10 chat ket dinh thay the XMP

7 VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI-MĂNG POOC LĂNG .... Những vấn đề về môi trường của công nghiệp sản xuất xi-măng Poóc lăng .... Bảng 1 Phân loại xi-măng Poóc-lăng theo thà



TIỂU LUẬN KỸ THUẬT SẢN XUẤT XI-MĂNG

Đề tài : CHẤT KẾT DÍNH THAY THẾ XI-MĂNG POÓC LĂNG

BÙI NGUYỄN NHƯ QUỲNH V1303309

NGUYỄN THỊ CẨM THÚY V1304029 NGUYỄN HỮU MẠNH TRUNG V1304429

MỤC LỤC

Chương 1 5

TỔNG QUAN VỀ XI-MĂNG POÓC LĂNG 6

1.1 Giới thiệu về xi-măng poóc lăng 6

1.2 Công nghệ sản xuất xi-măng Poóc lăng 7

1.3 Phân loại phương pháp sản xuất 7

Chương 2 7

VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI-MĂNG POOC LĂNG 8

2.1 Môi trường và công nghệ sản xuất Xi-măng Pooc lăng 8

2.2 Những vấn đề về môi trường của công nghiệp sản xuất xi-măng Poóc lăng 8

2.2.1 Bụi đá và bụi xi-măng 8

2.2.2 Ảnh hưởng tiếng ồn, rung động cơ học 9

2.2.3 Ảnh hưởng chất thải rắn chứa các kim loại nặng 10

2.2.4 Ảnh hưởng khí độc 10

2.2.5 Nước thải 11

Chương 3 11

CÁC CHẤT KẾT DÍNH THAY THẾ XI-MĂNG POOC-LĂNG 12

MANHEZI KIỀM TÍNH – ĐÔLÔMIT KIỀM TÍNH – GEOPOLYMER 12

3.1 Xi-măng có cơ sở hình thành từ MgO 12

3.1.1 Xi-măng sản xuất từ magnesium carbonates 12

3.1.2 Xi-măng sản xuất từ magnesium silicates 15

3.2 Chất kết dính dolomit kiềm tính 16

3.3 Xi-măng Geopolymer – Chất kết dính polymer vô cơ 16

Chương 4 18

CÁC CHẤT KẾT DÍNH THAY THẾ XI-MĂNG POOC-LĂNG (tt) 19

THẠCH CAO – THỦY TINH LỎNG 19

4.4 Thạch cao 19

4.4.1 Thạch cao xây dựng 19

4.4.2 Chất kết dính anhydride 20

4.5 Thủy tinh lỏng 20

4.5.1 Phương pháp nấu thủy tinh lỏng Na 20

4.5.2 Khả năng kết dính của thủy tinh lỏng 22

4.5.3 Thủy tinh lỏng Kali 22

4.5.4 Ứng dụng của thủy tinh lỏng 22

Chương 5 23

CÁC CHẤT KẾT DÍNH THAY THẾ XI-MĂNG POOC-LĂNG (tt) 23

VÔI – XI-MĂNG LA MÃ – VÔI THỦY 23

5.1 Vôi 23

5.1.1 Tính chất và đặc điểm của vôi 23

5.1.2 Sự đóng rắn của vôi 24

5.2 Xi-măng La Mã và vôi thủy 24

5.2.1 Xi-măng La Mã 24

5.2.2 Vôi thủy 25

5.2.3 Module thủy hóa của vôi thủy và xi-măng La Mã 25

Chương 6 25

TỔNG KẾT 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Phân loại xi-măng Poóc-lăng theo thành phần 6 Bảng 2: So sánh các chất kết dính thay thế xi-măng Poóc-lăng 26

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Bụi ở nhà máy xi-măng Kiên Lương 9

Hình 2.2: Khí thải từ ống khói của nhà máy xi-măng Hoàng Thạch 10

Hình 3.1: Cơ chế đóng rắn của Xi-măng Pooc lăng và Xi-măng GeoPolymer 18

Hình 4.1: Giản đồ pha 2 cấu tử hệ Na2O – SiO2 21

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XI-MĂNG POÓC LĂNG 1.1 Giới thiệu về xi-măng Poóc lăng

Xi-măng poóc lăng 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 Có thành phần chủ yếu là clinke xi-măng Poóc lăng chiếm tỉ lệ 95 - 96% và thạch cao chiếm tỉ lệ 4-5%

Xi-măng Poóc lăng chính thức ra đời ngày 21/10/1824 khi Joseph Aspdin được cấp bằng sáng chế cho quá trình thực hiện thử nghiệm vật liệu gọi là xi-măng Cái tên được đặt như vậy là do loại đá ở đảo Portland nước Anh có màu sắc và tính chất giống với loại xi-măng của ông

Bảng 1 Phân loại xi-măng Poóc-lăng theo thành phần

Xi-măng Poóc lăng (PC)

Là bột vô cơ kết dính thủy lực, sản

phẩm nghiền mịn của hỗn hợp clinker

xi-măng pooc lăng và phụ gia thạch

cao (3-5% khối lượng clinker)

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

Xi-măng Poóc lăng hỗn hợp (PCB)

Là sản phẩm nghiền mịn của măng Poóc lăng và những phụ gia khác (phụ gia đầy, phụ gia hoạt tính, )

PCB= PC + additives (20%-40%) Clinker là bán thành phẩm trong quá trình sản xuất xi-măng: có được bằng cách nung kết khối hỗn hợp nguyên liệu tự nhiên như đá vôi, đất sét, quặng sắt ở nhiệt độ cao (1450oC) sau đó làm nguội nhanh

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

 MgO ≤ 5%

1.2 Công nghệ sản xuất xi-măng Poóc lăng

Quá trình sản xuất xi-măng Poóc lăng được tóm tắt trong 4 giai đoạn chính :

1 Chuẩn bị nguyên liệu và phối liệu

2 Nung phối liệu thành clinker

3 Nghiền trộn chung clinker với các phụ gia cần thiết

4 Bảo quản và tiêu thụ sản phẩm

1.3 Phân loại phương pháp sản xuất

Theo nguyên lí hoạt động lò nung:

Chương 2 VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI-MĂNG

POOC LĂNG 2.1 Môi trường và công nghệ sản xuất Xi-măng Pooc lăng

Công nghiệp sản xuất xi-măng là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhanh nhất Việt Nam cả về số lượng lẫn chất lượng Bên cạnh những đóng góp

to lớn về kinh tế, xã hội, vấn đề môi trường do công nghiệp xi-măng đem lại về tài nguyên thiên nhiên, cảnh quan và sinh thái đòi hỏi phải xem xét nghiêm túc nhằm giảm thiểu thiệt hại, lựa chọn hướng phát triển bền vững[2]

Trong quá trình công nghệ, vấn đề môi trường là việc giải quyết toàn bộ những phần không cần thiết cho sự hình thành sản phẩm, bị thải loại làm ô nghiễm môi trường xung quanh: ô nhiễm không khí, mưa axit, nhiễm bẩn nguồn nước, năng lượng dư gây ồn, làm nóng môi trường làm việc, phá hủy cảnh quan thiên nhiên,… Trong chừng mực nhất định, giải quyết vấn đề môi trường gồm hai vấn đề lớn[2]:

- Giảm thiểu ảnh hưởng xấu xuống mức hạn cho phép (những mức hạn này phụ thuôc vào trình độ phát triển xã hội, lối sống và công nghệ,…)

- Thay đổi kỹ thuật và công nghệ để không sinh ra những tác hại đã biết tới môi trường Đây chính là bản chất của vấn đề môi trường

Hiện nay, bảo vệ môi trường trở thành động lực chính trong việc thúc đẩy thay đổi trong công nghệ sản xuất xi-măng

2.2 Những vấn đề về môi trường của công nghiệp sản xuất xi-măng Poóc lăng 2.2.1 Bụi đá và bụi xi-măng

Bụi là những hạt vật chất rắn, có kích thước từ 0,001 μm đến hàng trăm micromet Bụi xi-măng ở dạng rất mịn (cỡ hạt nhỏ hơn 3 μm) lơ lửng trong khí thải Đặc biệt khi hàm lượng SiO2 tự do lớn hơn 2% dễ gây ra bệnh silicon phổi và các bệnh về hô hấp khác Bên cạnh đó, bụi theo gió phát tán ra ngoài môi trường, lắng xuống nước và đất gây suy thái đất và hệ thực vật[2]

Bụi phát sinh từ hầu hết các công đoạn sản xuất: nổ mìn, lấy đá, khai thác đất sét, nghiền nguyên liệu, nghiền xi-măng, vận chuyển, nung,… Khi khai thác đất sét

lượng bụi phát sinh không đáng kể do đất sét có độ ẩm tự nhiên rất cao (1620%) Lượng bụi trong quá trình khai thác đá là[2]:

 0,4 kg bụi/tấn đá trong công đoạn nổ mìn khai thác đá hộc

 0,14 kg bụi/tấn đá khi nghiền khô và 0,009 kg/tấn đá theo phương pháp ướt

 0,17 kg bụi/tấn đá khi bốc xếp và vận chuyển

Theo TCVN 5937-1995 cho phép 0,380,73 mg bụi/Nm3 không khí Công nghiệp sản xuất xi-măng hiện nay đang phấn đá 0,50 mg bụi/Nm3 không khí Hiện nay ở khoảng 150 mg bụi/Nm3, trong khi các nước phát triển chỉ ở mức 30 mg bụi/Nm3[2]

Để giảm tác hại của bụi, ta cần xây nhà máy tránh xa khu dân cư, rút ngắn đườn vận chuyển và khi vận chuyển có vỏ che kín Tất cả các thiết bị sinh bụi đều được lắp máy khử bụi thích hợp

Hình 2.1: Bụi ở nhà máy xi-măng Kiên Lương

2.2.2 Ảnh hưởng tiếng ồn, rung động cơ học

Tiếng ồn xuất phát từ thiết bị đập nghiền, do động cơ điện, máy khoan, nổ mìn, xe vận tải, quạt, máy khí nén,… Tiếng ồn nổ mìn vượt quá giới hạn 100dB ở khoảng cách 300m so với điểm nổ Tác động này không liên tục vì mỏ khá xa khu dân cư Tuy nhiên, các thiết bị khác thường hoạt động liên tục, dù với cường độ nhỏ nhưng có thể gây tác hại lâu dài[2] Tiếng ồn vượt quá giới hạn cho phép gây mệt mỏi, mất ngủ lâu ngày dẫn tới tăng huyết áp, điếc do nghề nghiệp

Biện pháp tốt nhất để giảm thiểu tác hại hiện nay là công nhân dùng dụng cụ bịt tai khi sản xuất, các nhà xưởng kín và các thiết bị được thay đổi phần truyền động nhằm giảm tiếng ồn

2.2.3 Ảnh hưởng chất thải rắn chứa các kim loại nặng

Các kim loại nặng có độc tố ảnh hưởng tới sức khỏe là: Hg, Cd, Se, Sn, Zn,

Pb, Ag, Cr, Be, Ni, Ba, As, V Nói chung, kim loại nặng từ nguyên liệu tồn tại trong clinker là rất lớn [2]

Trong số các kim loại trên, hiện nay Cr là vấn đề phải quan tâm nhất Khi hít thở không khí chứa Cr (2030 mg/Nm3), có thể gây tổn thương cấp tính đường hô hấp như hắt hơi, viêm mũi, viêm phế quản, lên cơn dị ứng, ho… Còn khi tiếp xúc với da, Cr gây dị ứng, viêm da nghề nghiệp [2]

Các hợp chất chứa Cr có trong các loại gạch chịu lửa crom-manhezi, từ bi nghiền bị mài lẫn vào phối liệu và tùy vùng khai thác mà trong nguyên liệu có lẫn

Cr [2] Xu hướng dùng gạch và thép nghiền không chứa Cr đang được quan tâm

2.2.4 Ảnh hưởng khí độc

Khí độc do khói thải từ ống khói nhà máy (chiếm tỷ lệ lớn nhất), từ các phương tiện có động cơ đốt trong Các khí có tác hại xấu đến môi trường là: CO2,

SO2, NOx, CO, hydrocacbon, chì (Pb)…[2]

Hình 2.2: Khí thải từ ống khói của nhà máy xi-măng Hoàng Thạch

CO2 sinh ra do phân hủy CaCO3, do cháy nhiên liệu hoặc cháy các chất hữu

cơ trong nguyên liệu CO2 không gây độc với cơ thể như CO, nhưng lại ảnh hưởng lớn đến khí hậu trái đất do gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên Lượng khí

thải, trong đó chủ yếu là CO2, trở thành đối tượng khống chế với các quốc gia phát triển (Hiệp ước Kyoto 2004) [2]

CO là khí thải do cháy không hoàn toàn nhiên liệu, cháy chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy Trong nhà máy, CO chủ yếu phát sinh từ các thiết bị nung clinker, do nhiên liệu (than) cháy không hết Còn với động cơ đốt trong chủ yếu do

xe chạy xăng, động cơ dùng dầu diezen thải lượng CO ít hơn nhiều CO vào máu cản trở tuần hoàn máu, gây đau đầu, chóng mặt và với liều lượng cao có thể gây chết người[2]

NOx hình thành do oxy hóa hỗn hợp khí cháy khi nung clinker, từ động cơ đốt trong của các phương tiện giao thông tạo nên Dùng thiết bị buồng calci hóa giảm NOx có thể giảm 2040% lượng NOx trong khí thải

SO2 phần lớn từ khí thải khi đốt nhiên liệu, do oxy hóa S trong nhiên liệu, nguyên liệu hoặc do phân hủy các muối sunphat trong nguyên liệu Về lý thuyết

SO2 có thể oxy hóa thành SO3 ở nhiệt độ thấp nhưng trong thực tế 99% lượng sunfur trong khí thải sẽ nằm trong thành phần SO2 [2]

Cả SO2 và NOx đều có tính axit, là nguyên nhân gây ăn mòn hóa học các thiết

bị, gây bệnh đường hô hấp và là nguyên nhân gây ra mưa axit hủy hoại môi trường

2.2.5 Nước thải

Nguồn nước thải do làm nguội lò, nước thải sinh hoạt, nước làm vệ sinh thiết bị chứa dầu mỡ, các hạt rắn lơ lửng bụi than, đất đá (hệ keo) [2] Tuy không rõ tác hại đến với cơ thể nhưng gián tiếp làm bẩn nguồn nước sạch, cảnh quan môi trường

Kết luận :

Xi-măng pooc lăng là chất kết dính vô cơ phổ biến và có vai trò rất quan trọng đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng Từ yêu cầu đặt ra về vấn đề bảo vệ môi trường, các chất kết dính thay thế xi-măng pooc lăng thân thiện hơn với môi trường ngày càng được nghiên cứu rộng rãi và phát triển trong những năm gần đây

Chương 3 CÁC CHẤT KẾT DÍNH THAY THẾ XI-MĂNG POOC-LĂNG

MANHEZI KIỀM TÍNH – ĐÔLÔMIT KIỀM TÍNH – GEOPOLYMER 3.1 Xi-măng có cơ sở hình thành từ MgO

Xi-măng hình thành trên cơ sở magnesium oxide hiện nay đang được phát triển và sản xuất từ 2 khoáng khác nhau chứa Mg xi-măng từ Magnesium carbonates (MgCO3) có bản chất là MgO hoạt tính còn đối với loại xi-măng đi từ magnesium silicates là hỗn hợp giữa MgO và magnesium carbonates ngậm nước [1]

Qúa trình sản xuất cả hai loại xi-măng này đều yêu cầu nung tuy nhiên về cơ bản, nguyên vật liệu đầu vào của hai loại khác nhau đã dẫn đến sự tác động rất khác biệt của hai quy trình sản xuất đến môi trường xi-măng sản xuất từ silicates thô do thành phần tự nhiên của nó, hàm lượng carbon nội tại ít so với MgCO3, lượng CO2

thải ra môi trường do đó cũng thấp hơn nhiều, ngược lại thì quá trình nung sản phẩm xi-măng từ magnesium carbonates thải ra lượng CO2 tương đối lớn Đối với loại thứ 2 thì các tiêu chuẩn về môi trường được cấp cho xi-măng sẽ phụ thuộc chủ yếu vào sự thẩm thấu carbon và lượng CO2 mà xi-măng hấp thụ được suốt vòng đời của xi-măng [1]

3.1.1 Xi-măng sản xuất từ magnesium carbonates

Còn được gọi là “Eco-cements” được sản xuất từ những tiền chất của magnesium carbonates Trên thực tế, loại eco-cements này có 2 dạng Một dạng được cấu thành chủ yếu từ magnesium oxide hoạt tính, phối trộn với các phụ phẩm công nghiệp như tro bay hoặc xỉ lò hơi Dạng còn lại cũng là magnesium oxide hoạt tính nhưng được trộn với clinker của xi-măng pooc lăng và một loại puzzolan, tạo ra dạng xi-măng hỗn hợp [1]

MgO hoạt tính được tạo thành khi MgCO3 được nung dưới áp suất của khí quyển ở nhiệt độ 650oC, là nhiệt độ phân hủy của magnesium carbonates; các khoáng magnesite là nguồn cung cấp MgCO3 tốt nhất Trong quá trình nung tất nhiên CO2 sẽ được tạo thành như một sản phẩm sau phản ứng, đây cũng là yếu tố quyết định liệu eco-cements có tồn tại được trên thị trường hay không, dựa vào các

tính chất liên quan đến ảnh hưởng của nó đến môi trường được đánh giá trong suốt quá trình sản xuất[1]

Điển hình là xi-măng manhezi, hay còn gọi là xi-măng sorel:

Manhezi kiềm tính là chất kết dính trong không khí, sản xuất bằng phương pháp nung manhezit (MgCO3) tự nhiên sau đó nghiền mịn MgO Nhiệt độ nung cao hơn nhiệt độ phân hủy, nhưng nhỏ hơn nhiệt độ kết khối Khi MgCO3 phân hủy tạo MgO vô định hình hoặc dáng khoáng periclaz [2] Hoặc có thể nung quặng bruxit ở (6500C-6800C) [3]

MgCO3 MgO + CO2

Mg(OH)2 MgO + H2O

Manhezi kiềm tính không hòa tan trong nước như các chất kết dính khác, mà tan trong một số dung dịch muối như MgCl2, MgSO4 Sản phẩm hòa tan sau đó kết tinh có tính kết dính và được gọi là Xi-măng manhezi

Khi đóng rắn trong môi trường nước, chất kết dính manhezi không có cường

độ cao Khi đóng rắn trong môi trường dung dịch muối MgCl2 hoặc MgSO4, chất kết dính có cường độ cần thiết Tỷ lệ phần khối lượng được coi là tối ưu như sau: MgO:MgCl2.6H2O = 1 : 0.5 – 0.6

MgO:MgSO4 = 1 : 0.2 – 0.25

Nếu hòa tan cùng với MgSO4, độ bền nước của xi-măng sẽ tăng

Khi MgO tác dụng với nước, lớp màng Mg(OH)2 tạo trên bề mặt hạt ngăn nước tiếp tục thấm sâu vào trong tiếp tục quá trình hydrat hóa Thành phần pha chính là Mg(OH)2 ở dạng cấu trúc gel và tinh thể MgO cường độ không cao

Khi trộn MgO với dung dịch MgCl2 đậm đặc thì sẽ phản ứng với nhau, tạo phức hydroxyl clorit manhe:

5MgO +MgCl2 + 12H2O MgCl2.5Mg(OH)2.7H2O

Sau đó MgCl2.5Mg(OH)2.7H2O dần chuyển thành

MgCl2.5Mg(OH)2.7H2O MgCl2.3Mg(OH)2.7H2O + 2Mg(OH)2

Dùng MgCl2 có tác dụng phá hủy lớp màng Mg(OH)2, làm tăng quá trình

Sản phẩm đóng rắn của xi-măng manhezi đồng thời có cả MgCl2.5Mg(OH)2.7H2O, MgCl2.3Mg(OH)2.7H2O và Mg(OH)2 Cũng có quan điểm cho rằng, khi tương tác MgO với MgCl2 tạo hợp chất 3MgO.MgCl2.6H2o Hợp chất MgCl2.3Mg(OH)2.7H2O còn được viết là [Mg2(OH)3.(H2O)3]2.Cl2.H2O kết tinh dạng kim hoặc sợi, nhờ vậy làm tăng độ bền uốn cho CKD manhezi

Khi CKD manhezi đóng rắn trong dung dịch MgSO4 tạo phức:

5MgO + MgSO4 + 8H2O MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O

Ở nhiệt độ cao, phức chất biến đổi:

MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O + 5H2O MgSO4.3Mg(OH)2.8H2O + 2Mg(OH)2

Các tạp chất trong manhezit khi nung tạo các oxit như CaO, BaO, Al2O3 dạng hoạt tính Những oxit này khi hydrat hóa tạo dung dịch Ca(OH)2, Al(OH)3, Ba(OH)2

sau đó kết tinh lại, tạo cường độ cho xi-măng, tuy không nhiều[2]

Eco-cements khi thủy hóa chuyển thành dạng magnesium hydroxide hay còn gọi là brucite Cường độ của nó, đặc biệt là ở bề mặt tiếp xúc với không khí được gia cường nhanh chóng bởi CO2 trong không khí thông qua sự thẩm thấu carbon, là quá trình hấp thụ CO2, sản phẩm có thể hấp thụ một lượng lớn CO2 thải ra khi sản xuất Môi trường có độ ẩm cao là một yêu cầu để sự thẩm thấu carbon xảy ra đủ mạnh, độ bền của xi-măng sau đó được đánh giá độc lập cho sản phẩm đầu ra dựa vào mật độ CO2 xung quanh sản phẩm[1]

_Tiêu chuẩn đánh giá:

Về độ mịn: sót sàng No02 không quá 5%, lọt sàng No009 không dưới 75% khối lượng

Thời gian bắt đầu ninh kết khi hòa tan trọng MgCl2 không dưới 20 phút, và kết thúc ninh kết không chậm hơn 6 giờ

Xi-măng phải có thể tích không đổi khi thử nghiệm

Mác của xi-măng Sorel thường là 400, 500 và 600 (kG/cm2) Mẫu thử bền nén

là mẫu đầm nện cứng dung dịch MgCl2 : Bột MgO = 1:3 qua 28 ngày đêm đóng rắn trong không khí [2]

_Lĩnh vực sử dụng