Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tổ hợp có chứa SO3 p2o5 tới một số tính chất của clanker ximăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI (ϑ) LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA TỔ HỢP CÓ CHỨA SO3-P2O5 TỚI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CLANKER XIMĂNG POOCLĂNG Học viên: Nguyễn Hải Đăng Hà nội - 10/2009 MỤC LỤC Mục lục………………………………………………………………………………………… Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt………………………………………………… Mở đầu………………………………………………………………… .3 Chương I.Tổng quan trình tạo thành clanhke…………………… ……7 I.1 Thành phần khống clanhke ximăng pc lăng…………… …… I.2 Q trình nung clanhke ximăng pc lăng…………………………………… ….9 I.3 Động học q trình tạo alít…………………………………………………….….….14 Chương II Phụ gia khống hóa……………………………………………………….20 II.1 Khái niệm chất trợ dung chất khống hóa…………………… ……… ….20 II.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia khống hóa………………… …21 II.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài………………………………….…… 25 II.4 Cơ chế tác dụng PGKH trình nung luyện clanhke…… 26 Chương III Nguyên liệu sử dụng phương pháp nghiên cứu…… ….…29 III.1 Nguyên liệu sử dụng……………………………………………………… …….… 29 III.2 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………… ….34 III.3 Sơ đồ nghiên cứu………………………………………………… ………………….36 Chương IV Kết thảo luận…………………………………………… …… 38 IV.1 Tổng hợp số kết nghiên cứu phụ gia khống hóa gần đây… 38 IV.2 Kết mẫu tinh khiết………………………………………………………… ….41 IV.3 Kết mẫu công nghiệp……………………………………………………… …58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………………… 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………….68 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………………….…70 MỤC LỤC Mục lục………………………………………………………………………………………… Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt………………………………………………… Mở đầu………………………………………………………………… .3 Chương I.Tổng quan trình tạo thành clanhke…………………… ……7 I.1 Thành phần khống clanhke ximăng pc lăng…………… …… I.2 Q trình nung clanhke ximăng poóc lăng…………………………………… ….9 I.3 Động học trình tạo alít…………………………………………………….….….14 Chương II Phụ gia khống hóa……………………………………………………….20 II.1 Khái niệm chất trợ dung chất khống hóa…………………… ……… ….20 II.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia khống hóa………………… …21 II.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài………………………………….…… 25 II.4 Cơ chế tác dụng PGKH trình nung luyện clanhke…… 26 Chương III Nguyên liệu sử dụng phương pháp nghiên cứu…… ….…29 III.1 Nguyên liệu sử dụng……………………………………………………… …….… 29 III.2 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………… ….34 III.3 Sơ đồ nghiên cứu………………………………………………… ………………….36 Chương IV Kết thảo luận…………………………………………… …… 38 IV.1 Tổng hợp số kết nghiên cứu phụ gia khống hóa gần đây… 38 IV.2 Kết mẫu tinh khiết………………………………………………………… ….41 IV.3 Kết mẫu công nghiệp……………………………………………………… …58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………………… 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………….68 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………………….…70 Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 MỘT SỐ KÍ HIỆU VIẾT TẮT Hợp chất, thuật ngữ Viết tắt, kí hiệu CaO C SiO2 S Al2O3 A Fe2O3 F Na2O N K2O K SO3 Khoáng 3CaO.SiO2 C3S Khoáng 2CaO.SiO2 C2S Khoáng 3CaO.Al2O3 C3A Khoáng 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF Xi măng Pooclang XMP Clanhke CLK Phụ gia khống hóa PGKH Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong suốt thập kỷ qua ngành xi măng Việt nam nói riêng xi măng giới nói chung phải đối mặt với việc tăng giá nhiên liệu, giới hạn ngặt nghèo môi trường, yêu cầu ngày cao chất lượng xi măng yếu tố gia tăng khác Quá trình sản xuất xi măng tiêu hao nhiều lượng khoảng 80% lượng tiêu tốn lượng dạng nhiệt để chuyển hóa phối liệu cấp vào lị thành clanhke Do nghiên cứu hoạt động lò tiến hành với mục đích giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ Lị có tháp trao đổi nhiệt, canciner đại ví dụ cho phép sử dụng lượng nhiên liệu nửa so với lò quay phương pháp ướt tính clanhke có sản lượng cao lị ướt nhiều Ngồi việc giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ sử dụng biện pháp pha phụ gia tro bay nghiền mịn, xỉ lò cao nghiền mịn, puzzolan tự nhiên, bụi đá vôi… xi măng Một cách khác để giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm lượng CO2 NOx sử dụng chất khống hóa Các chất khống hóa lần đầu sử dụng Blue Circle vào năm 1970 đầu năm 1980 CaF2 CaSO4 nhằm cải thiện thành phần khoáng clanhke phát triển cường độ xi măng Và việc sử dụng phụ gia khống hóa q trình nung luyện clanhke xi măng giảm nhiệt độ nung tới 1000C giảm nhiệt lý thuyết tạo clanhke tổn thất nhiệt môi trường xung quanh nhờ giảm nhiệt độ tạo khống zone nung Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng phụ gia khống hóa q trình nung luyện clanhke có ý nghĩa quan trọng công nghệ sản xuất xi măng Những thành công việc nghiên cứu sử dụng phụ gia Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 khống hóa làm tiền đề cho việc ứng dụng phụ gia khoáng hóa cho cơng nghiệp sản xuất xi măng nước ta, đặc biệt để sản xuất xi măng mác cao Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề tài * Mục đích đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng hai loại phụ gia SO3,P2O5 phụ gia kép P2O5 - SO3 đến trình tạo khống clanhke vơi tự Đối chứng với kết lý thuyết cho hàm lượng phụ gia khống hóa thích hợp có tác dụng làm giảm nhiệt độ nung luyện thời gian lưu nung luyện clanhke từ tăng suất * Nhiệm vụ đề tài - Tổng hợp nghiên cứu phụ gia SO3, P2O5 đến q trình tạo khống clanhke XMP - Phân tích nhiệt DSC nhiễu xạ tia Rơnghen, làm rõ ảnh hưởng phụ gia SO3, P2O5 đến q trình phản ứng tạo khống thành phần khống clanhke ximăng pc lăng - Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia SO3,P2O5 P2O5 - SO3 đến hàm lượng vơi tự clanhke - Phân tích chế tác dụng khống hóa phụ gia khống hóa SO3, P2O5 ảnh hưởng đến thành phần khống clanhke Ý nghĩa đề tài Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 - Làm rõ lý thuyết khống hóa cơng nghiệp ximăng Thúc đẩy việc sử dụng phụ gia khống hóa cơng nghiệp sản xuất ximăng - Làm rõ khác biệt việc có khơng sử dụng phụ gia khống hóa phối liệu - Làm rõ việc sử dụng phụ gia khống hóa nâng cao hiệu trình nung luyện chất lượng clanhke sở phối liệu khó nung Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài loại phụ gia khống hóa thơng dụng Việt Nam nay: SO3 (dưới dạng thạch cao), P2O5 (dưới dạng canxi phốtphát) Việc nghiên cứu thực sở phối liệu khó nung - Các phụ gia khống hóa đưa vào phối liệu với hàm lượng 2% với bước nhảy 0,2% Phương pháp nghiên cứu Quá trình nghiên cứu thực theo trình tự sau - Phương pháp xác định vôi tự nhằm ảnh hưởng phụ gia SO3, P2O5 đến hàm lượng vôi tự clanhke ximăng pclăng - Phương pháp phân tích nhiệt DSC nhằm ảnh hưởng phụ gia SO3, P2O5 đến phản ứng tạo khoáng clanhke ximăng poóc lăng - Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen phân tích định tính thành phần khống clanhke ximăng, từ ảnh hưởng phụ gia khống hóa đến tạo thành khống clanhke ximăng pc lăng Một số tính chất clanhke thực theo tiêu chuẩn Việt Nam hành Kết cấu luận văn Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 Luận văn trình bày giấy A4 với 60 trang gồm phần: - Phần mở đầu - Chương I Tổng quan trình tạo thành clanhke - Chương II Phụ gia khống hóa - Chương III Ngun liệu sử dụng phương pháp nghiên cứu - Chương IV Kết thảo luận - Phần kết luận kiến nghị Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH CLANHKE I.1 Thành phần khống clanhke ximăng pc lăng [1,2,3] Clanhke xi măng poóc lăng sản phẩm nung kết khối hỗn hợp phối liệu đủ thành phần cần thiết để chủ yếu tạo thành khống silicát có độ bazơ cao canxi aluminat alumoferrit Thành phần khống clanhke định đến tính chất xi măng pc lăng Clanhke XMP gồm có hai loại khống chính[1] +Khống silicat canxi: 3CaO.SiO2 (Kí hiệu: C3S gọi alit) 2CaO.SiO2 (Kí hiệu: C2S gọi belit) +Khống aluminat canxi: 3CaO.Al2O3 (Kí hiệu: C3A) 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (Kí hiệu: C4AF) Trong clanhke xi măng tổng hàm lượng hai khoáng silicat canxi C3S + C2S = 75÷82% , tổng hàm lượng hai khống aluminat C3A + C4AF =16÷25% - Khống Alít (Tricanxi silicát, C3S): Alít khống nhiều clanhke, tạo cho xi măng có cường độ cao, đóng rắn nhanh Theo Naito, Ono Liyam, alít dung dịch rắn C3S với khoảng 2% C3A 1% MgO Nhưng theo Midgley Fletcher, cịn có ôxít tan lẫn khác Na2O, K2O,TiO2, Fe2O3 Các chất tan lẫn làm thay đổi cấu trúc tinh thể làm cho alít có hoạt tính cao tricanxi silicát tinh khiết Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng CNVL Silicát 07-09 Alít bị phân hủy chậm thành C2S CaO khoảng nhiệt độ 1275 ÷ 1250oC Vì vậy, phải có tốc độ làm lạnh clanhke thích hợp để thu alít ổn định nhiệt độ phòng Trong clanhke xi măng alít thường chiếm 45 ÷ 70% - Khống bêlít (Dicanxi Silicát, C2S) Khống tồn dạng thù hình: α , α ′, β γ Trong dạng β _ C S có tính chất kết dính mạnh,nhưng lại dạng bền tồn nhiệt độ 675oC Nếu lưu lâu 6750C β _ C S chuyển thành γ _ C S Trong γ _ C S trơ mặt hóa học có tác dụng kết dính gia cơng thủy nhiệt, cịn dạng α ′ _ C S có tính chất kết dính yếu nên cho cường độ kém, dạng α _ C S trơ khơng thủy hóa Vì vậy, clanhke dạng β _ C S dạng mong muốn Các chất tan lẫn β _ C S P2O5, Na2O, K2O, BaO… Trong clanhke XMP, bêlít thường chiếm 15 ÷ 30% - Khoáng tricanxi aluminat (C3A) Khoáng C3A clanhke thực tế có thành phần dao động tạo thành dung dịch rắn hịa tan Na2O, K2O, SiO2, MgO Khoáng alumitnat canxi clanhke XMP chủ yếu C3A va C5A3; tổng hàm lượng hai khống chiếm khoảng ÷ 15% - Khống ferrit canxi Trong clanhke XMP pha ferrit canxi không tồn mà nằm alumoferrit canxi C4AF Đây dung dịch rắn C2A C2F Thực tế thành phần pha ferrit thay đổi từ C2F đến C6A2F -Pha thủy tinh clanhke Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng 66 CNVL Silicát 07-09 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau trình nghiên cứu tổng hợp phân tích số liệu thực nghiệm, luận văn đến số kết luận sau: - Đề tài tổng hợp quan điểm lý thuyết chất khống hóa cơng nghiệp xi măng, chế tác dụng khống hóa hai loại phụ gia SO3, P2O5 số kết nghiên cứu gần - Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia SO3, P2O5 đến hàm lượng vơi tự q trình tạo khống clanhke XMP, hàm lượng phụ gia nghiên cứu là: - Phụ gia SO3 = - 2% - Phụ gia P2O5 = - 2% - Phụ gia khoáng hóa kép SO3 – P2O5 với tổng hàm lượng 2% Một số nhận xét chung kết thu a Với nguyên liệu tinh khiết - Phụ gia SO3 thúc đẩy trình phân hủy CaCO3, phản ứng pha rắn tạo pha lỏng sớm Phụ gia SO3 có xu hướng làm tăng hàm lượng vơi tự nhiệt độ 13000C, 13500C Ở nhiệt độ 13800C với hàm lượng 0,2 – 0,8 % phụ gia SO3 có tác dụng làm giảm vơi tự đặc biệt khoảng 0,4- 0,6 %; với hàm lượng khác nhiệt độ có xu hướng làm tăng vôi tự - Với hàm lượng phụ gia SO3 từ 0,4 đến 0,6% giảm nhiệt độ nung xuống 40-700C mà hàm lượng vôi tự nằm giới hạn cho phép(theo TCVN) - Phụ gia P2O5 thúc đẩy phản ứng pha rắn xuất sớm so với mẫu đối chứng Chưa thấy hiệu làm giảm vôi tự so với mẫu đối chứng thấy rõ hiệu ổn định khoáng C2S clanker xi măng tránh tượng tả clanker Luận văn Thạc Sỹ Chuyên ngành: CNVL Silicát Học viên: Nguyễn Hải Đăng 67 CNVL Silicát 07-09 b Với nguyên liệu công nghiệp - Phụ gia SO3 hàm lượng nhỏ (1%) gây tượng tả bột clanker xi măng, hàm lượng C3S giảm, vơi tự tăng dẫn đến loạt tính chất làm clanker chất lượng - Phụ gia P2O5 với hàm lượng nhỏ giúp ổn định clanker xi măng (đặc biệt khoáng C2S), tránh tượng tả clanker Tuy nhiên với hàm lượng lớn chưa thấy phát huy hay có tác dụng tốt hàm lượng nhỏ - Sự kết hợp hai phụ gia SO3 P2O5 với tỷ lệ 1:1 hàm lượng nhỏ (