Tiểu luận Các quá trình sản xuất cơ bản: Công nghệ sản xuất xi măng trong lò quay khô

Xi măng là vật liệu thông dụng nhất trong ngành công nghiệp xây dựng vì chúng là chất kết dính rẻ tiền hơn so với các loại chất kết dính khác. Mặc khác khi sử dụng xi măng lại cho cường độ chịu nén, chịu uốn cao. Xi măng đã có mặt trong đời sống của con người hàng nghìn năm qua và cho đến nay con người vẫn sử dụng nó trong hầu hết các công trình xây dựng.

ĐỀ TÀI:

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

TRONG LÒ QUAY KHÔ

MỤC LỤC

I ĐẶT VẤN ĐỀ 2

II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG TRONG LÒ QUAY KHÔ 4

1 Nguyên liệu, nhiên liệu: 4

2 Cấu tạo lò xi măng phương pháp khô: 8

3 Quy trình công nghệ: 12

III CÁC CHẤT THẢI TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN MÔI TRƯỜNG 18

1 Nước thải : 18

2 Chất thải rắn : 19

3 Ô nhiễm đối với các môi trường vật lý : 19

4 Quá trình phát sinh bụi và khí thải : 20

IV SO SÁNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG TRONG LÒ QUAY KHÔ VỚI CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÁC 28

V HƯỚNG XỬ LÝ CHẤT THẢI 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

Đất nước ta trải qua 2 cuộc chiến tranh tàn phá cơ sở hạ tầng còn thấp kém

Do vậy nhu cầu sử dụng xi măng ngày càng tăng khi nước ta bước vào thời kỳ đổi mới tiến tới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Hàng loạt các công trình xây dựng: thuỷ điện, cầu cống, đường xá, các công trình thuỷ lợi, nhà ở ., sẽ tiêu thụ một lượng xi măng rất lớn Mặc dù, sản lượng xi măng sản xuất trong nước ngày càng tăng nhanh nhưng vẫn không đủ nhu cầu sử dụng trong nước Vì vậy việc tăng sản lượng xi măng nhằm cân đối giữa cung - cầu trong nước, một phần tham gia xuất khẩu đang là mục tiêu của ngành công nghiệp xi măng Việt Nam Để góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế của đất nước đồng thời thực hiện được mục tiêu trên thì việc xây dựng các nhà máy xi măng là rất cần thiết Nhà máy xi măng

sử dụng công nghệ lò quay,phương pháp khô áp dụng công nghệ tiên tiến và hiện đại, trình độ tự động hoá ở mức cao nhằm tiếp kiệm nhiên liệu, điện năng và các vật tư sản xuất, đảm bảo chất lượng clinke ra lò, đồng thời giảm bớt được lực lượng lao động trực tiếp trong nhà máy,thay thế cho các nhà máy xi măng kiểu cũ

II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG TRONG LÒ QUAY

KHÔ

1 Nguyên liệu, nhiên liệu:

Xi măng Portland là loại vật liệu được sản xuất từ:

 Đất sét (cung cấp ): đất sét làm nguyên liệu xi măng không đòi hỏi cao như đất sét làm nguyên liệu gốm sứ.Yêu cầu kĩ thuật chính ở đây là đảm bảo thành phần hóa học ( hàm lượng ) trong một phạm vi nhất định Các tạp chất trong đất sét như cát, tràng thạch, đá vôi.chất hữu cơvẫn được chấp nhận trong phạm vi tương đối rộng.Thường sử dụng đất sét bãi sông, đất sét ruộng, phiến thạch sét (đất đồi), đất sét vôi,…

 Đá vôi(cung cấp CaO): thường là loại đá vôi có hàm lượng CaO cao Cũng

có thể sử dụng đá phấn,đá vôi sét… và cần khống chế tạp chất có hại MgO

< 5% vì MgO sẽ gây mất ổn định thể tích của xi măng khi đóng rắn

- Đá vôi Dvon Trung D2: hạt nhỏ, mịn, đông nhất (thành phần hỗn hợp: CaO

ở dạng sỏi đỏ lẫn sét và thạch anh là quặng latenit

 Các loại phụ đưa vào hỗn hợp xi măng trong giai đoạn nghiền clinke nhằm điều chỉnh tốc độ đóng rắn của xi măng (như thạch cao) và để hạ giá thành sản phẩm (như xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện, cát, đá silic, đá vôi…)

 Nguyên liệu phụ để điều chỉnh thành phần hóa học của phối liệu như

quartzit phong hóa, diatomic để tăng hàm lượng , bôxyt để tăng ,

xỉ pyrit (phế thải công nghiệp super phosphat) để tăng

Hiện nay đang sử dụng nhiều loại nhiên liệu: dầu nặng (FO,MFO,DO,mazut) , khí đốt tự nhiên, các loại than hoặc hỗn hợp của chúng như than nâu, than mỡ, than antraxit…và các chất thải công nghiệp như săm lốp bã thải cao su vụn…

Đơn phối liệu xi măng(tỷ lệ hàm lượng các nguyên liệu trong phối liệu) được tính toán từ yêu cầu chất lượng xi măng cần sản xuất.Các căn cứ để tính đơn phối liệu là:

1.Thành phần khoáng clinke: bao gồm các tỷ lệ chính sau

4CaO (kí hiệu là AF),% 10 − 18

2.Các hệ số đặc trưng cho thành phần hóa học của clinke:

3.Các hệ số đặc trưng cho thành phần khoáng của clinke:

4.Thành phần hóa học của nguyên liệu:

Đá vôi:

Hàm lượng Fe2O3, % 5 – 11

Ngoài ra còn có các loại phụ gia khác.

Trường hợp sử dụng nhiều đến than để nung ckinke thì phải tính đến phần tham giacủa tro than và phối liệu

2.Cấu tạo lò xi măng phương pháp khô:

Sau đây là sơ đồ lò xi măng theo phương pháp khô:

Các nguyên liệu được cân theo đơn phối liệu và được nghiền chung trong một máynghiền để nghiền mịn và trộn đều thành phối liệu :

Sau đó nguyên liệu được đưa vào hệ thống trao đổi nhiệt Để tận dụng lượng nhiệtthừa từ lò nung đốt nóng bột phối liệu, người ta đã thiết kế các hệ thống trao đổinhiệt bên trong lò Các hệ thống trao đổi nhiệt trong lò là các cơ cấu bằng gốmhoặc bằng kim loại,bao gồm hệ thống xylon nhiều tầng(hoặc bậc) mắc nối tiếp:

Lắp đặt cơ cấu trao đổi nhiệt trong lò với mục đích là phân chia vật liệu cấp cho lòcũng như khí nóng trong lò thành 3 hoặc 4 khoang riêng biệt để tăng bề mặt tiếpxúc và trao đổi nhiệt giữa khí nóng và vật liệu đạt hiệu quả cao hơn Các cơ cấutrao đổi nhiệt bằng gốm được lắp đặt ở vùng lò có nhiệt độ khí lò cao từ 1000-

12000C, vùng này có sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa nhiệt độ khí và nhiệt độ củabột liệu và do đó tại vùng này sự trao đổi nhiệt đạt hiệu quả cao nhất

Việc sử dụng các cơ cấu gốm lắp đặt trong lò làm tăng năng suất lò quay lêntới 8-12%, đồng thời làm giảm suất tiêu hao nhiệt riêng xuống từ 8-12% Nhiệt độkhí thải lò giảm xuống chỉ còn 600-6500C

Nhiệt độ khí thải của các lò quay dài phương pháp khô có lắp đặt hệ thốngxích vào khoảng 380 - 4000C với dòng khí thải này, bột liệu cấp vào lò có hàmlượng ẩm lên tới 13% thì vẫn được sấy khô mà không cần phải gia nhiệt thêm Nhiệt độ khí thải của các lò quay dài phương pháp khô có lắp đặt hệ thốngxích vào khoảng 380 - 4000C với dòng khí thải này, bột liệu cấp vào lò có hàmlượng ẩm lên tới 13% thì vẫn được sấy khô mà không cần phải gia nhiệt thêm Sau khi qua hệ thống trao đổi nhiệt để nung sơ bộ, nguyên liệu được đưa vào

lò nung.Lò nung có vỏ ngoài bằng thép, vỏ bên trong là lớp gạch chịu lửa, dốc vềmột phía giúp cho quá trình nung dễ dàng, đầu thấp hơn có ống vòi phun phun lửa

vào trong lò, làm nóng nguyên liệu cháy, đầu cao là nơi cung cấp clinke Bên ngoàithân lò là các vành bánh xe dẫn động giúp lò quay liên tục trong quá trinh nung.

Sau khi nung thu được clinke xi măng, clinke tiếp tục được đưa vào máy nghiền xi măng, máy nghiền có các răng so le nhau để giúp cho việc nghiền xi măng đạt hiệuquả cao nhất

Sau khi thêm các chất phụ gia, xi măng được đóng bao trở thành xi măng thành phẩm.

3 Quy trình công nghệ:

a Nghiền nguyên liệu và đồng nhất:

Yêu cầu của công đoạn này là đảm bảo thành phần hoá học và ổn định độ mịn của bột sống phối liệu cấp cho lò nung clinke

Đá vôi, đá sét và phụ gia điều chỉnh được cấp vào máy nghiền qua hệ thống cân DOSIMAT và cân băng điện tử Máy nghiền nguyên liệu sử dụng hệ thống nghiền bi sấy nghiền liên hợp có phân ly trung gian Các bộ điều khiển tự động khống chế tỷ lệ % của đá vôi, đá sét, bô xít và quặng sắt cấp vào nghiền được điều khiển bằng máy tính điện tử thông qua các số liệu phân tích của hệ thống QCX,

đảm bảo khống chế các hệ số chế tạo theo yêu cầu Bột liệu sau máy nghiền được vận chuyển đến các xilô đồng nhất, bằng hệ thống gầu nâng, máng khí động.

b Nung clinke:

Nung sơ bộ trong hệ thống trao đổi nhiệt:

Hệ thống trao đổi nhiệt

 Xylon bậc 2:

Nhiệt độ khí đầu vào(từ xylon bậc 3) khoảng 6500C và nhiệt độ khí đầu rakhoảng 5000C.Phối liệu đầu vào có nhiệt độ 50 – 600C, đầu ra khoảng 5000C

Quá trình chính sẽ là quá trình sấy và bắt đầu mất nước hóa học,các chất hữu

cơ lẫn trong phối liệu cũng sẽ cháy trong xylon này.khí thải nhiều hơi ẩm H2O,

CO, CO2, SO2…đi vào xylon bậc 1,phối liệu khô đi xuống xylon bậc 3

Quá trình nung clinke trong lò quay:

Khi lò quay hoạt động,dòng khí nóng từ ngọn lửa của nhiên liệu cháy đượcphun từ phía đầu thấp của lò, chuyển vận từ đầu thấp lên đầu cao.Còn phối liệuđược cấp vào phía đầu cao của lò, chuyển vận dần xuống phía đầu thấp,ngượcchiều với dòng khí nóng

Trong quá trình vận chuyển, phối liệu sẽ được đưa qua các vùng có nhiệt độ khácnhau phân bó dọc theo chiều dài của lò ( được gọi là các Zôn), thực hiện các giaiđoạn chuyển biến hóa lý để chuyển hóa thành các clinke xi măng.

Các diễn biến hóa lí chủ yếu của quá trình nung luyện clinke như sau:

- Zôn sấy (70 ÷ 100 0C): nước liên kết cơ học bốc hơi, phối liệu được sấy khôhoàn toàn.[2]

- Zôn đốt nóng (450 ÷ 500 0C): các chất hữu cơ cháy, bốc hơi,nước liên kết hóahọc trong các khoáng tinh thể ngậm nước như caolit bị tách ra, bốc hơi.[2]

Al2O3 .2SiO2 2H2O  Al2O3 .2SiO2 + 2H2O Caolinit Metacaolinit

- Zôn phân hủy hay zôn tỏa nhiệt(500 ÷ 1000 0C): đất sét và đá vôi phân hủy, tạo

ra các sản phẩm trung gian và oxit mới sinh:[2]

Al2O3 .2SiO2  Al2O3 .SiO2 + 2SiO2

Ở 13000C xuất hiên pha lỏng nóng chảy từ hỗn hợp có thành phần Eutecty hệsilicat kiềm – kiềm thổ, hòa tan thêm các khoáng dễ chảy như C3 A, C4 AF.[2] Nhờ có mặt pha lỏng, quá trình kết nối pha rắn được xúc tiến mạnh Ở 14000Cpha lỏng tăng lên về lượng và giảm độ nhớt,hòa tan các khoáng C2S và CaO tự do

Từ pha lỏng nóng chảy này, khoáng C3S là khoáng quan trọng nhất của xi măngPooclang được tạo ra.Lượng C3S tạo được phụ thuộc vào lượng pha lỏng, thànhphần hóa học của pha lỏng.[2]

Ở giai đoạn cuối của Zôn kết nối,khi nhiệt độ giảm xuống 10000C các khoáng

C3A,C4 AF,C2S kết tinh lại từ pha lỏng nóng chảy.[2]

- Zôn làm lạnh(1300 ÷ 10000C):sau khi kết thúc quá trình tạo khoáng và kết nối,clinke được làm lạnh trong lò từ 13000C xuống 10000C và tiếp tục vào máy lạnh

để hạ nhiệt độ xuống dưới 1000C [2]

Kết thúc quá trình luyện thu được clinke xi măng ở dạng hạt tròn ( đường kính

cỡ 10 – 40 mm), thành phần pha gồm có khoáng C3S(Alit), C2S(Belit), C3 A, C4 AF

và pha thủy tinh, ngoài ra còn có một tỷ lệ rất nhỏ CaO tự do, MgO tự do [2]

Để tăng tốc độ phản ứng trong quá trình nung luyện clinke xi măng, người tathường đưa vào xi măng một tỷ lệ rất nhỏ các chất phụ gia khoang hóa như các hợpchất chứa Flour, thạch cao, phospho thạch cao…).Các phụ gia này có tác dụng hạnhiệt độ tạo pha lỏng, giảm độ nhớt pha lỏng, tăng tính hoạt động của pha lỏng, từ

đó xuc tiến mạnh các quá trình phản ứng tạo khoáng trong hỗn hợp phối liệu [2]

c Làm nguội clinke:

Mục tiêu của công đoạn nay là làm tăng hoạt tính của các khoáng clinker, thu hồi nhiệt thải để cấp khí nóng cho vòi đốt calciner và máy nghiền than, cũng như tải clinker đến máy đập nhỏ rồi đưa lên đổ vào 1 silô hoặc các silô chứa Nguyên tắc làm việc của máy làm nguội clinker kiểu ghi thép là clinker từ phễu rót clinke xuống trải rộng khắp trên diện tích ghi với chiều dày 250-350mm Ghi thép chịu nhiệt được lắp thành hàng ngang buồng máy hình lò tunel, cứ một hàng ghi tĩnh xen một hàng ghi động Chức năng của hàng ghi động là tải clinker đi dọc theo lò tunel về phía trước Con chức năng của hàng ghi tĩnh là cho không khí lạnh từ các quạt áp lực chui qua các khe hở cửa ghi quạt mát và lấy nhiệt lớp clinker rồi thoát

ra theo đường thu hồi khí nóng đến cấp cho vòi phun của buồng phân huỷ

+Nhiệt độ của linke ra khỏi máy làm nguội: Hiện nay đạt được 65C trên nhiệt

độ môi trường

+Hiệu suất thu hồi nhiệt của máy làm nguội có thể tính gần đúng như sau: Hst= 100 %

2 3 1 2

1000 1

v q v q

Nh q



Q1- nhiệt lượng chi tốn cho nung luyện 1 kg clinker PC

Nh – năng suất làm nguội clinker của máy

1000- hệ số chuyển đổi từ tấn sang kg

d Công đoạn ủ, nghiền, đồng nhất và đóng bao:

Clinke xi măng được nghiền cùng các lọ phụ gia tới cỡ hạt đủ mịn để thành xi măng thành phẩm

Tỷ lệ phụ gia thường gồm 3 ÷ 5% phụ gia điều chỉnh tính chất, 10 ÷ 20% phụ gia hoạt tính và phụ gia trơ Độ mịn của xi măng là một chỉ tiêu quan trọng, quyết địnhchất lượng xi măng

- Đối với các loại xi măng thông thường, yêu cầu tỷ lệ cỡ 2500 ÷ 3500 cm2 /g

- Đối với xi măng cường độ cao: 4500 ÷ 5500 cm2 /g

Clinke được làm nguội và ủ giữ trong vòng 7 ÷ 15 ngày.Trong quá trình ủ,CaO tự

do trong linke hút ẩm,nở thể tích gây nứt hạt clinke,tạo thuận lợi cho quá trình nghiền

Thiết bị nghiền xi măng thường dùng phổ biến là máy nghiền bi có hệ thống phân

ly cỡ hạt trong một chu trình kín

Máy nghiền xi măng

Người ta cũng sử dụng các loại phụ gia trợ nghiền tăng hiệu suất nghiền, tăng độ mịn cho xi măng Đó là các chất thí dụ như aminaxetat, etylenglycol… Không gâyảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng,với một hàm lượng rất nhỏ có tác dụng giảm năng lượng hoặc diện tích bề mặt của các hạt rắn được nghiền và của bề mặt vật thể nghiền( bi nghiền),giúp khăc phục hiện tượng các hạt mịn hút dính vào nhau và dính bết vào vật thể nghiền làm mất tác dụng nghiền [2]

Cuối cùng là công đoạn đóng gói và xuất xưởng xi măng, công đoạn này chủ yếu nặng hơn về mặt bán hàng

III CÁC CHẤT THẢI TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ

ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN MÔI TRƯỜNG

1 Nước thải :

Lượng nước thường được cung cấp cho sản xuất là 1980 m3/ngày, gồm :nước chuẩn bị nguyên liệu, vệ sinh công nghiệp, làm nguội máy móc thiết

bị, … Lượng nước thải hình thành trong quá trình sản xuất lấy bằng

80% lượng nước cấp là 1584 m3/ngày Vậy nguồn gây ô nhiễm môi trường

nước do nước thải sản xuất là :

 Nước thải sản xuất từ quá trình nghiền nguyên liệu chứa bùn nhiều

tạp chất rắn trong đó có các kim loại như sắt, nhôm, silic

 Nước thải từ quá trình nghiền than có hàm lượng cặn lơ lửng cao,

nhiều tạp quặng như pirit

 Nước thải rửa sân, tưới sân, khử bụi … chứa nhiều tạp chất rắn và

các loại chất bẩn khác

 Nước thải từ quá trình làm nguội clinker, làm nguội thiết bị nghiền nguyên nhiên liệu và nghiền xi măng, nước lò hơi … có nhiệt độ cao, chứa váng dầu và 1 lượng nhất định cặn lơ lửng

 Nước thải rửa thiết bị, vệ sinh bể chứa dầu MFO … có hàm lượng

dầu, cặn lơ lửng, COD lớn Lượng nước thải này nhỏ song các chất

độc hại có thể gây ảnh hưởng đáng kể đến hệ sinh thái các vực

nước nhỏ

2 Chất thải rắn :

Nguyên liệu được tuyển chọn tại nơi khai thác nên không có phế thải

rắn từ nguyên liệu tại nhà máy Trong quá trình hoạt động của nhà máy, chấtthải rắn công nghiệp chủ yếu là bao bì, giấy phế thải, nguyên vật liệu rơi vãi

trong quá trình vận chuyển Lượng chất thải rắn sinh hoạt do khoảng 755

cán bộ công nhân viên làm việc trong nhà máy sinh ra khoảng 1m3/ngày

Các chất thải rắn sinh hoạt và sản xuất nếu không được xử lý tốt sẽ gây ảnh

hưởng xấu đến môi trường đất, nước, không khí và là điều kiện thuận lợi cho

sự phát triển của các loại vi khuẩn Chất thải rắn hữu cơ có thể tái sử dụng, các chất vô cơ bền vững ít độc hại

3 Ô nhiễm đối với các môi trường vật lý :

3.1 Tiếng ồn và rung động :

Tiếng ồn và rung phát ra chủ yếu từ các thiết bị sản xuất như động cơ, máy bơm,máy quạt hoặc từ các phương tiện vận chuyển nguyên, nhiên liệu và sảnphẩm khi hoạt động

Do trong nhà máy có nhiều máy móc, thiết bị hoạt động nên tiếng ồn vàrung sẽ ảnh hưởng đối với công nhân sản xuất nhưng không ảnh hưởng đối

với khu dân cư xung quanh

3.2.Ô nhiễm nhiệt :

Quá trình công nghệ sản xuất xi măng có sử dụng nhiệt cho các công đoạn nghiền nguyên liệu, nghiền than, nghiền xi măng (t = 90 – 98°C), nồi hơi, các hệ thống vận chuyển bột liệu và lò nung clinker Tổng các nhiệt lượng này toả vào không gian nhà xưởng rất lớn làm nhiệt độ bên trong nhà xưởng tăng cao,gây ảnh

hưởng tới quá trình hô hấp của cơ thể con người gây ảnh hưởng đến sức khỏe và năng suất lao động

Để giảm nhẹ ô nhiễm nhiệt, nhà máy áp dụng các giải pháp thông gió tựnhiên hoặc kết hợp với thông gió cơ khí để tạo môi trường làm việc tốt cho

công nhân Ô nhiễm nhiệt chủ yếu tác động đến sức khoẻ của công nhân làm

việc trong các phân xưởng có nhiệt độ cao như nghiền liệu và lò nung, cấp

liệu lò, vận chuyển clinker, nghiền than, nghiền xi măng (nhiệt độ khí thải

90°C), làm nguội clinker (nhiệt độ khí thải max 330°C)

4 Quá trình phát sinh bụi và khí thải :

Xét toàn bộ các hoạt động của nhà máy từ khâu khai thác vận chuyển

nguyên, nhiên liệu đến khâu xuất sản phẩm thì bụi và khí thải sinh ra ở nhiều

công đoạn khác nhau Tuy nhiên khí thải độc hại chỉ chiếm một phần rất nhỏ

còn nguồn ô nhiễm không khí chủ yếu trong quá trình sản xuất xi măng là bụi Tuỳthuộc vào nguồn phát sinh mà bụi ở các công đoạn có thành phần, nồng độ và kích thước khác nhau và chúng mang những đặc trưng khác nhau

a) Các điểm phát sinh khí thải trong các công đoạn :

1 Công đoạn khai thác, đập (ngoài hàng rào nhà máy) và vận chuyển đá vôi

về kho trong nhà máy :

Nguồn bụi sinh ra từ hoạt động nổ mìn, vận chuyển đá vôi bằng phương tiện vận tải từ mỏ về nhà máy Khi về đến nhà máy thì bụi phát sinh từ phễu tiếp nhận đávôi (cỡ hạt < 1500mm) của máy búa và khi ra khỏi máy (cỡ hạt ≤ 50mm) Ở

công đoạn này, máy búa không gây bụi mà bụi chủ yếu sinh ra do ôtô đổ đá

vôi vào phễu, lượng bụi này rất lớn Sau máy đập búa đá vôi cỡ hạt ≤ 50mm

được chuyển đến kho chứa bằng hệ thống băng tải cao su và cầu rải liệu di

động, giai đoạn này do quá trình đổ rót, chuyển đổi vị trí băng tải phát sinh

bụi vào môi trường không khí xung quanh

2 Công đoạn khai thác, đập nhỏ (bên ngoài nhà máy) và vận chuyển đất sét

về kho trong nhà máy :

Nguồn bụi phát sinh từ phễu tiếp nhận đá sét (cỡ hạt ≤ 500mm) của máy

đập búa 2 trục và sau khi ra khỏi máy (cỡ hạt ≤ 50mm) Ra khỏi máy đập

búa đá sét được vận chuyển về kho chứa trên băng tải cao su và thiết bị rải