Tài liệu Nghiên cứu quan hệ giữa kích thước vật liệu đầu vào và phân bổ kích thước đầu ra khi nghiền xi măng pooclăng hỗn hợp trong máy nghiền bi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu quan hệ giữa kích thước vật liệu đầu vào và phân bố kích thước đầu ra khi nghiền xi măng pooclăng hỗn hợp trong máy nghiền bi NGUYỄN CHÍ THỨC [email protected] Ngành Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS. Tạ Ngọc Dũng Bộ môn: CNVL Silicat Viện: Kỹ thuật hóa học HÀ NỘI - 2019 Chữ ký của GVHD LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Tạ Ngọc Dũng. Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Học viên Nguyễn Chí Thức LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS Tạ Ngọc Dũng người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Với những lời chỉ dẫn, những tài liệu, sự tận tình hướng dẫn và những lời động viên của thầy đã giúp tôi vượt qua nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xin cám ơn Ban lãnh đạo, các đồng nghiệp phòng Thí nghiệm - Công ty Cổ phần xi măng Bỉm Sơn đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi được học tập và nghiên cứu hoàn thiện đề tài. Tôi cũng xin cám ơn quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ vật liệu Silicat – Viện Kỹ thuật hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nôi đã tạo điều kiện, giúp đỡ, truyền dạy những kiến thức quý báu, những kiến thức này rất hữu ích và giúp tôi nhiều khi thực hiện nghiên cứu. Mặc dù đã nỗ lực hết mình nhưng luận văn của tôi không thể tránh khỏi những thiếu sót do sự hạn chế về thời gian và kinh nghiệm. Vì thế tôi mong được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô để đồ án tốt nghiệp của tôi có thể hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cám ơn. Học viên Nguyễn Chí Thức Trang 1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT HVĐT (SEM): Hiển vi điện tử XRD: Nhiễu xạ tia X MKN: Mất khi nung TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam PLC: Xi măng Pooc lăng đá vôi XMPL: Xi măng Pooc lăng T.Cao: Thạch cao ĐV: Đá vôi Trang 2 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ...................................................................... 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... 5 CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................... 8 TỔNG QUAN.................................................................................................................. 8 1.1. Khái niệm: ................................................................................................................ 8 1.2. Các định luật nghiền: ................................................................................................ 8 1.3. Đánh giá ảnh hưởng thành phần hạt đến hoạt tính của xi măng[10]. ..................... 15 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến máy nghiền bi. ............................................................. 17 1.5. Quá trình hydrat và đóng rắn của xi măng Poóc lăng: ........................................... 22 1.5.1. Các phản ứng hydrat hoá của các khoáng clinker xi măng Pooc lăng ................ 22 1.5.2. Sự hydrat hoá xi măng Pooc lăng: ....................................................................... 28 1.5.3. Quá trình đóng rắn của xi măng Pooclăng: ......................................................... 29 1.6. Phụ gia xi măng ...................................................................................................... 30 1.6.1. Khái niệm: ........................................................................................................... 30 1.6.2. Phân loại phụ gia xi măng: .................................................................................. 31 1.7. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước: .................................................. 45 1.7.1. Tình hình nghiên cứu trong nước: ....................................................................... 45 1.7.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế: ............................................................................. 46 CHƯƠNG 2 ................................................................................................................... 50 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 50 2.1. Mục tiêu: ................................................................................................................. 50 2.2. Nội dung: ................................................................................................................ 50 2.3. Các phương pháp nghiên cứu: ................................................................................ 51 2.3.1. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm: ........................................................................... 51 2.3.2. Các phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 52 2.3.2.1. Phân tích tính chất của nguyên liệu: ................................................................. 52 2.3.2.2. Phương pháp xác định thành phần hạt: ............................................................ 52 2.3.2.3. Phương pháp xác định nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết và độ ổn định thể tích: ................................................................................................................................ 52 Trang 3 2.3.2.4. Phương pháp xác định cường độ nén mẫu: ...................................................... 54 2.4. Nguyên liệu và chuẩn bị mẫu nghiên cứu .............................................................. 55 2.4.1 Clinker: ................................................................................................................. 55 2.4.2. Đá vôi: ................................................................................................................. 56 2.4.3. Thạch cao: ........................................................................................................... 56 2.5.4. Hoá chất, thiết bị sử dụng trong nghiên cứu: ...................................................... 56 2.5.5. Thiết kế bảng cấp phối thực nghiệm: .................................................................. 57 CHƯƠNG 3 ................................................................................................................... 58 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ....................................................... 58 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng giữa kích thước vật liệu đầu vào và phân bố kích thước đầu ra khi nghiền xi măng pooclăng hỗn hợp trong máy nghiền bi. ............................. 58 3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng đến phân bố cỡ hạt: ........................................................ 58 3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng đến độ mịn sót sàng 45m: ........................................... 59 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng giữa kích phân bố kích thước đầu ra tới các tính chất cơ lý của xi măng. .................................................................................................................. 62 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng đến nước tiêu chuẩn:...................................................... 62 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng đến thời gian đông kết ................................................... 63 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng đến độ ổn định thể tích xi măng: ................................... 65 3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng đến cường độ nén: ......................................................... 66 3.3. Kết quả nghiên cứu thành phần hóa phần xi măng sót sàng 45 m. ...................... 70 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 72 KÍNH NGHỊ .................................................................................................................. 73 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 77 Trang 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cơ chế phá hủy vật liệu ……………………………………………………13 Hình 1.2: Sự thay đổi tốc độ và mức độ hydrat hoá của tinh thể C3S nghiền mịn…...23 Hình 1.3: Các tinh thể hydro canxi silicat tạo thành trên bề mặt của các hạt C3S ...... 24 Hình 1.4: Mỏ khai thác thạch cao .................................................................................. 37 Hình 1.5: Mối liên hệ pha giữa hydroxit –AFm và monosulfoaluminate ở 25°C ......... 44 Hình 1.6: Độ thấm hút sunphat của C-S-H.................................................................... 45 Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm ...................................................................... 51 Hình 3.1: Phân bố cỡ hạt của các mẫu xi măng sau khi nghiền. ...................................58 Hình 3.2: Ảnh hưởng kích thước hạt đầu vào tới độ mịn sót sàng ................................ 59 Hình 3.3: Ảnh hưởng cỡ hạt đầu vào đến thời gian nghiền ..........................................60 Hình 3.4: Ảnh hưởng độ mịn sót sàng và thời gian nghiền khi giữ kích thước hạt đá vôi và thay đổi kích thước hạt clinker ...........................................................................61 Hình 3.5: Ảnh hưởng độ mịn sót sàng và thời gian nghiền khi khi giữ kích thước hạt clinker và thay đổi kích thước hạt đá vôi ......................................................................62 Hình 3.6: Ảnh hưởng nước tiêu chuẩn tới độ mịn sót sàng ..........................................63 Hình 3.7: Ảnh hưởng độ mịn sót sàng và thời gian đông kết khi thay đổi kích thước hạt đầu vào. .......................................................................................................................... 64 Hình 3.8: Ảnh hưởng độ mịn sót sàng và độ ổn định thể tích khi thay đổi kích thước hạt đầu vào. ....................................................................................................................66 Hình 3.9: Ảnh hưởng độ mịn sót sàng và cường độ 1 ngày khi thay đổi kích thước hạt đầu vào. .......................................................................................................................... 67 Hình 3.10: Ảnh hưởng độ mịn sót sàng và cường độ 3 ngày khi thay đổi kích thước hạt đầu vào. .......................................................................................................................... 68 Hình 3.11: Ảnh hưởng độ mịn sót sàng và cường độ 7 ngày khi thay đổi kích thước hạt đầu vào. .......................................................................................................................... 69 Hình 3.12: Ảnh hưởng độ mịn sót sàng và cường độ 28 ngày khi thay đổi kích thước hạt đầu vào. ....................................................................................................................70 Trang 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Cường độ xi măng phụ thuộc độ mịn ........................................................... 15 Bảng 1.2: Ảnh hưởng của thành phần hạt và tỷ diện đến cường độ XM ...................... 16 Bảng 1.3. Hệ số độ nghiền a.......................................................................................... 20 Bảng 1.4. ảnh hưởng C2S trong clinker. ....................................................................... 20 Bảng 1.5. Hệ số hiệu chỉnh độ mịn. .............................................................................. 20 Bảng 1.6: Hệ số tính đến ảnh hưởng của loại máy nghiền ............................................ 20 Bảng 1.7: Độ sâu hydrat hoá các khoáng clinker theo thời gian (m ) [7] ................... 30 Bảng 1.8: Phân loại phụ gia hoạt tính . ......................................................................... 32 Bảng 1.9: Phân loại tro bay theo TCVN 10302:2014 ................................................... 33 Bảng 2.1: Thành phần khoáng hoá của Clinker ........................................................... 55 Bảng 2.2: Thành phần hoá của đá vôi. .......................................................................... 56 Bảng 2.3: Thành phần hoá của thạch cao. ..................................................................... 56 Bảng 2.4: Cấp phối và tỷ lệ kích thước hạt đầu vào. .................................................... 57 Bảng 3.1: Dải hạt của xi măng sau nghiền, % .............................................................. 58 Bảng 3.2: Kết quả xác định độ mịn sót sàng R0045 ..................................................... 59 Bảng 3.3: Kết quả thực nghiệm đo thời gian nghiền của xi măng. ............................... 60 Bảng 3.4: Kết quả thực nghiệm đo độ mịn sót sàng và thời gian nghiền của xi măng . 61 Bảng 3.5: Kết quả xác định độ mịn sót sàng R0045, lượng nước tiêu chuẩn. .............. 63 Bảng 3.6: Kết quả thực nghiệm đo độ mịn sót sàng và thời gian đông kết. ................. 64 Bảng 3.7: Kết quả thực nghiệm đo độ ổn định thể tích của xi măng. ........................... 65 Bảng 3.8: Cường độ nén xi măng (01 ngày tuổi). ......................................................... 66 Bảng 3.9: Cường độ nén xi măng (03 ngày tuổi). ......................................................... 67 Bảng 3.10: Cường độ nén xi măng (07 ngày tuổi). ....................................................... 68 Bảng 3.11: Cường độ nén xi măng (28 ngày tuổi). ....................................................... 69 Bảng 3.12: Thành phần hóa mẫu clinker, xi măng sau nghiền, các mẫu sót sàng 45m ....................................................................................................................................... 70 Trang 6 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế đất nước là sự phát triển của đầu tư hạ tầng cơ sở, xây dựng nhà xưởng công nghiệp, nhà ở … trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đòi hỏi một sự đáp ứng lớn về số lượng chủng loại và chất lượng vật liệu xây dựng. Theo kết quả khảo sát mới gần đây Việt Nam trở thành một trong những nước có ngành công nghiệp xi măng đứng thứ tư trên thế giới trong năm 2019, tiêu thụ sản phẩm xi măng tại thị trường nội địa vẫn đạt khoảng 69 ÷ 70 triệu tấn. Xuất khẩu sản phẩm xi măng có thể đạt sản lượng 25 triệu tấn, cả tiêu thụ trong nước và xuất khẩu đạt 95 triệu tấn. Việc nghiên cứu nâng cao chất lượng xi măng cho phép tiết kiệm tài nguyên, giảm thời gian thi công, hạ giá thành sản phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước cũng như tăng cường khả năng cạnh tranh của xi măng Việt Nam trên thế giới. Các nghiên cứu đã chỉ ra kích thước hạt ảnh hưởng lớn các tính chất của xi măng, phân bố kích thước hạt phù hợp sẽ nâng cao chất lượng xi măng. Nhiều mẫu xi măng tại các cơ sở sản xuất cho thấy: Kích thước nguyên liệu đầu vào máy nghiền khác nhau ảnh hưởng tới năng suất nghiền và chất lượng sản phẩm khác nhau. Điển hình là sản phẩm đầu racó độ mịn xác định qua sàng 0,09 mm tương tự như nhau và đều phù hợp với quy định của TCVN 6260:2009 (≤ 10%), nhưng tỷ diện của chúng thay đổi (từ 3200–4200 cm2/g) hay cùng một tỷ diện nhưng cấp phối hạt hoàn toàn khác nhau cho thời gian đông kết và cường độ xi măng cũng khác nhau đáng kể. Xuất phát từ những ý nghĩa mang tính thiết yếu và nhu cầu đó em đã nghiên cứu và lựa chọn đề tài “Nghiên cứu quan hệ giữa kích thước vật liệu đầu vào và phân bố kích thước vật liệu đầu ra trong máy nghiền bi”. Kết quả đề tài sẽ có ý nghĩa đối với Công ty cổ phần xi măng Bỉm Sơn trong việc ứng dụng kích thước nguyên liệu đầu vào máy nghiền hợp lý để tiêu hao năng lượng ít nhất nhưng thu được sản phẩm có chất lượng cao khi sản xuất xi măng PCB của Công ty. Trang 7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Khái niệm: Xi măng poóc lăng (OPC) là chất kết dính thủy, được chế tạo bằng cách nghiền mịn clinker xi măng poóc lăng với một lượng thạch cao cần thiết. Trong quá trình nghiền có thể sử dụng phụ gia công nghệ nhưng không quá 1 % so với khối lượng clinker [21]. Xi măng poóc lăng hỗn hợp (PCB) thông dụng là chất kết dính thủy, được sản xuất bằng cách nghiền mịn hỗp hợp clinker xi măng poóc lăng với một lượng thạch cao cần thiết và các phụ gia khoáng, có thể sử dụng phụ gia công nghệ (nếu cần) trong quá trình nghiền hoặc bằng cách trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng poóc lăng [20]. Tổng lượng các phụ gia khoáng (không kể thạch cao) trong xi măng poóc lăng hỗn hợp, tính theo khối lượng xi măng, không lớn hơn 40 %, trong đó phụ gia đầy không quá 20 %. Clinker xi măng Pooc lăng là sản phẩm nung đến kết khối hỗn hợp phối liệu có đủ thành phần cần thiết để tạo thành khoáng silicat canxi độ bazơ cao. Thành phần của clinker xi măng Pooc lăng gồm 4 khoáng chính: tricanxi silicat (C3S), dicanxi silicat (C2S), tricanxi aluminat (C3A) và tetracanxi alumoferit (C4AF). Trong thực tế, các khoáng này không nằm ở dạng tinh khiết mà thường chứa các tạp chất ở dạng dung dịch rắn. Thông thường, hàm lượng của 4 khoáng chính trong clinker XMPL như sau: C3S = 4570%, C2S = 1530%, C3A = 515% và C4AF = 1018% [1]. Ngoài ra, trong clinker còn chứa một lượng nhỏ CaOtd, MgOtd (tinh thể periclaz) và các khoáng chứa kiềm v.v.. 1.2. Các định luật nghiền: Xuất phát từ các công trình nghiên cứu của A.Ph.Iophphe, P.A.Rebinder và I.A.Phrenkel, xác nhận: đặc điểm cấu trúc của bất kỳ vật thể rắn nào cũng đều tồn tại các khuyết tật nhỏ. Các khuyết tật này có phân bố thống kê theo chiều dày của vật thể, đồng thời chúng thể hiện cục bộ ra bề mặt ngoài. Chính vì có đặc điểm như vậy mà độ Trang 8 bền (khả năng chống lại sự phá vỡ) bị giảm khoảng 100÷1000 lần so với độ bền của vật rắn thực có cấu trúc bị phá hủy. Do đó có hai khái niệm độ bền cùng tồn tại: độ bền phân hủy và độ bền kỹ thuật. Quá trình biến dạng của vật thể rắn được xảy ra với sự gia tăng các phần tử hiện có và số lượng các khuyết tật. Khi quy mô các khuyết tật được gia tăng vượt quá giới hạn, cùng với điều đó, là sự phát triển nhanh theo chiều dài vết nứt làm vật thể bị phá vỡ. Rõ ràng là có hai dạng năng lượng đóng vai trò trong quá trình phá hủy vật thể rắn: năng lượng tích tụ của các biến dạng đàn hồi và năng lượng tự do. Tuy nhiên nhiều công trình nghiên cứu đã chứng tỏ vai trò của năng lượng bề mặt trong quá trình nghiền thực ra không đáng kể, điều đó có nghĩa là phương pháp xác định giá trị năng lượng cho vật thể cứng vẫn chưa có. Khi có tải trọng tuần hoàn với mỗi chu kỳ tiếp theo thì số lượng các vết nứt trong vật thể gia tăng và độ bền của vật thể giảm xuống. Sự xuất hiện các vết nứt tế vi trong cấu trúc vật liệu sẽ làm giảm lực liên kết phân tử, làm giảm độ bền một cách đột ngột. Hiện tượng này đã được Rebinder phát hiện và đặt tên là “hiệu ứng Rebinder”. Khái niệm chung về cơ học phá hủy nguyên liệu hạt được gọi là cơ sở quá trình động lực học nghiền. Cơ chế phá vỡ hạt có dạng cơ chế phá hủy bằng nén ép và quá trình diễn ra theo sơ đồ phá hủy dòn, nghĩa là không có quá trình biến dạng dẻo rõ rệt. Cùng với quy luật phân bố các phần tử sản phẩm nghiền theo các kích thước của chúng thì lý thuyết nghiền còn nghiên cứu sự phụ thuộc hàm số giữa chi phí năng lượng đến quá trình nghiền vỡ vật liệu và mức độ nghiền. Năng lượng cần để nghiền vỡ vật thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích thước, hình dạng hạt, dải hạt, độ bền, độ dòn, sự đồng nhất, độ ẩm, hình dạng và trạng thái bề mặt làm việc của máy nghiền… Do vậy việc xác lập quan hệ giữa năng lượng để nghiền và các tính chất cơ lý của vật nghiền rất khó khăn. Hiện nay tồn tại các giả thuyết nghiền sau (được coi là các định luật nghiền) Thuyết bề mặt Thuyết này do Rittinger đề xuất năm 1867, được phát biểu như sau: “công tiêu hao để nghiền vật liệu tỷ lệ với diện tích bề mặt mới tạo ra trong quá trình nghiền”. Trang 9 As=f(S)=K.S [1] Trong đó As là công chi phí để nghiền vỡ vật thể, tạo thành bề mặt mới K là hệ số tỷ lệ S là diện tích bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng bề mặt riêng) Thuyết thể tích Thuyết này do Kirpitrev đề xuất năm 1874 và được Kich kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy đập búa năm 1885. Nội dung cơ bản của thuyết : “công cần thiết để nghiền vật liệu tỷ lệ thuận với mức độ biến thiên thể tích của vật liệu” ( ) [2] Trong đó Av là công gây biến dạng là hệ số tỷ lệ V là thể tích vật biến dạng V là phần thể tích vật thể bị biến dạng là ứng suất lúc biến dạng E là mô đun đàn hồi Thuyết dung hòa Ở thuyết bề mặt, khó xác định được hệ số k nên ý nghĩa thực tế của công thức bị giảm thấp. Ở thuyết thể tích, do thiếu hệ số tỷ lệ do các trường hợp cụ thể nên công thức trên không được sử dụng rộng rãi. Thuyết dung hòa được Bond đề xuất để dung hòa hai thuyết trên vào năm 1952. Nội dung của thuyết dung hòa : “công nghiền tỷ lệ với trung bình nhân giữa thể tích (V) và bề mặt (S) của vật liệu đem nghiền”. √ √ √ [3] Sau khi biến đổi ( √ √ ) Trong đó Adh là công dùng để nghiền Trang 10 [4] Kdh là hệ số tỷ lệ d là đường kính của sản phẩm D là đường kính của vật liệu nghiền Thuyết tổng hợp Do có chỗ thiếu sót của cả hai thuyết bề mặt và thể tích, Rebinder đã đề xuất thuyết tổng hợp (còn gọi là thuyết nghiền cơ bản) vào năm 1928. Nội dung của thuyết : “công nghiền vật liệu bao gồm công tiêu hao để tạo ra bề mặt mới và công để làm biến dạng vật liệu”. As = f(V) + f(S) = Av + As = K.V + α.S [5] Trong đó Ath là công để nghiền vật liệu Av là công chi phí cho sự biến dạng của vật liệu As là công chi phí cho sự tạo thành bề mặt mới K là hệ số tỷ lệ Α là hệ số có tính đến năng lượng sức căng bề mặt của vật thể cứng Quá trình nghiền là quá trình phức tạp, gồm nhiều biến đổi cơ lý của vật liệu khi nghiền. Hai định luật bề mặt và thể tích chỉ mới quan tâm đơn thuần đến từng giai đoạn riêng rẽ của quá trình phức tạp đó. Định luật thể tích chỉ xác định năng lượng cho quá trình biến dạng đàn hồi của vật liệu mà không kể tới số bề mặt mới được tạo ra. Định luật bề mặt không tính đến năng lượng biến dạng mà chỉ kể đến năng lượng cần tạo ra các bề mặt mới. Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng : khi nghiền với mức độ nghiền lớn (nghiền mịn) định luật bề mặt cho kết quả sát thực tế, còn nghiền thô thì định luật thể tích đúng hơn. Các thuyết nghiền nêu trên chỉ là gần đúng để nghiên cứu và được hiệu chỉnh khi thực nghiệm. Một số công thức bán thực nghiệm Mặc dù một số lượng lớn các nghiên cứu trong lĩnh vực thiết lập các sơ đồ nghiền, không có công thức nào cho biết quan hệ giữa công để nghiền với kết quả Trang 11 nghiền. Các tính toán công nghiền cần thiết chống lại sự thay đổi kích thước hạt được cho trong ba mô hình bán thực nghiệm dưới đây. + Với d > 50 mm áp dụng Kick [6] + Với 50 mm > d > 0.05 mm áp dụng Bond [7] + Với d < 0.05 mm áp dụng thuyết Von Rittinger [8] Trong đó W là năng lượng nghiền riêng, kJ/kg c là hệ số nghiền dA là cỡ hạt trước nghiền, mm dE là cỡ hạt sau nghiền, mm Một giá trị tin cậy đối với dA và dE là d80. Giá trị này cho biết 80% (khối lượng) vật chất rắn nhỏ hơn một cỡ hạt. Hệ số nghiền Bond với các vật liệu khác nhau có thể tìm thấy trong các tài liệu khác nhau. Các hệ số Kich và Rittinger có thể tính theo các công thức sau Với giới hạn trong phạm vi hệ số Bond: mức cao dBU= 50mm và mức thấp dBL=0,05mm. Đánh giá kết quả nghiền cần dựa trên cỡ hạt ban đầu (1) và cỡ hạt sau nghiền. Mức độ nghiền là tỉ số của kích thước cỡ hạt. + Mức độ nghiền theo cỡ hạt d80 Thay cho giá trị của d80 cũng như d50 hoặc các đường kính hạt khác có thể dùng + Mức độ nghiền theo bề mặt riêng Trang 12 Diện tích bề mặt riêng theo thể tích Sv và bề mặt riêng theo khối lượng Sm có thể xác định bằng thực nghiệm. + Mức độ nghiền quy ước Trong đó a là khoảng cách khe xả liệu của máy nghiền Các cơ chế phá hủy vật liệu. Vật liệu dạng đá bị phá hủy khi ứng suất kéo bên trong các hạt vượt qua giá trị tới hạn gây ra biến dạng vĩnh viễn như sự lan truyền của vết nứt. Ứng suất kéo tồn tại do chất tải lên hạt giữa hai bề mặt cứng hoặc sự va chạm mạnh với nhau. Một sự nén ép tương đối khoảng 0,3-0,4% là cần để phá vỡ vật liệu. Nứt vỡ vật liệu dạng đá gồm một dãy các bước, trong đó số ứng suất áp vào xác định mức độ giảm cỡ hạt sau cùng. ÉP GẦN LẠI CÁC VẾT NỨT ỨNG SUẤT KÉO ĐÀN HỒI TUYẾN TÍNH KHÔNG BỀN VỮNG KHÔNG BỀN VỮNG BIẾN DẠNG LAN TRUYỀN VẾT NỨT LAN TRUYỀN VẾT NỨT LAN TRUYỀN VẾT NỨT KHÉP VẾT NỨT BẮT ĐẦU NỨT GIẢI PHÓNG NĂNG LƯỢNG PHÁ HỦY LIÊN KẾT PHÁ VỠ Hình 1.1: Cơ chế phá hủy vật liệu Trang 13 Các trạng thái phá vỡ vật liệu dòn như sau - Các vết nứt trong sẽ khép lại khi một lượng nhỏ ứng suất được áp lên vật thể tương ứng Sau khi các vết nứt sát lại, vật liệu trở thành biến dạng đàn hồi Khe nứt xuất hiện khi ứng suất kéo trong các hạt lớn hơn giá trị tới hạn, kết quả lan truyền nứt vỡ ổn định Nếu ứng suất lên vật thể vượt quá năng lượng tới hạn dẫn đến sự lan truyền nứt vỡ sẽ không ổn định, kết quả cuối cũng sẽ làm phá vỡ đối tượng Phá vỡ do va đập Phá vỡ do nén ép, cắt Phá vỡ do mài mòn Trang 14 1.3. Đánh giá ảnh hưởng thành phần hạt đến hoạt tính của xi măng[10]. Tính chất của xi măng như: Hoạt tính, tốc dộ đóng rắn không những được quyết định bởi thành phần khoáng của clanhke, hình dạng và kích thước các tinh thể alit, belit mà còn phụ thuộc vào độ mịn, kích thước hạt của xi măng. Nghiên cứu của E.I Ved, E. F Zarôv, V.K Bôtrarôv và A. V Gôlupnitri thí nghiệm cường độ đá xi măng từ các loại xi măng có tỷ diện 5500 và 1500 cm2/g với các thời gian đóng rắn ở tuổi 7, 28 và 90 ngày trên các mẫu 2 x 2 x 2 cm có thành phần 1: 0. Kết quả cường độ ở các tuổi thể hiện trong bảng 1.1. Bảng 1.1: Cường độ xi măng phụ thuộc độ mịn Tuổi, ngày 7 28 90 Cường độ, MPa Tỷ diện 5500 cm2/g Tỷ diện 1500 cm2/g 61,5 25,5 83 45 84 64 Khi tăng độ mịn của xi măng làm tăng đáng kể cường độ đá xi măng. độ mịn ở tỷ lệ 5500 cm2/g cường độ ở tuổi 7 ngày có cường độ tương đương với cường độ 90 ngày của xi măng ở tỷ diện 1500 cm2/g. Xi măng được nghiền với các tỷ diện khác nhau từ 2.000 đến 6.200 cm2/g có thành phần hạt và tỷ diện tương ứng với mác xi măng như bảng 1.2. Trang 15 Bảng 1.2: Ảnh hưởng của thành phần hạt và tỷ diện đến cường độ XM Tỷ diện Hàm lượng dải cỡ hạt μm, % cm2/g 0-5 5-10 10-20 20-80 2300 2 14 27 50 2800 7 14 31 44 4300 9 25 29 34,5 6200 19 28 35 17 > 80 7 4 2.5 1 Cường độ nén, MPa, tuổi 1ng 3ng 7ng 28ng 15 38 51 64,5 20,7 35 54 67 33 51 62 79 38 53 66 80,2 Kết quả thí nghiệm cho rằng dải cỡ hạt 0 – 5 μm có ảnh hưởng quyết định đến cường độ tuổi 1 ngày, dãi cỡ hạt 5 – 10 μm ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ tuổi 3 và 7 ngày, còn dải cỡ hạt 10 – 20 μm quyết định cường độ tuổi một tháng và muộn hơn. Từ thí nghiệm có thể nhận thấy nếu cùng một loại clanke nhưng với hàm lượng dải cỡ hạt 0 – 20 μm thay đổi từ 45, 50, 65 và 80% có thể nhận được các loại xi măng tương ứng mác 60, 70 và 80 MPa. Các tác giả thuộc Viện nghiên cứu khoa học xi măng Liên Xô [10] đã nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt xi măng đến một số tính chất của xi măng cho thấy: - Dải cỡ hạt < 5 μm làm giảm thời gian bắt đầu ninh kết, tăng độ bền nén của xi măng đóng rắn trong điều kiện thường cũng như chưng hấp, tăng độ xốp chung và hệ số thẩm thấu, tăng biến dạng co xi măng đóng rắn trong điều kiện thường cũng như chưng hấp. Nói chung thì dải cỡ hạt này có vai trò tích cực là chủ yếu: tăng độ bền nén và tăng độ bền nứt. - Dải cỡ hạt 30 – 60 μm có tác dụng kéo dài thời gian ninh kết của xi măng ngoài ra còn làm tăng độ xốp và độ co của mẫu giống như dải hạt mịn (< 5 μm). - Dải cỡ hạt lớn > 60 μm làm tăng đáng kể độ xốp của đá xi măng bên cạnh đó lại có xu hướng làm tăng độ bền nứt , điều này có thể được coi là kết quả của sự hình thành khung trong đá xi măng với sự có mặt của dãi cỡ hạt này. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ở trên, dải cỡ hạt xi măng tối ưu về cường độ khi xi măng có thành phần hạt (theo % khối lượng) như sau: - Các hạt < 5 μm chiếm < 20% - Các hạt 5 – 20 μm chiếm 40 – 45% - Các hạt 20 – 40 μm chiếm 20 – 25% - Các hạt > 40 μm chiếm 15 – 5% Trang 16 Kích thước hạt xi măng nhỏ hơn 40 μm được khẳng định qua tiêu chuẩn của Mỹ ASTM quy định độ mịn của xi măng và phụ gia theo kích thước sàng 45 μm (ASTM 430, ASTM C 150, ASTM C 595, C 1157). Trong ASTM C 959 cũng quy định độ mịn - lượng sót trên sàng 45 μm đối với phụ gia cho xi măng là < 20%. Từ các kết quả nghiên cứu trên thấy rằng khi xi măng đạt dải cỡ hạt tối ưu sẽ cho phép giảm tỷ lệ sử dụng clinker, nâng cao hiệu quả sản xuất. 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến máy nghiền bi. 1.4.1. Cấu tạo thông thường của máy nghiền bi. NGHIỀN NGHIỀN NGHIỀN THÔ TRUNG BÌNH MỊN ɸ 90 - 60 mm ɸ 50 - 40 mm ɸ 30 - 17 mm 1.4.2. Cơ chế nghiền. A A Ngăn 1: Chủ yếu dạng va đập Ngăn 2: Va đập và chà xát Trang 17 1.4.3. Các yêu tố ảnh hưởng đến kết quá trình nghiền. - Vận tốc máy nghiền. Trong đó: N - Vận tốc quay tới hạn máy, vòng/phút D - Đường kính trong của máy nghiền √ N tt: Vận tốc quay thực tế của máy nghiền - Hệ số đổ đầy bi đạn. Theo Levenson, lượng bi nghiền nạp tối ưu: h = 0,16D Ttrong đó D là đường kính trong máy nghiền - Lựa chọn bi đạn và tấm lót. Trang 18