Nghiên cứu áp dụng một số phương pháp đánh giá khả năng nung của phối liệu

Nhan đề : Nghiên cứu áp dụng một số phương pháp đánh giá khả năng nung của phối liệu Tác giả : Nguyễn Hiền Trung Người hướng dẫn: Vũ Thị Ngọc Minh Từ khoá : Phối liệu; Phương pháp đánh giá Năm xuất bản : 2019 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan xi măng, nguyên liệu, cơ sở tính toán phối liệu, quá trình hóa lý xảy ra khi nung, khả năng nung và tạo clinker; nguyên liệu và phương pháp; kết quả và thảo luận.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HIỀN TRUNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG NUNG CỦA PHỐI LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – Năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu áp dụng số phương pháp đánh giá khả nung phối liệu NGUYỄN HIỀN TRUNG Htrung2109@gmail.com Ngành Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Ngọc Minh Bộ mơn: CNVL Silicat Viện: Kỹ thuật hóa học Chữ ký GVHD HÀ NỘI -2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Nguyễn Hiền trung LỜI CẢM ƠN Luận văn khơng thể hồn thành khơng có giúp đỡ thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Mai Văn Võ hướng dẫn giúp đỡ thực mẫu nung Bộ môn CNVL Silicat, cảm ơn sinh viên Đào Văn Lưu sinh viên K60 – Bộ môn CNVL Silicat giúp tơi thực thí nghiệm, cảm ơn bạn bè đồng nghiệp Nhà máy xi măng Hoàng Thạch, Nhà máy xi măng Bút Sơn hỗ trợ việc thử nghiệm phân tích mẫu Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Vũ Thị Ngọc Minh - giáo viên hướng dẫn luận văn Cơ người đã tận tình hướng dẫn thực đề tài nghiên cứu, nhiệt tình giải đáp thắc mắc Mặc dù nỗ lực luận văn tơi khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế thời gian kinh nghiệm Bởi mong nhận đóng góp ý kiến thầy, để luận văn hồn thiện Hà Nội, ngày……tháng……năm 2019 Học viên Nguyễn Hiền Trung MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 11 1.1 Xi măng .11 1.1.1 Xi măng pooclăng 11 1.1.2 Clinker xi măng pooclăng 11 1.2 Nguyên liệu 18 1.2.1 Nguyên liệu chứa CaO .18 1.2.2 Nguyên liệu chứa SiO2 .18 1.2.3 Nguyên liệu chứa Al2O3 19 1.2.4 Nguyên liệu chứa Fe2O3 19 1.2.5 Phụ phẩm, phế thải công nghiệp dùng làm nguyên liệu thay 19 1.3 Cơ sở tính tốn phối liệu .20 1.3.1 Modul silic MS [5] 20 1.3.2 Modul Nhôm MA [5] 20 1.4 Q trình hố lý xảy nung .21 1.5 Khả nung tạo clinker 26 1.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả nung phối liệu 27 1.5.2 Các phương pháp đánh giá khả nung phối liệu 27 1.5.3 Tình hình áp dụng phương pháp đánh giá khả nung nước 31 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Lựa chọn mẫu nghiên cứu 33 2.1.1 Phối liệu than cám sử dụng Hoàng Thạch .33 2.1.2 Phối liệu than cám sử dụng Bút Sơn .35 2.2 Quy trình thực nghiệm 38 2.2.1 Phương pháp xác định số khả nung theo thành phần hóa 38 2.2.2 Phương pháp xác định số khả nung BI theo CaOtd mẫu nung phịng thí nghiệm 40 2.2.3 Phương pháp đánh giá khả nung thông qua thành phần hóa thành phần hạt phối liệu thơ 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO L UẬN 46 3.1 3.1.1 Phương pháp đánh giá khả nung theo thành phần hóa học 46 Kết tính tốn 46 3.1.2 Đánh giá tương quan số khả nung phương pháp hóa với CaOtd thực tế nhà máy 48 3.2 Phương pháp xác định số khả nung từ vôi tự mẫu clinker nung phịng thí nghiệm (phương pháp nung) .51 3.2.1 Kết tính tốn .51 3.2.2 Đánh giá tương quan số khả nung phương pháp nung với CaOtd thực tế nhà máy 52 3.3 Phương pháp đánh giá khả nung thông qua thành phần hóa thành phần hạt phối liệu thô .55 3.3.1 Kết tính tốn .55 3.3.2 Đánh giá tương quan phương pháp xác định CaOtd theo thành phần hóa thành phần hạt thơ với CaOtd thực tế nhà máy .57 KẾT LUẬN 63 KIẾN NGHỊ .65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Ảnh chụp khống alite kính hiển vi quang học .13 Trong phạm vi nhiệt độ từ nhiệt độ bình thường đến 1100oC, C3S có dạng biến đổi thù hình 1.2 13 Hình Các dạng thù hình khống C3S [3] 14 Hình 3.Các dạng thù hình khống C2S [3] 15 Ảnh chụp phản xạ ánh sáng qua kính hiển vi phân cực bề mặt viên Clinker đánh bóng tẩm Nital (hình 1.4) cho thấy cụm tinh thể belite (các tinh thể màu xanh da trời nâu) nằm xen kẽ cụm tinh thể alite (các tinh thể màu xanh da trời) .15 Hình Ảnh chụp khống clinker kính hiển vi quang học 16 Hình 1.5 Các q trình hố lý xảy nung hệ thống lị quay có tháp trao đổi nhiệt hình thành khống clinker 22 Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thực nghiệm .39 Hình 2.2 Các lị nung điện sử dụng đề tài đề nung mẫu nung than nhiệt độ 950oC 41 Hình 2.3 Các mẫu nung chén nung sử dụng mơn CNVL Silicat .41 Hình 2.4 Lị điện sử dụng để nung mẫu nhiệt độ: 1400, 1450,1500oC Các mẫu nung đựng chén Platinum 42 42 Hình 2.5 Quá trình nung mẫu phối liệu Bộ môn CNVL Silicat 42 Hình 2.6 Kính hiển vi mẫu phân tích Phịng thí nghiệm soi khống Cơng ty Tư vấn Đầu tư Phát triển Xi măng 45 Hình 3.1a Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy BI tính theo TP.Hóa mẫu phối liệu Hồng Thạch 48 Hình 3.1b Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy BI tính theo TP.Hóa mẫu phối liệu Bút Sơn 49 Hình 3.2a Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy BF tính theo TP.Hóa mẫu phối liệu Hồng Thạch 49 Hình 3.2b Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy BF tính theo TP.Hóa mẫu phối liệu Bút Sơn 49 Hình 3.3a Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy BI tính theo phương pháp nung mẫu phối liệu Hoàng Thạch 52 Hình 3.3b Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy BI tính theo phương pháp nung mẫu phối liệu Bút Sơn 53 Hình 3.4a Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy CaOtd1400 tính theo phương pháp Theisen phối liệu Hoàng Thạch 58 Hình 3.4b Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy CaOtd1400 tính theo phương pháp Theisen phối liệu Bút Sơn 58 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Điểm ơtecti (oC) số hợp chất .25 Bảng 1.2 Các phương trình tính tốn số khả nung .27 Bảng 1.3 Số liệu trung bình đống đá sét Bút Sơn tháng 7/2018 32 Bảng 2.1: Thành phần hóa trung bình tháng ngun liệu Hồng Thạch 34 Bảng 2.2: Các thơng số thành phần hóa tro than sử dụng Hoàng Thạch 34 Bảng 2.3: Hệ số chế tạo bột liệu, CaOtd clinker tương ứng mẫu phối liệu Hoàng Thạch lựa chọn để nghiên cứu 35 Bảng 2.4: Thành phần hóa bột liệu cấp lị CaOtd Clinker tương ứng dây chuyền Hoàng Thạch 35 Bảng 2.5: Thành phần hóa trung bình tháng nguyên liệu Bút Sơn 36 Bảng 2.6: Các thơng số thành phần hóa tro than sử dụng Bút Sơn 36 Bảng 2.7: Hệ số chế tạo bột liệu, CaOtd clinker tương ứng mẫu phối liệu Bút Sơn lựa chọn để nghiên cứu 37 Bảng 2.8: Thành phần hóa bột liệu cấp lò CaOtd Clinker tương ứng dây chuyền Bút Sơn 37 Bảng 3.1a Tính BI theo thành phần hóa phối liệu Hồng Thạch 46 Bảng 3.1b Tính BI theo thành phần hóa phối liệu Bút Sơn 46 Bảng 3.2a Tính BF theo thành phần hóa phối liệu Hoàng Thạch 47 Bảng 3.2b Tính BF theo thành phần hóa phối liệu Bút Sơn 47 Vì cần tìm phương pháp khác mà có tính đến mức độ ảnh hưởng thành phần hạt thô đến khả nung phối liệu 3.2 Phương pháp xác định số khả nung từ vôi tự mẫu clinker nung phịng thí nghiệm (phương pháp nung) 3.2.1 Kết tính tốn Áp dụng cơng thức tính BI theo thực nghiệm: BI = 100*(C1400/3,6 + C1450/2,6 + C1500/1,6) / (3) Trong đó: C1400 – CaOtd nung nhiệt độ 1400oC C1450 – CaOtd nung nhiệt độ 1450oC C1450 – CaOtd nung nhiệt độ 1500oC Thời gian lưu: 30 phút Ta có bảng kết sau: Bảng 3.3a Tính BI phương pháp nung phối liệu Hoàng Thạch Mẫu CaOtd_1400oC CaOtd_1450oC CaOtd_1500oC HT086 2.84 1.76 1.00 69.6 HT095 2.88 2.25 1.35 83.5 HT109 3.30 2.03 1.31 83.7 HT135 3.40 2.06 1.30 84.8 HT166 3.58 2.12 1.37 88.8 BI Bảng 3.3b Tính BI phương pháp nung phối liệu Bút Sơn Mẫu CaOtd_1400oC CaOtd_1450oC CaOtd_1500oC BS102 2.55 1.70 1.50 76.4 BS133 2.77 1.825 1.77 85.8 BS192 3.36 2.10 1.70 93.3 BS194 2.70 2.27 1.84 92.4 BS231 3.18 2.29 1.93 99.0 51 BI Nhìn vào kết tính tốn thấy tất mẫu bột liệu nung nhiệt độ cao CaOtd thấp, kết thực tế phân tích mẫu phản ánh theo lý thuyết (khi nhiệt độ cao, độ nhớt pha lỏng giảm, tốc độ khuếch tán nhanh làm tăng trình hình thành tạo C3S: C2S + CaO → C3S; CaOtd giảm dần) Phương pháp thực phải qua nhiều công đoạn với thời gian tương đối dài Trong xác định CaOtd mẫu nung đề tài phương pháp phân tích XRD có sẵn Hoàng Thạch nên giảm bớt thời gian thực hiện, mẫu phân tích 02 lần để lấy giá trị trung bình Nếu nhà máy khơng trang bị máy XRD phải xác định CaOtd phương pháp phân tích hóa ướt nhiều thời gian Vì phương pháp khó áp dụng để đánh giá nhanh khả nung phối liệu cách thường xuyên, tần suất cao, với chu ngắn 3.2.2 Đánh giá tương quan số khả nung phương pháp nung với CaOtd thực tế nhà máy Từ kết tính tốn BI bảng 3.3(a,b), ta có biểu đồ biểu diễn tương quan số BI với CaOtd mẫu nhà máy: 105.0 2.8 95.0 88.8 2.3 85.0 84.8 83.7 83.5 75.0 1.66 69.6 1.35 65.0 55.0 1.8 1.3 1.09 0.95 0.86 HT086 HT095 HT109 HT135 HT166 BI 69.6 83.5 83.7 84.8 88.8 CaOtd 0.86 0.95 1.09 1.35 1.66 CaOtd nhà máy BI tính theo phương pháp nung Tương quan CaOtd BI phối liệu Hồng Thạch 0.8 Hình 3.3a Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy BI tính theo phương pháp nung mẫu phối liệu Hoàng Thạch 52 105.0 2.8 99.0 95.0 85.8 85.0 93.3 92.4 1.92 1.94 2.31 2.3 1.8 76.4 75.0 1.33 65.0 1.3 1.02 55.0 BS102 BS133 BS192 BS194 BS231 BI 76.4 85.8 93.3 92.4 99.0 CaOtd 1.02 1.33 1.92 1.94 2.31 CaOtd nhà máy BI tính theo phương pháp nung Tương quan CaOtd BI phối liệu Bút Sơn 0.8 Hình 3.3b Biểu đồ tương quan CaOtd nhà máy BI tính theo phương pháp nung mẫu phối liệu Bút Sơn Nhận xét:  Với mẫu phối liệu Hoàng Thạch: Đồ thị BI phản ánh xu hướng lên theo đồ thị CaOtd nhà máy, 100% mẫu (05/05 mẫu) có số BI tăng dần Về tương quan đương đồ thị: Quan sát hình 3.3a thấy đường đồ thị BI CaOtd gần song song với Ta tìm biểu thức tương quan BI CaOtd sau: BI = 4,23C+79,1 (I) Trong C CaOtd thực tế nhà máy Nếu thay CaOtd nhà máy vào biểu thức (I) ta kết so với BI tính tốn theo CaOtd mẫu nung phịng thí nghiệm sau: Bảng 3.4a Tương quan BI phương pháp nung CaOtd nhà máy mẫu phối liệu Hoàng Thạch Mẫu HT086 HT095 HT109 HT135 HT166 CaOtd 0,86 0,95 1,09 1,35 1,66 BI theo (I) 82,7 83,1 83,7 84,8 86,2 BI(PTN) 69,6 83,5 83,7 84,8 88,8 53 Nhìn vào kết tính 3.4a ta thấy BI CaOtd có mối tương quan theo biểu thức (I) Kết tính BI theo (I) có kết xấp xỉ BI xác định theo phương pháp nung, có mẫu HT086 khơng tn theo tương quan biểu thức (I) Như có 80% số mẫu có mối tương quan Caotd BI  Với mẫu phối liệu Bút Sơn: Đường đồ thị BI phản ánh tương đối xác xu hướng lên theo đường đồ thị CaOtd nhà máy, 80% mẫu (04/05 mẫu) có số BI tăng dần, có mẫu số 04 (BS194) có xu hướng giảm Về tương quan đương đồ thị: Quan sát hình 3.3b, tương tự Hồng Thạch, ta tìm biểu thức tương quan BI CaOtd sau: BI = 17,7C+58,3 (II) Trong C CaOtd thực tế nhà máy Nếu thay CaOtd nhà máy vào biểu thức (II) ta kết so với BI tính tốn theo CaOtd mẫu nung phịng thí nghiệm sau: Bảng 3.4b Tương quan BI phương pháp nung CaOtd nhà máy mẫu phối liệu Bút Sơn Mẫu BS102 BS133 BS192 BS194 BS231 CaOtd 1,02 1,33 1,92 1,94 2,31 BI theo (II) 76,4 81,8 92,3 92,6 99,2 BI(PTN) 76,4 85,8 93,3 92,4 99,0 Theo kết tính 3.4b ta thấy BI CaOtd có mối tương quan theo biểu thức (II) Kết tính BI theo (II) có kết xấp xỉ BI xác định theo phương pháp nung, có mẫu BS133 không tuân theo tương quan biểu thức (II) Như 80% số mẫu có mối tương quan với Biện giải: 54 Nhìn chung phương pháp thực nghiệm, nên kết phản ánh tương đối xác diễn biến CaOtd thực tế nhà máy, có sai khác chủ yếu sai số trình thực nghiệm, phương pháp xác định phải thực nhiều công đoạn với yêu cầu cao độ xác (định lượng, trộn, ủ, vê viên, sấy, nung 950oC, 1400oC, 1450oC, 1500oC, phân tích mẫu CaOtd) Mặc dù phương pháp có độ tin cậy cao, thời gian thực lại tương đối dài phức tạp, áp dụng để đánh giá khả nung theo tuần tháng thay đổi mẻ nguyên liệu với chu kỳ đánh giá dài Phương pháp có đặc thù khơng yếu tố mức độ ảnh hưởng đến khả nung bột liệu (các nhân tố thành phần hóa oxit, thành phần hạt quartz thơ, calcite…), cần tham khảo thêm phương pháp đánh giá khả nung mà xác định mức độ ảnh hưởng yếu tố thành phần hóa, thành phần hạt 3.3 Phương pháp đánh giá khả nung thông qua thành phần hóa thành phần hạt phối liệu thơ 3.3.1 Kết tính tốn Áp dụng cơng thức tính Theisen: để xác định CaOtd nhiệt độ 1400oC: Với LSF=88÷100: CaO1400 = 0,343(LSF-93)+2,74(MS-2,3)+0,1C125 + 0,83Q45+0,39Ak (4) Với LSF >100: CaO1400=0,343(LSF-93)+2,74(MS-2,3)+0,1C125+0,83Q45+0,39Ak+ %CaO*(LSF-100)/(100-LOI) ( 5) Với phối liệu Hồng Thạch có LSF>100 ta sử dụng công thức (5); Phối liệu Bút Sơn có LSF