên sử dụng SiO2 vô định hình thì phản ứng tạo khoáng xảy ra dễ dàng hơn

Khoáng C2S có 3 dạng thù hình là α, β ,γ Nếu có γ thì xi măng bị giảm cường độ, nếu có β chuyển sang α thể tích nở thêm 10% làm xi măng tả thành bột, chỉ có α, β có tính đóng rắn Nung xi măng ở 14500C nên không còn α, để duy trì β phải làm lạnh nhanh clanhke qua 6750C để β không kịp chuyển sang γ Đòng thời khi nung cho thêm phụ gia khoán hóa là Cr2O3, B2O3 tạo điều kiện tăng trưởng và ổn định β

13

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Giáo trình Hóa Kĩ Thuật Đại Cương: PGS.TS PHÙNG TIẾN ĐẠT-TS TRẦN THỊ BÍNH

Chuyên đề: Công Nghệ Sản Xuất Xi Măng: KS Hồ Văn Minh Hải

Tổng quan ngành công nghiệp xi măng việt nam

http://ximangfico.com/tin-tuc/xi-mang/3044-tong-quan-nganh-cong-nghiep-xi-mang-viet-nam.html