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

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài tiểuluận này là thành quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dày công dạy bảocủa quý thầy cô Em xin gửi thư viện nhà trường, đặc biệt đến cô ThS Nguyễn ThịPhương lời cảm ơn chân thành, người đã giúp em hoàn thành tốt bài tiểu luận này.Với thời gian thực tập hạn hẹp và kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên khôngtránh khỏi những thiếu xót, em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của quýthầy cô

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn, kính chúc cô sức khỏe và thành đạt

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Sinh viên thực hiện: Nhóm 1

Lớp: 05DHHH3

Nhận xét:

TP Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

(kí và ghi họ tên)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU

Xi măng là loại vật liệu xây dựng quan tróng nhất, là vật liệu cơ bản trong xâydựng 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 làthành phần cơ bản của bê tông, vữa, hồ Thành phần chủ yếu là clinker Portlandchiếm tỉ lệ 95 - 96% và thạch cao chiếm tỉ lệ 4-5% Ngoài ra, khi thêm các chất phụkhác vào thành phần của xi măng Portland (xỉ lò cao, tro than, pouzzolan tự nhiên,v.v., nhưng hàm lượng phụ gia kể cả thạch cao không quá 40% và trong đó phụ giađầy không quá 20%), thì những loại xi măng Portland này gọi là xi măng Portlandhỗn hợp Vì vậy để tìm hiểu rõ hơn về thành phần, nguyên liệu, cách tính toán phốiliệu như thế nào chúng em giải thích qua bài tiệu luận này

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

MỞ ĐẦU iv

CHƯƠNG 1 1

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG 1

1.1 Định nghĩa và phân loại chất kết dính vô cơ 1

1.2 Giới thiệu về xi măng pooclăng 1

1.3 Thành phần hóa và thành phần khoáng chính của clinker xi măng pooclăng 1

1.3.1 Thành phần hóa 1

1.3.2 Thành phần khoáng chính của clinker xi măng pooclăng 2

1.3.3 Ứng dụng của clinker XMP 3

1.4 Nguyên liệu sản xuất xi măng pooclăng 3

1.4.1 Đá Vôi CaCO3 3

1.4.2 Đá Lẫn Đất (mergel ) 3

1.4.3 Đất Sét 4

1.4.4 Các Loại Quặng Chứa Sắt ( cung cấp Fe2O3 ) 4

1.4.5 Những Phụ Gia 5

1.5 Nhiên liệu sản xuất xi măng Pooc lăng 5

1.5.1 Nhiên liệu rắn 6

1.5.2 Nhiên liệu khí 6

1.5.3 Nhiên liệu lỏng 7

1.6 Phối liệu để sản xuất xi măng Pooc – lăng 8

1.6.1 Nguyên tắc tính toán 8

1.6.2 Trình tự tính toán 9

1.7 Tính toán theo phương thức của KIND 10

1.7.1 Hệ 2 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu 10

1.7.2 Hệ 3 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu: 12

1.7.3 Hệ 4 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu 13

1.7.4 Hệ hai, ba cấu tử có lẫn tro nhiên liệu 15

1.8 Tính toán theo phương thức của KUEHL 18

KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học

CHƯƠNG 1

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG

1.1 Định nghĩa và phân loại chất kết dính vô cơ

Sự kết dính được xem như sự kết hợp lẫn nhau giữa hai vật liệu bằng những lực liên kết, làm hai vật liệu rời trở thành một khối bền vững lực tương tác giữa hai vật liệu có thể là: lực cơ học (ma sát), lực hóa học( liên kết do phản ứng hóa học), những liên kết lí học đặc biệt khác( lực hấp thụ trong hệ keo phân tán, lực van der van….)Chất kết dính xây dựng là những chất kết dính dùng trong xây dựng gồm chất CKD thủy lực và CKD không khí

Chất kết dính thủy lực là những CKD có khả năng đóng rắn, tạo cường độ trong môi trường nước( trong môi trường không khí) như XMP, XM La Mã, XM cao nhôm Chất kết dính không khí là những CKD có khả năng đóng rắn, tạo cường độ trongmôi trường không khí như vôi, thạch cao

Chất kết dính kỹ thuật: các loại chất kết dính trên cơ sở thủy tính nước, một số chất kết dính phót phát, xi măng chịu lửa, các loại vữa chịu lửa… là chất kết dính vô

cơ dùng trong lĩnh vực kỹ thuật khác

1.2 Giới thiệu về xi măng pooclăng

Xi măng pooclăng (XMP) là bột vô cơ có tính chất kết dính thủy lực, sản phẩmnghiền mịn của hỗn hợp clinker XMP và phụ gia thạch cao 3-5% khối lượngclinker

Công nghệ sản xuất CKD loại này có thể chia làm 2 phần chính:

 Sản xuất clinker XMP

 Nghiền trộn clinker với thạch cao (3-5%) và những phụ gia thích hợp khác

1.3 Thành phần hóa và thành phần khoáng chính của clinker xi măng pooclăng 1.3.1 Thành phần hóa

clinker XMP là bán sản phẩm trong quá trình sản xuất XMP, được sản xuất bằngcách nung kết khối hỗn hợp nguyên liệu tự nhiên như đá vôi, đất sét và quặng sắt vớithành phần tính trước clinker ra khổi lò nung có dạng cục nhỏ (10-80mm) với thànhphần khoáng biến đổi tương đối rộng:

CaO: 62-67% SiO2: 20-24%

Al2O3 4-7% Fe2O3 : 2- 5%

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học

Để tạo clinker XMP, người ta dùng 2 nguyên liệu tự nhiên chính là đá vôi và đấtsét, ngoài ra là các nguyên liệu phụ như quặng sắt, xỉ pirit, cát, đá…những nguyên liệunày trộn với nhau theo những tỉ lệ nhất định, nung đến 1400-1450℃ tạo thành clinker.Clinker lại được nghiền tiếp tục với những chất phụ gia như thạch cao tạo XMP, sảnphẩm dạng bột mịn có tính thủy lực

1.3.2 Thành phần khoáng chính của clinker xi măng pooclăng

Nguyên liệu được pha trộn theo tỉ lệ tính trước rồi đem nung luyện ở nhiệt độ caonhằm tạo hợp chất chứa thành pha cần thiết những oxit chính SiO2, Al2O3, CaO vàFe2O3 phản ứng tạo khoáng cần thiết một phần không phẩn ứng ở dạng tự do hoặcnằm trong pha thủy tinh Do nguyên liệu sản xuất clinker ở dạng tự nhiên, thành phầnhóa dao động trong khoảng lớn, các số liệu tính toán thành phần hóa phối liệu cũngnhư thành phần khoáng thực của clinker không phải là những tri số cô định, mà nằmtrong một dãy giới hạn cho phép nhất định goil là các modul

Tính chất của clinker và XMP do thành phần pha ( các loại khoáng và pha thủytinh) của chúng quyết định thành phần chính của clinker XMP gồm có:

Alit(40-60)%: trong clinker XMP là dung dịch rắn cảu khoáng gốc C3S với cácoxit khác như MgO, Cr2O3, P2O5…thực tế, alit được hiểu là C3S Alit ở dạng thù hính

α là khoáng chính tạo cường độ cho XMP C3S đóng rắn nhanh tỏa nhiệt nhiều

Bêlit (15-35)%: là dung dịch rắn gốc C2S với các oxit khác tương tự như trên.Dạng thù hình cần thiết trong clinker XMP là β-C2S có tính kết dính, ít tỏa nhiệt khiđóng rắn, phát triển cường độ chậm ở giai đoạn đầu nhưng sau đó có cường độ khácao Trong kỹ thuật sản xuất clinker XMP, cần làm nguội clinker rất nhanh ở khoảng

675℃, nhằm tránh sự biến đổi β-C2S thành γ-C2S là khoáng không có kết dính

Tri-canxi aluminat C3A (4-14)%, đóng rắn rất nhanh, tỏa nhhiều nhiệt, không bềntrong môi trường xâm thực người ta phải dùng phụ gia thạch cao CaSO4.2H2O để hạnchế tốc độ đóng rắn của C3A

Alumo-ferit canxi C4AF (10-18)%: dễ hào tan trong nước, ít tỏa nhiệt đóng rắnnhanh tạo cường độ ban đầu nhanh nhưng sau đó cường độ không cao, chịu ăn mòntốt

Pha thủy tinh trong clinker (15-25)% pha lỏng cần thiết để nung luyện clinker

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học ( clinker kết khối tốt tạo điều kiện thuận lợi tạo thành khoáng C3S ) Khi làmnguội nhanh pha lỏng sẽ tạo thành pha thủy tinh, clinker dễ nghiền hơn Hoạt tínhtrong pha thủy tinh trong clinker rất cao dễ hidrat hóa.

Ngoài ra, trong clinker XMP còn những khoáng khác như các sunfat kiềm(K,Na)2SO4, CaSO4, aluminat kiềm (K,Na)2.8CaO.3Al2O3, alumo-maganat canxi4CaO.Al2O3.Mn2O3…và một lượng oxit tự do chưa phản ứng hết trong quá trình nungluyện

1.3.3 Ứng dụng của clinker XMP

Vật liệu xi măng được ứng dụng rất rộng rãi do ưu điểm thi công đơn giản,nguyên liệu ban đầu sẵn có, có tính chất cơ học tốt và tuổi thọ cao Trong lĩnh vực xâydựng dân dụng (lĩnh vực áp dụng chủ yếu), đây là vật liệu chính để xây cầu, nhà, kênh,cống,v.v Trong xử lý rác thải hạt nhân, việc xi măng hóa cho phép cố định các chấtphóng xạ một cách sâu sắc trong vi cấu trúc của vật liệu xi măng

1.4 Nguyên liệu sản xuất xi măng pooclăng

1.4.1 Đá Vôi CaCO 3

Đá vôi có công thức hóa học là CaCO3, có ba dạng thù hình chính là canxit, aragonhit, và vaterit Các dạng thù hình này ảnh hưởng nhất định tới độ cứng khi nghiền (aragonhit cứng nhất ) Dạng nguyên chất có màu trắng (đá phấn ) ,khi lẫn tạp chất có màu xám, hồng tạp chất gây màu chủ yếu là oxit sắt

Đá vôi có nhiệm vụ cung cấp CaCO3 Đây là oxit có hàm lượng cao nhất trong clinker XMP Đá vôi thường khai thác từ các mỏ lộ thiên, được nghiền tới cỡ hạt 5÷25

mm có thể phối liệu để nghiền mịn tiếp Yêu cầu về thành phần hóa học:

CaO: (49÷54)% (tính theo CaCO3 87÷96%)

MgO¿3%

R2O¿1%

Lựa chọn đá vôi thế nào hợp lí, để sản xuất xi măng?

Vôi là chất kết dính bền trong không khí và là sản phẩm nung của đá vôi

Nguyên liệu để sản xuất vôi là các loại đá vôi thiên nhiên (giàu khoáng CaCO3) như đá phấn, đá vôi…Thông thường dung đá vôi đặc chắc Thành phần CaCO3 theo lýthuyết: CaO = 56%,CO2 = 44%

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học

Đá vôi thiên nhiên thường lẫn một hàm lượng MgCO3 và các tạp chất sét: SiO2, Al2O3, Fe2O3… Tùy thuộc vào tính chất khoáng, CaCO3 tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều dạng khác nhau:

• Calcit và aragonit: tồn tại dưới dạng khoáng, độ tinh khiết cao

• Đá vôi, đá merget, đá phấn: tồn tại ở dạng đá, có thể lẫn một số tạp chất Đá vôithiên nhiên có thể xuất phát từ nguồn gốc vô cơ( do hiện tượng phún xuất, hay quá trình trầm tích lắng đọng của CaCO3) hoặc nguồn gốc hữu cơ (như san hô, vỏ sò, vỏ hến…)Tùy theo loại đá vôi sử dụng, sẽ sản xuất được các loại vôi có chất lượng khác nhau

1.4.2 Đá Lẫn Đất (mergel )

Đá vôi lẫn đất sét và oxit silic (SiO2 ) gọi là đá lẫn đất (mergel ) ngoài ra còn lẫn nhiều oxit sắt Loại đá này có thành phần trung gian giữa đá vôi và đất sét , dễ nghiền hơn đá vôi , có màu vàng tới xám đen , được coi là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất MVP , bởi trong đá tự nhiên đã có sẵn sự trộn lẫn đá vôi – đất sét ( tuy nhiên , nếu dung làm phụ gia đầy , thì loại đá lẫn đất không thích hợp ) Trong tự nhiên có thể có những 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 trong đá có thể có những tên gọi trung gian khác nhau Ví dụ :

Đá vôi có hàm lượng CaCO3 : 96÷100%

Nhóm caolinhit Al2O3.2SiO2.2H2O (caolinhit, halosit )

Nhóm montmonrilonhit Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O , baydelit Al2O3.3SiO2.nH2ONhóm chứa kiềm như thủy mica , illit

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa HọcĐất sét cung cấp AlO3 đồng thời SiO2, Fe2O3 trong công nghệ sản xuất XMP , người ta chỉ quan tâm thành phần hóa chung ( đặc biệt Fe2O3 ) của đất sét nguyên liệu Yêu cầu thành phần hóa đất sét như sau :

SiO2 > 50%, Al2O3 < 20%, Fe2O3 : 7÷10% , SO3 < 1%, R2O < 1%

Đất sét là nguyên liệu mịn ( phần lớn hạt nhỏ hơn 10μmm ), vấn đề cơ bản cần giải quyết là độ ẩm thuyết hợp , loại bỏ đất mùn sỏi đá lẫn ( nếu lẫn quá nhiều ) , trộn phối liệu cho công đoạn gia công tiếp theo Gia công cơ học chủ yếu là nghiền chung với

đá vôi tạo thành bùn sệt

Hiện nay , phần lớn sản xuất theo phương pháp khô Nếu đất sét dạng ướt , bắt buộc phải qua công đoạn sấy khô Đất sét được đập sơ bộ , định lượng cần thiết rồi phối liệu với các nguyên liệu khác bằng các máy sấy nghiền liên hợp

Lựa chọn đất sét thế nào hợp lí,để sản xuất xi măng?

Trong tự nhiên đất sét tồn tại dưới dạng nham thạch trầm tích chúng là những alumosilicat có thành phần hóa học khác nhau:

1.4.4 Các Loại Quặng Chứa Sắt ( cung cấp Fe2O3 )

Phổ biến nhất là quặng pyrit sắt FeS2 , xỉ sắt (hàm lượng Fe2O3 62÷87% ) Fe2O3

có tác dụng tạo pha lỏng trong quá trình nung luyện clinker Pha lỏng tạo điều kiện kếttinh các khoáng cần thiết của clinker XMP như C2S C3S Ngoài ra , Fe2O3 còn tham gia tạo khoáng C4AF cho khoảng XMP

Khi nung FeS2 , quá trình biến đổi vì nhiệt phức tạp , sản phẩm phân hủy trong khoảng 380÷7000C là Fe2O3, Fe3O4, SO2, SO3 Sản phẩm khí sinh ra là khí độc , lượng khí này làm tăng mức luân chuyển khí trong lò khi nguội phản ứng với kiềm tạo muối sunfat là nguyên nhân gây bít tắc ống trong hệ thống lò

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học

Để thay thế quặng sắt có thể dùng boxit (hàm lượng Fe2O3 > 20% ) hoặc các loại đất có hàm lượng sắt cao như Laterite, đất đỏ nhưng các nguyên liệu này thường không phổ biến

1.4.5 Những Phụ Gia

Cát : Khi thiếu SiO2 dùng phụ gia hiệu chỉnh là cát non Cát dùng làm phụ gia hiệu chỉnh cần hàm lượng SiO2 > 85% , MKN < 1,5% , ẩm < 5%

Boxit : cung cấp đồng thời Al2O3, Fe2O3, SiO2, CaO

Quặng sắt : là nguyên liệu chính cung cấp Fe2O3 giúp điều chỉnh thành phần trong trường hợp đất thiếu Fe2O3

Thạch cao : công thức hóa học CaSO4.2H2O chiếm khoảng 5% khối lượng XMP , là phụ gia làm giảm tốc độ đóng rắn Thạch cao làm phụ gia chủ yếu thuộc hàm lượng khoáng C3A do C3A là khoáng có tốc độ đóng rắn cao nhất , ngoài ra còn tăng độ bền cơ , chống thấm và dãn nở cho XM

Phụ gia khoáng hoạt tính : có thể là nguyên liệu tự nhiên như diatomit, trepel, tro núi lửa, đất đá ong …

Do có chứa các dạng SiO2 , Al2O3 hoặc các alumo silicat có khả năng tương tác với vôi và nước tạo các hợp chất hydro-silicat canxi và hydro-aluminat canxi có cường

độ cao có vai trò quan trọng bậc nhất trong tác dụng thủy lực

Xỉ : trong xỉ có nhiều khoáng có tính kết dính như canxi silicat , alumo silicat , …

và thủy tinh có hoạt tính cao Xỉ có tác dụng giảm nhiệt thủy hóa tăng cường độ cho

ở trạng thái rắn Ở nhiệt độ này CaCO3 cũng bị phân hủy Trước hết là sự tạo thành các hợp chất nghèo CaO (như CaO Al2O3), khi tiếp tục nâng cao nhiệt độ nó chuyển thành những hợp chất giàu CaO (như C3A).CaO tự do không tồn tại ở nhiệt độ thấp, vìCaO vừa mới tạo thành do sự phân hủy của CaCO3¬, lập tức liên kết với SiO2,

Al2O3, Fe2O3; chỉ trên 9000C mới tồn tại một lượng lớn CaO tự do

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học

ở 800-10000C, trong hỗn hợp phối liệu tinh thể quarz dưới ảnh hưởng của các

chất xúc tác Na2+,K+,Al+,Fe3+,…có thể chuyển thành dạng thủ hình α-Cristoblit, có

khả năng phản ứng mạnh với CaO tạo thành C2S

Nhiệt độ ảnh hưởng đến những loại khoáng nào không ?

Xi măng portland thường các khoáng chính nằm trong giới hạn sau:

γ-C 2 S không có khả năng hydrat hóa, nghĩa là không có tính chất kết dính.

1.5 Nhiên liệu sản xuất xi măng Pooc lăng

Nhiên liệu dùng cho lò nung clinke XMP có thể là nhiên liệu rắn, nhiên liệu lỏng,hoặc nhiên liệu khí Muốn đảm bảo năng suất lò cao thì nhiên liệu cung cấp vào lòphải đạt các yêu cầu sau:

- Nhiên liệu có nhiệt năng cao

- Hàm lượng tro nhỏ nhất

γ-C 2 S

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công Nghệ Hóa Học

- Hiệu quả kinh tế cao

Trong các loại nhiên liệu trên, nhiên liệu khí sử dụng cho lò nung thích hợp nhất, vì cónhiệt năng cao, không có tro nhiên liệu lẫn vào

1.5.1 Nhiên liệu rắn

Nhiên liệu rắn chủ yếu dùng trong công nghệ sản xuất XMP là than đá

Yêu cầu than đá dùng cho lò quay:

- Than phải có chất bốc cao

- Tạo được ngọn lửa dài

- Tro nhiên liệu ít

- Thường sử dụng than đá có: nhiệt năng ≥ 5500 kcal/kg, chất bốc 20 – 30%, hàmlượng tro 10 – 20%

* Ưu điểm:

- Có ưu thế lớn về giá thành

- Lưu trữ và vận chuyển đơn giản hơn so với những dạng nhiên liệu khác

* Nhược điểm: Than được dùng phải đạt yêu cầu cao về chất lượng

1.5.2 Nhiên liệu khí

Khí tự nhiên là nhiên liệu khí phổ biến trong công nghệ xi măng Thành phần chínhcủa khí tự nhiên là metan CH4 và etan C2H6, các khí propan, butan, pentan, hecxan,…không đáng kể Thành phần còn lại như H2S, khí trơ như nitơ (N2), heli (He) vàcacrbonic (CO2)

Nhiệt trị của khí tự nhiên cao: 8000÷10000 kcal/ kg khí

* Ưu điểm:

- Thiết bị đốt rất đơn giản so với hệ thống thiết bị dùng than nhiên liệu

- Nhiệt độ lửa đốt khí cao hơn lửa than

- Chất lượng clinke cao do clinke không bị lẫn tro nhiên liệu

- Trước khi sử dụng không cần qua các khâu gia công như gạn, lọc