Phụ gia trợ nghiền là cỏc chất được thờm vào trong quỏ trỡnh nghiền xi măng hoặc nghiền nguyờn liệu sản xuất cliker nhằm mục đớch tăng khả năng nghiền
Kớ hiệu Thành phần hoỏ học ZEE – MILL Can xi Sunfuanỏtộp Vinsol Resin Vinsol NVX Nhựa thụng Cem – Beads Bồ hóng Tri phốt phỏt can xi Ca3(PO4)2
Redoil Hỗn hợp axớt bộo Amina xờtỏt Etylenikol Prụpylnicụn
của mỏy nghiền từ đú làm tăng năng suất. Cú nhiều cỏc loại phụ gia khỏc nhau tuỳ theo tớnh chất người ta phõn thành:
- Phụ gia thuỷ hoạt tớnh: là cỏc chất cú trong thiờn nhiờn hay cỏc sản phẩm cụng nghiệp của cỏc nghành cụng nghiệp khỏc. Trong cỏc phụ gia này cú chứa cỏc oxyt hoạt tớnh cú khả năng phản ứng với cỏc khoỏng cú trong clinker tạo thành cỏc khoỏng bền vững với nước. Phụ gia hoạt tớnh thờm vào để tạo ra cỏc loại xi măng cú tớnh chất khỏc nhau. ở nước ta hay dựng là xỉ nhiệt điện, đỏ bọt bazan ở miền trung, puzolan...
- Phụ gia trơ: Chủ yếu cú tỏc dụng làm tăng sản lượng của xi măng mà ít ảnh hưởng đến chất lượng của xi măng. Cỏc phụ gia trơ thường dựng là đỏ vụi, đỏ bazan, cỏt...
- Phụ gia cụng nghệ: đõy là loại phụ gia cú hàm lượng thờm vào rất nhỏ so với cỏc phụ gia trờn nhưng nú gúp phần rất lớn vào quỏ trỡnh nghiền, đúng bao và tăng thời gian bảo quản của xi măng.
PHẦN II CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA NGHIấN CỨU I. Cơ chế trợ nghiền của phụ gia trợ nghiền bảo quản.
Khi nghiền xi măng mặc dự vật liệu đưa vào nghiền nh clinker, cỏc phụ gia đó được sấy khụ nhưng hàm ẩm cũn tớch luỹ sõu bờn trong vật liệu. Trong quỏ trỡnh nghiền do sự va đập, chà sỏt, hệ phõn tỏn xuất hiện lực hút tớch điện. Trong quỏ trỡnh nghiền hơi nước vẫn tiếp tục bay ra và duy trỡ một khối lượng khụng đổi trong mỏy nghiền. Cỏc hạt khi được nghiền nhỏ một phần sẽ mang điện tớch dương, phần cũn lại mang điện tớch õm, nh vậy hai hạt mang điện tớch trỏi dấu sẽ hút nhau. Bờn cạnh đú cỏc hạt cũn cú điều kiện hút ẩm trở lại hỡnh thành nờn lực mao quản bỏm dớnh vào nhau, vào bi đạn tấm lút, thành vỏch mỏy nghiền. Theo thuyết cỏc vật thể nghiền cựng va đập với nhịp xung, vật liệu nghiền sẽ bị ép vào bề mặt sần sựi của bi đạn đú cũng là một nguyờn nhõn gõy nờn hiện tượng bỏm dớnh của vật liệu nghiền trong mỏy nghiền. Khi cỏc vật liệu nghiền bỏm dớnh vào nhau, vào bi đạn thành vỏch mỏy nghiền sẽ làm cản trở quỏ trỡnh
nghiền cỏc hạt tiếp theo dẫn đến năng suất mỏy nghiền bị giảm, cú khi cũn xảy ra sự cố cho mỏy nghiền.
Khi gia cụng vật liệu rắn bề mặt riờng của hệ cú quan hệ tỷ lệ với năng lượng tự do bề mặt theo phương trỡnh: E = S.σ Trong đú E: Năng lượng tự do bề mặt (J) (J) S: Tổng diện tớch bề mặt riờng (m (m2) σ : Sức căng bề mặt. (N/m2)
Vỡ quỏ trỡnh nghiền xi măng làm tăng năng lượng tự do bề mặt, nờn cỏc hạt được tạo ra cú xu hướng bỏm dớnh vào nhau và kết tụ lại, bỏm dớnh vào bi đạn, tấm lút trong mỏy nghiền nhằm mục đớch làm cho năng lượng bề mặt nhỏ nhất. Từ đú dẫn tới cản trở việc nghiền cỏc hạt tiếp theo làm cho quỏ trỡnh nghiền gặp nhiều khú khăn hơn.
* Bản chất của chất trợ nghiền
Cỏc chất hoạt động bề mặt mạnh, chỳng cú khả năng hấp phụ rất tốt lờn bề mặt cỏc hạt vật liệu làm cho sức căng bề mặt của vật liệu nghiền giảm. Trong khi tổng diện tớch bề mặt riờng khụng đổi do đú năng lượng tự do bề mặt sẽ giảm làm cho cỏc hạt tơi, rời, trơn trượt lờn nhau, hệ trở thành linh động hơn việc nghiền cỏc hạt tiếp theo dễ dàng hơn từ đú nõng cao hiệu quả nghiền.
Màng ngăn
Hạt liệu
Sơ đồ mụ tả sự hấp phụ của chất trợ nghiền lờn hạt liệu
Trong quỏ trỡnh nghiền cỏc hạt rắn luụn tồn tại cỏc vi nứt khụng liờn tục, hạt chỉ vỡ khi cú một lực va đập đủ lớn. Cỏc khoỏng trong cliker xi măng thường là cỏc khoỏng cú mang điện tớch dương trong khi cỏc chất trợ nghiền lại thường mang điện tớch õm . Vỡ vậy khi chất trợ nghiền hấp phụ vào bề mặt cỏc hạt cliker thỡ chỳng khụng chỉ bao bọc thành màng mỏng xung quanh hạt mà nú cũn cú khả năng xõm nhập sõu vào trong cỏc vết vi nứt của hạt vật liệuvà hấp phụ lờn thành vỏch vết vi nứt đú làm giảm lực tương tỏc giữa hai thành vỏch đồng thời hai thành vỏch vết nứt tớch điện cựng dấu sẽ đẩy nhau, tạo nờn lực chẻ làm giảm độ cứng của hạt liệu do đú hạt dễ vỡ hơn, làm cho năng suất mỏy nghiền tăng lờn.
Vi nứt Hạt liệu Màng ngăn
Sơ đồ mụ tả sự phấp phụ của chất trợ nghiền trong cỏc vi nứt
II. Cơ chế bảo quản của phụ gia trợ nghền bảo quản
Khi hấp phụ, phần ưa nước của phõn tử phụ gia sẽ bỏm vào bề mặt hạt xi măng, phần kỵ nước thường hướng ra ngoài. Do đú hạt xi măng sẽ được phần kỵ nước bao bọc hướng ra ngoài, chớnh sự ngăn chặn của màng kỵ nước này và sự trung hoà làm giảm ỏp lực hyđrat của lớp bề mặt hạt làm cho tớnh hỏo nước của hạt xi măng yếu đi, đú chớnh là cơ chế tỏc dụng kỵ ẩm của phụ gia trợ nghiền kỵ ẩm đối với xi măng.
Cỏc chất trợ nghiền hay được sử dung hiện nay là: trietanolamin(TEA), dầu thực vật và một số axits bộo ...
Trong thực tế sản xuất cụng nghiệp người ta thường sử dụng hỗn hợp của cỏc chất trờn với cỏc chất hoạt động bề mặt khỏc.
Hiệu quả hoạt động bề mặt của chất hoạt động bề mặt cú cỏc nhúm chức được sắp xếp theo thứ tự sau:
- NH2 > - SO3H > - COOH.
III. Chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hoỏ học khi hoà tan trong một chất lỏng hay hấp thụ vào bề mặt rắn sẽ làm giảm sức căng bề mặt hoặc lực căng ở bề mặt tiếp xỳc của chất lỏng hay vật liệu rắn đú.
Chất hoạt động bề mặt cú phõn tử gồm hai phần: Phần phõn cực và phần
khụng phõn cực thường là cỏc hyđụcacbon chuỗi dài từ 14 đến 20 nguyờn tử cỏc bon ( nhúm kị nước ).
III.1 Chất hoạt động bề mặt anion
Chất hoạt động bề mặt anion là những chất hoạt động bề mặt khi được hoà tan trong nước thỡ cung cấp những ion mang điện tớch õm và những ion này là nguyờn nhõn gõy ra hoạt tớnh bề mặt, bao gồm:
- Cỏc muối của những axit bộo, gọi chung là xà phũng nh muối kiềm của axit bộo, muối kim loại của axit bộo, muối gốc hữu cơ của axit bộo.
- Cỏc muối sulfat của những axit bộo: Đõy là những chất hoạt động bề mặt đó được sử dụng từ lõu và được dựng rộng rói để làm gốc chế tạo cỏc loại nước gội đầu,, cỏc chất tẩy rửa.
- Cỏc dẫn xuất sulfonat: nh cỏc chất sulfonat của dầu hoả, cỏc chất lignosulfonat, cỏc chất alkylarylsulfonat.
- Cỏc chất hữu cơ cú photpho: Cụng thức của những chất này hiện nay cú nhiều ứng dụng trong cụng nghiệp. Cỏc loại alkyl phốt phỏt là những chất được ứng dụng nhiều nhất làm chất nhũ hoỏ.
III.2 Chất hoạt động bề mặt cation
Chất hoạt động bề mặt cation là những chất hoạt động bề mặt tự ion hoỏ khi pha trong nước để cung cấp những ion hữu cơ mang điện tớch dương và gõy ra hoạt tớnh bề mặt.
Tuy chất hoạt động bề mặt cation đó được điều chế từ lõu nhưng chỉ mới phỏt triển mạnh từ sau chiến tranh thế giới lần hai. Ngày nay chỳng được phỏt triển mạnh trong nhiều lĩnh vực nh chống ăn mũn, tỏc nhõn chuyển quặng, dựng làm chất nhũ hoỏ nhưng nhất là chất làm mềm vải sợi. Lĩnh vực sử dụng của chỳng đặc biệt là trờn cỏc cơ cấu mang điện tớch õm. Ngoài một gốc hidrụcỏcbon phần lớn cỏc phõn tử này chứa một nguyờn tử chất đạm nitơ mang điện tớch dương, cú
thể là những chất hữu cơ hoặc là mạch hở hoặc là những chu kỳ phức tạp. Sự khỏc biệt này thường dựng để làm một chỉ tiờu phõn loại bao gồm:
- Cỏc muối alkylamin: Cỏc chất hoạt động bề mặt này được sử dụng nhiều nhất để làm mềm sợi vải.
- Cỏc muối amụni bậc 4 alkyl: Cỏc phõn tử loại này cú khả năng diệt khuẩn rất cao, vi vậy một số được dựng làm chất sỏt trựng .
- Cỏc muối amụni bậc 4 cú chu kỳ phức tạp: Ví dụ setylpyridin bromua và setylpyridinclorua.
- Cỏc amin oxyt: Mặc dự là những chất hoạt động bề mặt cation, cỏc chất này ở giới hạn của những chất khụng mang điện, vỡ vậy cú thể giống với số chất hoạt động bề mặt anion. Cỏc chất dẫn xuất của hoỏ dầu : Người ta phõn loại cỏc chất dẩn xuất của hoỏ dầu ngược lại với bốn nhúm trờn, ở đõy vẫn là những chất amin và muối amoni bậc 4.
- Cỏc chất dẫn xuất khụng cú đạm: Đõy là những phõn tử cú hoặc là một nguyờn tử lư huỳnh hoặc là một nguyờn tử phốt pho mang điện tớch dương.
III.3 Cỏc chất hoạt động bề mặt lưỡng tớnh
Cỏc hợp chất này cũng tương tự nh cỏc oxyt vừa cú hiệu ứng kiềm vừa cú hiệu ứng toan. Đõy là những chất hoạt động bề mặt cú hai hoặc nhiều nhúm chức năng và tuỳ theo những điều kiện của dung mụi cú thể ion hoỏ trong dung dịch nước và trao cho hợp chất hoặc tớnh chất anion hoặc tớnh chất cation. Ngoài những chất được tổng hợp băng phương phỏp hoỏ học trong nhúm này cũn cú cỏc axit amin trong cỏc protein thực vật hay động vật bao gồm: Cỏc dẫn xuất từ betan, cỏc dẫn xuất từ imidazolin, cỏc dẫn xuất của axit amin.
III.4 Cỏc chất hoạt động bề mặt khụng ion
Cỏc chất này cú thể hoà tan được vào trong nước do trong thành phần của chỳng cú những nhúm hoạt động rất hỏo nước, ở bất cứ pH nào chỳng đều cú thể tỏc dụng với cỏc chất hoạt động bề mặt ion. Cú thể phõn chỳng theo kiểu liờn
hệ giữa cỏc nhúm hỏo dầu và hỏo nước. Chỳng cú những kiểu liờn hệ sau: Liờn hệ kiểu este, liờu hệ kiểu ete,liờn hệ kiểu amit...Ngoài ra cũn cú một số chất hoạt động bề mặt khụng ion nữa nh nhựa đa phõn tử alkylen oxyt, polyoxyetylen.
IV. Nguyờn liệu thử nghiệm và điều kiện nghiờn cứuIV.1. Nguyờn liệu thử nghiệm IV.1. Nguyờn liệu thử nghiệm
IV.1. Phối liệu
Đỏ vụi, đỏ bazan, thạch cao, clinker là những nguyờn liệu dựng làm phối liệu để chạy mỏy nghiền thớ nghiệm.
- Đỏ vụi đó được gia cụng sơ bộ đến cỡ hạt ≤ 10mm. - Đỏ bazan được gia cụng sơ bộ đến cỡ hạt ≤ 5mm. - Thạch cao gia cụng sơ bộ đến cỡ hạt ≤ 5mm. - Clinker vờ viờn cú đường kớnh ≤ 5mm.
IV.1.2. Phụ gia thớ nghiệm tớnh năng trợ nghiền
Cỏc chất được đưa vào làm thớ nghiệm tớnh năng trợ nghiền: Trietanolamin (TEA), đietylenglycol (DEG), fờcrụnilin (FCL), dịch Việt trỡ, nước. Cỏc hoỏ chất trờn đều là cỏc chất hoạt động bề mặt được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định làm thành chất cú tớnh năng trợ nghiền.
IV.2. Điều kiện nghiờn cứu
Mỏy nghiền, sàng sử dụng để nghiờn cứu
- Mỏy nghiền dựng mỏy nghiền bi hai ngăn loại 5kg/mẻ.
- Sàng tiờu chuẩn số 09 và 008. Sàng số 09 để sàng sơ bộ mẫu khi ra khỏi mỏy nghiền. Sàng 008 dựng để xỏc điịnh độ mịn của mẫu xi măng.
*Pha phối liệu chạy thử chất trợ nghiền
Đỏ bazan 3,45%
Đỏ vụi 3,45%
Thạch cao 4,6%
Với mỏy nghiền cú năng suất 5kg (nh ở phũng thớ nghiệm) thỡ khối lượng phối liệu cần cho vào nh sau:
Đỏ bazan 17,52g
Đỏ vụi 17,52g
Thạch cao 23g
Cliker 442,5g
Sau khi cõn đủ trộn đều cho vào mỏy nghiền. Mỏy nghiền cú hai ngăn một ngăn là mẫu cú chất trợ nghiền và một ngăn là mẫu đối chứng, nờn cần cõn phối liệu vào mỗi bờn là 5kg rồi dựng lọ phun đều chất trợ nghiền vào ngăn mẫu theo dạng mự. Cũn một ngăn thỡ khụng phun sau đú cho chạy mỏy nghiền trong vũng 30 phút (Bấm chớnh xỏc bằng đồng hồ bấm giõy). Sau đú thay tấm chắn bằng loại cú lỗ rồi chạy tiếp mỏy trong khoảng 7 phút, rồi lấy mẫu và mẫu đối chứng cho vào túi rồi ghi nhón, để đem đi đo độ linh động, độ kị ẩm, độ hút nước của chỳng
PHẦN III
PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
Hiệu quả của chất trợ nghiền bảo quản được đỏnh giỏ thụng qua một số chỉ tiờu nh: Hiệu quả nghiền qua sàng, cỏc chỉ số về độ linh động độ hút ẩm, độ kỵ nước cỏc tớnh chất cơ lý và độ giảm chất lượng xi măng trong khi bảo quản.
I.1. Phương phỏp đỏnh giỏ hiệu quả trợ nghiền I.1.1 Đỏnh giỏ dựa trờn kớch thước hạt I.1.1 Đỏnh giỏ dựa trờn kớch thước hạt
Hiệu quả trợ nghiền theo kớch thước hạt được đỏnh giỏ dựa trờn cụng thức: i = h h D d Trong đú:
i Hiệu quả trợ nghiền
dh Đường kớnh hạt trung bỡnh sau khi đó nghiền mịn
Dh Đường kớnh hạt trung bỡnh của vật liệu trước khi nghiền.
Đỏnh giỏ theo phương phỏp trờn kết quả sẽ khụng được chớnh xỏc bởi đường kớnh hạt vật liệu ban đầu xỏc định khụng được chớnh xỏc do đú phương phỏp này ít được dựng để đỏnh giỏ.
I.1.2 Đỏnh giỏ dựa trờn thời gian nghiền
Xột quỏ trỡnh nghiền cú mẫu đối chứng và quỏ trỡnh nghiền cú pha thờm chất trợ nghiền. Nghiền trờn mỏy nghiền hai ngăn khi độ mịn của cả hai mẫu trờn sàng R008 là nh nhau khi đú ta sẽ so sỏnh thời gian nghiền của hai quỏ trỡnh và hiệu quả nghiền sẽ được tớnh qua cụng thức:
i = 100 0 0 T T T − c Trong đú:
T0 Thời gian nghiền của mẫu đối chứng
Tc Thời gian nghiền của mẫu cú phụ gia trợ nghiền.
Đõy là phương phỏp cho kết quả rất chớnh xỏc bởi vỡ phương phỏp này xỏc định thời gian rất chớnh xỏc, nờn kết quả hiệu quả trợ nghiền là chớnh xỏc.
I.1.3 Đỏnh giỏ dựa trờn độ mịn của xi măng.
Cũng xột quỏ trỡnh nghiền cú mẫu đối chứng và quỏ trỡnh nghiền cú pha thờm chất trợ nghiền trờn mỏy nghiền hai ngăn, tuy nhiờn ta nghiền trong cựng một thời gian T và đem ra sàng trờn sàng N008 rồi so sỏnh lượng cũn lại trờn sàng của hai mẫu.
Hiệu quả trợ nghiền được sẽ được tớnh theo cụng thức: i = dc tn dc m m m − 100 Trong đú:
i: Hiệu quả trợ nghiền
mdc: Lượng cũn lại trờn sàng N008 của mẫu đối chứng
mtn : Lượng cũn lại trờn sàng N008 của mẫu sử dụng trợ nghiền. Khi đỏnh giỏ hiệu quả trợ nghiền cú mầu đối chứng và mẫu trợ nghiền thỡ hệ số i càng lớn thỡ hiệu quả nghiền càng tốt. Ngược lại khi đỏnh giỏ độ nghiền mịn mà chỉ dựng một mẫu khụng cú đối chứng thỡ hệ số i càng nhỏ thỡ hiệu quả trợ nghiền càng tốt.
II. Phương phỏp đỏnh giỏ tớnh bảo quản
II.1. Đỏnh giỏ độ kỵ nước của xi măng khi dựng chất trợ nghiền bảo quản
Độ kị nước của xi măng khi dựng chất trợ nghiền bảo quản được xỏc định nh sau:
Mẫu xi măng đem sấy khụ ở nhiệt độ 1050C trong 3 giờ và được để nguội trong bỡnh hút ẩm. Sau đú cho vào đĩa, dựng đũa thuỷ tinh gạt phẳng bề mặt (khụng nột ép mẫu). Dựng đồng hồ bấm giõy xỏc địng chớnh xỏc thời gian từ lỳc giọt nước rơi xuống chạm vào bề mặt xi măng cho tới lỳc thấm khụ giọt nước
được nhỏ xuống từ buret cỏch đĩa xi măng một khoảng cỏch nhất định. Đo nhiều lần nh vậy và lấy kết quả trung bỡnh.
II.2. Đỏnh giỏ mức độ hút ẩm của xi măng dựng trợ nghiền bảo quản.
Để đỏnh giỏ mức độ hút ẩm của xi măng ta xỏc định nh sau:
Lấy hai mẫu xi măng một là đối chứng mẫu cũn lại là mẫu cú sử dụng chất trợ