suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm và tận dụng tro trấu làm phụ gia khoáng cho bê tông
IV.1. Mô tả mô hình
Mô hình được thiết kế với tỉ lệ 1:10 bao gồm các bộ phận chính: - Bunke chứa trấu.
- Lò đốt trấu.
- Hầm sấy dịu và hầm sấy căng. - Các hệ thống ống dẫn.
Mô hình được sắp xếp trên mặt bằng 1m2.
Mô hình được cắt 1/4 để thể hiện các kết cấu bên trong, cụ thể: - Buồng đốt
+ Kết cấu chịu lực. + Vật liệu chịu lửa. + Vật liệu cách nhiệt. + Kết cấu bao che. - Hầm sấy: + Gạch đặc + Lớp xỉ
+ Gạch nhiều lỗ rỗng
- Mặt cắt thể hiện kết cấu ống dẫn Mặt cắt thể hiện kết cấu ống dẫn
IV.2. Yêu cầu đối với tro trấu sử dụng làm phụ gia khoáng cho bê tông [1] IV.2.1. Tính năng kỹ thuật của tro và trấu
a.Thành phần hóa
Phân tích thành phần hoá học của tro trấu thu được sau khi nung đến khối lượng không đổi cho thấy thành phần chủ yếu của nó là ụxit silic, ngoài ra còn một lượng nhỏ cỏc ụxit kiềm, kiềm thổ và cỏc ụxit khỏc. Một số tài liệu nghiên cứu [1] cho thấy hàm lượng ụxit silic trong tro trấu dao động trong khoảng 94-97%. Phần còn lại chủ yếu là cỏc ụxit kiềm, trong đó phần lớn là ụxit kali. Theo một số nghiên cứu khác [1] thì hàm lượng ụxit silic thấp hơn, dao động trong khoảng 87-95%. Sự
chênh lệch này một phần là do nguồn gốc của trấu, một phần là do các mẫu trấu có lẫn các tạp chất khác nhau.
Trên thực tế khó có thể đốt cháy triệt để trấu để thu được tro hoàn toàn không chứa than chưa cháy. Lượng than chưa cháy, thể hiện qua hàm lượng mất khi nung, sẽ ảnh hưởng đến hàm lượng ụxit silic trong tro. Hàm lượng than chưa cháy của tro phụ thuộc vào phương pháp đốt trấu. Thành phần hoá học, tổng hợp từ các tài liệu tham khảo [1], của một số loại tro trấu thu được khi đốt trấu trong các loại lò khác nhau được nêu trong (Bảng 12).
Bảng 14: Thành phần hóa học của tro khi đốt trấu trong các loại lũ khỏc nhau
Kiểu lò đốt trấu Hàm lượng, % Nguồn gốc
trấu SiO2* R2O3* RO* R2O* MKN * Lò tầng sôi 86,50 0,20 1,30 2,19 8,80 Úc [1] Lò xyclon 85,90 2,35 0,11 1,04 5,70 Malaixia [1] Lò xyclon Pitt- Mehta 92,00 - 0,50 2,50 5,00 Mỹ [1]
Buồng đốt nồi hơi 88,10 1,43 2,71 1,43 6,28 Ấn Độ [1]
Lò kiểu giỏ lưới thép **
88,40 2,56 2,08 2,14 4,00 Pakistan [1]
Lò kiểu giỏ lưới thép ** 87,00 1,50 2,00 2,60 5,10 Việt Nam [1] Lò xây bằng gạch*** 88,57 - 0,27 2,76 7,67 Guyana [1] Đốt đống ngoài trời 81,00 4,50 3,00 - 10,00 Ấn Độ [1] Ghi chú: * R2O3 = Al2O3 + Fe2O3; RO = CaO + MgO; R2O = Na2O + K2O; MKN = Mất khi nung
** Thiết kế của Hội đồng Khoa học và Nghiờn cứu công nghiệp Pakistan (PCSIR) *** Theo thiết kế của Viện Nghiờn cứu xi măng Ấn Độ
Qua bảng 12 có thể thấy rằng hàm lượng ụxit silic trong các loại tro thu được khi đốt trấu từ các nước khác nhau đều rất cao, còn tạp chất chủ yếu là than chưa cháy. Hàm lượng than chưa cháy càng lớn thì hàm lượng ôxit silic trong tro trấu càng nhỏ. Một điểm đặc biệt nữa là thành phần hóa của tro trấu tương đối ổn định, khi so sánh với một số phụ gia khoáng hoạt tớnh khỏc như tro bay nhà máy nhiệt điện hoặc xỉ lò cao.
b.Thành phần khoáng
Trấu được cấu thành từ hai thành phần hữu cơ và vô cơ. Phần hữu cơ bao gồm các chất xenlulo, lignin, pentosan, và một lượng nhỏ protein và vitamin. Phần vô cơ chủ yếu chứa nguyên tố silic, được phân tán trong phần hữu cơ, và theo các tài liệu nghiên cứu khác nhau có thể tồn tại dưới dạng axit monosilicic [1], opal sinh vật [1], hoặc silica gel [1]. Khi đốt trấu phần hữu cơ bị cháy và bốc hơi, còn lại tro có thành phần chính là ụxit silic. Ôxit silic trong trấu ban đầu vốn tồn tại dưới dạng vô định hình nhưng trong quỏ trỡnh đốt trấu thành tro trong các điều kiện khác nhau, nó cú thể chuyển sang dạng tinh thể. Các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc của ôxit silic trong tro trấu là nhiệt độ và thời gian của quá trình gia công nhiệt.
Có rất nhiều nghiên cứu về nhiệt độ biến đổi của ôxit silic từ trạng thái vô định hình sang trạng thái tinh thể cũng như về các dạng thự hỡnh của ụxit silic tinh thể
trong quỏ trỡnh đốt trấu. Khi đốt trấu trong khoảng nhiệt độ từ 500-800oC, ôxit
silic trong tro sẽ ở trạng thái vô định hình, ở nhiệt độ cao hơn sẽ có sự biến đổi sang dạng tinh thể. Nhiệt độ biến đổi pha của ụxit silic trong tro trấu còn phụ thuộc vào thời gian đốt trấu. Thời gian gia công nhiệt kéo dài thì sự biến đổi pha xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn. Các nghiên cứu cho thấy crystobalite có thể hình thành trong tro ở nhiệt độ 800oC khi thời gian đốt trấu kéo dài 12 giờ [1] hoặc 30 giờ [1]. Ở nhiệt
độ này mức độ kết tinh tăng lên khi thời gian nung càng lâu. Ở nhiệt độ 900oC bắt
đầu xuất hiện trydimite, và ở 1000oC thỡ ụxit silic trong tro trấu hoàn toàn ở trạng tháii tinh thể dưới dạng crystobalite và trydimite. Ngoài ra trong tro trấu có thể có mặt quartz nếu trấu có lẫn tạp chất sét hoặc cát.
- Trấu là một thải phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn. Khi gia công trấu trong
những điều kiện thích hợp sẽ thu được tro trấu có nhiều tính chất tương tự silica fume, như có hàm lượng ụxit silic vô định hình và tỷ diện tích bề mặt lớn.
- Chất lượng của tro trấu phụ thuộc vào hàm lượng ôxit silic vô định hình, độ xốp
(thể hiện qua tỷ diện tích bề mặt BET) và độ mịn của các hạt tro. Hàm lượng ôxit silic vô định hình và tỷ diện tích bề mặt BET phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian đốt trấu, và chế độ gia công trấu trước khi đốt. Nhiệt độ đốt trấu tối ưu là 500-650oC, khi đó ôxit silic trong tro hoàn toàn ở trạng thái vô định hình, đồng thời tro có tỷ diện tích bề mặt BET lớn nhất. Thời gian đốt trấu phải đảm bảo sao cho lượng than chưa cháy trong tro thấp nhất.
- Độ mịn ảnh hưởng tới cấu trúc rỗng của các hạt tro và tỷ diện tích bề mặt BET
của tro. Khi tro trấu được nghiền đến độ mịn nhất định thì tỷ diện tích bề mặt BET và lượng cần nước của nó giảm.
V. Kết luận
Để tận dụng lượng nhiệt của quá trình đốt trấu cho việc sấy gạch mộc trong các nhà máy cần nghiên cứu thiết kế lò đốt trấu công nghiệp có mức độ cơ giới hóa và tự động hóa cao. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng nếu thay toàn bộ lượng nhiệt cho quá trình sấy tại một nhà máy công suất 20 triệu viờn/năm, buồng đốt cần có kích
thước : đường kính 2,135 m, chiều cao 4,647 m ( Thể tích 19,546 m3 ), lượng trấu có thể đốt trong một giờ là 371 kg. Nếu buồng đốt trấu chỉ cấp nhiệt cho hầm sấy dịu ( Độ ẩm từ 19 % đến 11 % ) và thay thế khí thải lò nung tuynen cho các nhà máy đó cú lò nung và hầm sấy tuynen liên hợp, kích thước buồng đốt là : đường kính 2 m, chiều cao 4,015 m, lượng trấu có thể đốt là 239,5 kg/h.
VI. Tài liệu tham khảo
1. Đề tài : “Nghiờn cứu chế tạo microsilica từ tro trấu thay thế muội ụxit silic trong bê tông chất lượng cao”. Mã số : B2004-34-54
Cơ quan thực hiện : Trường Đại học Xây dựng Chủ nhiệm đề tài : GVC.TS Bùi Danh Đại Hà Nội_T10/2005.
2. Công nghệ bê tông _ NXB.Xõy dựng_2004 ( 516 trang ) Tác giả : PGS.TSKH. Bạch Đỡnh Thiờn
TS. Trần Ngọc Tính Bazhenov IU.M
3. Thiết bị nhiệt trong sản xuất vật liệu xây dựng_NXB.KHKT_1996 ( 363 trang )
Tác giả : GVC.KS. Nguyễn Kim Huân GVC.PTS.Bạch Đỡnh Thiờn