Xemtailieu Tải về Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng poóc lăng theo phương pháp khô lò quay với công suất 1.200.000 tấn clanhke năm
Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD MỤC LỤC Mục lục: Trang LỜI NÓI ĐẦU:.......................................................................................................... 4 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG Chương I: Giới thiệu về xi măng và xi măng poóc lăng:..........................................5 I .Giới thiệu chung sự phát triển của ngành sản xuất xi măng ở nước ta…….....5 II. Giới thiệu về xi măng poóc lăng:........................................................................6 II.1 Những đặc trương cơ bản của clanhke ximăng Poóc lăng:.....................6 II.2 Các phụ gia trong sản xuất xi măng:........................................................10 II.3 Các tính chất cơ bản của xi măng Poóc lăng:..........................................11 Chương II: Nguyên liệu và nhiên liệu sản xuất xi măng Poóc lăng:.....................16 I. Nguyên liệu:........................................................................................................16 II. Nhiên liệu:..........................................................................................................18 Chương III: Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy:.............................................19 I. Các yêu cầu khi xây dựng nhà máy có công suất lớn:......................................19 II. Giới thiệu địa điểm xây dựng nhà máy tại Kinh Môn - Hải Dương:...............19 PHẦN II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG Chương I: Giới thiệu công nghệ sản xuất xi măng:................................................22 I. Giới thiệu về quá trình sản xuất:......................................................................22 II. Lựa chọn dây chuyền sản xuất:........................................................................23 Chương II: Tính toán phối liệu:...............................................................................33 1. Chọn các hệ số của clanhke:............................................................................33 2. Xác định lượng tro than tham gia vào thành phần clanhke:............................33 3. Tính hàm lượng các nguyên liệu trong phối liệu:............................................34 4. Tính tít phối liệu và hàm lượng pha lỏng:.......................................................39 Chương III: Tính cân bằng vật chất:......................................................................40 I. Lựa chọn chế độ làm việc cho nhà máy:.........................................................40 II. Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng nung:................................................41 III. Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng nguyên liệu:......................................45 IV. Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng xi măng và đóng bao:.......................51 SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD Chương IV: Tính toán và lựa chọn thiết bị:............................................................65 I. Thiết kế phân xưởng nguyên liệu:...................................................................65 II. Thiết kế phân xưởng nung:..............................................................................82 III. Thiết kế phân xưởng xi măng:..........................................................................91 Chương V: Tính toán nhiệt lò quay với thiết bị xyclon trao đổi nhiệt:...............103 I. Tính toán quá trình cháy nhiên liệu: .............................................................103 II. Thiết lập cân bằng vật chất hệ thống lò nung:...............................................105 III. Tính cân bằng vật chất lò nung:......................................................................109 IV. Tính cân bằng vật chất hệ thống xyclon:.........................................................117 V. Tính cân bằng nhiệt của từng xyclon:............................................................126 VI. Tính cân bằng vật chất cho máy làm lạnh:.....................................................134 VII. Tính đường kính xyclon:................................................................................136 VIII. Chọn thiết bị phụ trợ:.....................................................................................142 Chương VI: Phần kiến trúc xây dựng nhà máy:..................................................143 I. Bố trí mặt bằng xây dựng nhà máy:...............................................................143 II. Diện tích xây dựng nhà máy:.........................................................................143 III. Các giải pháp kiến trúc xây dựng:.................................................................145 IV. Các giải pháp kết cấu hạng mục công trình:..................................................145 Chương VII: Tính toán điện nước nhà máy:........................................................147 I. Tính lượng nước dùng trong nhà máy............................................................147 II. Tính lượng điện tiêu thụ trong nhà máy.........................................................147 Chương VIII: Kiểm tra sản xuất an toàn lao động:.............................................151 I. Các biện pháp phòng cháy nổ:.......................................................................151 II. Vệ sinh công nghiệp:......................................................................................151 III. Kiểm tra sản xuất:..........................................................................................151 Chương IX: Công tác môi trường và an toàn lao động:......................................153 I. Công tác môi trường:.....................................................................................153 II. Công tác an toàn lao động:.............................................................................153 Chương X: Lao động và tiền lương:......................................................................155 I. Lao động trong nhà máy:...............................................................................155 II. Quỹ lương của cán bộ công nhân viên:.........................................................157 Chương XI: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế:..........................................................159 I. Chỉ tiêu vốn đầu tư:........................................................................................159 SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp II. Đại học xây dựng – Khoa VLXD Chi phí vận hành nhà máy:............................................................................164 III. Giá bán sản phẩm và thời gian hoàn vốn đầu tư:..........................................166 KẾT LUẬN:............................................................................................................167 TÀI LIỆU THAM KHẢO:.....................................................................................168 SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD MỞ ĐẦU Xi măng là một loại vật liệu xây dựng quan trọng không thể thiếu được trong các công trình xây dựng ở mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Sự phát triển của ngành xi măng sẽ thúc đẩy sự phát triển xây dựng cơ sở hạ tầng kiến trúc, là tiền đề cho sự phát triển của đất nước. Công nghiệp xây dựng được coi là nền tảng của của sự phát triển kinh tế thì công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng là nguồn gốc của sự phát triển ấy, trong đó xi măng chiếm một vai trò rất lớn. Đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng nhiều của đất nước, ngành sản xuất xi măng đã có những bước phát triển không ngừng, đó là việc các nhà máy, xí nghiệp sản xuất xi măng đã mọc lên ở rất nhiều nơi nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng nguyên vật liệu cho ngành xây dựng, đồng thời chất lượng sản phẩm tạo ra cũng không ngừng được hoàn thiện. Đất nước ta có sản lượng đá vôi, đá sét lớn cùng với một đội ngũ lao động trẻ dồi dào. Đó là điều kiện thuận lợi trong quá trình sản xuất xi măng. Với những kiến thức tiếp nhận được qua đợt thực tập cán bộ kỹ thuật, cùng với những kiến thức đã được các thầy cô trong Khoa Vật liệu Xây dựng và trường đại học xây dựng truyền dạy, đặc biệt là sự hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ nhiệt tình của thầy PGS.TS VŨ ĐÌNH ĐẤU chúng em xin trình bày nội dung thiết kế đồ án tốt nghiệp : Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng Poóc lăng theo phương pháp khô lò quay với công suất 1.200.000 tấn clanhke/ năm.”, trong đó có 40% clanhke dùng sản xuất PC50 và 60% clanhke dùng sản xuất PCB40. SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ XI MĂNG VÀ XI MĂNG POÓC LĂNG I. GIỚI THIỆU CHUNG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH SẢN XUẤT XI MĂNG Ở NƯỚC TA. Kinh tế thế giới trong những năm qua bước vào giai đoạn phát triển ổn định và có thiên hướng chú ý vào nền kinh tế Châu Á. Lượng tiêu thụ xi măng những năm gần đây không ngừng tăng trưởng và là động lực để ngành công nghiệp xi măng phát triển mạnh. Theo dự báo nhu cầu về xi măng Poóc lăng từ nay đến năm 2020 tăng hàng năm 3.6% nhu cầu về xi măng. Những thị trường tiềm năng trong những năm qua phải kể đến là : Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga … Với tương lai của ngành công nghiệp xi măng như vậy, cùng với việc ngành công nghiệp xi măng đã có từ lâu đời, Việt Nam ta trong những năm gần đây liên tục khởi công và xây dựng thêm các nhà máy sản xuất xi măng mới. Đến nay có khoảng 90 công ty, đơn vị tham gia sản xuất xi măng trên cả nước. Đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam, trung bình từ 10 – 12% GDP. Vì thế chính phủ xác định xi măng là ngành phát triển chiến lược nhằm phát triển kinh tế. Trong những năm gần đây, một số nhà máy xi măng lớn tập trung nhiều vào thị trường trong nước do thị trường này đang tăng trưởng mạnh mẽ. Ngành công nghiệp xi măng Việt Nam hiện nay đã có khoảng 14 nhà máy xi măng lò quay với tổng công suất thiết kế là 21.5 triệu tấn/ năm, khoảng 18 triệu tấn xi măng được sản xuất từ nguồn clanhke trong nước (ứng với 14,41 triệu tấn clanhke). Hầu hết các nhà máy xi măng sử dụng phương pháp kỹ thuật khô có sản lượng xi măng từ 1,4 đến 2,5 triệu tấn/năm với trình độ và kỹ thuật tương đương với các nhà máy khác ở Đông Nam Á . Việt Nam đang có khoảng 31 dự án xi măng lò quay với tổng công suất thiết kế là 39 triệu tấn/năm được phân bổ ở nhiều vùng trên cả nước, đa số tập trung ở miền Bắc, miền Trung và chỉ có 4/31 dự án nằm ở miền Nam . Hiện nay các nhà máy xi măng phân bố không đồng đều giữa các khu vực.Hầu hết các nhà máy tập trung tại miền Bắc nơi có vùng nguyên liệu đầu vào lớn, trong khi đó các nhà máy lớn ở phía Nam rất hạn chế. Do đó nguồn cung cấp xi măng ở miền Bắc thì dư thừa mà miền Nam lại thiếu hụt. Hiện nay Việt Nam là một nước đang phát triển trong khu vực, vì thế nhu cầu về cơ sở hạ tầng và giao thông vận tải là rất lớn. Ngành xi măng và các ngành nguyên vật liệu xây dựng khác sẽ được hưởng lợi từ sự phát triển của lĩnh vực xây dựng, bất động sản và cơ sở hạ tầng . Triển vọng tăng trưởng hàng năm của nhu cầu xi măng trong giai đoạn 2011-2016 vào khoảng 9%/ năm và giai đoạn 2016 - 2020 là 4,5%/ năm. Nhu cầu xi măng ước lượng SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD sẽ đạt 76 triệu tấn/ năm vào năm 2016, vì vậy các công ty trong ngành phải tìm ra hướng mới để tiêu thụ sản phẩm nhằm tránh việc tồn kho và nhanh chống thu hồi vốn đầu tư. II. GIỚI THIỆU VỀ XI MĂNG POÓC LĂNG Xi măng Poóc lăng là chất kết dính có khả năng đông kết, rắn chắc và phát triển cường độ trong môi trường không khí và môi trường nước, thường được gọi là chất kết dính rắn trong nước hay chất kết dính thuỷ lực. Xi măng Poóc lăng được sản xuất bằng công nghệ nghiền mịn clanhke xi măng Poóc lăng với phụ gia thạch cao, đôi khi có thêm phụ gia khác. Thành phần chính trong xi măng Poóc lăng là clanhke. Clanhke xi măng Poóc-lăng được sản xuất bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu đồng nhất, phân tán mịn của đá vôi, đất sét và một số nguyên liệu khác đóng vai trò phụ gia điều chỉnh thành phần hóa học của phối liệu như: xỉ pyrít, quặng sắt và trêpen... Khi nghiền clanhke xi măng phải pha thêm thạch cao để điều chỉnh tốc độ đóng rắn và một số tính chất khác của xi măng. Nếu xi măng không có thạch cao thì khi trộn với nước sẽ ninh kết và đóng rắn nhanh, cho sản phẩm có tính chất cơ lý thấp. Hàm lượng thạch cao chiếm từ 3% đến 5% trong xi măng, phụ thuộc vào hàm lượng khoáng C 3A... Trong quá trình nghiền có thể sử dụng một số phụ gia công nghệ nhưng không quá 1% so với khối lượng xi măng. Xi măng Poóc lăng hỗn hợp (PCB) được tạo thành do nghiền lẫn clanhke xi măng poóc lăng, thạch cao và phụ gia khoáng. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260:1997, hàm lượng phụ gia khoáng pha vào xi măng có thể đến 40% theo khối lượng, trong đó hàm lượng phụ gia khoáng trơ không lớn hơn 20%. Phụ gia khoáng pha vào xi măng gồm có phụ gia khoáng trơ và phụ gia khoáng hoạt tính, trong đó phụ gia phụ gia khoáng hoạt tính là phụ gia chủ yếu sử dụng để pha trộn vào xi măng poóc lăng. Các phụ gia khoáng hoạt tính có ảnh hưởng thuận lợi đến xi măng poóc lăng do nó có thể cải thiện cấu trúc đá xi măng và bê tông, tăng độ bền đối với tấn công của sunphát, tăng tính chống thấm, giảm nhiệt hydrat và sự dãn nở nhiệt và làm giảm giá thành sản phẩm. II.1.NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CLANHKE XI MĂNG POÓC LĂNG Clanhke xi măng poóc lăng là bán thành phẩm của công nghệ sản xuất xi măng tồn tại ở dạng hạt, kích thước thường từ (10 30) mm, phụ thuộc vào dạng lò nung. Theo cấu trúc vi mô clanhke xi măng là hỗn hợp các hạt nhỏ của nhiều pha tinh thể và một lượng nhỏ pha thuỷ tinh. Chất lượng của clanhke phụ thuộc chủ yếu vào: thành phần phối liệu cũng như phương pháp công nghệ và dạng lò nung... 1. Thành phần khoáng của clanhke xi măng poóc lăng Trong clanhke xi măng poóc lăng gồm chủ yếu là các khoáng silicát canxi chiếm khoảng (70 80)% (các khoáng này là alít (C3S), bêlít (C2S)) và các khoáng tricanxi aluminat (C3A) và tetracanxi aluminat ferit (C4AF). + Khoáng Alít (3CaO.SiO 2 ký hiệu là C 3S ) là khoáng quan trọng nhất của clanhke xi măng, tạo cho xi măng có cường độ cao, tốc độ đông kết rắn chắc nhanh và có ảnh hưởng nhiều đến các tính chất của xi măng. Trong clanhke xi măng khoáng C3S chiếm từ (45 60)%. Alit là một dung dịch rắn của 3CaO.SiO 2 và một lượng nhỏ các chất khác có hàm lượng nhỏ từ (2 4)% như MgO, P 2O5, Cr2O3,... Khoáng C3S ở SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD dạng tinh khiết bền vững trong khoảng nhiệt độ (1200 1250)0C đến (1900 2070)0C. Ở nhiệt độ lớn hơn 2070 0C thì C3S bị nóng chảy, nhỏ hơn 1200 0C thì bị phân huỷ thành C2S và CaO (C3S = C2S + CaO tự do). + Khoáng bêlít (2CaO.SiO2 ký hiệu C2S ).Trong clanhke xi măng poóc lăng C2S chiếm khoảng 20 30%, là thành phần quan trọng của clanhke, có đặc tính là đông kết rắn chắc chậm nhưng cường độ cuối cùng tương đối cao. Bêlít là dung dịch rắn của 2CaO.SiO 2 với một lượng nhỏ các oxít khác như Al2O3, Fe2O3, Cr2O3... với hàm lượng từ (1 3)%. + Khoáng C2S được tạo thành trong clanhke ở 4 dạng thù hình C2S, ‘C2S, C2S, C2S . - C2S : bền vững ở điều kiện nhiệt độ cao từ 1425 2130 0C, ở nhiệt độ lớn hơn 21300C, C2S bị chảy lỏng, ở nhiệt độ nhỏ hơn 14250C khoáng C2S chuyển sang dạng ’ C2S . - ’C2S bền vững ở nhiệt độ 830 14250C, khi nhiệt độ nhỏ hơn 8300C và làm lạnh nhanh thì ’C2S chuyển sang dạng C2S, còn khi làm nguội chậm bị chuyển sang dạng C2S. - C2S không bền luôn có xu hướng chuyển sang dạng C2S đặc biệt là ở nhiệt độ nhỏ hơn 5200C. Khi C2S chuyển thành C2S làm tăng thể tích khoảng 10% và bị phân rã thành bột. - C2S thì hầu như không tác dụng với nước và không có tính chất kết dính, chỉ trong điều kiện hơi nước bão hoà, khoảng nhiệt độ 150 2000C, C2S mới thể hiện khả năng dính kết. Chất trung gian phân bố giữa khoáng Alít và Bêlít là các pha Aluminôferit, pha canxi Aluminat và pha thuỷ tinh. + Pha canxi Aluminat tồn tại trong clanhke xi măng poóc lăng ở dạng C3A... Đặc điểm của C3A là đông kết rắn chắc nhanh,cường độ thấp, dễ tạo nên các sản phẩm gây ứng suất làm nứt, tách cấu trúc đá xi măng khi chúng làm việc trong môi trường xâm thực sunfat. Trong một số loại xi măng chuyên dụng cần khống chế hàm lượng khoáng này (xi măng thuỷ công lượng C3A < 5%, xi măng bền sunfat lượng C3A < 8%). + Pha Aluminôferit là dung dịch rắn của các khoáng canxi Alumôferit. Khoáng canxi Aluminôferit có thành phần khác nhau phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu ban đầu, điều kiện nung luyện,..trong clanhke xi măng poóc lăng chúng có thể tồn tại dưới dạng : C6A2F, C4AF, C2F, trong clanhke xi măng poóc lăng khoáng này chủ yếu tồn tại dưới dạng là C4AF có chứa khoảng 1% MgO và TiO2.Đặc điểm của khoáng C4AF là có khả năng hydrat hóa nhanh, có cường độ tương đối cao, tăng độ bền sunphat của xi măng poóc lăng. + Pha thuỷ tinh có trong clanhke xi măng poóc lăng với hàm lượng từ 5 15%. Hàm lượng của pha thuỷ tinh phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp nguyên liệu ban đầu và điều kiện làm lạnh clanhke. Thành phần của pha thuỷ tinh bao gồm một số loại ôxít như CaO, Fe2O3, Na2O, K2O,... Sự có mặt của pha này trong clanhke xi măng poóc lăng làm ảnh hưởng đến tính chất của các khoáng khác và đặc biệt là làm thay đổi nhiệt độ tạo khoáng chính. SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD - Ngoài ra trong clanhke xi măng poóc lăng còn tồn tại một lượng CaO và MgO tự do, chúng thường là các hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm, khi xi măng đã rắn chắc chúng mới thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúc của sản phẩm , làm thay đổi thể tích của sản phẩm và làm giảm cường độ của đá xi măng. 2. Thành phần hoá của clanhke xi măng poóc lăng Thành phần hoá của clanhke xi măng poóc lăng gồm các ôxít chính là : Al 2O3, Fe2O3, CaO, SiO2 với tổng hàm lượng của chúng chiếm khoảng từ 95% đến 97% trong clanhke (theo khối lượng). Ngoài ra trong clanhke xi măng poóc lăng còn có các ôxít khác như : MgO, TiO2, K2O, Na2O, P2O5, SO3...với hàm lượng rất nhỏ. Hàm lượng các ôxít trong clanhke xi măng poóc lăng dao động trong khoảng rộng: CaO = 63 66% SiO2 = 21 24% Al2O3 = 4 9% Fe2O3 = 2 4% SO3 = 0,3 1% P2O5 = 0,1 0,3% K2O + Na2O = 0,4 1% TiO2 + Cr2O3 = 0,2 0,3% Hàm lượng các ôxít trên thay đổi sẽ làm cho tính chất của xi măng cũng thay đổi theo. - Canxi ôxít (CaO) Ôxít này chủ yếu có trong nguyên liệu đá vôi, trong quá trình nung luyện tạo thành clanhke, ở các điều kiện nhất định chúng sẽ liên kết với các ôxít khác tạo nên các hợp chất hoá học quyết định tốc độ đông kết rắn chắc và cường độ của xi măng. Khi hàm lượng CaO càng lớn thì khả năng tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat có độ bazơ cao (C3S) trong clanhke càng nhiều, cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh cường độ cao nhưng xi măng lại kém bền trong môi trường xâm thực sunfat. Hàm lượng CaO nhiều đòi hỏi nhiệt độ nung phải lớn , clanhke khó nung luyện và để lại trong clanhke một lượng canxi ôxít tự do nhiều, có hại cho xi măng. Vì vậy, trong clanhke xi măng người ta phải khống chế hàm lượng CaO hợp lý (khoảng 63 66%). - Silic điôxít (SiO2) : được cung cấp từ nguyên liệu đất sét, trong quá trình nung luyện clanhke SiO2 sẽ tác dụng với CaO tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat. Khi hàm lượng SiO2 càng nhiều thì ngoài việc tạo thành khoáng C 3S, khoáng canxi silicat có độ bazơ thấp (C2S) được hình thành sẽ tăng lên. Hàm lượng khoáng C2S tăng làm xi măng đông kết rắn chắc chậm và cường độ phát triển chậm ở thời kỳ đầu của quá trình rắn chắc đá xi măng. Tuy nhiên loại xi măng có hàm lượng C 2S cao lại có khả năng bền trong nước và môi trường xâm thực sunfat. Khi hàm lượng SiO 2 trong clanhke ít, khoáng C3S được tạo thành nhiều, sẽ làm cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh, cường độ cao nhưng quá trình nung luyện khó, clanhke có lượng vôi (CaO) tự do lớn. Vì vậy trong clanhke xi măng thì ôxít SiO2 cần phải khống chế ở một tỉ lệ thích hợp (thường nằm trong khoảng 21 24% khối lượng clanhke). - Nhôm ôxít (Al2O3) trong clanhke xi măng tham gia vào quá trình tạo nên các khoáng nóng chảy canxi aluminat và nằm ở dạng khoáng C3A và C4AF. Trong clanhke xi măng ôxít này được đưa vào chủ yếu từ đất sét, khi nung luyện, ôxít nhôm tham gia vào quá trình tạo nên các khoáng nóng chảy canxi Aluminat. Khi hàm lượng Al2O3 càng nhiều khoáng SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD C3A tạo thành càng lớn, khả năng xuất hiện pha loãng trong clanhke càng sớm và càng nhiều, còn đối với xi măng, nó có khả năng tạo cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh nhưng cường độ thấp và kém bền trong môi trường sunfat. Trong clanhke hàm lượng ôxít nhôm chiếm khoảng 4 8%. - Sắt ôxít (Fe2O3) Có tác dụng làm giảm nhiệt độ thiêu kết của quá trình nung luyện và tham gia vào quá trình tạo khoáng tetracalcium Aluminôferit (C 4AF). Hàm lượng ôxít này trong clanhke xi măng càng lớn thì nhiệt độ nung càng được hạ thấp, khoáng C4AF được tạo thành nhiều xi măng nâng cao được độ bền trong môi trường xâm thực sunfat nhưng cường độ xi măng không cao. Vì vậy trong quá trình nung luyện clanhke cần đặc biệt chú ý thành phần ôxít này ở một tỷ lệ hợp lý mới có tác dụng tốt cho việc giảm nhiệt độ nung luyện, nếu quá nhiều, pha lỏng xuất hiện trong clanhke sẽ lớn, gây nên hiện tượng bám dính lò đặc biệt trong công nghệ xi măng lò đứng, thông thường tổng hàm lượng ôxít Fe2O3 trong clanhke xi măng poóc lăng chiếm khoảng 2 4%. Ngoài các ôxít chính tham gia vào quá trình tạo khoáng còn có một hàm lượng nhỏ các ôxít khác cũng hoà tan trong đó, có ảnh hưởng lớn đến tính chất và chất lượng của xi măng đó là: - Magiê ôxít (MgO) : là thành phần có hại cho xi măng, là nguyên nhân gây sự mất ổn định thể tích khi xi măng đã đông kết rắn chắc. Thường trong sản xuất clanhke xi măng lượng ôxít MgO được khống chế với hàm lượng nhỏ hơn 5%. - Titan ôxít (TiO2) : thành phần ôxít này gây ảnh hưởng tới xi măng tuỳ thuộc vào hàm lượng của nó trong clanhke. Nếu hàm lượng của nó từ 0,1 0,5% thì sẽ làm tốt cho quá trình kết tinh các khoáng, ngược lại khi hàm lượng từ 2 4% thì TiO2 sẽ thay thế một phần SiO2 trong xi măng, nếu hàm lượng lớn hơn 4% thì làm giảm cường độ của xi măng. - Crôm ôxít (Cr2O3) và phốt pho ôxít (P2O5) Khi hàm lượng của các ôxít này nằm vào khoảng 0,1 0,3% sẽ có tác dụng tốt là thúc đẩy quá trình đông kết ở thời kỳ đầu, tăng cường độ cho xi măng. Nhưng với hàm lượng lớn (1 2%) có tác dụng ngược lại làm chậm thời gian đông kết rắn chắc và làm suy giảm cường độ của đá xi măng. - Ôxít kiềm kali và kiềm natri (K 2O và Na2O) do đất sét đưa vào trong clanhke hàm lượng chúng khoảng 0,5 1%. Khi hàm lượng các ôxít này lớn hơn 1% sẽ gây nên sự mất ổn định thể tích của xi măng đặc biệt là gây nên sự tách, nứt trong bê tông thuỷ công do các ôxít kiềm này có khả năng tác dụng với CaO, Al 2O3 tạo nên các khoáng trương nở thể tích là Na2O.8CaO.3Al2O3(NC8A3), K2O.8CaO.3Al2O3 (KC8A3). 3. Đặc trưng của clanhke xi măng poóc lăng Chất lượng của clanhke xi măng được đánh giá qua thành phần hoá học và thành phần khoáng. Để đánh giá một cách tổng quát hơn thành phần của xi măng người ta thường đánh giá chúng thông qua các hệ số đặc trưng. - Các hệ số đặc trưng của clanhke xi măng poóc lăng là : a. Hệ số bazơ (kýhiệu m) m = %CaO % SiO2 % Fe2 O3 % Al 2 O3 Thông thường hệ số bazơ vào khoảng SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi m = 1,7 2,4. GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD Khi hệ số m2,4, nhiệt độ nung yêu cầu phải lớn, xi măng có cường độ cao nhưng độ ổn định thể tích kém, nhiệt thủy hóa lớn và kém bền trong môi trường nước xâm thực. b. Hệ số Silicat (ký hiệu n) n = % SiO2 % Al 2 O3 % Fe2 O3 Đối với xi măng poóc lăng thường hệ số n = 1,7 3,5. Khi hệ số n tăng, các khoáng canxi silicat có độ bazơ thấp sẽ tăng, xi măng sẽ đông kết rắn chác chậm và cường độ cuối cùng không cao. Khi hệ số n giảm thì hàm lượng các khoáng nóng chảy tăng, nhiệt độ nung clanhke sẽ thấp và dễ nung luyện. c. Hệ số Alumin (ký hiệu p) p = % Al 2 O3 % Fe2 O3 Hệ số alumin là tỷ lệ Al2O3 đối với Fe2O3 trong clanhke xi măng, nó thể hiện tỷ lệ giữa khoáng tricanxi aluminat (C3A) với khoáng tetracanxi alumôferit (C4AF). Khi hệ số p = 0,673 thì trong clanhke xi măng sẽ không tồn tại khoáng C3A. Thông thường hệ số p = 1 2,5. d. Hệ số bão hoà KH KH CaO tong CaOtudo 1,65 Al 2 O3 0,35 Fe2 O3 0,7 SO3 2,8 SiO2 tong SiO2tudo Hệ số KH thích hợp thường dao động trong khoảng 0,85 0,95. Hệ số bão hòa (KH) là tỷ số giữa lượng canxi oxit (CaO) trong clanhke thực tế liên kết với silic đioxit(SiO2) tạo nên khoáng 3CaO.SiO2 II.2. CÁC PHỤ GIA TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG Trong công nghệ sản xuất chất kết dính vô cơ người ta sử dụng một số loại phụ gia nhằm mục đích : + Cải thiện các tính chất kỹ thuật của chất kết dính đó là phụ gia điều chỉnh tốc độ đông kết của xi măng , phụ gia nâng cao tính chịu lửa bền nhiệt, phụ gia cải thiện tính chất công nghệ, phụ gia tăng thời gian bảo quản xi măng, phụ gia khoáng hóa… + Điều chỉnh mác chất kết dính, giảm giá thành xi măng (phụ gia đầy). + Nâng cao hiệu suất của thiết bị công nghệ (phụ gia công nghệ) như phụ gia trợ nghiền …đưa vào nhằm cải thiện tính chất kĩ thuật của xi măng. 1. Phụ gia thạch cao Phụ gia thạch cao là phụ gia đưa vào khi nghiền cùng clanhke xi măng có tác dụng điều chỉnh tốc độ đông kết và đóng rắn của xi măng. Thạch cao có thành phần khoáng chủ yếu là CaSO4.2H2O, ngoài ra còn có các chất khác với hàm lượng nhỏ. Màu sắc của đá thạch cao phụ thuộc vào lượng tạp chất trong nó, thông thường đá thạch cao có màu trắng đục, ố vàng và mềm hơn đá vôi. Yêu cầu kỹ thuật của thạch cao dùng để sản xuất xi măng đưa ra theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 168:1989. 2. Phụ gia khoáng hoạt tính SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD Phụ gia khoáng hoạt tính là loại phụ gia làm tăng khả năng chịu lực và độ bền trong môi trường nước cho sản phẩm. Phụ gia hoạt tính gồm có hai loại : Loại có nguồn gốc tự nhiên như : trêpen, điatômít... Loại có nguồn gốc nhân tạo bao gồm các phế thải công nghiệp như xỉ bazơ (thải phẩm của nhà máy thép), tro xỉ axít ... Phương pháp xác định chỉ số hoạt tính của phụ gia hoạt tính là phần lớn xác định thông qua độ hút vôi của mẫu thử TCVN 3725-1982 và chỉ số hoạt tính của xi măng poóc lăng theo độ bền nước TCVN 6822-2001. 3. Phụ gia đầy : là loại phụ gia đưa vào với mục đích tăng sản lượng xi măng và giảm giá thành sản phẩm. Tỷ lệ phụ gia này pha vào phụ thuộc vào chất lượng của clanhke và yêu cầu kỹ thuật của xi măng.( phụ gia này pha vào chủ yếu nhằm mục đích kinh tế). Phụ gia đầy là loại phụ gia không có khả năng kết hợp với vôi ở nhiệt độ thường, và cải thiện cấu trúc của đá xi măng và bê tông. Phụ gia đầy thường là cát thạch anh, đá vôi nghiền mịn, đá bazan hoạt tính yếu. Trong xi măng loại phụ gia đầy không vượt quá 20% so với khối lượng xi măng. 4. Phụ gia hoạt tính bề mặt Loại phụ gia này có khả năng hoạt tính bề mặt cao, khi chất kết dính thuỷ hoá chúng sẽ tạo thành một màng mỏng trên bề mặt hạt chất kết dính làm thay đổi trạng thái bề mặt hạt chất kết dính khi thấm nước, giảm ma sát trượt tăng độ dẻo của hỗn hợp nên thường được gọi là các chất phụ gia tăng dẻo hay phụ gia siêu dẻo. Một số phụ gia thuộc loại này là bã rượu sunfit, nước thải bã giấy, các loại axít béo tổng hợp. 5. Phụ gia công nghệ Nhằm nâng cao hiệu suất của thiết bị công nghệ như : phụ gia thúc đẩy quá trình tạo khoáng trong lò nung xi măng, phụ gia trợ nghiền nâng cao hiệu suất nghiền clanhke xi măng, phụ gia kéo dài thời gian bảo quản xi măng. ( Phụ gia trợ nghiền : có tác dụng nâng cao năng suất máy nghiền ,tiết kiệm năng lượng và thời gian nghiền. Thông thường người ta sử dụng : nhựa thông, than cốc, than đá, HEA -2, sunfuanat canxi…) ( Phụ gia bảo quản : Phụ gia này có tác dụng tạo màng ngăn ẩm bao bọc các hạt xi măng, ngăn không cho chúng hút ẩm Thường dùng TEA dầu thực vật, dầu lạc … có độ phân tán cao.) II.3. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XI MĂNG POÓC LĂNG 1. Khối lượng riêng và khối lượng thể tích Khối lượng riêng (a) là tỷ số giữa khối lượng của xi măng với thể tích của xi măng, khối lượng riêng a của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng clanhke xi măng và phụ thuộc vào thành phần phụ gia trong nó. Xi măng poóc lăng thông thường có khối lượng riêng từ 3,0 3,2 g/ cm3. Khối lượng riêng của xi măng được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4030 – 85. Khối lượng thể tích đổ đống (đ) là tỷ số giữa khối lượng của xi măng với thể tích đổ đống của nó. Khối lượng thể tích đổ đống phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ mịn của xi măng và hàm lượng phụ gia trong xi măng, khả năng lèn chặt của xi măng. Xi măng poóc lăng thường có khối lượng thể tích khoảng 900 1100 kg/ m3, ở trạng thái lèn chặt 1400 1700 kg/ m3. SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD 2. Độ nghiền mịn của xi măng Độ mịn của xi măng ảnh hưởng đến chất lượng xi măng. Hạt xi măng càng mịn tốc độ thuỷ hoá càng nhanh đạt đến triệt để, do đó cường độ xi măng sẽ phát triển nhanh. Để đánh giá độ mịn của hạt xi măng có thể sử dụng tỷ diện tích hay lượng sót sàng N 0 009, đó là tổng diện tích bề mặt các hạt của một đơn vị trọng lượng xi măng. Theo tiêu chuẩn hiện hành độ mịn xi măng được xác định bằng: phương pháp độ mịn theo sàng 90m và độ mịn theo bề mặt riêng (phương pháp Blaine). TCVN 2682 -2009 quy định xi măng PC50 và PCB40 độ mịn sót sàng 90 m không lớn hơn 15%, theo phương pháp Blaine không được nhỏ hơn 2800 cm2/g . TCVN 6260 -2009 quy định xi măng PC50 và PCB40 độ mịn sót sàng 90 m không lớn hơn 12%, theo phương pháp Blaine không được nhỏ hơn 2800 cm2/g . 3. Lượng nước yêu cầu và độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng Lượng nước yêu cầu (lượng nước tiêu chuẩn) là lượng nước cần thiết để hyđrat hoá các khoáng của clanhke xi măng và đảm bảo độ lưu động cần thiết của hỗn hợp khi thi công.Tương ứng với lượng nước tiêu chuẩn cho ta hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn. Lượng nước yêu cầu của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanhke, độ mịn của xi măng và loại phụ gia cho vào khi nghiền clanhke xi măng. Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng được xác định bằng dụng cụ kim Vica. Theo TCVN 4031 – 1985, lượng nước tiêu chuẩn xi măng PC thường từ 21 29% và của xi măng PCB thường từ 24 32% . 4. Thời gian đông kết của xi măng poóc lăng Quá trình trộn một hỗn hợp xi măng với nước tương đối linh động dần dần đặc lại và có cường độ ban đầu nào đó thì được gọi là quá trình đông kết. Thời gian đông kết phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanhke, độ nghiền mịn của xi măng, phụ gia trong xi măng, điều kiện môi trường và lượng nước tiêu chuẩn khi đưa vào nhào trộn. Thời gian đông kết được xác định bằng dụng cụ Vica theo TCVN 6017 – 1995. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682 – 1999 yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng như sau: - Thời gian bắt đầu đông kết không sớm hơn 45 phút. - Thời gian kết thúc đông kết không chậm hơn 375 phút. 5. Cường độ của xi măng Là độ bền của đá xi măng khi chịu tác động của các lực cơ học mà không bị phá hoại. Đây là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xi măng và là chỉ tiêu để phân loại cho xi măng (mác xi măng). Do vậy người ta đã qui định mác của xi măng là cường độ nén của những mẫu vữa thí nghiệm đã được dưỡng hộ 28 ngày trong môi trường có nhiệt độ thường và độ ẩm 90 100%. Cường độ của xi măng được xác định theo TCVN 6016 – 1995. 6. Tính ổn định thể tích của xi măng Khi xi măng đông kết rắn chắc cần phải ổn định thể tích. Sự thay đổi thể tích trong quá trình đông kết rắn chắc của xi măng sẽ làm giảm cường độ của bê tông khi đóng rắn, gây các vết nứt, rạn hoặc phá hoại sản phẩm. Nguyên nhân chính của sự thay đổi thể tích là SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD do trong xi măng có chứa một lượng CaO và MgO tự do, các hạt này ở dạng hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm, sau khi xi măng đã đông kết rắn chắc, chúng mới tham gia phản ứng thuỷ hoá làm tăng thể tích, phá hoại cấu trúc sản phẩm. Chỉ tiêu độ ổn định thể tích quy định đối với xi măng PC tại TCVN 2682 -1999 và PCB tại TCVN 6260 -1997 không lớn 10 mm khi thử theo phương pháp khuôn Le Chatelier. 7. Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình thuỷ hoá Nhiệt thuỷ hoá của xi măng là nhiệt lượng sinh ra của một đơn vị khối lượng xi măng khi thuỷ hoá. Nhiệt thuỷ hoá xác định tại hai thời điểm nhất định đó là 7 ngày và 28 ngày. Nhiệt thuỷ hóa được xác định bằng nhiệt kế theo TCVN 6070 – 1995. Xi măng poóc lăng PC có lượng nhiệt thuỷ hoá sau 7 ngày là 80 90 cal /g và sau 28 ngày có thể lên đến 100 cal /g . Lượng nhiệt sinh ra sẽ làm ảnh hưởng đến việc thi công bê tông, nó thúc đẩy nhanh quá trình đông kết rắn chắc của vữa xi măng. Nếu khối bê tông có thể tích lớn thì tính chất này có thể gây ra nội ứng suất trong khối bê tông sinh ra nứt rạn và phá hủy kết cấu công trình. 8. Độ bền chống ăn mòn của đá xi măng Độ bền chống ăn mòn của đá xi măng là khả năng bền vững của đá xi măng trong môi trường xâm thực. Đá xi măng trong các môi trường có tác nhân xâm thực bị ăn mòn theo thời gian và trở nên kém bền. Các quá trình ăn mòn chính gồm ăn mòn sun phát, ăn mòn muối, ăn mòn rửa trôi . 8.1.1 Ăn mòn hóa học. Quá trình ăn mòn hóa học của đá xi măng và bê tông trong môi trường có thể là các chất chứa trong nước tham gia tác dụng với các thành phần của đá xi măng tạo thành các sản phẩm có thể tích lớn hay các khối vô định hình dễ hòa tan bằng nước, do phản ứng trao đổi của các chất trong nước và đá xi măng. Dựa trên cơ chế gây ăn mòn đá xi măng và bê tông có thể chia ra một số dạng ăn mòn hóa học sau đây. a. Ăn mòn khử kiềm. Ăn mòn khử kiềm xảy ra do tác dụng của nước mềm. Trong nước mềm, Ca(OH) 2 sẽ hòa tan vào nước gây nên sự giảm nồng độ Ca(OH) 2 trong đá xi măng và bê tông, do đó gây nên sự khử kiềm. Khi nồng độ Ca(OH) 2 giảm đến một mức độ nhất định thì bắt đầu xảy ra sự phân hủy các hợp chất khác trong đá xi măng. Ăn mòn khử kiềm đá xi măng phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Trước hết sự ăn mòn khử kiềm phụ thuộc vào loại nước sử dụng. Trong môi trường nước lọc có áp suất thì sự ăn mòn khử kiềm mạnh, nước càng sạch thì sự ăn mòn xảy ra càng mạnh. Trong nước chứa các hợp chất như bicacbonat canxi và magie, sự hòa tan của Ca(OH) 2 bị giảm đi, do đó sự ăn mòn khử kiềm giảm đi vì khi đó xảy ra phản ứng : Ca(OH)2 + Ca(HCO3) = 2CaCO3 + 2H2O Sự tạo thành CaCO3 trong đá xi măng làm tăng mật độ sản phẩm do CaCO 3 lấp đầy các lỗ rỗng, do đó làm giảm sự khử kiềm. Vì vậy khi hàm lượng muối bicacbonic trong nước ≤ 1,5 ~ 22 mg/lít thì nước mới gây nên sự ăn mòn khử kiềm. Khi bề mặt sản phẩm SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD bị cacbonat hóa do sự tồn tại của CO2 trong không khí hay đưa vào xi măng các loại phụ gia hoạt tính thì sự ăn mòn khử kiềm đá của xi măng giảm đi. b. Ăn mòn axit. Quá trình ăn mòn axit đá xi măng hay bê tông xuất hiện do các axit vô cơ và hữu cơ tác dụng với hydroxit canxi và các hợp chất khác trong đá xi măng. Phụ thuộc vào nồng độ của axit, loại axit mà quá trình ăn mòn này xảy ra với các mức độ khác nhau. Xi măng có độ bazơ cao không chỉ tác dụng với axit mà còn cả với các muối Al 2(SO4)3, FeCl3... của axit mạnh. Các sản phẩm tạo thành hòa tan trong nước làm giảm cường độ của đá xi măng và bê tông, sau đó dẫn đến phá hoại sản phẩm. Độ pH của môi trường nước càng nhỏ, khả năng ăn mòn axit càng mạnh. c. Ăn mòn cacbonic. Trong nước nếu có CO2 thì có thể xảy ra ăn mòn cacbonic do tác dụng của CO 2 với Ca(OH)2 .Đầu tiên do Ca(OH)2 trong đá xi măng tác dụng với CO2 theo phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 + H2O = CaCO3 + 2H2O (1) Sau đó CaCO3 tiếp tục tác dụng với CO2 trong nước theo phản ứng: CaCO3 +CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2 (2) Nếu sự tác dụng của CO2 trong dung dịch nước với Ca(OH)2 chỉ xảy ra theo phương trình (1) thì CaCO3 tạo thành sẽ lấp đầy lỗ rỗng làm tăng độ đặc của sản phẩm. Khi CO 2 tiếp tục tác dụng với CaCO3 theo phương trình (2) thì Ca(HCO3)2 tạo thành sẽ bị hòa tan mạnh vào nước gây nên sự ăn mòn đá xi măng và bê tông làm giảm cường độ sản phẩm. Vì vậy trong môi trường nước có CO2 bê tông sẽ bị phá hoại từ ngoài vào trong. Khi trong nước có chứa các muối canxi thì lượng H 2CO3 ổn định tăng lên, khả năng ăn mòn cacbonic giảm. Nếu hàm lượng muối natri trong nước càng lớn thì lượng ổn định cacbonic càng ít, khả năng ăn mòn cacbonic càng tăng. Để ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn cacbonic trong các công trình ngập nước, người ta thường xếp đá vôi xung quanh các công trình. d. Ăn mòn sunfat. Trong môi trường chứa ion SO42-, khi tiếp xúc với đá xi măng và bê tông sẽ xảy ra sự ăn mòn sunfat. Gồm 2 loại ăn mòn sunfat: Ăn mòn sunphoaluminat và ăn mòn thạch cao. Ăn mòn sunphoaluminat canxi xảy ra trong đá xi măng khi nồng độ ion SO 42- trong nước > 250mg/lít. Khi đó Ca(OH)2 trong đá xi măng sẽ tác dụng với SO42- theo phản ứng: Ca(OH)2 + Na2SO4 + 2H2O = CaSO4.H2O + 2NaOH Thạch cao sẽ tác dụng với hydro aluminat canxi theo phản ứng: 3CaO.Al2O3.6H2O + 3CaSO4.2H2O +19H2O =3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O Hợp chất tạo thành là hydro sunphoaluminat canxi (ettrighite) có độ hòa tan nhỏ, tăng thể tích lớn, do đó gây nên ứng suất phá hoại sản phẩm. Ăn mòn sunphoaluminat canxi xảy ra phụ thuộc vào nồng độ Ca(OH) 2 trong đá xi măng. Khi nồng độ này càng thấp thì sự ăn mòn càng nhỏ. Hiện tượng ăn mòn xảy ra khi đá xi măng tiếp xúc với nước có ion SO42-, khi nồng độ CaO > 0,46g/lít. Để ngăn ngừa sự ăn mòn sunfat cần phải sử dụng xi măng có khoáng C3A và C3S thấp, sử dụng các phụ gia khoáng hoạt tính như trepen, puzolan... Do tác dụng của SiO 2 hoạt tính và các thành phần khác của phụ gia với Ca(OH)2 tạo thành CSH(B), vì SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu Đồ án tốt nghiệp Đại học xây dựng – Khoa VLXD vậy nồng độ Ca(OH)2 trong đá xi măng giảm đi. Khi đó sự ăn mòn sunfat giảm. e. Ăn mòn sunfat magienhi và magienhi sunfat. Ăn mòn này là do khi sử dụng đá xi măng và bê tông trong môi trường nước có chứa các muối magie và magie sunfat và xảy ra hiện tượng ăn mòn làm giảm cường độ sản phẩm. Khi trong nước tồn tại cả 2 dạng muối magienhi và magie sunfat tức là có cả ion Mg 2+ và SO42- thì sự ăn mòn đá xi măng càng mạnh. Nếu trong nước có các muối sunfat nhôm và kẽm, muối của amoniac cũng xảy ra sự ăn mòn đá xi măng và bê tông tương tự muối MgSO4 nhưng (NH4)2SO4 gây nên sự ăn mòn nhanh hơn vì nó tạo ra NH 4OH hòa tan nhanh trong nước làm giảm độ pH của đá xi măng và bê tông. Do đó xi măng pooc lăng xỉ bền với môi trường có 2% MgSO4 nhưng lại bị phá hủy với 0,5% (NH4)2OH. 8.1.2 Ăn mòn hữu cơ. Các chất mỡ, chất béo, dấm cùng hàng loạt các chất khác trong thực phẩm và thải phẩm khi sản xuất chúng có tác dụng xâm thực với đá xi măng và bê tông. Trong mỡ và chất béo có chứa các axit cao phân tử bão hòa hay không bão hòa ở dạng este phức tạp và thường ở dạng tự do. Khi các chất béo và mỡ tiếp xúc với đá xi măng hay bê tông, chúng sẽ tác dụng với Ca(OH)2 tạo thành axit béo và rượu đa phân tử dễ bị rửa trôi, do đó gây nên sự ăn mòn bê tông . Các chất tác dụng với Ca(OH) 2 tạo thành các muối cũng có tác dụng gây ăn mòn đối với bê tông. Dầu hỏa, mỡ khoáng và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ cũng gây nên ăn mòn nhưng mức độ khác nhau. Các sản phẩm chưng cất của nhựa than đá chứa phenol cũng có ảnh hưởng ăn mòn bê tông. Vì vậy để đảm bảo độ bền vững của bê tông trong môi trường xâm thực cần phải sử dụng bê tông có mật độ cao hay sử dụng các loại xi măng đặc biệt. 8.2. Ăn mòn lý học. Ăn mòn lý học xuất hiện khi các muối của môi trường xâm nhập vào lỗ rỗng đá xi măng. Khi nước trong các lỗ rỗng đá xi măng bốc hơi, nồng độ các muối tăng dần đến tình trạng bão hòa, sau đó các tinh thể của muối có thể tạo thành trong lỗ rỗng của đá xi măng hay bê tông, trong điều kiện thuận lợi có thể chứa đầy lỗ rỗng. Quá trình này kèm theo áp lực mạnh của các tinh thể lên thành lỗ rỗng làm xuất hiện ứng lực gây biến dạng trong đá xi măng và bê tông. Khi cường độ của đá xi măng càng lớn, độ rỗng của đá càng nhỏ thì tính bền trong điều kiện ăn mòn muối càng cao. Để giảm ảnh hưởng ăn mòn lý học dạng muối, có thể đưa vào bê tông các chất kỵ nước như eetinsilicon natri với hàm lượng xấp xỉ 0,1 %. Thực tế các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép có thể chịu tác dụng của nóng lạnh, thay đổi kế tiếp nhau trong trạng thái bão hòa nước. SVTH : Vũ Văn Hậu Nguyễn Hữu Thi GVHD : PGS.TS Vũ Đình Đấu CHƯƠNG II NGUYÊN LIỆU VÀ NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG I . NGUYÊN LIỆU Hai nguyên liệu chính để sản xuất clanhke xi măng bao gồm đá vôi, đất sét. Đá vôi là nguồn cung cấp CaO và đất sét là nguồn cung cấp SiO 2, Al2O3, Fe2O3. Tuy nhiên để đủ đảm bảo các ôxít theo đúng tỉ lệ yêu cầu nhằm thoả mãn các hệ số KH, n , p thì trong sản xuất thường phải sử dụng thêm phụ gia quặng sắt, bôxít, đất giầu silic để bổ xung thêm các thành phần hoá khi đá vôi và đất sét không đảm bảo theo yêu cầu. Các nguồn nguyên liệu sử dụng phải theo tiêu chuẩn Việt Nam như sau. 1. Đá vôi Đá vôi để sản xuất clanhke xi măng chủ yếu để cung cấp ôxít CaO. Đá cacbonat dùng sản xuất clanhke xi măng pooc lăng thường là đá vôi, đá phấn,đá mác nơ... Đá dùng để sản xuất clanhke xi măng poóc lăng phải thỏa mãn yêu cầu về hàm lượng của các khoáng như sau : CaCO3 90% MgO ≤ 2% Al2O3 ≤2% SiO2 ≤8% Fe2O3 ≤ 1% SO3 ≤1%; Thông thường đá vôi thường sử dụng tại các nhà máy xi măng ở nước ta có hàm lượng CaCO3 = 90 98%, MgO ≤ 3 %. Theo TCVN 6072-1999, yêu cầu kỹ thuật của đá vôi dùng làm nguyên liệu sản xuất xi măng pooc lăng như sau: Hàm lượng caxi cacbonat (CaCO3) ,% không nhỏ hơn: 85 Hàm lượng magie cacbonat (MgCO3) ,% không lớn hơn: 5 Trong đồ án này ta chọn nguồn nguyên liệu đá vôi khai thác gần nhà máy tại Kinh Môn – Hải Dương có thành phần hoá học như đưa ra ở bảng sau: Bảng 1 : Thành phần đá vôi. Thành phần CaO SiO2 Hàm lượng 54,3 1,0 Fe2O3 Al2O3 MgO MKN 0,2 0,2 0,75 42,6 Dựa vào bảng thành phần của đá vôi lựa chọn ta nhận thấy đá vôi này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật. 2. Đất sét Đất sét sử dụng để sản xuất clanhke xi măng nhằm cung cấp các oxit SiO 2, Al2O3, Fe2O3 bao gồm đất sét, đất hoàng thổ, phiến thạch sét. Đất sét là khoáng kết tủa giàu hạt nhỏ, dễ tạo thành của đất sét là khoáng Alumo silicat ngậm nước tồn tại ở dạng Al2O3.2SiO2.2H2O. Ngoài ra trong đất sét có lẫn các hợp chất khác như cát, tạp chất hữu cơ, Fe2O3 và các oxit kiềm. Hỗn hợp sét dùng làm sản xuất xi măng pooc lăng phải có hàm lượng oxit trong khoảng sau: SiO2 = 56 80% ; Fe2O3 = 3 15% ; Al2O3 = 5 20% Theo TCVN 6071-1995, hỗn hợp sét dùng làm nguyên liệu sản xuất xi măng poóc lăng như sau: Hàm lượng silic đioxit (SiO2) từ 55 đến 70 % . Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) từ 10 đến 24 % . Hàm lượng kiềm oxit (R2O) không lớn hơn 3 % . Hàm lượng sỏi sạn dạng quắc tự do không lớn hơn 5 % / Sét không lẫn dị vật sắt thép và các vật có hại. Trong đồ án này ta chọn nguồn nguyên liệu đất sét Kinh Môn có thành phần hoá học như đưa ra ở bảng sau : Bảng 2 : Thành phần đất sét. MK Thành phần CaO SiO2 Fe2O3 Al2O3 MgO N Hàm lượng 0,7 64,4 2,8 19,4 0,1 9,6 Dựa vào bảng thành phần của đất sét lựa chọn ta nhận thấy đất sét này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật. 3. Quặng sắt Mua từ công ty cung ứng nguyên vật liệu của Thái Nguyên . Thành phần hoá của quặng sắt đưa ra như ở bảng sau: Bảng 3 : Thành phần quặng sắt. Thành phần Hàm lượng CaO 1.5 SiO2 13.2 Fe2O3 73.8 Al2O3 5.1 MgO 3.2 MKN 0 4. Phụ gia khoáng. Sử dụng đá Bazan Quỳnh Thắng - Quỳnh Lưu- Nghệ An, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6882:2001 về phụ gia khoáng cho xi măng với các thông số sau: Bảng 4 : thành phần đá bazan. TT Chỉ tiêu Giá trị 1 Chỉ số hoạt tính cường độ, %, Min 80 2 Hàm lượng Silic đioxit( SiO2), %, Min 46 3 Hàm lượng nhôm ôxit( Al2O3), %, trong khoảng 14-25 4 Hàm lượng (Fe2O3), Max 13 5 Hàm lượng Magie ôxit (MgO), %, Max 10 6 Hàm lượng SO3, %, Max 4 7 8 9 10 11 12 Hàm lượng muối kiềm có hại, %, Max Hàm lượng mất khi nung MKN, %, Max Tỷ trọng đá Bazan, g/cm2, Max Độ cứng đá Bazan tính thao thang month, Max Màu sắc( không đỏ hung, không xám nâu màu gạch đỏ) Độ ẩm, % không lớn hơn 0,6 4 2,72 5,83 Xanh, đen, xám đen 5 II. NHIÊN LIỆU Nhiên liệu để sản xuất xi măng chủ yếu sử dụng để nung luyện clanhke.Nhiên liệu thường dung là rắn, lỏng, khí. Nhiên liệu rắn sử dụng là than, là nhiên liệu nung clanhke phổ biến trong sản xuất xi măng ở nước ta. Đối với lò quay thường sử dụng nhiên liệu rắn là than cám, nhiệt trị của than cao ( nhiệt trị của than cám thường từ 5500-6000 kcal/kg than ). Chọn nhiên liệu là than cám 4a-Hòn Gai có thành phần hoá của tro than như đưa ra ở bảng 5. Bảng 5 : Thành phần của tro than. Thành phần CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 SO3 Hàm lượng 1,0 67,8 25 0 4,8 0,7 Thành phần hoá của than đưa ra ở bảng 6: Bảng 6 : Thành phần hóa của than. Nhiên liệu Cám 4a-HG Clv Hlv Slv Olv Nlv Alv Wlv Vlv 69,5 1,4 2,4 1,7 0,8 17,0 8,0 7,0 CHƯƠNG III LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY I. CÁC YÊU CẦU KHI XÂY DỰNG NHÀ MÁY XI MĂNG CÓ CÔNG SUẤT LỚN Để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy một cách hợp lý thì địa điểm chọn phải thoả mãn các yêu cầu sau: 1. Yêu cầu về tổ chức sản xuất Địa điểm phải gần các nguồn cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu, điện, nước và gần nơi tiêu thụ sản phẩm hoặc thuận tiện cho việc di chuyển xi măng đi nơi khác tiêu thụ. 2. Yêu cầu hạ tầng kỹ thuật Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm đường bộ, đường thuỷ, đường sắt. Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống mạng lưới cấp điện và thông tin liên lạc. 3. Yêu cầu về quy hoạch Phù hợp với quy hoạch vùng, lãnh thổ, quy hoạch cụm kinh tế công nghiệp, nhằm tạo điều kiện phát huy tối đa công suất nhà máy và khả năng hợp tác với các nhà máy lân cận. 4. Yêu cầu về xây lắp và vận hành nhà máy Thuận tiện trong việc cung cấp vật liệu, vật tư, xây dựng nhằm giảm chi phí vận chuyển và giảm tối đa cước vận chuyển từ nơi xa đến. Thuận tiện trong việc cung cấp nhân công cho nhà máy trong quá trình xây dựng cũng như vận hành nhà máy sau này. 5. Yêu cầu về kỹ thuật xây dựng Về địa hình của khu đất có kích thước hình dạng thuận lợi trong việc xây dựng trước mắt cũng như mở rộng diện tích nhà máy sau này và thuận tiện cho việc bố trí dây chuyền công nghệ sản xuất. Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lụt về mùa mưa lũ, có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện cho việc thoát nước khi có mưa, lũ. Độ dốc tự nhiên thấp hạn chế việc san lấp mặt bằng. Về địa chất địa điểm phải không được nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định. Cường độ khu đất xây dựng từ 1,5 2 kg/cm2. Nhận xét: Để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải căn cứ vào các yêu cầu trên. Nhưng trong thực tế rất khó khăn cho việc lựa chọn địa điểm mà nó thoả mãn đủ các yêu cầu đó. Sau khi xem xét những thuận lợi và khó khăn từng mặt trong đồ án này nhà máy xi măng em dự định xây dựng tại xã Minh Tân, huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương. Địa điểm này thoả mãn được các điều kiện xây dựng một nhà máy sản xuất xi măng Poóc lăng hỗn hợp với năng suất 1,2 triệu tấn clanhke/ năm. II. GIỚI THIỆU ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY TẠI KINH MÔN – HẢI DƯƠNG 1. Vị trí địa lý. Nhà máy xi măng thiết kế được bố trí tại xã Minh Tân-huyện Kinh Môn-tỉnh Hải Dương. Địa điểm này thỏa mãn được các điều kiện. 2. Vai trò địa điểm xây dựng nhà máy Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy có vai trò hết sức quan trọng. Nó ảnh hưởng đến vốn đầu tư ban đầu, tuổi thọ của nhà máy cũng như vấn đề kinh tế, duy trì hoạt động và phát triển của nhà máy. Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy trên khu đất đồi nằm bên phía phải sông Đá Bạc thuộc xã Minh Tân - Huyện Kinh Môn -Tỉnh Hải Dương có những ưu điểm sau : - Gần nguồn cung ứng nguyên vật liệu chính. - Xa khu vực dân cư để tránh ô nhiễm. - Giao thông đường thuỷ, đường sắt, đường bộ thuận lợi. - Gần khu vực tiêu thụ sản phẩm. - Khu vực chọn xây dựng nhà máy có nền đất ổn định để thuận lợi cho việc xây dựng, lắp đặt trang thiết bị. * Về giao thông vận tải Với vị trí nằm cách thành phố Hải Phòng 45 km theo đường thuỷ và 40 km theo đường bộ, cách đường quốc lộ số 5 nối Hải Phòng – Hà Nội khoảng 20 km về phía đông, đông bắc cách thị trấn Mạo Khê và quốc lộ 18 khoảng 3 km,cách thị trấn Đông Triều khoảng 10 km và cách đường xe lửa Kép - Hạ Long khoảng 4km. Nhà máy có điều kiện hết sức thuận lợi về giao thông vận tải : - Đường thuỷ : Nhà máy sẽ thiết kế nằm 2 bên bờ sông Mạo khê – Đá Bạch, là nhánh hạ lưu của sông Kinh Thầy, thuộc hệ thống sông Thái Bình. Từ đây, sà lan 200 – 300 tấn có thể lưu thông tới hầu khắp vùng đồng bằng Bắc Bộ . Tuyến đường chính ra biển : Theo sông Đá Bạch tới cửa Bạch Đằng đến cảng Hải Phòng hoặc đến cảng biển Hạ Long, Cái Lân dài 74 km. Tàu phà 500 – 700 tấn có thể ngược dòng từ cửa Bạch Đằng lên tới nhà máy. Ngoài tuyến đường ra biển nói trên, còn có các tuyến vận tải thủy lưu thông tới các tỉnh khu vực Miền Bắc : + Từ nhà máy đi Hà Nội dài 130km qua sông Mạo Khê, sông Kinh Thầy, sông Đuống và sông Hồng . + Từ nhà máy đi Bắc Giang dài 90km qua sông Mạo Khê, sông Kinh Thầy, sông Thái Bình và sông Thương . + Từ nhà máy đi Hải Phòng dài 51km qua sông Mạo Khê, sông Hàn Mẫu và sông Cấm . + Từ nhà máy đi Thái Nguyên dài 201 km đi qua sông Mạo Khê, sông Kinh Thầy, sông Thái Bình và Sông Thương. - Đường Sắt : Tuyến đường sắt nội bộ sẽ được xây dựng khi làm nhà máy để nối với ga Mạo Khê nằm trên tuyến đường sắt Thái Nguyên - Kép - Hạ Long . - Đường Bộ : Đường quốc lộ 18 cách trung tâm nhà máy khoảng 2km về phía Bắc, hiện đã được nâng cấp và mở rộng thành 4 làn đường. Theo quốc lộ 18, nối với quốc lộ 5 và quốc lộ 1 cũng đã được đầu tư nâng cấp, cùng với việc đưa các cầu Bình, cầu Phả Lại vào sử dụng, nâng cấp quốc lộ 10 Hải Phòng – Uông Bí, đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho nhà máy vận chuyển hàng hóa. Tải về bản full