1.3. Tổng quan về các công nghệ sản xuất gạch
1.3.1. Quy trình nung gạch truyền thống
Quy trình sản xuất gạch bằng lị nung tuynel
Hình 1.3: Sơ đồ quy trình nung gạch bằng lị nung tuynel
Nguyên liệu
Máy cán thô
Máy cán mịn
Máy nhào
Sân phơi khơ
Lị nung nhiệt độ 9000C
Thuyết minh quy trình:
Đất sét đồi được khai thác (trong thành phần của đất sét đồi tại khu vực Hà Tây có tỷ lệ cao lanh Al2O3 chiếm 19,5% hàm lượng)[10], tập kết trong kho chứa, tại đây đất được ngâm ủ, phong hố ít nhất 3 tháng. Việc ngâm ủ tạo điều kiện cho các hạt sét có điều kiện ngậm nước, trương nở, làm tăng tính dẻo, đồng nhất độ ẩm. Các tạp chất hữu cơ có thời gian để phân huỷ làm tăng chất lượng của đất, chủ động về nguyên liệu sản xuất trong những ngày mưa ẩm.
Nguyên liệu tại kho ngoài trời sau khi đã phong hố được ủi vào kho có mái che, sau đó đưa vào cấp liệu thùng, qua hệ thống cắt thái, đất được thái nhỏ và làm tơi sau đó rơi xuống băng tải cao su lõm số 1. Than cám nghiền mịn (cỡ hạt 8mm) được máy pha than tự động rải đều lên băng tải cao su số 1 để trộn với đất tạo thành phối liệu, với lượng than pha khoảng 80-100kg/1000 viên gạch mộc tiêu chuẩn.
Sau đó phối liệu từ băng tải số 1 được đưa vào máy nhào trộn. Phối liệu từ máy nhào trộn được băng tải số 2 đưa vào máy cán thô. Tại đây, đất và than được ép, phá vỡ cấu trúc ban đầu và được đưa xuống băng tải số 3. Phối liệu được băng tải số 3 đưa vào máy cán mịn. Với khe hở giữa 2 quả cán 2mm, tại đây phối liệu được phá vỡ cấu trúc một lần nữa. Sau đó phối liệu được đưa vào máy nhào trộn có lưới lọc, tại đây các tạp chất như: Cỏ, rác, sỏi, sạn được giữ lại lưới lọc còn đất được đùn ra khỏi máy, mặt khác nước được cấp vào máy nhào lọc để điều chỉnh độ ẩm cho phù hợp. Sau đó phối liệu được đưa sang máy nhào đùn liên hợp có hút chân không bằng băng tải cao su số 4. Sau khi qua hệ thống nhào trộn của máy, phối liệu được đưa vào buồng chân không, khơng khí được hút ra khỏi phối liệu, làm tăng độ rắn chắc của gạch mộc, tạo ra cường độ ban đầu nhất định giúp cho quá trình vận chuyển đem phơi không bị biến dạng. Sau khi qua máy đùn hút chân khơng, nhờ khn tạo hình và máy cắt, các sản phẩm tạo hình sẽ được tạo hình tuỳ theo kích thước, hình dáng đã định theo khuôn riêng (gạch các loại, gạch nem lát, ngói). Gạch mộc sau tạo hình được cơng nhân xếp lên xe chuyên dùng vận chuyển đem đi phơi.
Đối với gạch mộc sau khi tạo hình gạch có độ ẩm từ 20 - 22% được phơi trong khoảng thời gian từ 5 - 7 ngày tuỳ theo nhiệt độ, tốc độ gió để làm giảm độ ẩm của gạch mộc xuống còn 14 - 18%. Gạch sau khi phơi sẽ được vận chuyển lên xe goòng chuẩn bị đưa vào sấy, nung trong lò nung Tuynel.
Sản phẩm mộc sau khi xếp lên xe goòng được đưa vào hầm sấy Tuynel nhờ kích thuỷ lực đặt ở đầu hầm. Tác nhân sấy là khí nóng thu hồi từ vùng làm nguội của lị nung. Với việc kéo dài hầm sấy hơn so với các thiết kế trước đây, gạch mộc được sấy dịu hơn tránh phế phẩm sau khi sấy. Thời gian sấy: Khoảng 22 giờ; Nhiệt độ sấy: 80 – 1400C. Sau khi qua lò sấy độ ẩm gạch mộc giảm còn 0-5% được xe phà, kích đẩy thuỷ lực đưa vào lị nung. Nhiên liệu được cấp để nung chín sản phẩm là than cám. Than sau khi nghiền mịn được vận chuyển lên nóc lị và cấp qua các lỗ than theo đúng u cầu cơng nghệ, đảm bảo nung chín sản phẩm. Nhiệt độ nung tối đa: 10500C.
Sản phẩm sau khi qua khỏi vùng nung được là nguội ở cuối lò nhờ hệ thống thu hồi khí nóng và lượng khơng khí từ cuối lị qua 2 quả thổi lắp trên cửa ra. Sản phẩm sau khi ra lò được bốc dỡ, phân loại theo tiêu chuẩn kỹ thuật, tập kết về bãi thành phẩm bằng xe vận chuyển hai bánh.
1.3.2. Quy trình ép gạch xi măng cốt liệu
Quy trình sản xuất
Hình 1.5: Sơ đồ quy trình ép gạch từ mạt đá + xi măng
Thuyết minh quy trình:
Các nguyên liệu mạt đá, xi măng và nước được đưa vào máy trộn theo tỷ lệ nhất định. Nguyên liệu được trộn đều. Hỗn hợp sau phối trộn được đưa vào ngăn phân chia ở khu vực máy tạo hình. Tại khu vực máy ép gạch, nhờ vào hệ thống thủy lực, máy hoạt động theo cơ chế ép kết hợp với rung tạo ra lực rung ép rất lớn hình thành lên các viên gạch ép đồng đều. Gạch được dưỡng hộ sơ bộ khoảng 1 – 1,5 ngày tùy vào thời tiết sau đó chuyển ra kho bãi thành phẩm.
Mạt đá Máy trộn Xi măng Máy đùn Sân phơi Tỷ lệ 6:1 Nước
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu
Mẫu tro đáy tại Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương 1.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thu thập dữ liệu
Thu thập số liệu về Nhà máy Nhiệt điện Mơng Dương: vị trí địa lý, công nghệ sản xuất, công suất, lượng tro xỉ thải ra hang năm;
Thu thập số liệu về một số giải pháp sử dụng tro xỉ tại các Nhà máy Nhiệt điện trên thế giới và Việt Nam.
2.2.2. Phương pháp thí nghiệm
Lấy mẫu phân tích xác định thành phần và tính chất tro đáy
2.2.2.1. Thí nghiệm 1: Xác định độ ẩm của tro đáy
Nguyên lí phương pháp: Để xác định lượng nước hút ẩm, thường dùng
phương pháp sấy khô ở 1050C-1100C. Khi đó tồn bộ nước hút ẩm bị bay hơi hết mà chất hữu cơ chưa bị phân hủy. Tuy nhiên ở các ở các mẫu có hàm lượng chất hữu cơ cao thường khó đạt được đến lượng khơng đổi sau sấy, nên thường lấy mẫu sấy ở 1050C trong thời gian quy định. Đặc biệt khi hàm lượng chất hữu cơ quá cao có thể áp dụng phương pháp sấy áp suất thấp như sấy ở nhiệt độ 700C-800C, áp suất 20mmHg.
Dựa vào khối lượng giảm sau khi sấy ta tính được lượng nước của tro.
Trình tự phân tích:
Sấy cốc cân bằng hộp nhôm ở 105°C đến khối lượng không đổi. Cho hộp nhơm vào bình hút ẩm, để ở nhiệt độ trong phịng. Cân chính xác khối lượng hộp nhơm bằng cân phân tích ( ).
Cho vào cốc 1g tro đáy đã hong khơ khơng khí và đã rây qua 1 mm. Cân khối lượng cốc sấy và tro ( ).
Cho vào tủ sấy ở 1050C-1100C trong 8h rồi lấy ra cho vào bình hút ẩm để hạ nhiệt độ tới nhiệt độ trong phịng (thơng thường với hộp nhơm để 20 phút là được).
Chú ý: Trong khi sấy phải đặt nắp hộp nhơm dưới đáy hộp để hơi nước thốt ra.
Cân khối lượng hộp nhôm và tro đáy sau khi sấy ( ) không đổi (sai số không vượt quá 3 mg giữa hai lần cân).
- Tính kết quả:
Lượng nước (%) là lượng nước tính trong 100g tro đáy đem phân tích được tính theo cơng thức:
2.2.2.2. Thí nghiệm 2: Xác định pH của tro đáy bằng phương pháp cực chọn lọc hiđro
Hiện nay phương pháp đo pH trực tiếp trên máy (pH meter) đã được dùng phổ biến. Chúng vừa nhanh, chính xác, phạm vi pH xác định được rộng.
-Nguyên lí phương pháp: Ion được chiết rút ra bằng chất chiết rút thích hợp (nước cất hoặc muối trung tính), dùng một điện cực chỉ thị (điện cực chọn lọc hyđro) và một điện cực so sánh để xác định hiệu thế của dung dịch. Từ đó tính được pH của dung dịch.
- Trình tự phân tích:
Lấy 10 tro đáy (đã qua rây 1mm) để 15 phút trên máy lắc với 25 ml KCl 1N (với pKCl). Sau đó để n khoảng 2 giờ (khơng quá 3 giờ), lắc 2, 3 lần, rồi đo pH ngay trong dung dịch huyền phù.
Hiệu chỉnh máy đo pH: Máy trước khi đo phải hiệu chỉnh bằng cách đo dung dịch đệm pH tiêu chuẩn. Chỉnh cho kim chỉ đúng trị số pH của dung dịch đệm.
Đo mẫu: Giữ cho điện cực cách mặt mẫu đất là 1cm, và ngập nước khoảng 2cm. Chờ 30 giây, khi thấy giá trị đã ổn định thì đọc giá trị pH trên máy, độ chính xác là 0,1 đơn vị pH. Sau mỗi lần đo, cần phải tráng rửa thật sạch điện cực với nước cất nhiều lần.
2.2.2.3. Thí nghiệm 3: Xác định tỷ trọng của tro đáy bằng phương pháp picnômet
Nguyên tắc của phương pháp này là xác định thể tích nước hoặc thể tích của
chất lỏng trơ tương ứng với thể tích mẫu lấy để phân tích.
Trình tự phân tích:
Xác định thể tích picnơmet: Picnơmet được rửa sạch, tráng bằng nước cất và sấy khô ở nhiệt độ khơng q 60°C, sau đó đậy nút, đem cân trên cân phân tích. Ghi khối lượng của picnômet.
Dùng nước cất đã đun sôi đổ đầy picnômet, đậy nút, lau chùi sạch và ghi nhiệt độ nước trong picnơmet ở thời điểm xác định, sau đó cân trên cân phân tích và tính thể tích picnơmet theo cơng thức:
V: thể tích picnơmet ( ).
: khối lượng picnômet + nước cất(g)
a: khối lượng picnômet sau khi sấy (g) D: tỉ trọng của nước ở nhiệt độ đã cho.
Sau khi xác định xong thể tích, đổ hết nước, sấy khô picnômet và chuẩn bị thực hiện cho giai đoạn sau:
Xác định tỉ trọng thể rắn: Mẫu tro đáy được nhặt sạch lá, rơm, các thành phần khác rồi đem rây ở rây cỡ 1mm.
Cân 4-5 g tro cho vào cốc để xác định độ hút ẩm khơng khí.
Cân 10 g tro đáy cho vào picnômet và cân khối lượng của picnơmet + tro trên cân phân tích, đổ nước cất vào picnơmet sao cho sau khi tro đáy ngấm hết nước, còn thừa lớp nước từ 3 – 5 mm. Cẩn thận lắc và trộn tro đáy và nước nhưng chú ý không cho tro bám lên thành picnômet. Đậy nắp và để ngấm từ 10 -12 giờ. Sau đó đổ thêm nước cất cho đến khoảng thể tích ½ thể tích của picnơmet và đặt lên bếp điện đun. Chú ý không đun sôi mạnh, làm nguội picnômet và đổ nước cất cho đầy, đậy nút rồi đem cân. Tỷ trọng thể rắn được tính như sau:
d: tỉ trọng thể rắn của đất.
: khối lượng tro đáy khơ khơng khí trong picnơmet (g).
P: khối lượng tro đáy khơ tuyệt đối (g). V: thể tích đất trong picnơmet ( )
: độ hút ẩm khơng khí.
Ngồi cơng thức trên, tỉ trọng thể rắn cịn dược tính theo cơng thức đơn giản hơn:
B: khối lượng tro đáy khơ.
(A+B-C): tương ứng thể tích nước do khối lượng của tro đáy choán chỗ. A: khối lượng picnơmet + nước.
2.2.2.4. Thí nghiệm 4: Xác định hàm lượng kim loại nặng trong tro đáy
Cân 2,5 g tro đáy đã rây qua rây 1mm cho vào bình tam giác dung tích 100ml. Thêm 50 ml HNO3 0,43N vào rồi lắc trong vòng 1 giờ trên máy lắc (tốc độ 120 vịng/phút).
Dung dịch trên được gửi đến phịng Phân tích mơi trường – Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên để phân tích một số KLN: Cu, Pb, Cd, Cr.
2.2.3 Phương pháp thực nghiệm
Sản xuất gạch nung và gạch không nung theo các tỷ lệ khác nhau, từ đó đưa ra tỷ lệ thích hợp nhất.
2.2.3.1. Thực nghiệm sản xuất gạch nung truyền thống (tro đáy thay thế cho đất sét đồi truyền thống)
Qua trình thực nghiệm sản xuất gạch nung truyền thống được thực hiện tại xưởng gạch Công ty TNHH Chất Lượng – Chúc Sơn – Hà Nội. Dựa trên kết quả phân tích hàm lượng chất khống trong tro xỉ, nhận thấy hàm lượng chất khống trong tro xỉ có sự tương đồng với hàm lượng chất khống có trong đất sét, do đó tỷ lệ nguyên liệu được lựa chọn để thực nghiệm được đưa ra qua các thí nghiệm sau:
Thí nghiệm 1: Đóng gạch với nguyên liệu truyền thống: Đất sét đồi + than cám
theo quy trình tại lị nung. Chuẩn bị nguyên liệu: Đất sét đồi: 4kg
Than cám: 2,6kg (40% tổng lượng đất và than cám)
Trộn đều nguyên liệu, sử dụng khn đóng gạch, đúc thành khn, sau đó đưa đi phơi nắng từ 1 -2 ngày tùy theo thời tiết. Sau khi phơi khô, gạch được đánh dấu và đưa vào lị nung gạch.
Thí nghiệm 2: Đóng gạch với nguyên liệu tro xỉ + đất sét đồi:
Đất sét đồi: 2kg Tro đáy: 4kg.
Trộn đều các nguyên liệu trong thùng trộn, thêm nước đảm bảo các nguyên liệu được đảo đều đủ ẩm. Đưa nguyên liệu qua máy cắt gạch, viên gạch được đưa đi phơi từ 1 – 2 ngày tùy vào thời tiết. Sau đó được đưa vào lị nung gạch.
2.2.3.2. Thực nghiệm sản xuất gạch không nung (tro đáy thay thế cho mạt đá)
Quá trình thực nghiệm sản xuất gạch không nung được thực nghiệm tại xưởng gạch xi măng cốt liệu thuộc phường Dương Nội – quận Hà Đông – Hà Nội. Tỷ lệ các nguyên liệu được trình bày như sau:
Thí nghiệm 1: Sử dụng tỷ lệ tro đáy: xi măng : nước = 6 : 1 : 1,5
Chuẩn bị nguyên liệu: Tro đáy: 6kg
Xi măng 1kg Nước: 1,5 lít
Trộn đều các nguyên liệu, thêm nước và đảo đều tay. Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào khay đựng, cán gạt phẳng khay đựng nguyên liệu. Dùng máy ép, ép định hình khay nguyên liệu. Sản phẩm được đưa đi phơi nắng từ 1 – 2 ngày tùy vào thời tiết.
Hình 2.1: Hình ảnh tro đáy và xi măng là nguyên liệu chính của thực nghiệm
Thí nghiệm 2: Sử dụng tỷ lệ tro đáy : xi măng : nước = 7 : 1 : 1,5
Chuẩn bị nguyên liệu: Tro đáy: 7kg
Xi măng 1 kg Nước: 1,5 lít
Trộn đều các nguyên liệu và đảo đều tay. Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào khay đựng, cán gạt phẳng khay đựng nguyên liệu. Dùng máy ép, ép định hình khay nguyên liệu. Sản phẩm được đưa đi phơi nắng từ 1 – 2 ngày tùy vào thời tiết.
Hình 2.2: Hình ảnh về quá trình trộn đều tro đáy, xi măng và nước
Thí nghiệm 3: Sử dụng mạt đá : xi măng : nước = 6 : 1 : 1,5
Chuẩn bị nguyên liệu: Mạt đá: 6kg;
Xi măng: 1kg; Nước: 1,5 lít.
Trộn đều các nguyên liệu, thêm nước và đảo đều tay. Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào khay đựng, cán gạt phẳng khay đựng nguyên liệu. Dùng máy ép, ép định hình khay nguyên liệu. Sản phẩm được đưa đi phơi nắng từ 1 – 2 ngày tùy vào thời tiết.
2.2.4. Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả thu được, từ đó đánh giá tính khả thi của đề tài. giá tính khả thi của đề tài.
Dựa vào các kết quả thực nghiệm với các mẫu gạch, đưa ra được đánh giá về khả năng áp dụng của tro đáy trong sản xuất gạch, tính tốn lợi ích kinh tế thu được từ tro đáy.
2.2.5. Phương pháp nghiên cứu phân tích lợi ích mơi trường mở rộng
Trên cơ sở các số liệu thu thập kết hợp với phương pháp phân tích chi phí lợi ích để tính tốn lợi ích về kinh tế và mơi trường thu được từ việc tái sử dụng nguồn tro đáy.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần, tính chất của tro đáy 3.1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần, tính chất của tro đáy 3.1.1. Độ ẩm
Năm mẫu tro đáy được phân tích để tính độ ẩm trung bình của tro đáy. Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 3.1 sau:
Bảng 3.1: Kết quả đo độ ẩm tro đáy NMNĐ Mông Dương 1
W1(g) W2 (g) W3 (g) W (%) Mẫu 1 16,677 17,677 17,658 1,9 Mẫu 2 17,155 18,155 18,134 2,1 Mẫu 3 16,357 17,357 17,339 1,8 Mẫu 4 16,668 17,668 17,645 2,3 Mẫu 5 17,148 18,148 18,128 2 Trung bình 2,02 Trong đó:
W1: khối lượng hộp nhôm sau khi sấy và cho vào bình hút ẩm. W2: khối lượng hộp nhơm đã sấy+tro đáy.
W3: khối lượng hộp nhôm + tro đáy sau sấy.
Độ ẩm:
Từ kết quả trên ta có, độ ẩm của mẫu tro đáy là khoảng 2,02%. Tro đáy tại Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương là loại tro khô với độ ẩm <3%.