Tài liệu Thiết kế lò quay cho nhà máy sản xuất xi măng công suất 1,4 triệu tấn năm

CHƯƠNG MỞ ĐẦU TỔNG QUAN T ÌNH H ÌNH SẢN XUAT XIM ĂNG Trong giai đoạn hiện nay , đất nước ta đã và đang trên con đường hội nhập với quốc tế . Do đó Đảng và Nhà nước đang cố gắng hết sức để thiết lập mối quan hệ ngoại giao với các nước bạn , đặc biệt chú trọng mở rộng quan hệ ngoại thương để có thể thu hút được vốn đầu tư , tiếp thu khoa học kỹ thuật tiên tiến vì vậy đã hình thành nên nền kinh tế thị trường . Tạo ra những bước phát triển kinh tế , gia tăng GDP toàn quốc , tăng thu nhập của ngưoi dân . Từ đó đã tạo nên nhu cầu xây dựng các công trình nhà ở phục vụ nhu cầu gia tăng mức sống , các công trình công cộng , các nhà xưởng … Để phục vụ cho nhu cầu này , đòi hỏi có sự phát triển của các ngành liên quan , đặc biệt là ngành sản xuất ximăng cần có sự phát triển cao để có thể đáp ứng nhu cầu . Cho đến nay ngành sản xuất ximăng đã có nhiều bước phát triển cả về chất lượng lẫn số lượng . Nhu cầu xi măng trong 12 năm không ngừng tăng, năm 1990 là 2,75 triệu tấn thì đến năm 1995 là 7,2 triệu tấn tăng 2,8 lần , năm 1998 lên 10.1 triệu tấn , năm 1999là 11,1 triệu tấn, dự kiến năm 2002 la19,5 triệu tấn gấp 8,7 lần so với năm 1990. Bình quân trong 12 năm (năm 1990-2002) tốc độ tăng trưởng trong tiêu thụ xi măngđạt 18,5 %/năm , trong giai đoạn 1990-1995 tốc độ tăng trưởng bình quân 23% /năm , giai đoạn 1996-2002 tốc độ tăng trưởng bình quân là 15%/ năm Sau khi trở thành thành viên Hiệp hội các nước Đông Nam Á năm 1995 việt nam đã tham gia vào khu vực mậu dịch tự do ASEAN . Theo hiệp định thuế quan ưu đãi chung Việt Nam đã cam kết hoàn thành việc cắt giảm thuế nhập khẩu xuống mức 05% vào 2006. Do đó sẽ tác động trực tiếp tới hoạt động sản xuất của các doanh nghiệp , sẽ tạo ra sự cạnh tranh mạnh đối với hàng hóa xuất khẩu của Việt Nam trong khu vực ASEAN . Bên cạnh đó sức ép cạnh tranh đối với các doanh nghiệp việt nam ngay trên thị trường trong nước cũng vô cùng lớn . Nếu các doanh nghiệp Việt Nam không có sự chuẩn bị thích hợp và đầy đủ thì sẽ gặp rất nhiều khó khăn Đối với clinker , tháng 5/2000 Chính phủ Việt Nam đã quyết định bãi bỏ COTA nhập khẩu nhưng vẫn bảo hộ sản xuất trong nước bằng hàng rào thuế quan và như vậy giá clinker nhập khẩu 23.4 USD /tấn clinker cộng thuế và chi phí bốc dỡ vận chuyển nội bộ thì tương đương giá clinker bán trong nước giữa các công ty . Theo số liệu thống kê và dự báo của hiệp hội các nhà sản xuất ximăng ASEAN , năng lực , sản lượng và nhu cầu ximăng của khu vực ASEAN trong giai đoạn 2001-2005 : Sản phẩm Năng lực sản xuất Nhu cầu Dư thừa so Dư thừa so ( triệu tấn ) ( triệu tấn ) ( triệu tấn ) với sản xuất với năng lực ( triệu tấn ) ( triệu tấn ) Clinker 2001 144 102 88 14 56 2005 Ximăng 150 130 116 14 34 2001 180 101 89 15 106 2005 185 131 123 7 62 Để giải quyết số clinker dư thừa , các nước ASEAN tìm mọi cách xuất khẩu càng nhiều càng tốt . Các công ty không chịu nổi sự khủng hoảng dư thừa đã phải bán các nhà máy của mình cho các tập đoàn lớn của thế giới . Việt Nam là nước sản xuất ximăng duy nhất có niềm hạnh phúc hiện nay là cung ngang cầu , song trong thời gian tới ximăng việt nam sẽ đứng trước thách thức vô cùng lớn khi clinker và ximăng nhập ngoại cả về chất lượng lẫn giá cả . Cuộc cạnh tranh trên thị trường clịnkir và ximăng trong thời gian tới sẽ diễn ra quyết liệt trên mọi phương diện : cạnh tranh về chất lượng giữa các loại ximăng sản xuất trong khu vực , cạnh tranh giữa các công ty ximăng thuộc tổng công ty ximăng và ximăng liên doanh trong nước , cạnh tranh giữa các công ty trong tổng công ty , cạnh tranh giữa clinker , ximăng sản xuất trong nước và nhập khẩu từ các nước trong khu vực , …Khi đó người tiêu dùng có quyền lựa chọn loại ximăng giá rẻ nhất từ những nhà cung ứng có phương thức bán hàng tốt nhất IV. NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VIỆT NAM HIỆN NAY. Hiện nay ở Việt Nam tồn tại 3 loại hình công nghệ xi măng : ướt, bàn khô và khô .Ba công ty sản xuất theo phương pháp ướt là Hải Phòng có 4 lò và công suất mỗi lò là 270tấn clinker / ngày, xi măng Hà Tiên với 2 lò nung 400tấn clinker / ngày và Bỉm Sơn với 1 lò nung 1750 tấn clinker/ ngày . Tổng công suất clinker là 1114triệu tấn /năm chiếm 7,5% sản lượng clinker toàn nghành : trong đó Bỉm Sơn là 550000tấn /năm , Hải Phòng là 324000tấn /năm , Hà Tiên là 240000tấn/năm . Các nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo phương pháp khô với sản lượng là 10,8 triệu tấn clinker /năm chiếm tỷ trong 76% clinker toàn nghành . Các nhà máy xây dựng từ những năm 80 có công nghệ thuộc loại trung bình như xi măng Hoàng Thạch , Hà Tiên , lò nung clinker có công suất 3000-3300 tấn clinker/ ngày , sử dụng than và dầu, tiêu hao nhiệt năng clinker còn cao 780830Kcal/Kg clinker, tiêu hao điện năng 115-120Kwh/ tấn xi măng , nồng độ bụi thải ra ngoài còn lên tới 200-250mg/Nm3 . Tiếp thu công nghệ tiên tiến của thế giới vào đàu thập niên 90 chúng ta đã đầu tư các nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo phương pháp khô công suất 4000tấn clinker/ ngày như xi măng Chin Fon Hải Phòng , xi măng Sao Mai , xi măng Bút Sơn xi măng Hoàng Mai và xi măng Nghi Sơn với lò nung 5800 tấn clinker/ngày.Với những thiết bị nay thì sử dụng nhiên liệu là 100% than antracit. Hệ thống nghiền bi chu trình kín để nghiền than ,nghiền ximăng được thay thế bằng máy nghiền con lăn ( nghiền đứng)với máy phân ly hiệu xuất cao .Hệ thống đo lường điều khiển tự động bao gồm cả hai hệ thống tối ưu hoá trong việc vận hành trung tâm và quản lý , điều hành lọc bụi tĩnh điện cho nguyên liệu, lò nung lọc bụi tụ hiệu quả cho nghiền than . Nồng độ bụi thải ra chỉ còn khoảng 50mg/Nm3 đảm bảo vệ sinh môi trường , tiêu hao điện năng khoảng 90-100Kwh/tấn xi măng V. PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ XI MĂNG ĐẾN NĂM 2010 VÀ ĐỊNH HƯỚNG ĐẾN NĂM 2020. Mục tiêu phát triển xi măng . Xuất phát từ yêu cầu xi măng của thị trường nước ta rất to lớn từ nguồn tài nguyên vô cùng phong phú trên 22 tỷ tấn đá vôi, 2,75 tỷ đất sét hơn 1 tỷ tấn phụ gia hoạt tính để sản xuất xi măng ,có nguồn nguyên liệu trên 3 tỷ tấn than antracit rất tốt để nung luyện cinker lại có nguồn lao động dồn dào tiếp thu nhanh kiến thức khoa học kỹ thuật của thế giới, những lợi thế nhạnh để phất triển nghành công nghệ xi măng từ đó xác định mục tiêu phát triển nghành công nghiệp xi măng Việt Nam trở thành nghanh công nghiệp hiên đại, động bộ và ổn định bền vững lâu dài thoả mãn nhu cầu xi măng cho thi trường xây dựng trong nước cả về số lượng và chất lượng về chuẩn loại mặt hàng và dành một phần xuất khẩu góp phần công nghiệp hoá và hiện đại hoá kinh tế đất nước .Theo dự báo trong giai đoạn từ nay đến năm 2005 tốc độ tăng trưởng trong tiêu thụ xi măng ở nước ta vào khoảng 1315%. Nhu cầu xi măng cho thị trường nội địa đến năm 2005 sẽ là 29 triệu tấn. - Nhu cầu xi măng năm 2005 là 28-29triệu tấn, nhưng khả năng khai thác từ trong nước chỉ được 20 triệu tấn cho nên còn phải nhập thêm khoảng 8-9 triệu tấn từ bên ngoài - Trong giai đoạn 2006-2010 dự báo tốc độ tăng trưởng hằng năm trong tiêu thụ xi măng nước ta từ 9-12% , dự báo nhu cầu xi măng đến năm 2010 vào khoảng 45-48 triệu tấn , tăng 1,5-1,6 lần so với năm 2005 . - Trong giai đoạn năm 2010-2015dự báo tốc độ tăng trưởng hằng năm trong tiêu thụ xi măng từ 5-8%, nhu cầu xi măng sẽ là 60-62 triệu tấn vào năm 2015 bằng 1,3 lần so với năm 2010. - Trong giai đoạn 2016-2020, dự báo tốc độ tăng trưởng trong tiêu thụ xi măng hằng năm nước ta vào khoảng 2-3%, dự báo nhu cầu xi măng đến năm 2020 sẽ là 6670 triệu tấn bằng 1,18 lần so với năm 2015 và bằng 1,5lần so với năm 2010 Để thực hiện mục tiêu thỏa mãn nhu cầu xi măng xây dựng trong nước , chiếm lĩnh thị trường nội địa cần phải đầu tư xây dựng nhiều cơ sở sản xuất xi măng , nâng năng lực sản xuất hiện có từ 17,1 triệu tấn lên 48 triệu tấn năm 2010, phải đầu tư các nhà máy với công suất 30 triệu tấn ttrong đó 4,2 triệu tấn của 3 nhà máy Tam Điệp ,Hải Phòng , Sông Gianh đang xây dựng . Cần tập trung tháo gỡ các thắt mắt thủ tục đầu tư tạo điều kiện đảy mạnh tiến độ xây dựng các nhà máy xi măng Thái Nguyên , Hạ Long , Thăng Long, Cẩm Phả , Hoàng Thạch 3 để 2006 bước vào sản xuất nhằm góp phần giảm thiểu lượng xi măng thiếu hụt . Để đảm bảo tính cạnh tranh cao của nghành xi măng Việt Nam trong bối cảnh hội nhập kinh tế khu vực và thế giới , đầu tư xây dựng các nhà máy mới phải đạt trình độ cộng nghệ tiên tiến, kỹ thuật hiện đại của thế giới thế kỷ 21 , sản xuất sản phẩm xi măng có chất lượng cao ,và đồng thời làm sao giãm thiểu tối đa việc ô nhiểm môi trường, do đó cần phải trang bị thiết bị xử lý khí thải , như thiết bị lọc bụi tĩnh điện , lọc bụi tay áo lọc bụi xyclon để cho nồng độ bụi sau khi thải vào môi trường còn khoảng 30-40mg/Nm3 Về qui mô công suất các dây chuyền sản xuất , kết hợp qui mô lớn với qui mô vừa dể đảm bảo hiệu quả kinh tế đầu tư . Đối với nơi nào có điều kiện nguyên liệu , GTVT tốt có cảng nước sâu, có thị trường tiêu thụ lớn thì nên đầu tư xây dựng dây chuyền công nghệ với lò nung clinker 6000tấn/ngày , 8000tấn/ngày và hướng tới lò nung 10000tấn/ngày, 12000tấn / ngày . Đồng thời có thể mạnh dạng đầu tư để xây dựng những cụm công nghiệp xi măng . Để phát triển nghành xi măng bền vững và ổn định , thì vấn đề đảm bảo vệ sinh môi trường cũng là một trong những điều đáng được quan tâm,do đó phải tìm giải pháp xử lý môi trường sao cho phù hợp và có hiệu quả. Một trong số thiết bị sử dụng rộng rải nhất và hiệu quả nhất cho việc xử lý môi trường trong nghanh công nghệ xi măng đó là thiết bị lọc bụi tĩnh điện , thiết bị này làm việc với hiệu suất khoảng 99,8% và chúng có thể lọc được những hạt bụi có kích thước rất nhỏ . CHƯƠNG I KHÁI NIỆM XI MĂNG POOCLĂNG – PHÂN LOẠI XI MĂNG I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1> ĐỊNH NGHĨA : XMP là chất kết dính thủy lực sản phẩm nghiền mịn của clinker với những phụ gia thích hợp . 2> THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CLINKER : Trong phối liệu sản xuất clinker XMP thông thường có đá vôi canxi , đất sét và các loại phụ gia hiệu chỉnh hệ số như là quặng sắt , bôxit … Trong thành phần hóa học có bốn loại ôxit chính như : CaO chủ yếu do đá vôi cung cấp , SiO2 , Al2O3, Fe2O3 do đất sét cung cấp …ngoài ra là các nguyên liệu phụ như quặng sắt , xỉ pirit , cát , đá … Nguyên liệu để chuẩn bị phối liệu thường có lẫn tạp chất như MgO trong đá vôi , R2O , TiO2 trong đất sét …Những nguyên liệu này được trộn với nhau theo những tỷ lệ nhất định . Bốn ôxit chính khi nung đến nhiệt độ phối liệu đạt 14500 c chúng phản ứng với nhau để tạo thành 4 khoáng chính có trong clinker là : 3.CaO.SiO2 , 2CaO.SiO2 , 3CaO.Al2O3 và 4CaO.Al2o3. Fe2o3 những tạp chất và một lượng nhỏ CaO còn dư , MgO không phản ứng hoặc ở dạng tự do hoặc phân tán , hòa tan trong pha lỏng khi làm lạnh pha lỏng chuyển thành pha thủy tinh . Để đảm bảo tính chất cần thiết của XM , các ôxit tạp chất phải nằm trong giới hạn cho phép , ví dụ : MgO ≤ 5 % TiO2 ≤ 0.3 % Mn2O3 ≤ 1.5 % R2O ≤ 1.5 % SO3 : 0.1-1.5 % P2O5 : 0 – 1.5 % Trường hợp clinker có nhiều SiO2 và CaO tự do chủ yếu là do khống chế quy trình nung luyện chưa tốt , chưa đủ nhiệt độ kết khối chưa tạo điều kiện để phản ứng triệt để ở pha rắn và phản ứng khi có mặt pha lỏng . Bốn ôxit chính CaO , SiO2 , Al2o3 , Fe2o3 chiếm 95-97 % còn lại 3- 5 % là ôxit và các tạp chất khác nằm trong phối liệu . Thành phần hóa học clinker xi măng pooclăng thông thường nằm trong giới hạn : CaO = 63 ÷ 67 % SiO2 = 21 – 24 % Al 2o3 = 4-7 % Fe2o3 = 2.5 – 4 % Những ôxit trong clinker đều ảnh hưởng đến thành phần khoáng của clinker và ảnh hưởng đến tính chất sử dụng của ximăng pooclăng ÔXIT CaO : về cơ bản nó phản ứng với các ôxit SiO2 , Al2 O3 , Fe2 O3 để tạo thành những khoáng chính của clinker , nếu nó nằm ở trạng thái tự do với điều kiện nhiệt độ nung cao chuyển thành CaO quá già phản ứng hydrat với nước rất chậm , sau khi vữa ximăng đã đóng rắn lúc đó CaO mới bắt đầu tác dụng với nước tạo thành Ca ( OH) 2 nở thể tích gây nên hiện tượng không ổn định về thể tích phá vỡ cấu kiện xây dựng . ÔXIT SiO2 : tác dụng chủ yếu với CaO để tạo thành khoáng silicat canxi ( C3S , C2S ) nếu quá nhiều SiO2 thì khoáng C2S sẽ tăng lên ximăng đóng rắn chậm nhưng thời gian lâu dài nó phát triển cường độ và bảo đảm mác ximăng . Đặc biệt nhiều SiO 2 ximăng độ bền vĩnh cửu cao trong môi trường xâm thực ÔXIT Al2O3 : chủ yếu phản ứng với Fe2O3 và CaO tạo khoáng họ aluminat canxi và alumôpherit canxi . Ximăng chứa nhiều Al2O3 ninh kết đóng rắn nhanh nhưng tỏa nhiệt lớn rất kém bền trong môi trường sulfat và nước biển và ít dùng trong môi trường thi công khối lớn xây các công trình cầu cống … ÔXIT Fe2 O3 : làm giảm nhiệt độ tạo pha lỏng phản ứng với nhôm ôxit tạo thành alumôpherit canxi làm cho ximăng bền trong môi trường xâm thực của nước biển và sulfat , tỏa nhiệt it ÔXIT MgO : hầu hết nằm ở dạng tự do , phản ứng rất chậm với nước . Nhiều MgO sẽ làm cho ximăng không ổn định thể tích có trường hợpvật liệu mới tạo hình sau 2 tháng tạo hình mới gây nên phản ứng MgO với nước nở thể tích nứt rạn cấu kiện ÔXIT R2O : kiềm do đất sét đưa vào , ở nhiệt độ cao một phần chúng thăng hoa bay theo bụi , một phần tan trong pha lỏng tạo thủy tinh hay tham gia phản ứng tạo khoáng C3A , C2S . Nếu clinker nhiều kiềm làm cho ximăng giảm cường độ , gây không ổn định thể tích LƯU HUỲNH (S) : có trong ximăng từ nguyên liệu (đất sét và nhất là FeS2) hoặc từ nhiên liệu . Khi cháy trong zon kết k hối của lò , S tạo khí SO2 phản ứng với hơi kiềm và O2 tạo hơi các muối sunfat kiềm ngưng tụ trong clinker ở những zon có nhiệt độ thấp hơn . Nếu lượng SO2 không đủ để liên kết hết hơi kiềm thì hơi kiềm sẽ tác dụng tạo ra cacbonat hoặc clorit các kim loại kiềm và các muối cacbonat kim loại kiềm không đi vào thành phần của clinker có thể lại bay hơi vào zon kết khối . Khi dư SO2 có thể xảy ra phản ứng SO2 + CaCO3 = CaSO4 . Sản phẩm ngưng tụ và quay về zôn kết khối , tại đây lại xảy ra sự phân hủy CaSO4 tạo SO2 và tuần hoàn trong lò khi đó một phần CaSO4 không phân hủy rơi vào clinker Sunfat các kim loại kiềm trong clinker làm tăng độ bền cơ ban đầu của ximăng CLORIT: Hàm lượng của clorit trong nguyên liệu khoảng 0.01-0.1% . Trong lò quay clorit phản ứng với kim loại kiềm , tạo clorit kim loại kiềm theo khí thải ra ngoài và ngưng tụ trong các zon đốt nóng . Để tăng cương độ ban đầu cho ximăng trước kia thường dùng CaCl2 , tuy nhiên khi dùng phụ gia này thì làm tăng độ ăn mòn thép nên hiện nay ít dùng phương pháp này .Lượng clorit trong nguyên liệu thường được giới hạn < 1 % . FLORIT: Hàm lượng florit trong nguyên liệu thường trong khoảng 0.03-0.08% Các muối florit phân hủy tạo F2+ làm tăng tốc độ phản ứng pha rắn ở nhiệt độ thấp , tạo điều kiện cho quá trình biến đổi thù hình các β-quắc thành cristobalit tạo các hợp chất trung gian làm giảm nhiệt độ xuất hiện pha lỏng . Khi ở nhiệt độ cao hơn các hợp chất trung gian phân hủy giúp quá trình tạo khoáng C3S nhanh và nhiều hơn Tính chất của clinker và XMP do thành phần pha ( các loại khoáng và pha thủy tinh ) của chúng quyết định Thành phần pha chính của clinker XMP là : ALIT : ( 40 – 60 % ) trong clinker XMP là dung dịch rắn khoáng gốc là C3S , gọi là alit , là khoáng chính tạo cường độ của XMP , C3S đóng rắn nhanh và tỏa nhiều nhiệt BÊLIT : C2S là dung dịch rắn gốc C2S . Dạng thù hình cần thiết trong clinker XMP là β- C2S (15-35 % ) có tính kết dính , phát triển cường độ chậm ở giai đoạn đầu , nhưng sau đó cho cường độ khá cao . β- C2S t ỏa ít nhi ệt khi đ óng r ắn . Trong k ỹ thu ật s ản xuất clinker cần làm nguội nhanh ở khoảng 675 0c để tránh sự biến đổi βC2S thành γ- C2S là khoáng không có tính kết dính . Trong điều kiện tạo khoáng clinker có mặt pha lỏng sẽ tạo thành màng xung quanh khoáng C2S ở nhiệt độ cao lực làm lạnh nhanh màng đó cứng lại ngăn cản không cho C2S chuyển thành γ- C2S ALUMO-FERITCANXI: C4AF ( 10-18 % ) dễ hòa tan trong nước ít tỏa nhiệt . Đóng rắn nhanh tạo cường độ ban đầu nhanh nhưng sau đó cường độ không cao , chịu ăn mòn tốt . Nếu hàm lượng Al2O3 ít thì sẽ tạo ra C2F trong đó Al3+ thay thế đồng hình Fe3+ tạo dung dịch rắn liên tục . Khi hàm lượng Al2O3 đủ lớn tạo C4AF TRICANXI- ALUMINAT ( 4-14 % ) C3A đóng rắn nhanh tỏa nhiều nhiệt không bền trong môi trường xâm thực , người ta phải dùng phụ gia thạch cao để hạn chế tốc độ đóng rắn của khoáng này PHA THỦY TINH TRONG CLINKER : 15- 25 % - là pha lỏng cần thiết để nung luyên clinker , khi làm nguội nhanh pha lỏng sẽ chuyển thành pha thủy tinh trong clinker . Trong pha thủy tinh có vết nứt tế vi nên clinker sẽ dễ nghiền hơn hoạt tính pha thủy tinh rất cao , dễ hydrat hóa.Thành phần pha thủy tinh phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh và tỷ lệ các cấu tử khi có mặt các ôxit tạo thủy tinh , độ nhớt pha lỏng . Khác hẳn với thủy tinh thông thường ở chỗ pha thủy tinh clinker chứa SiO2 khoảng 7 % , trong thủy tinh này có sự hòa tan kiềm , ôxit nhôm , ôxit sắt và cả ôxit magiê KHOÁNG CHỨA KIỀM : ngoài những khoáng kể trên thì trong clinker còn có các khoáng như sulfat kiềm THÀNH PHẦN CÁC CHẤT KHÁC CHỨA TRONG CLINKER Ngoài các khoáng trên trong clinker còn lẫn nhiều tạp chất khác như Mn2O3 , P2O5… và muối sulfat tạo nên chất biến tính khoáng clinker và tạo nên dung dịch rắn ổn định II.PHÂN LOẠI PHỤ GIA VÀ XIMĂNG POOCLĂNG : Bản thân clinker ximăng pooclăng với thành phần hóa và thành phần khoáng đạt yêu cầu cần thiết vẫn chưa phải là chất kết dính hoàn chỉnh . Chỉ sau khi nghiền clinker XMP với phụ gia thích hợp ta được một dạng bột mịn có khả năng sử dụng thực tế lúc đó mới gọi là XMP 1>PHÂN LOẠI PHỤ GIA a. Phân loại theo tác dụng của phụ gia : + Nhóm phụ gia hoạt tính : làm tăng mật độ và cường độ của XM trong môi trường nước . Trong các phụ gia này thường chứa một số muối khoáng hòa tan được chẳng hạn như đất puzơlan , trepel , núi lửa , diatomit , đá bọt … + Phụ gia đầy : nhằm giảm giá thành sản phẩm , không làm hại các tính chất cơ bản của XM . Ví dụ như cát mịn , đá vôi , một số loại tro , xỉ … + Phụ gia hiệu chỉnh thời gian đóng rắn của XM : Phụ gia làm chậm quá trình đóng rắn quan trọng nhất của XMP là thạch cao Do đó thường nghiền mịn clinker với khoảng 5 % thạch cao hoạc các phụ gia khác . Có khi tổng lượng phụ gia có thể chiếm đến 15- 20 % khối lượng XMP . Các phụ gia làm tăng tốc độ đóng rắn của XMP : CaCl2 , NaCl , … + Phụ gia bảo quản : làm yếu khả năng hút nước của XM khi bảo quản + Phụ gia khi trợ nghiền : chống sự kết tụ XM , làm tăng tốc độ nghiền + Phụ gia hoạt tính bề mặt : làm giảm tiêu hao chất kết dính , tăng khả năng ăn mòn của bêtông : các chất dẻo thủy lực chứa sunfit , các chất dẻo tạo bọt .. + Các phụ gia dùng sản xuất bêtông bọt : bột nhôm , các chất tạo bọt kỹ thuật + Phụ gia tăng tính bền axit : cát mịn , granít , diabaz + Phụ gia tăng độ chịu lửa : samốt , cromit , manhezit . + Các phụ gia là các chất hữu cơ dùng ở dạng bột hoặc dạng dung dịch như lates , mồ hóng , …nhằm tăng cường một tính chất đặc b iệt cho bêtông như chống thấm + Phụ gia vi sinh : thêm phụ gia chống vi sinh hoặc nuôi một loại vi sinh nào khác trong vấn đề bảo vệ môi trường b. Phân loại theo bản chất hóa học của phụ gia : Theo cách phân loại này thì có thể phân chia các phụ gia theo hai móm như sau + Phụ gia khoáng : là các phụ gia cung cấp các khoáng chảu yếu là các phụ gia có nguồn gốc thiên nhiên như tro , xỉ , puzơland , bột đá … + Phụ gia hóa chất : là những phụ gia nhân tạo , các hóa chất nguồn gốc vô cơ như CaCl2 , NaCl , … làm thay đổi tốc độ ninh kết hoặc các chất nguồn gốc hứu cơ … Các phụ gia khi thêm vào XM nhằm cải thiện một tính chất nào đó , trước hết là khả năng sử dụng thực tế . 2> PHÂN LOẠI XIMĂNG Tùy theo thành phần khoáng của clinker người ta chia thành các loại ximăng pooclăng như sau : C 3S ≥ 4 -ximăng pooclăng alit C 2S C 3S 1 ÷ 4 -ximăng pooclăng thường C 2S C 3S ≤ 1 -ximăng pooclăng bêlit C 2S C3A ≥ 1,5 - ximăng alumin C 4 AF C3A 0,4 ÷ 1,5 – ximăng pooclăng thường C 4 AF C3A ≤ 0,4 – ximăng xêlit C 4 AF Ximăng alit có cường độ cao nhưng kém bền nưỡa khi đóng rắn tỏa nhiệt nhiều Ximăng alumin và cao nhôm tỏa nhiều nhiệt khi nhất khi đóng rắn kém bền trong môi trường sunfat và nước biển Ximăng bêlit , xêlit ít tỏa nhiệt và bền trong môi trường xâm thực cao nhất Ngo ài ra người ta còn phân loại ra các loại ximăng đặc biệt là những loại ximăng pooclăng gốc pha thêm phụ gia lúc nghiền c ó t ên nh ư sau : Ximăng pooclăng - xỉ lò cao Ximăng pooclăng – tro xỉ than Ximăng pooclăng –puzơlan Ximăng pooclăng cacbonat Có loại ximăng khống chế kỹ thuật thành phần khoáng cách nung luyện tạo nên loại ximăng mang tính chất sử dụng như ximăng làm đường ôt ô , ximăng dản nở chống thấm , ximăng giếng khoan dầu , ximăng ít tỏa nhiệt , ximăng bền sunfat , ximăng pooclăng mầu trắng , ximăng pooclăng mầu đen III. NHỮNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT QUAN TRỌNG NHẤT CỦA XMP Bột ximăng là một hổn hợp rất phức tạp về thành phần khoáng , hóa , đá XM hoàn toàn không đồng nhất về cấu trúc . Vì vậy các tính chất của XMP thường là những thông số kỹ thuật , những thông số này gắng liền với những điều kiện và phương pháp thử nghiệm . 1> Lượng vôi CaOtd và MgO tự do : Lượng vôi tự do là lượng vôi còn dư không tham gia các phản ứng trong quá trình nung luyện clinker . Hàm lượng vôi tự do thể hiện nung clinker ximăng kết khối tốt hay xấu , các hệ số chọn chuẩn hay không chuẩn . CaO tự do ở điều kiện nhiệt độ nung cao thành CaO giả khó phản ứng với nước , khi đó vôi tự do ở dạng khoáng bền hay bị bao bọc bởi lớp thủy tình trong clinker nên sẽ phản ứng rất chậm với nước Vật liệu sau khi đóng rắn lúc đó CaO mới tác dụng với nước tạo thành Ca ( OH) 2 nở thể tích làm cho vật liệu bị rạn nứt . Đây là nguyên nhân làm cho vữa ximăng không ổn định thể tích CaOtd + H2O = Ca(OH)2 Phản ứng tỏa nhiều nhiệt , làm giảm độ bền hóa của khối đá XM Ximăng lò quay lượng vôi tự do thường dưới 1 % tối đa không quá 2 % . Ximăng lò đứng dùng nguyên liệu , nhiên liệu phối liệu gia công và cách nung thường nung đến trên 3 % có nơi đến 5 % . Tương tự như vôi tự do , lượng MgO td cũng cần phải khống chế ở mức thấp ( < 4 ÷ 6% ) . MgO không tạo khoáng cần thiết trong XM , phản ứng thủy hóa của MgO tự do chậm hơn của vôi tự do .Hơn nữa thể tích riêng của Mg(OH)2 lớn hơn thể tích riêng của MgO rất nhiều nên dãn nở thể tích trong khối ximăng rất mạnh . Các quá trình xảy ra khi khối đá XM đã rắn chắc , làm cấu kiện xây dựng dễ nứt vỡ . 2> Khả năng đóng rắn Khả năng đóng rắn là tính chất quan trọng của chất kết dính . Mẫu chất kết dính được tạo hình theo đúng lượng nước tiêu chuẩn theo thời gian vữa sẽ mất linh độngvà trở nên xít đặc . Qúa trình bột XMP từ dạng hồ vữa dẻo tạo thành khối đá rắn chắc còn gọi là quá trình đóng rắn hoặc quá trình tạo cường độ của XMP . Qúa trình tạo cường độ ximăng rất lâu dài , không chỉ một vài giờ , một vài năm mà hàng ngàn năm thậm chí hàng chục năm . Về mặt vật lý - mối liên hệ giữa sự phát triển cường độ với thời gian có thể phân thời gian đóng rắn XMP thành hai giai đoạn : - Thời gian ninh kết : là quá trình khi trộn bột XM với nước , hổn hợp vữa ximăng chuyển dần từ trạng thái lỏng sang trạng thái dẻo quánh , trong giai đoạn này có thể gia công tạo hình như đổ khuôn hoặc tô trát … sau đó cường độ vữa tăng dần vữa chuyển sang trạng thái rắn chắc cho tới khi vữa không biến đổi hình dạng nữa . Thời gian bắt đầu ninh kết không sớm hơn 45 phút , thời gian kết thúc ninh kết không muộn hơn 12 giờ kể từ lúc bắt đầu trộn nước . Đây là khoảng thời gian gia công khối vữa ximăng với hầu hết các loại ximăng - Đóng rắn : khối ximăng sẽ tiếp tục phát triển cường độ thành khối đá cứng vững chắc sau khi ninh kết , khi đó có thể sử dụng trong các kết cấu xây dựng 3> Độ mịn của ximăng Ximăng nghiền mịn sẽ ảnh hưởng đến lượng nước tiêu chuẩn tốc độ ninh kết và đóng rắn. Đặc biệt ximăng càng nghiền mịn sẽ có khả năng tăng mác của ximăng . Đối với các loại ximăng theo tiêu chuẩn của ґoct- 900-61 độ mịn phải nhỏ hơn 15 % trên sàng N800 . Ximăng nghiền mịn phát triển cường độ nhanh trong những ngày đầu của quá trình đóng rắn 4 > Khối lượng thể tích Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích XMP đã nghiền thành bột tơi . Khối lượng thể tích phụ thuộc vào thành phần khoáng , độ mịn và độ ẩm của XMP . Khối lượng thông thường khoảng 900-1000 g/l 5 > Khối lượng riêng : Khối lượng riêng của ximăng pooclăng chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng clinker và lượng phụ gia khi nghiền . Khối lượng riêng càng lớn thì mức kết khối của clinker càng cao và độ bền cơ của XM cũng tăng . 6 > Độ ổn định thể tích Ximăng sau khi đóng rắn cần có độ ổn định thể tích , có nghĩa là không bị co giãn trong suốt quá trình sử dụng . Vì nếu sự biến đổi thể tích quá lớn hoặc không đồng đều dẫn tới nứt vỡ cấu kiện . Sự biến đổi thể tích do cấu trúc gel của đá ximăng , do quá trình kết tinh các khoáng trong đá ximăng hoặc do những phản ứng hóa học xảy ra sau khi ximăng đóng rắn tỏa nhiệt và tạo sản phẩm có thể tích riêng lớn hơn những chất ban đầu gây giản nở thể tích . Độ ổn định thể tích là yêu cầu chất lượng không thể thiếu với các công trình xây dựng lớn như nhà cao tầng , nền móng công trình …. 7> Lượng nước tiêu chuẩn Lượng nước tiêu chuẩn còn gọi là độ nhão tiêu chuẩn là lượng nước tối thiểu để ximăng tạo thành vữa có độ dẻo tiêu chuẩn .Lượng nước này cần để thực hiện quá trình ban đầu của sự đóng rắn : quá trình hòa tan , thủy phân thủy hóa các khoáng tạo nên hồ ximăng có độ linh động để tạo khuôn dễ dàng . Nếu cho quá nhiều nước thì lượng nước dư sau phản ứng hóa học sẽ giữ lại trong vữa ximăng ở các lỗ rỗng làm giảm cường độ nén ximăng khi giải phóng khuôn mẩu , bảo dưỡng ngoài trời nước thoát ra dưới dạng bốc hơi tạo nên hiện tượng biến dạng ở vật liệu . Nếu lượng nước quá ít thì vữa không đủ độ linh động để thi công . Ximăng có nhiều khoáng C3A , C3S thì có lượng nước tiêu chuẩn nhiều hơn ximăng có nhiều khoáng C2S và C4AF . Ximăng có độ mịn càng cao thì làm tăng lượng nước tiêu chuẩn . Thông thường lượng nước tiêu chuẩn /ximăng theo tỷ lệ là 24 – 30 % phần khối lượng , trong đó lượng nước cần để cho quá trình hydrat hóa khoảng ¼ -1/3 Đối với loại ximăng PCB thì lượng nước tiêu chuẩn cao hơn vì phải tiêu tốn vào quá trình cấp nước cho phụ gia hoạt tính 8 > Độ bền hóa Độ bền hóa là khả năng chông lại tác nhân ăn mòn của đá ximăng trong quá trình sử dụng , nó phụ thuộc vào thành phần khoáng , thành phần hóa , mật độ khối đá , chủng loại và hàm lượng phụ gia của ximăng và môi trường ăn mòn Ximăng pooclăng bền trong môi trường kièm và môi trường sunfat nếu trong điều kiện có dòng chảy thì quá trình ăn mòn mạnh hơn nhiều 9> Nhiệt tỏa ra khi đóng rắn Phản ứng hydrat hóa của ximăng là phản ứng tỏa nhiệt , lượng nhiệt và tốc độ tỏa nhiệt khi đóng rắn là thông số quan trọng đánh giá chất lượng ximăng . Nhiệt lượng tỏa ra gây ứng suất nhiệt có thể ảnh hưởng tới sản phẩm thủy hóa các khoáng ximăng pooclăng làm nứt vớ … 10>Mác ximăng Đây là thông số kỹ thuật quan trọng nhất để đánh giá chất lượng sử dụng của ximăng pooclăng . Người ta đánh giá ximăng bằng cường độ chịu nén ( kG/cm2) gọi là mác . Mác là cường độ chịu nén của mẩu chuẩn làm từ XM , tạo hình theo tỷ lệ khối lượng XM : cát = 1 : 3 và lượng nước tiêu chuẩn tạo hình và bảo quản trong điều kiện chuẩn sau 28 ngày đêm Mẫu chuẩn có kích thước : 0,7 cm x 0,7 cm x 0,7 cm để thử độ bền nén 4 x 4x 16 cm Thường ký hiệu mác XM như sau : PC 30 , PC40 ,PC50….có nghĩa là mẫu chuẩn ximăng pooclăng ở điều kiện tiêu chuẩn có cường độ nén không dưới 30, 40, 50, tương đương với 300,400,500 kG/cm2 Các ký hiệu như PCB30 , PCB40 , PCB50 là ximăng trộn với phụ gia khoáng hoạt tính với mác 30, 40 ,50 MPa . Độ bền uốn của những loại xịmăng này tương ứng phải lớn hơn 4.5 , 5.5, 6 Mác của ximăng trưóc hết phụ thuộc vào chất lượng của clinker trong đó thành phần khoáng đóng vai trò quan trọng và mác ximăng còn phụ thuộc vào phương pháp thử mẫu 11> Độ giảm mác lúc lưu kho : Sau khi sản xuất xong , XMP dạng bột mịn hoạt tính cao , dễ phản ứng với hơi nước , khí CO2 trong không khí hoặc khi ximăng được xếp chồng cao sẽ nén ép lẫn nhau làm tăng khối lượng thể tích , giảm hoạt tính bề mặt , đồng nghĩa với việc giảm mác . Vì vậy ximăng sau khi sản xuất càng sớm sử dụng thì càng tốt Trong điều kiện thông thương thì thời hạn bảo quản tốt không nên quá sáu tháng . Trung bình độ giảm mác như sau : Sau ba tháng lưu kho giảm Sau 6 tháng lưu kho giảm 15- 30 % Sau 12 tháng lưu kho giảm 25 – 40 % 10-20 % CHƯƠNG II NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XIMĂNG POOCLĂNG- XIMĂNG PCB Chất lượng ximăng pooclăng phụ thuộc vào chất lượng clinker ( thành phần khoáng hóa , độ cứng , hoạt tính cường độ ) , chế độ nghiền (độ mịn , thành phần cỡ hạt …) Đối với ximăng hỗn hợp chất lượng phụ gia cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của ximăng Hiện nay hầu hết các nhà máy ximăng ở Việt Nam đều sản xuất chủng loại ximăng pooclăng hỗn hợp ( PCB ) theo tiêuchuẩn TCVN 6260 1997 . Tiêu chuẩn này quy định tùy theo tỷ lệ phụ gia trong ximăng PCB có thể 10 -40 % Ximăng pooclăng hỗn hợp PCB được sản xuất từ clinker thạch cao và phụ gia hoạt tính trong đó tỷ lệ phụ gia ≤ 10 % đối vơi ximăng PCB40 . Chất lượng clinker quyết định bởi thành phần khoáng hóa , hoạt tính của nguyên liệu sản xuất và đăc biệt là công nghệ sản xuất (độ mịn và độ đồng nhất của phối liệu , chế độ nung luyện và chế độ làm nguội …) Do vậy rất cần thiết chuẩn bị tốt khâu nguyên liệu để sản xuất clinker . I> Nguyên liệu sản xuất ximăng pooclăng và cách chuẩn bị đối với từng nguyên liệu 1> Đá vôi : Đá vôi là nguyên liệu cung cấp CaO cho phối liệu sản xuất ximăng . Độ cứng của đá vôi 1,8 -3 theo thang Mohs, khối lượng thể tích 2,6-2,8 tấn/m3 .Dạng nguyên chất có màu trắng khi lẫn tạp chất có màu , tạp chất gây màu chủ yếu là ôxit sắt làm đá có màu xám . Đá vôi thường khai thác tà các mỏ lộ thiên rất hiếm khi khai thác ở mỏ ngầm . Đá thường được đập sơ bộ tại mỏ bằng các máy đập búa hoặc máy đập hàm cỡ lớn , đá cục được vận chuyển về nhà máy bằng xe goòng … CaCO 3 trong đá vôi tồn tại dưới dạng khoáng canxit , còn một dạng thù hình khác của CaCO3 là aragonit nhưng nó chủ yếu có trong thành phần của đá san hô và một số loại thạch nhũ trong các hang dộng . Đối với chất lượng đá vôi để sản xuất ximăng chung ta quan tâm chủ yếu đến độ cứng , độ tinh khiết và đặc biệt là hàm lượng MgO . Nhiều mỏ đá vôi có lẫn các tạp chất Dolonit , đây là nguồn chủ yếu đưa ôxit Mg vào clinker . Với hàm lượng MgO trong clinker thấp ( < 4% ) khi được làm nguội nhanh MgO đi vào dung dịch rắn với C4AF , C2S và pha thủy tinh nên không ảnh hưởng đến độ ổn định của ximăng nhưng khi vượt quá giới han 5 % , MgO dư được thiêu kết và tồn tại dưới dạng MgO tự do – khoáng periclaz . Sau khi bêtông đóng rắn thì MgO mới phản ứng với nước tạo Mg(OH)2 làm trương nở thể tích gây nứt bêtông . Nên trong các tiêu chuẩn đều quy định hàm lượng MgO trong clinker không lớn hơn 5% , ngoại trừ một số nơi để tận dụng nguyên liệu người ta có thể sản xuất ximăng với hàm lượng MgO lên tới 10 % nhưng trong trường hợp này phải đưa thêm vào các loại phụ gia ổn định . Về độ cứng và tạp chất sét trong đá vôi có thể giải quyết dễ dàng hơn bằng cách lựa chọn thiết bị đập phù hợp . Tuy nhiên trữ lượng đá vôi cho việc sản xuất ximăng ở Việt Nam không phải là vô tận nên vấn đề đặt ra trong việc khai thác là cần phải tiết kiệm sử dụng hợp lý không lãng phí , tận dụng tối đa khối lượng đá sau khi nổ mìn để nâng cao hiệu quả khai thác Trong quá trình phản ứng tạo khoáng ở nhiệt độ 800 – 900 CaCO3 trong đá vôi phân hủy thành CaO và CO2 , sau đó cùng với nhiệt độ tăng lên CaO tiếp tục phản ứng với Al2O3 , Fe2O3 và Sio2 để tạo thành C3A , C4AF , C2S, C3S . Các mỏ đá vôi đã được thiết kế và làm công tác xây dựng cơ bản để khai thác theo phương pháp cắt tầng lớn , cơ giới hóa tạo điều kiện khai thác an toàn sản lượng lớn 2> Đá lẫn đất Đá vôi lẫn đất sét và ôxit silic gọi là đá lẫn đất ngoài ra lẫn nhiều ôxit sắt . Loại đá lẫn đất này có thành phần trung gian giữa đá vôi và đất sét , dễ nghiền hơn đá vôi .Có màu vàng tới xám đen . Đá lẫn đất được xem là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất XMP bởi trong đá tự nhiên đã có sự trộn lẫn đá và đất sét có tác dụng phản ứng xảy ra nhanh chóng sau này . Tùy thuộc vào tỷ lệ đá vôi - đất sét trong đá có thể có những tên gọi trung gian khác nhau . Chẳng hạn như: Đá vôi có hàm lượng CaCO3 96-100 % Đá vôi lẫn đất CaCO3 90-96 % Đá vôi lẫn nhiều đất CaCO3 75-90% Đá lẫn đất CaCO3 40-75 % Đá sét lẫn đá CaCO3 10-40 % Đất sét CaCO3 0-4% 2> Đất sét và các nguyên liệu hiệu chỉnh Nguyên liệu cung cấp sét cho các nhà máy ximăng Việt Nam gồm nhiều chủng loại : sét ruộng được khai thác xuống sâu như ở công ty ximăng Hà Tiên 2 và Sao Mai . Sét bồi phù sa ở công ty xi măng Hải Phòng .Sét đồi dưới dạng đá sét có ở phần lớn các công ty ximăng Hoàng Thạch , Bút Sơn , Tam Điệp … Nguyên liệu sét chủ yếu cung cấp ôxit silic sau đó đến ôxit nhôm và ôxit sắt cho phối liệu ximăng . Đá vôi ít ảnh hưởng đến hoạt tính của phối liệu thì nguyên liệu sét lại có tính quyết định đến hoạt tính của phối liệu . Với các giá trị hệ số chế tạo nằm trong vùng ximăng pooclăng thông dụng , phối liệu dễ nung hay khó nung phụ thuộc chủ yếu vào bản chất sét .Bản chất và hoạt tính của sét lại phụ thuộc vào dạng SiO 2 tồn tại trong nguyên liệu sét . Đất sét được cấu tạo từ các thành phần khoáng chính là các alumosilicat ngậm nước , chủ yếu là các nhóm khoáng: -Nhóm caolinit Al2O3.2SiO2.2H2O - Nhóm montmonrilonit Al2O3.4SiO2.H2O +n H2O - Nhóm chứa kiềm như thủy tinh mica , illit Yêu cầu về thành phần hóa đất sét : SiO2 > 50% , Al2O3 < 20% , Fe2O3 7-10% , SO3 , R2O <1% Các mỏ đá sét mặc dù đã được thiết kế khai thác nhưng các thiết kế trước đây chưa bảo đảm được sự ổn định chất lượng nguyên liệu nên việc áp dụng thiết kế rất khó khăn do chất lượng sét biến động nhiều . Hiện nay các công ty đã phải tiến hành khảo