công nghệ sản xuất xi măng pooclăng

Xi măng là loại vật liệu xây dựng quan trọng nhất, là vật liệu cơ bản trong xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp, cũng như xây dựng cơ sở hạ tầng của nền công nghiệp hiện đại. Xi măng Portland, còn gọi là Xi măng Portland thường (OPC), là loại vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới, nó là thành phần cơ bản của bê tông, vữa, hồ. Thành phần chủ yếu là clinker Portland chiếm tỉ lệ 95 96% và thạch cao chiếm tỉ lệ 45%. Ngoài ra, khi thêm các chất phụ khác vào thành phần của xi măng Portland (xỉ lò cao tự nhiên, v.v., nhưng hàm lượng phụ gia kể cả thạch cao không quá 40% và trong đó phụ gia đầy không quá 20%), thì những loại xi măng Portland này gọi là xi măng Portland hỗn hợp. Vì vậy để tìm hiểu rõ hơn về thành phần, nguyên liệu, cách tính toán phối liệu như thế nào chúng em giải thích qua bài tiểu luận này.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TIỂU LUẬN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Phương Sinh viên thực hiện: Nhóm Lớp: 05DHHH3 Năm 2017 THÀNH VIÊN NHÓM TÊN Trần Vũ Thảo Anh Nguyễn Bá Vi Hòa Trần Quốc Đạt Nguyễn Tiến Sỹ Nguyễn Thanh Duy MSSV 2004140007 2004140087 2004140029 2004140233 2004140051 NHIỆM VỤ LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập trường em tiếp thu nhiều kiến thức tiểu luận thành trình học tập rèn luyện dày công dạy bảo quý thầy cô Em xin gửi thư viện nhà trường, đặc biệt đến cô ThS Nguyễn Thị Phương lời cảm ơn chân thành, người giúp em hoàn thành tốt tiểu luận Với thời gian thực tập hạn hẹp kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên không tránh khỏi thiếu xót, em kính mong nhận góp ý, bảo quý thầy cô Một lần em xin chân thành cảm ơn, kính chúc cô sức khỏe thành đạt NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên thực hiện: Nhóm Lớp: 05DHHH3 Nhận xét: Điểm số: điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (kí ghi họ tên) DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Xi măng loại vật liệu xây dựng quan tróng nhất, vật liệu xây dựng công trình dân dụng công nghiệp, xây dựng sở hạ tầng công nghiệp đại Xi măng Portland, gọi Xi măng Portland thường (OPC), loại vật liệu sử dụng phổ biến toàn giới, thành phần bê tông, vữa, hồ Thành phần chủ yếu clinker Portland chiếm tỉ lệ 95 - 96% thạch cao chiếm tỉ lệ 4-5% Ngoài ra, thêm chất phụ khác vào thành phần xi măng Portland (xỉ lò cao, tro than, pouzzolan tự nhiên, v.v., hàm lượng phụ gia kể thạch cao không 40% phụ gia đầy không 20%), loại xi măng Portland gọi xi măng Portland hỗn hợp Vì để tìm hiểu rõ thành phần, nguyên liệu, cách tính toán phối liệu chúng em giải thích qua tiệu luận MỤC LỤC Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG 1.1.Định nghĩa phân loại chất kết dính vô Sự kết dính xem kết hợp lẫn hai vật liệu lực liên kết, làm hai vật liệu rời trở thành khối bền vững lực tương tác hai vật liệu là: lực học (ma sát), lực hóa học( liên kết phản ứng hóa học), liên kết lí học đặc biệt khác( lực hấp thụ hệ keo phân tán, lực van der van….) Chất kết dính xây dựng chất kết dính dùng xây dựng gồm chất CKD thủy lực CKD không khí Chất kết dính thủy lực CKD có khả đóng rắn, tạo cường độ môi trường nước( môi trường không khí) XMP, XM La Mã, XM cao nhôm Chất kết dính không khí CKD có khả đóng rắn, tạo cường độ môi trường không khí vôi, thạch cao Chất kết dính kỹ thuật: loại chất kết dính sở thủy tính nước, số chất kết dính phát, xi măng chịu lửa, loại vữa chịu lửa… chất kết dính vô dùng lĩnh vực kỹ thuật khác 1.2.Giới thiệu xi măng pooclăng Xi măng pooclăng (XMP) bột vô có tính chất kết dính thủy lực, sản phẩm nghiền mịn hỗn hợp clinker XMP phụ gia thạch cao 3-5% khối lượng clinker Công nghệ sản xuất CKD loại chia làm phần chính: • Sản xuất clinker XMP • Nghiền trộn clinker với thạch cao (3-5%) phụ gia thích hợp khác 1.3.Thành phần hóa thành phần khoáng clinker xi măng pooclăng 1.3.1 Thành phần hóa clinker XMP bán sản phẩm trình sản xuất XMP, sản xuất cách nung kết khối hỗn hợp nguyên liệu tự nhiên đá vôi, đất sét quặng sắt với thành phần tính trước clinker khổi lò nung có dạng cục nhỏ (10-80mm) với thành phần khoáng biến đổi tương đối rộng: CaO: 62-67% SiO2: 20-24% Al2O3 4-7% Fe2O3 : 2- 5% Để tạo clinker XMP, người ta dùng nguyên liệu tự nhiên đá vôi đất sét, nguyên liệu phụ quặng sắt, xỉ pirit, cát, đá…những nguyên liệu trộn với theo tỉ lệ định, nung đến 1400-1450 tạo thành clinker ThS Nguyễn Thị Phương Nhóm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Clinker lại nghiền tiếp tục với chất phụ gia thạch cao tạo XMP, sản phẩm dạng bột mịn có tính thủy lực 1.3.2 Thành phần khoáng clinker xi măng pooclăng Nguyên liệu pha trộn theo tỉ lệ tính trước đem nung luyện nhiệt độ cao nhằm tạo hợp chất chứa thành pha cần thiết oxit SiO2, Al2O3, CaO Fe2O3 phản ứng tạo khoáng cần thiết phần không phẩn ứng dạng tự nằm pha thủy tinh Do nguyên liệu sản xuất clinker dạng tự nhiên, thành phần hóa dao động khoảng lớn, số liệu tính toán thành phần hóa phối liệu thành phần khoáng thực clinker tri số cô định, mà nằm dãy giới hạn cho phép định goil modul Tính chất clinker XMP thành phần pha ( loại khoáng pha thủy tinh) chúng định thành phần clinker XMP gồm có: Alit(40-60)%: clinker XMP dung dịch rắn cảu khoáng gốc C 3S với oxit khác MgO, Cr2O3, P2O5…thực tế, alit hiểu C3S Alit dạng thù hính khoáng tạo cường độ cho XMP C3S đóng rắn nhanh tỏa nhiệt nhiều Bêlit (15-35)%: dung dịch rắn gốc C2S với oxit khác tương tự Dạng thù hình cần thiết clinker XMP -C2S có tính kết dính, tỏa nhiệt đóng rắn, phát triển cường độ chậm giai đoạn đầu sau có cường độ cao Trong kỹ thuật sản xuất clinker XMP, cần làm nguội clinker nhanh khoảng 675, nhằm tránh biến đổi -C2S thành -C2S khoáng kết dính Tri-canxi aluminat C3A (4-14)%, đóng rắn nhanh, tỏa nhhiều nhiệt, không bền môi trường xâm thực người ta phải dùng phụ gia thạch cao CaSO 4.2H2O để hạn chế tốc độ đóng rắn C3A Alumo-ferit canxi C4AF (10-18)%: dễ hào tan nước, tỏa nhiệt đóng rắn nhanh tạo cường độ ban đầu nhanh sau cường độ không cao, chịu ăn mòn tốt Pha thủy tinh clinker (15-25)% pha lỏng cần thiết để nung luyện clinker ( clinker kết khối tốt tạo điều kiện thuận lợi tạo thành khoáng C 3S ) Khi làm nguội nhanh pha lỏng tạo thành pha thủy tinh, clinker dễ nghiền Hoạt tính pha thủy tinh clinker cao dễ hidrat hóa Ngoài ra, clinker XMP khoáng khác sunfat kiềm (K,Na)2SO4, CaSO4, aluminat kiềm (K,Na)2.8CaO.3Al2O3, alumo-maganat canxi 4CaO.Al2O3.Mn2O3…và lượng oxit tự chưa phản ứng hết trình nung luyện 1.3.3 Ứng dụng clinker XMP ThS Nguyễn Thị Phương Nhóm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Vật liệu xi măng ứng dụng rộng rãi ưu điểm thi công đơn giản, nguyên liệu ban đầu sẵn có, có tính chất học tốt tuổi thọ cao Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng (lĩnh vực áp dụng chủ yếu), vật liệu để xây cầu, nhà, kênh, cống,v.v Trong xử lý rác thải hạt nhân, việc xi măng hóa cho phép cố định chất phóng xạ cách sâu sắc vi cấu trúc vật liệu xi măng 1.4.Nguyên liệu sản xuất xi măng pooclăng 1.4.1 Đá Vôi CaCO3 Đá vôi có công thức hóa học CaCO3, có ba dạng thù hình canxit, aragonhit, vaterit Các dạng thù hình ảnh hưởng định tới độ cứng nghiền (aragonhit cứng ) Dạng nguyên chất có màu trắng (đá phấn ) ,khi lẫn tạp chất có màu xám, hồng tạp chất gây màu chủ yếu oxit sắt Đá vôi có nhiệm vụ cung cấp CaCO3 Đây oxit có hàm lượng cao clinker XMP Đá vôi thường khai thác từ mỏ lộ thiên, nghiền tới cỡ hạt 525 mm phối liệu để nghiền mịn tiếp Yêu cầu thành phần hóa học: CaO: (4954)% (tính theo CaCO3 8796%) MgO3% R2O1% Lựa chọn đá vôi hợp lí, để sản xuất xi măng? Vôi chất kết dính bền không khí sản phẩm nung đá vôi Nguyên liệu để sản xuất vôi loại đá vôi thiên nhiên (giàu khoáng CaCO3) đá phấn, đá vôi…Thông thường dung đá vôi đặc Thành phần CaCO3 theo lý thuyết: CaO = 56%,CO2 = 44% Đá vôi thiên nhiên thường lẫn hàm lượng MgCO3 tạp chất sét: SiO2, Al2O3, Fe2O3… Tùy thuộc vào tính chất khoáng, CaCO3 tồn tự nhiên nhiều dạng khác nhau: • Calcit aragonit: tồn dạng khoáng, độ tinh khiết cao • Đá vôi, đá merget, đá phấn: tồn dạng đá, lẫn số tạp chất Đá vôi thiên nhiên xuất phát từ nguồn gốc vô cơ( tượng phún xuất, hay trình trầm tích lắng đọng CaCO3) nguồn gốc hữu (như san hô, vỏ sò, vỏ hến…)Tùy theo loại đá vôi sử dụng, sản xuất loại vôi có chất lượng khác 1.4.2 Đá Lẫn Đất (mergel ) ThS Nguyễn Thị Phương Nhóm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Đá vôi lẫn đất sét oxit silic (SiO2 ) gọi đá lẫn đất (mergel ) lẫn nhiều oxit sắt Loại đá có thành phần trung gian đá vôi đất sét , dễ nghiền đá vôi , có màu vàng tới xám đen , coi nguyên liệu tốt để sản xuất MVP , đá tự nhiên có sẵn trộn lẫn đá vôi – đất sét ( nhiên , dung làm phụ gia đầy , loại đá lẫn đất không thích hợp ) Trong tự nhiên có loại đá lẫn đất có thành phần hóa tương tự thành phần phối liệu cho clinker XMP Tùy thuộc vào tỷ lệ đá vôi – đất sét đá có tên gọi trung gian khác Ví dụ : Đá vôi có hàm lượng CaCO3 : 96100% Đá vôi lẫn đất CaCO3 : 9096% Đá vôi lẫn nhiều đất CaCO3 : 7590% 1.4.3 Đá lẫn đất CaCO3 : 4075% Đất sét lẫn đá CaCO3 : 1040% Đất sét CaCO3 : 04% Đất Sét Đất sét cấu tạo từ thành phần khoáng alumo silicat ngậm nước với cấu trúc lớp , phân thành nhóm khoáng sau : Nhóm caolinhit Al2O3.2SiO2.2H2O (caolinhit, halosit ) Nhóm montmonrilonhit Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O , baydelit Al2O3.3SiO2.nH2O Nhóm chứa kiềm thủy mica , illit Đất sét cung cấp AlO3 đồng thời SiO2, Fe2O3 công nghệ sản xuất XMP , người ta quan tâm thành phần hóa chung ( đặc biệt Fe2O3 ) đất sét nguyên liệu Yêu cầu thành phần hóa đất sét sau : SiO2 > 50%, Al2O3 < 20%, Fe2O3 : 710% , SO3 < 1%, R2O < 1% Đất sét nguyên liệu mịn ( phần lớn hạt nhỏ 10 ), vấn đề cần giải độ ẩm thuyết hợp , loại bỏ đất mùn sỏi đá lẫn ( lẫn nhiều ) , trộn phối liệu cho công đoạn gia công Gia công học chủ yếu nghiền chung với đá vôi tạo thành bùn sệt Hiện , phần lớn sản xuất theo phương pháp khô Nếu đất sét dạng ướt , bắt buộc phải qua công đoạn sấy khô Đất sét đập sơ , định lượng cần thiết phối liệu với nguyên liệu khác máy sấy nghiền liên hợp Lựa chọn đất sét hợp lí,để sản xuất xi măng? ThS Nguyễn Thị Phương 10 Nhóm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM - Khoa Công Nghệ Hóa Học Trước phun vào lò cần phải qua trình gia công: đốt nóng mazut để giảm độ nhớt để dễ dàng chuyển đường ống phun dễ dàng, đưa vào thiết bị gạn lọc để loại bỏ tạp chất tránh tắc ống vòi phun Như vậy, để tạo lượng nhiệt, lượng không khí tốn cho than đá sau mazut tới khí tự nhiên ( tính điện nghiền than, thiết bị…) lượng chung dùng khí nhỏ Lượng không khí cần để cháy tăng dẫn đến kết quả: - Nhiệt độ lửa dùng nhiên liệu than cao khả xạ cảu - bụi than trình cháy Lượng khí thải đốt than đó, lượng nhiệt tốn theo khí thải giảm Giảm suất lò, giảm lượng nhiệt tổn thất môi trường Năng lượng (nhiên liệu điện năng) chiếm 30 – 40% giá thành XM Vì vậy, dạng nhiên liệu khác đặc biệt từ phế thải công nghiệp sử dụng ngày nhiều, làm thay đổi nhanh chóng tỷ lệ nhiên liệu công nghiệp XM Theo Hiệp hội XM Châu Âu, nhiên liệu từ chất thải từ công nghệ dầu khí chiếm 39%, từ phế thải công nghiệp 10%, than 42%, nhiên liệu lỏng 7%, gaz 2% 1.6 Phối liệu để sản xuất xi măng Pooc – lăng Mục đích việc tính toán phối liệu xác định tỷ lệ pha trộn cấu tử nguyên liệu, bảo đảm clinke đạt chất lượng yêu cầu Cơ sở tính toán phối liệu phương pháp dựa vào hệ số KN, n, p thành phần hóa học cấu tử nguyên liệu phân tích 1.6.1 Nguyên tắc tính toán 1.6.1.1 Từ yêu cầu chất lượng clinke mà định hệ số KN, p, n Số lượng cấu tử (n) lớn hệ số (n-1), cụ thể sau: - Nếu tính phối liệu cấu tử sử dụng hệ số: KN - Nếu tính phối liệu cấu tử sử dụng hai hệ số KN, p KN n - Nếu tính phối liệu cấu tử sử dụng ba hệ số: KN, p n 1.6.1.2 Chọn cấu tử phụ Nếu phối liệu cấu tử sử dụng nguyên liệu đá vôi đất sét Nếu phối liệu cấu tử, nguyên liệu đá vôi đất sét, nguyên liệu phụ quặng sắt hay diatomit ThS Nguyễn Thị Phương 15 Nhóm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Nêu phối liệu cấu tử, sử dụng nguyên liệu đá vôi, đất sét nguyên liệu phụ quặng sắt vá trepen hay diatomit, cấu tử có hàm lượng oxyt sắt oxyt silic nhỏ Khi tính toán giải phương trình toán học, cấu tử nguyên liệu chiếm tỷ lệ định (phần trăm hay phần trọng lượng), hai cấu tử phụ giải có giá trị âm, loại trừ cấu tử phụ đó, xem toán tính phối liệu không cần cấu tử phụ 1.6.1.3 Tro nhiên liệu Tro nhiên liệu lẫn vào clinke XMP phụ thuộc vào phương pháp sản xuất, loại lò, kích thước lò,  Đối với phương phá ướt lò quay - Nếu L/D = 30 – 50 lần, có mắc xích trao đổi nhiệt, tro lẫn vào clinke - 100% Nếu L/D 30 lần, có xích trao đổi nhiệt, tro lẫn vào 80%, xích trao đổi nhiệt tro lẫn vào clinke 60% - Với lò quay có thiết bị cô đặc bùn (bốc ẩm), tro lẫn vào 70%  Đối với phương pháp khô lò quay - Loại thiết bị tận dụng nhiệt khí thải, tro lẫn vào clinke 30 – 40% - Loại có thiết bị tận dụng nhiệt khí thải, tro lẫn vào clinke 100% - Lượng tro nhiên liệu lẫn vào clinke XMP xác định theo công thức: Trong đó: P: lượng nhiên liệu tiêu tốn riêng (%) A: hàm lượng yto có nhiên liệu (%) n: lượng tro lẫn vào clinke so với tổng hàm lượng tro có nhiên liệu Để dễ dàng tính toán quy định số kí hiệu sau: Cấu tử Cấu tử Cấu tử Cấu tử Cấu tử Hỗn hợp phối liệu Clinke SiO2 S1 S2 S3 S4 S0 S Al2O3 A1 A2 A3 A4 A0 A Fe2O3 F1 F2 F3 F4 F0 F CaO C1 C2 C3 C4 C0 C 1.6.2 Trình tự tính toán • Phân tích thành phần hóa học nguyên liệu cần tính toán: ThS Nguyễn Thị Phương 16 Nhóm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Nếu tổng thành phần hóa học nguyên liệu chưa đủ 100% hay lớn 100% , phải quy đổi 100% Nếu tính phối liệu lẫn tro nhiên liệu, sau quy đổi 100%, bắt đầu tiến hành theo công thức hướng dẫn Nếu tính phối liệu có tro nhiên liệu lẫn vào, sau quy đổi 100%, lại tiếp tục tính chuyển từ nguyên liệu chưa nung, sang thành phần hóa học nguyên liệu nung để thuận lợi cho việc tính toán (nghĩa trừ nung) • Ấn định hệ số KN, p, n (dựa vào số cấu tử, vào chất lượng clinke • • XMP mà định giá trị cụ thể) Thiết lập phương trình tiến hành tính theo công thức hướng dẫn Tính xong phải kiểm tra lại hệ số ấn định ban đầu, để sai số phạm vi cho phép (KN sai số 0,005%, n p sai số 0,05%) • Tính thành phần khoáng clinke, lượng pha lỏng clinke tít phối liệu 1.7 Tính toán theo phương thức KIND 1.7.1 Hệ cấu tử không lẫn tro nhiên liệu Quy đổi thành phần hóa học nguyên liệu 100% Chọn số hệ số ấn định giá trị hệ số (KN= 0,85-0,95) Thiết lập phương trình: Cứ phần trọng lượng cấu tử thứ hai cần phối hợp với X0 phần trọng lượng cấu tử thứ nhất, ta có biểu thức sau: C0 = X O C1 + C XO +1 (1) S0 = X O S1 + S XO +1 (2) A0 = X O A1 + A2 XO +1 (3) X O F1 + F2 XO +1 (4) F0 = KN = C o − (1,65 AO + 0,35FO ) 2,8S O ThS Nguyễn Thị Phương (5) 17 Nhóm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học Thay giá trị Co, So, Ao, Fo (1), (2), (3), (4) vào (5) giải ta có: (2,8S + 1,65 A2 + 0,35F2 ) − C C1 − (2,8S1 KN + 1,65 A1 + 0,35F1 ) XO = (6) Đổi kết quả: Xo phần trọng lượng cấu tử thứ phần trọng lượng cấu tử thứ hai Đổi phần trăm ta có: % Cấu tử 1= XO 100(%) XO +1 % Cấu tử 2= XO 100(%) XO +1 Kiểm tra lại hệ số KN, sai số khoảng cho phép chấp nhận Tính thành phần khoáng, hàm lượng pha lỏng clinke tít phối liệu  Tính thành phần khoáng clinke XMP - Khoáng silicat: %C3S = 3,8 x (3KN – 2) x S %C2S = 8,6 x (1 – KN) x S - Khoáng nóng chảy: p= Al O3 ≥ 0,64 Fe2 O3 Khi %C4AF = 3,04F %C3A = 2,65(A – 0,64F) p= Al2 O3 ≤ 0,64 Fe2 O3 Khi %C4AF = 4,77A %C3A = 1,7(F – 1,57A) Cũng tính thành phần khoáng clinke XMP theo công thức sau: - Đối với clinke XMP thường: (p >0,64) %C3S = 4,07C – 7,6S – 6,72A – 1,43F %C2S = 2,87S – 0,75C3S %C3A = 2,65A – 1,69F %C4AF = 3,04F ThS Nguyễn Thị Phương 18 Nhóm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM - Khoa Công Nghệ Hóa Học Đối với clinke XMP giàu oxyt sắt (p