1. Giải pháp công nghệ
• Lựa chọn công nghệ hoàn nguyên sắt
Căn cứ vào kết quả thí nghiệm ban đầu hoàn nguyên sắt từ chất thải nix theo công nghệ hoàn nguyên trực tiếp bằng nhiệt (khí gas) do công ty liên doanh thiết kế công trình luyện kim và tư vấn Việt Trung thực hiện. Sau khi tính toán, nhận thấy việc sử dụng công nghệ hoàn nguyên trực tiếp tăng nhiệt bằng khí gas không mang lại hiệu quả kinh tế cao bằng công nghệ hoàn nguyên bằng vi sóng (một số nơi ở Trung Quốc đã sử dụng) nên công ty CP khoáng sản luyện kim Hà Nội quyết định lựa chọn công nghệ hoàn nguyên bằng vi sóng thay thế cho công nghệ hoàn nguyên trực tiếp tăng nhiệt bằng khí gas như trong báo cáo tiền khả thi đã được duyệt. Sở dĩ chủ đàu tư lựa chọn công nghệ này vì một số nguyên nhân sau:
* Ưu điểm của tăng nhiệt vi sóng
Sử dụng vi sóng tăng nhiệt là kỹ thuật mới được phát triển, nó có các ưu điểm như sau:
-Làm cho vật liệu nóng lên có tính chọn lựa, tăng nhiệt độ nhanh và hiệu suất cao.
-Vi sóng có thể đồng thời thúc tiến cả phản ứng thu nhiệt, cả phản ứng tỏa nhiệt, có tác dụng xúc tác cho các phản ứng hóa học.
-Khi sử dụng tăng nhiệt bằng phương pháp vi sóng thay thế cho phương pháp truyền thống, dung luyện và các phản ứng hóa học nhiệt độ cao có thể tiến hành ở trạng thái nhiệt độ thấp hơn hay vi sóng làm hạ nhiệt độ cần thiết để xảy ra phản ứng hóa học.
-Vi sóng có thể làm cho nguyên tử và phân tử phát sinh chấn động nhanh, từ đó là cho phản ứng hóa học tạo điều kiện có lợi cho nhiệt lực học.
-Vi sóng rất dễ dàng làm cho dịch thể tính cực nóng lên như: nước, enol, axit, kiềm… vì thế có thể sử dụng vi sóng tăng nhiệt làm cho thúc tiến các khoáng vật dung hòa trong chất lỏng, nâng cao tốc độ thấm ra và giam nhiệt năng tiêu hao trong quá trình luyện kim ẩm.
-Bản thân vi sóng không sản sinh bất cứ thể hơi nào, thể hơi chỉ có khi sinh ra trong quá trình hoàn nguyên và phản ứng oxy hóa, như vậy có lợi hơn về mặt bảo vệ môi trường.
-Dễ điều khiển tự động * Ưu điểm hoàn bằng vi sóng
- Nhiệt độ hoàn nguyên: các phương pháp truyền thống làm nóng lên như là bằng than, khí gas, điện đều là tiến hành dẫn nhiệt của vật liệu từ phần mặt vào trong, để đạt mục đích tăng nhiệt độ của vật liệu không ngừng. Vi sóng tăng nhiệt ở đây là vi sóng xuyên thấu vật liệu, vật liệu thông qua hấp thụ vi sóng mà sử dụng năng lượng từ nó để làm nhiệt độ tăng lên.
Từ quá trình thí nghiệm có thể thấy rằng: tăng nhiệt bằng phương pháp truyền thống đối với quặng sắt (Fe2O3) tiến hành thiêu tử hóa, nhiệt độ hoàn nguyên của nó là khoảng 1050oC, nhiệt độ hoàn nguyên đơn chất sắt là 1310oC. Sử dụng tăng nhệt bằng vi sóng với nghiệt độ tương ứng cho 2 trường hợp là 440 oC và 720 oC.
Nhiệt độ hoàn nguyên của Fe2 SiO4 trong phế thải Nix được sử dụng công nghệ hoàn nguyên của lò Tuynel là 1170oC còn với lò vi sóng là 850oC.
Nhiệt độ phản ứng giảm xuống mức độ rất lớn thể hiện công nghệ giữa tăng nhiệt bằng vi sóng và thuyền thống là có sự chênh lệch và qua đó nâng cao sự ổn định tuổi thọ của thiết bị sản xuất áp dụng công nghệ mới.
* Thời gian phản ứng hoàn nguyên
Thiết bị tăng truyền nhiệt truyền thống qua quá trình sấy, bảo ôn … vật liệu trên điều kiện nhiệt độ công nghệ hợp lý thời gian phản ứng sẽ rất lâu. Thí nghiệm cho thấy: mức độ phản ứng của tăng nhiệt bằng phương pháp truyền thống chậm hơn rất nhiều so với công nghệ vi sóng. Vi sóng chỉ cần 10 phút để kết thúc phản ứng cơ bản còn tăng nhiệt truyền thống thì mất hơn 50 phút vẫn chưa hoàn thành 50%.
Sắt hoàn nguyên của Fe2O3 trong phế thải nix được sử dụng hoàn nguyên bằng lò Tuynel thì mất 18 tiếng, còn công nghệ vi sóng mất 1 tiếng.
* Tỷ lệ phối chất hoàn nguyên
Trong quá trình thiêu hoàn nguyên của quặng sắt, phương pháp tăng nhiệt dẫn nhiệt truyền thống phải làm cho vật liệu vượt quá nhiệt độ tới hạn, vật liệu mới có thể phát sinh phản ứng hoàn nguyên, để đạt được hoàn nguyên đầy đủ, đạt được yêu cầu công nghệ, yêu cầu chất lượng chất hoàn nguyên cao mà số lượng phân phối phải đủ. Thông qua thí nghiệm cho thấy vi sóng đã kích hoạt nội năng phân tử vật liệu trong môi trường vi sóng dù vật liệu ơ nhiệt độ thấp nhất (<100oC) nhưng vẫn tiến hành phản ứng hoàn nguyên được bình thường. đông thời chất lượng của chất hoàn nguyên không có ảnh hưởng lớn đến hoàn nguyên tăng nhiệt bằng vi sóng, hiệu quả chênh lệch không đáng kể với sử dụng vật liệu như than cốc, than củi, than béo… để làm chất hoàn nguyên, tỷ lệ số lượng sử dụng chất hoàn nguyên giảm được 20% trở lên.
Số lượng sử dụng chất hoàn nguyên của công nghệ lò tuynel là 210kg/ tấn phế thải nix còn của công nghệ vi sóng là 170 kg/ tấn. Đặc tính này có lợi cho việc hạ giá thành sản phẩm.
Lấy mức tiêu hao năng lượng điện làm ví dụ: nếu thành phần nước trong vật liệu dưới 5% khi sử dụng điện trở tăng nhiệt, thì mức tiêu hao điện năng của quá trình thiêu tử hóa quặng sắt là 730 – 750kwh/ tấn quặng; khi sử dụng tăng nhiệt bằng lò điện hình cung để phân ly quặng sắt inmenit, thì mức tiêu hao điện khoanrg kwh/ tấn quặng. Nếu sử dụng tăng nhiệt bằng vi sóng để phân ly quặng sắt inmenit thì mức tiêu hao điện khoảng 870kwh/tấn quặng. Như vậy có thể thấy rằng công nghệ tăng nhiệt bằng vi sóng csotheer giảm được mức tiêu hao điện rất nhiều cũng như giảm được giá thành sản xuất.
Giá thành sản xuất khi sử dụng công nghệ lò tuynel để hoàn nguyên sắt từ Fe2SiO4 trong phế thải nix là 219.69 USD/ tấn sắt hoàn nguyên.
Giá thành sản xuất với công nghệ vi sóng là 177.9 USD/ tấn sắt hoàn nguyên. * Hiệu quả hoàn nguyên
Tỷ lệ hoàn nguyên, tức là số lượng bột sắt thu được so với lượng sắt thực tế có trong quặng sau khi hoàn nguyên. Đối với công nghệ tăng nhiệt truyền thống thì ở mức là 75- 87% còn với công nghệ hoàn nguyên vi sóng thì là 84%- 100%.
* Chỉ tiêu bảo vệ môi trường
Bản thân vi sóng không có thể hơi sản sinh, trong quá trình công nghệ sản xuất thì chỉ có thể hơi sinh ra từ phản ứng hóa học vật liệu vừa là thể truyền nhiệt lượng, vừa là chất xúc tác, được sử dụng triệt để trong nội bộ thiết bị. Sử dụng công nghệ tăng nhiệt bằng vi sóng, làm cho môi trường không bị ô nhiễm: tiếng ồn, bụi, nước thải phù hợp với yêu cầu bảo vệ môi trường.
* Tự động hóa
Công nghệ hoàn nguyên lò tuynel cần phải trộn đều than bột, chất thêm vào phế thải nix rồi cho vào bình hoàn nguyên, ở trong lò tuynel tiến hành hoàn nguyên, công nghệ sản xuất phải có thiết bị nhập liệu và bốc dỡ liệu lên xuống bình, lưu trình sản xuất phức tạp mà cần nhân công nhiều. Đồng thời cũng vì nguyên nhân tăng nhiệt truyền thống chậm, nhiệt độ hoàn nguyên khó điều chỉnh nên trình độ tự động hóa thấp, quản lý phức tạp làm tốn kém nhiều bình hoàn nguyên, tăng giá thành sản xuất. Công nghệ hoàn nguyên của lò tuynel tăng nhiệt bằng khí gas, cần phải có các thiết bị đồng bộ như trạm khí gas. Sử dụng công nghệ hoàn nguyên bằng vi sóng có thể trực tiếp cho vào lò hoàn nguyên sau khi trộn đều than bột, phụ gia và phế thải nix. Điều chỉnh nhiệt độ linh hoạt theo yêu cầu hoàn nguyên, công nghệ sản xuất đơn giản, trình độ tự động hóa cao, dễ quản lý.
* Tình hình thiết bị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cùng với sự đi sâu vào nghiên cứu vi sóng và trình độ kỹ thuật sản xuất ngày càng cao, các thiết bị hoàn nguyên, sấy khô bằng vi sóng được sử dụng trong lĩnh vực công nghệ vật liệu xây dựng, luyện kim, đạt được hiệu quả kinh tế rất cao, chất lượng
và quá trình vận hành thiết bị của vi sóng ngày càng được sự tin cậy và thành thục, tạo điều kiện cho phương án này được sử dụng trong công nghệ hoàn nguyên sắt từ phế thải nix.
• Lựa chọn công nghệ sản xuất xi măng xỉ
Sau khi xử lý hoàn nguyên, thu hồi được phần lớn kim loại, thì còn hơn 60% khối lượng của chất thải nix vẫn chưa được triệt để xử lý. Phân xưởng xi măng xỉ, tận dụng hết nó là một giải pháp hiệu quả nhất trong tình hình hiện nay.
Phân xưởng xi măng xỉ sử dụng phế thải nix sau khi phân xưởng hoàn nguyên sắt đã thu hồi các kim loại có giá trị, xỉ than và cả phế thải nix chưa qua xử lý để sản xuất ra xi măng xỉ, xi măng phức hợp và chất phụ gia cho bê tông.
Nguyên liệu quan trọng hàng đầu là clinke, thạch cao và phế thải nix (đã và cả chưa qua xử lý hoàn nguyên). Khối lượng xử lý phế thải nix của phân xưởng xi măng xỉ được tính bằng:
- Phế thải nix sau khi đã thu hồi kim loại của phân xưởng hoàn nguyên sắt và xỉ than: khoảng 800 tấn/ngày (phế thải nix là 700 tấn, còn lại 100 tấn là xỉ than)
- Nếu phân xưởng hoàn nguyên sắt không vận hành được bình thường thì sử dụng luôn phế thải nix qua xử lý để sản xuất phụ gia xi măng.
Để lựa chọn công nghệ sản xuất xi măng xỉ, phân tích một số yếu tố kỹ thuật để qua đó có thể so sánh dễ dàng hơn và có kế hoạch sản xuất phù hợp với tổ hợp phân xưởng hoàn nguyên ở trên.
Phương pháp sản xuất truyền thống xi măng sillicat xỉ quặng (PS) là đưa clinke và xỉ quặng vào thiết bị nghiền (chủ yếu là máy nghiền bi) cùng nghiền hỗn hợp đó để tạo thành sản phẩm. Vì tính nghiền của clinke và xỉ quặng khác nhau nhiều nên độ hạt bình quân của xỉ quặng trong xi măng lớn hơn, hàm lượng đọ hạt nhỏ thấp, làm cho hoạt tính không được phát huy hiệu quả, trong quá trình thủy hóa xi măng hạt cỡ lớn của xỉ quặng chỉ làm điền đầy đông kết, thậm chí còn ảnh hưởng đến cường độ và các tính năng khác của xi măng, cũng như hạn chế đến lượng trộn xỉ quặng không nâng cao được.
Các năm gần đây, thông qua nghiên cứu với khối lượng lớn và tỉ mỉ, đem xỉ quặng nghiền đến hạt mịn cao làm cho tính chất xỉ quặng thay đổi trở thành vật liệu có tính keo tụ mạnh, biến khả năng thành hiện thực trong đó khi ở điều kiện kiềm tính, hoạt tính được phát huy đầy đủ, làm cho nhiều tính ăng của bê tông và xi măng được nâng cao. Xỉ quặng nghiền siêu mịn không những có thể nâng cao được tỉ lệ trộn vào xi măng, mà còn có thể thay đổi được nhiều tính năng của bê tong và xi măng. Trước đây việc sử dụng phế liệu này chỉ với góc độ tiết kiệm năng lượng và chống ô nghiễm môi trường, coi xỉ quặng là yếu tố kinh tế để trộn vào xi măng. Ngày nay, cùng với sự nghiên cứu sâu về tính năng của vật liệu, xỉ quặng qua nghiền siêu
mịn có hoạt tính cứng khi hòa với nước lớn hơn và nhiều tính năng thi công ưu việt khác, từ đó phát triển thành một yếu tố mang lại cường độ tốt hơn để sử dụng.
Sự nghên cứu sâu về tính chất của bột siêu mịn xỉ quặng đã mở đường cho việc ứng dụng nó trong xi măng và bê tông. Kỹ thuật nghiền siêu mịn có hiệu quả cao, tiết kiệm, không ngừng phát triển càng nâng cao được khả năng ứng dụng của nó. Đồng thời cũng từ đó công nghệ và kỹ thuật sản xuất xi măng cũng thay đổi nhanh chóng, một số nước phát triển đã sớm sử dụng clinke và xỉ quặng nghiền thành bột từng loại và trộn hỗn hợp thành công nghệ sản xuất xi măng.
Xỉ quặng dùng làm vật liệu hỗn hợp có thể sản xuất ra xi măng silicat thông dụng (PO) và xi măng silicat xỉ quặng (PS). Theo tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc, quy định lượng trộn thêm xỉ quặng vào Po là không quá 15% và vào PS là từ 20- 70%. Do đó việc sử dụng xỉ quặng với mức độ lớn nhất vào PS là rất có ý nghĩa.
Ngoài ra, xỉ quãng siêu mịn còn dùng như là sản phẩm cuối cùng với tính năng phụ gia cho bê tông, làm tăng cường độ, tính chịu ăn mòn dưới nước. Giá bán sản phẩm này tương đối cao, viễn cảnh tốt.
Vì vậy phân xưởng xi măng xỉ sử dụng phế thải nix sau khi đã thu hồi kim loại có giá trị của phân xưởng hoàn nguyên phù hợp với các tiêu chuẩn quốc gia, theo kịp công nghệ kĩ thuật tiên tiến hiện nay. Không những dùng kỹ thuật cao cải tạo ngành nghề truyền thống, mà còn kết hợp xử lý tổng hợp với bảo vệ môi trường đem lại tính khả thi về kĩ thuật cao.
*Các ưu điểm của xi măng xỉ:
- Khả năng chống xâm thực của các muối Salpat và chống nước tương đối tốt - Tính chịu nhiêt tốt
- Thủy hóa nhiệt thấp
- Trong bảo dưỡng, bốc hơi nước nhanh
- Tỷ lệ tăng cường độ sau dưỡng ẩm tương đối lớn. * Nhược điểm của xi măng xỉ:
- Cường độ sớm thấp, đông kết tương đối chậm, trong môi trường nhiệt độ thấp càng kém hơn
- Tính chịu lạnh kém
- Có tính co ngót khô lớn, có hiện tượng đổ mồ hôi * Phạm vi ứng dụng của xi măng xỉ:
- Công trình ngầm, công trình dưới nước biển, công trình thường xuyên chịu áp suất cao.
- Công trình có thể tích bê tông lớn
- Thay xi măng silicat phổ thông dùng cho các công trình trên mặt đất nhưng cần tăng cường sự bảo dưỡng. Cũng có thể dùng cho công trình bị lạnh không thường xuyên.
- Xi măng xỉ không thích hợp cho công trình cường độ sớm, yêu cầu cao.
ii. Giải pháp thiết kế cơ cấu nhà máy và các tổ hợp kỹ thuật phụ trợ.
Cơ cấu nhà máy với các phân xưởng được làm rõ trong bản vẽ thuyết minh tổng mặt bằng và phụ lục các thiết bị phụ trợ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});