Tiểu Luận Quy Trình Và Công Nghệ Sản Xuất Xi Măng - 123doc

Lời Mở Đầu Ngày nay xi măng chiếm một vai trò quan trọng trong nền kinh tế xây dựng đất nước. MỤC LỤC Phần 1: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG 3 1.1 Clinker 3 1.1.1 Thành phần pha của clinker: 3 1.1.2 Đặc trưng của các khoáng clanhke 4 1.2 Thạch cao 7 1.3 Đá vôi : 8 1.4 Phụ gia (Pouzzolane) 8 Phần 2: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CLINKER 10 2.1 Lò quay nung clinker theo phương pháp ướt. 10 2.2 Lò quay nung clinker xi măng theo phương pháp khô. 10 2.3 Lò đứng nung clinker xi măng. 11 Phần 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG 18 3.1 Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng: 18 3.2 Sơ đồ quy trình sản xuất xi măng: 21 Phần 4: TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG VÀ CÁC SẢN PHẨM CỦA XI MĂNG: 23 4.1 Các loại xi măng: 23 4.2 Các tính chất của xi măng: 24 4.2.1 Các tính chất cơ lý của xi măng: 24 4.2.2 Các tính chất hoá học: 31 Tài liệu tham khảo 36 Phần 1: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG 1.1 Clinker Clinker là bán sản phẩm trong quá trình sản xuất xi măng. Clinker được sản xuất bằng cách nung kết hợp hỗn hợp nguyên liệu đá vôi, đất sét và quặng sắt với thành phần xác định đã được định trước, Clinker có dạng cục sỏi nhỏ, kích thước 1050mm. Thành phần hóa học của clinker: Thành phần chính Tỉ lệ (%) Tạp chất Tỉ lệ (%) CaO 58 – 67 MgO 1 – 5 SiO2 16 – 26 SO3 0.1 – 2.5 Al2O3 4 – 8 P2O5 0 – 1.5 Fe2O3 2 – 5 Mn2O3 0 – 3 TiO2 0 – 0.5 K2O + Na2O 0 – 1 1.1.1 Thành phần pha của clinker: Nguyên liệu được pha trộn theo tỷ lệ xác định rồi đem nung ở nhiệt độ cao khoảng 1450 – 14550C nhằm tạo hợp chất chứa thành phần pha cần thiết (gồm các loại khoáng và pha thủy tinh). Các oxýt chính phản ứng tạo thành khoáng cần thiết. Một phần nguyên liệu không phản ứng nằm trong pha thủy tinh hoặc ở dạng tự do. Ngoài ra clinker còn chứa những khoáng khác do tạp chất phản ứng tạo nên trong quá trình nung. Tên khoáng Công thức HH Kí hiệu Thành phần % Khoáng chính Alít 3CaO.SiO2 C3S 40 – 60 Belít 2CaO.SiO2 C2S 15 – 35 Tricanxi Aluminat 3CaO.Al2O3 C3A 4 – 14 Aluminoferit Canxi 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 10 – 18 Khoáng phụ Aluminat Alkali (K.Na)2O.8CaO.3Al2O3 (KN)2C8A3 0 – 1 Sunfat Alkali (K.Na)2SO4 0 – 1 Alumo Manganat Canxi 4CaO.Al2O3.Mn2O3 0 – 3 Sunfat Canxi CaSO4 0 – 2 1.1.2 Đặc trưng của các khoáng clanhke a) Khoáng Alit (54CaO.16SiO2.Al2O3.MgO = C54S16AM): là khoáng chính của clanhke xi măng poóc lăng. Alit là dạng dung dịch rắn của khoáng C3S với ôxit Al2O3 và MgO lẫn trong mạng lưới tinh thể thay thế vị trí của SiO2. Khoáng C3S được tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 12500C do sự tác dụng của CaO với khoáng C2S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến 20650C (có tài liệu nêu giới hạn nhiệt độ bền vững của C3S từ 12500C  19000C). Alit có cấu trúc dạng tấm hình lục giác, màu trắng, có khối lượng riêng 3,15  3,25 gcm3, có kích thước 10  250 m. Khi tác dụng với nước, khoáng Alit thủy hóa nhanh, tỏa nhiều nhiệt, tạo thành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là Tobermorit) đan xen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao và phát triển cường độ nhanh. Đồng thời nó cũng thải ra lượng Ca(OH)2 khá nhiều nên kém bền nước và nước chứa ion sunphat. b) Khoáng Bêlít (C2S): có cấu trúc dạng tròn, phân bố xung quanh các hạt Alit. Bêlit là một dạng thù hình của khoáng C2S, tồn tại trong clanhke khi làm nguội nhanh. Trong quá trình nung clanhke, do phản ứng của CaO với SiO2 ở trạng thái rắn tạo thành khoáng C2S ở nhiệt độ 600  11000C. Khoáng C2S có 4 dạng khác nhau về hình dáng cấu trúc và các tính chất, gọi là dạng thù hình, đó là ,  ,  và  C2S. Sự thay đổi trạng thái cấu trúc của Bêlít khi tăng nhiệt độ tới xuất hiện pha lỏng và khi làm nguội tới nhiệt độ bình thường rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Sự biến đổi thù hình của C2S trong quá trình làm nguội mô tả sau đây đã đơn giản hóa rất nhiều.

Lời Mở Đầu

Ngày nay xi măng chiếm một vai trò quan trọng trong nền kinh tế xây dựng đất nước

MỤC LỤC

Phần 1: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG 3

1.1 Clinker 3

1.1.1 Thành phần pha của clinker: 3

1.1.2 Đặc trưng của các khoáng clanhke 4

1.2 Thạch cao 7

1.3 Đá vôi : 8

1.4 Phụ gia (Pouzzolane) 8

Phần 2: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CLINKER 10

2.1 Lò quay nung clinker theo phương pháp ướt 10

2.2 Lò quay nung clinker xi măng theo phương pháp khô 10

2.3 Lò đứng nung clinker xi măng 11

Phần 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG 18

3.1 Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng: 18

3.2 Sơ đồ quy trình sản xuất xi măng: 21

Phần 4: TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG VÀ CÁC SẢN PHẨM CỦA XI MĂNG: 23

4.1 Các loại xi măng: 23

4.2 Các tính chất của xi măng: 24

4.2.1 Các tính chất cơ lý của xi măng: 24

4.2.2 Các tính chất hoá học: 31

Tài liệu tham khảo 36

Phần 1: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG

1.1 Clinker

Clinker là bán sản phẩm trong quá trình sản xuất xi măng Clinker được sản xuấtbằng cách nung kết hợp hỗn hợp nguyên liệu đá vôi, đất sét và quặng sắt với thành phầnxác định đã được định trước, Clinker có dạng cục sỏi nhỏ, kích thước 10-50mm

Thành phần hóa học của clinker:

1.1.1 Thành phần pha của clinker:

Nguyên liệu được pha trộn theo tỷ lệ xác định rồi đem nung ở nhiệt độ caokhoảng 1450 – 14550C nhằm tạo hợp chất chứa thành phần pha cần thiết (gồm các loạikhoáng và pha thủy tinh)

Các oxýt chính phản ứng tạo thành khoáng cần thiết Một phần nguyên liệukhông phản ứng nằm trong pha thủy tinh hoặc ở dạng tự do Ngoài ra clinker còn chứanhững khoáng khác do tạp chất phản ứng tạo nên trong quá trình nung

Tên khoáng Công thức HH Kí hiệu Thành

phần %

ụ Aluminat Alkali (K.Na)2O.8CaO.3Al2O3 (KN)2C8A3 0 – 1

Alumo Manganat

1.1.2 Đặc trưng của các khoáng clanhke

clanhke xi măng poóc lăng Alit là dạng dung dịch rắn của khoáng C3S với ôxit Al2O3 vàMgO lẫn trong mạng lưới tinh thể thay thế vị trí của SiO2 Khoáng C3S được tạo thành ởnhiệt độ lớn hơn 12500C do sự tác dụng của CaO với khoáng C2S trong pha lỏng nóngchảy và bền vững đến 20650C (có tài liệu nêu giới hạn nhiệt độ bền vững của C3S từ

12500C  19000C) Alit có cấu trúc dạng tấm hình lục giác, màu trắng, có khối lượngriêng 3,15  3,25 g/cm3, có kích thước 10  250 m

Khi tác dụng với nước, khoáng Alit thủy hóa nhanh, tỏa nhiều nhiệt, tạo thànhcác tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là Tobermorit) đan xen vàonhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao và phát triển cường độ nhanh Đồng thời nócũng thải ra lượng Ca(OH)2 khá nhiều nên kém bền nước và nước chứa ion sunphat

Bêlit là một dạng thù hình của khoáng C2S, tồn tại trong clanhke khi làm nguội nhanh.Trong quá trình nung clanhke, do phản ứng của CaO với SiO2 ở trạng thái rắn tạo thành

khoáng C2S ở nhiệt độ 600  11000C Khoáng C2S có 4 dạng khác nhau về hình dángcấu trúc và các tính chất, gọi là dạng thù hình, đó là , '- , - và - C2S.

Sự thay đổi trạng thái cấu trúc của Bêlít khi tăng nhiệt độ tới xuất hiện pha lỏng vàkhi làm nguội tới nhiệt độ bình thường rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khácnhau Sự biến đổi thù hình của C2S trong quá trình làm nguội mô tả sau đây đã đơn giản hóarất nhiều

Khi làm nguội clanhke, nếu tốc độ làm nguội chậm sẽ xảy ra sự biến đổi thù hình

từ dạng - C2S sang dạng - C2S kèm theo hiện tượng clanhke bị tả thành bột vì có sựtăng thể tích Nguyên nhân vì - C2S có khối lượng riêng là 2,97 g/cm3, nhỏ hơn khốilượng riêng của - C2S là 3,28 g/cm3 - C2S không có tính kết dính ở điều kiện nhiệt độ

và áp suất thường, vì vậy để tránh hiện tượng tả clanhke do sự biến đổi thù hình từ C2S sang - C2S ở 5750C, cần ổn định bằng cách đưa một số ôxit khác như P2O5, BaO vào mạng lưới cấu trúc của nó tạo thành dung dịch rắn

-Khi tác dụng với nước, khoáng Belit thủy hóa chậm, tỏa nhiệt ít và cũng tạothành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là Tobermorit) đan xenvào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao Tốc độ phát triển cường độ của khoángBelit chậm hơn khoáng Alit; phải sau 1 năm đóng rắn cường độ của Belit mới bằng củaAlit

Belit thải ra lượng Ca(OH)2 ít hơn Alit nên nó tạo cho đá xi măng có độ bền ănmòn rửa trôi cao hơn đá xi măng Alit

hạt Alit và Belit cùng với alumo ferit canxi (C4AF) Trong thành phần của C3A cũngchứa một số tạp chất như SiO2 , Fe2O3 , MgO, K2O , Na2O

Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với Alit tạo ra cường độ ban đầu của

đá xi măng Xi măng chứa nhiều C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn, nếu thiếu hoặckhông có thạch cao để làm chậm sự đông kết thì xi măng sẽ bị đóng rắn rất nhanh

(không thể thi công được) C3A có tỷ trọng 3,04 g/cm3, là khoáng đóng rắn nhanh, chocường độ cao nhưng kém bền trong môi trường sun phát.

cm3, màu đen, nằm xen giữa các hạt Alit và Belit cùng với khoáng C3A Khi nungclanhke, do phản ứng của CaO với Fe2O3 tạo thành các khoáng nóng chảy ở nhiệt độthấp (600  700OC) như CaO.Fe2O3 (CF) , C2F Sau đó các khoáng này tiếp tục phảnứng với Al2O3 tạo thành các khoáng Canxi alumo ferit có thành phần thay đổi như C2F,C6A2F, C4AF, C6AF2 Các khoáng này bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250OC và trởthành pha lỏng cùng với các khoáng Canxi aluminat, tạo ra môi trường cho phản ứng tạothành khoáng C3S, nên chúng thường được gọi là chất trung gian hoặc pha lỏng clanhke

Khi tác dụng với nước, Canxi alumo ferit thuỷ hoá chậm, toả nhiệt ít và cho cường độthấp

e) Các khoáng khác:

Ngoài 4 khoáng chính ở trên, trong clanhke còn chứa pha thuỷ tinh là chất lỏngnóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh clanhke Nếu quá trình làm nguội nhanh thì cáckhoáng C3A, C4AF, MgO (periclaz), CaOtd,v.v không kịp kết tinh để tách khỏi phalỏng, khi đó pha thuỷ tinh sẽ nhiều Ngược lại, nếu làm lạnh chậm thì pha thuỷ tinh sẽ ít.Khi làm nguội nhanh, các khoáng sẽ nằm trong pha thuỷ tinh ở dạng hoà tan nên cónăng lượng dự trữ lớn làm cho clanhke rất hoạt tính và sẽ tạo cho đá xi măng có cường

độ ban đầu cao Khi làm lạnh chậm, các khoáng sẽ kết tinh hoàn chỉnh, kích thước lớnnên độ hoạt tính với nước sẽ giảm, hơn nữa MgO và CaO tự do sẽ kết tinh thành cáctinh thể độc lập, bị già hoá nên dễ gây ra sự phá huỷ cấu trúc của đá xi măng, bê tông vềsau

1.2 Thạch cao

Cấu tạo của thạch cao tự nhiên CaSO4·2H2O

CaSO4·½H2O + 1½H2O → CaSO4·2H2O

- Thạch cao tự nhiên hàm lượng CaSO4·2H2O chiếm từ 94- 98% CaSSO4.2H2O

Tác Dụng của Thạch cao

Thạch cao tác dụng với C3A

Thạch cao tác dụng với C4AF

- Là phụ gia cho thêm vào xi măng để kéo dài thời gian ninh kết, giảm tốc độ đóngrắn của xi măng

- Clinker khi nghiền mịn đóng rắn rất nhanh, do phản ứng C3A với nước xảy ra rấtnhanh Do đó phải giảm tốc độ đóng rắn của clinker bằng thạch cao Khi có mặt thạchcao quá trình đóng rắn xảy ra phản ứng:

C3A + CaSO4.2H2O + 26 H2O  6 CaO Al2O3.3SO3.3H2OC3A + CaSO4.2H2O + 26 H2O  3 CaO Al2O3.3SO3.3H2OKhi tạo hỗn hợp vữa, bao quanh thạch cao lúc đầu là C3A.CaSO4.3H2O xốp, hìnhkim Ion SO42- tiếp tục đi qua lỗ xốp ra môi trường SO42- bao quanh C3A tạo thành lớpC3A.CaSO4.12H2O xít đặt giả bền, ngăn cản không cho ion Al3+ thoát ra ngoài, vì vậy màquá trình phản ứng chậm lại và thời gian ninh kết kéo dài

-Hàm lượng thông thường 3-6 %

Nếu cho quá nhiều thạch cao, nồng độ SO42- cao, tạo nên môi trường bão hòanhanh C3A.CaSO4.12H2O thành C3A.CaSO4.31H2O có cấu trúc xốp, làm tăng tốc độdính ướt, quá trình tạo hydrosunfua aluminat nhanh, làm tăng tốc độ ninh kết

Nếu cho ít thạch cao, nồng độ SO42- ít, làm Al3+ tiếp tục thoát ra môi trường, tăng quátrình đóng rắn

1.3 Đá vôi :

CaCO3 chiếm khoản 60 – 97%

Tác dụng của đá vôi trong nghiền ximăng

- Là chất cứng, giòn, dể nghiền đối với hệ nghiền đứng

- Dể tạo ra những hạt có kích thước nhỏ từ 5-10mm Rate 45 tăng; Blaine tăng

- Tạo độ dẻo cho hồ xi măng Cường độ ban đầu khi đóng rắn

- Tăng hiệu xuất kinh tế vì giá thành thấp

- Tuy nhiên làm giảm cường độ của ximăng vì bản chất đá vôi không tạo cường

độ cho xi măng

1.4 Phụ gia (Pouzzolane)

Là vật liệu Silic hoặc Silic và Alumin Cấu tạo tự nhiên thành phần chủ yếu làsilic hoat tính;

phụ gia càng tốt mức độ hoạt tính ( khả năng hút vôi) càng cao

Pouzzolane thuộc nhóm phụ gia hoạt tính (thủy lực) làm tăng mật độ và cường độcủa xi măng trong môi trường nước Đồng thời giúp tăng sản lượng, hạ giá thành sảnphẩm

Thành phần chính là các khoáng hoạt tính nhóm alumo silicat Tự bản thânkhông có tính thủy lực Trong môi trường điện ly có Ca(OH)2 từ phản ứng hydratclinker, chúng có khả năng tạo khoáng hydrosilicat canxi CSH hoặc hydrosilicat aluminCAH có tính thủy lực Độ hoạt tính càng lớn khi hàm lượng oxyt silic vô định hìnhcàng cao

Ảnh hưởng đến chất lượng:

- Cường độ xi măng ban đầu phát triểu chậm

- Cường độ sau phát triển cao, bền trong môi trường thủy hóa

- Sử dụng nhằm tăng khả năng bền nước và hạ giá thành (Đối với Xá CN làm mất ổnđịnh độ sụt của bê Tông).

- Trong Xá CN không sử dụng Phụ gia

Phần 2: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CLINKER

2.1 Lò quay nung clinker theo phương pháp ướt.

Lò quay nung clinker theo phương pháp ướt còn gọi là lò quay có thiết bị trao đổinhiệt bên trong Nó là 1 ống kim loại hình trụ rỗng, đặt nghiêng 1 góc α so với mặtphẳng ngang α = 3 - 50, tỉ lệ giữa L/D =30 - 40 lần Lò quay phương pháp ướt thường cócác loại sau: D × L = 3 × 100m; 3,6 × 120m ; 4 × 150m ; 5× 185m 7 × 270m Lò có kíchthước khác nhau, sẽ có năng suất khác nhau Tòan bộ chiều dài lò được đặt trên hệ thống

bệ đỡ có con lăn và đặt trên các trụ lò bằng bê tông

Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều, phối liệu vào đầu cao (đầu lạnh )của lò, clinker ra đầu thấp ( đầu nóng ) của lò, nhiên liệu và không khí đi vào đầu thấpcủa lò, quá trình cháy và sự trao đổi nhiệt xảy ra theo chiều dài của lò, cuối cùng khí thảiđược đi ra phía đầu cao của lò Nguyên, nhiên liệu đi ngược chiều nhau, kết quả nguyênliệu được đốt nóng từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ kết khối, còn khí nóng có nhiệt độgiảm dần theo chiều dài lò ra ống khói, nhiệt độ khí thải khỏang 200 - 3000C

Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt trong lò người ta thường bố trí các thiết bị traođổi nhiệt bên trong lò như: xích trao đổi nhiệt, các tấm kim loại trao đổi nhiệt ở các dônnhư dôn sấy, dôn đốt nóng, dôn phân hủy, phổ biến là xích trao đổi nhiệt

2.2 Lò quay nung clinker xi măng theo phương pháp khô.

Lò quay nung clinker xi măng theo phương pháp khô về cấu tạo thân lò vànguyên tắc làm việc ngược chiều như lò quay phương pháp ướt Tuy nhiên cũng cónhững điểm khác nhau: kích thước lò rất ngắn so với lò phương pháp ướt, tỉ lệ L/D = 15

- 17 lần, phổ biến là loại lò có kích thước: D × L =3,5 × 50m ; 4 × 60m 5 × 75m

Bột phối liệu từ kết chứa có W = 0,5 - 1% vào hệ thống xyclon trao đổi nhiệt nhờvít tải chuyển vận, khí nóng từ trong lò đi vào buồng khói rồi lên xylon, vật liệu và dòng

khí quyển chuyển động ngược chiều nhau, do tác dụng của dòng khí vật liệu trongxyclon luôn luôn ở trạng thái lơ lửng, vì vậy sự tiếp xúc giữa dòng khí và vật liệu tốthơn, quá trình trao đổi nhiệt giữa khí và vật liệu tốt hơn Hệ thống xyclon trao đổi nhiệtđặt phía đầu cao của lò, có thể là xyclon 3 bậc, 4 bậc hoặc nhiều bậc Ở mỗi bậc xyclonvật liệu và dòng khí có nhiệt độ xác định, nhiệt độ vật liệu được tăng dần từ trên xuốngdưới, nhiệt độ dòng khí giảm dần theo chiều từ dưới đi lên Kết quả bột phối liệu vàođầu lò có nhiệt độ 950 - 100000C còn nhiệt độ khí thải ra là 300 - 32000C, vật liệu vào lòtiếp tục quá trình nung luyện.

2.3 Lò đứng nung clinker xi măng.

Lò đứng là 1 ống hình trụ đứng rỗng, ngoài là vỏ thép, trong lót gạch chịu lửa.Chiều cao và đường kính lò thường có tỉ lệ xác định H / D= 3,5 - 4 lần, tùy theokích thước lò mà có năng suất khác nhau, để tăng hiệu quả sấy thường mở rộng dôn sấy

Lò đứng cơ khí hóa cao thường có thiết bị nạp liệu, tháo clinker hòan tòan tựđộng Bột phối liệu từ silô chứa vào thiết bị làm ẩm, tạo viên, chuyển xuống thiết bị nạpliệu vào lò và quá trình nung luyện được tiến hành trong lò đứng tương tự trong lò quay

Dựa vào chiều cao lò, nhiệt độ nung mà phân chia lò đứng thành 3 hoặc 4 dôn,phổ biến hơn là 3 dôn: dôn sấy, dôn nung và dôn làm lạnh

Quá trình hóa lý xảy ra khi nung clinker:

Để thu được clinker xi măng có thành phần khoáng mong muốn, cần phải chế tạobột phối liệu có đủ thành phần hóa học Phối liệu từ khi vào lò tới khi ra lò (trải qua quátrình tăng nhiệt độ từ nhiệt độ bình thường tới khi đạt nhiệt độ kết khối, rồi sau đó nguộidần tới nhiệt độ bình thường) có nhiều biến đổi hóa lý phức tạp qua nhiều giai đoạn Cóthể chia các giai đoạn phản ứng một cách tương đối như sau:

a Giai đoạn nung nóng và sấy khô phối liệu

Khi nhiệt độ của phối liệu được nâng dần từ nhiệt bình thường tới khoảng 250

-3000C là quá trình khử nước lý học, nung nóng phối liệu và lúc này có thể xảy ra một

vài loại phản ứng hóa học nhưng không ảnh hưởng lớn tới quá trình tạo khoáng clinkersau này.

Trong công nghệ sản xuất clinker bằng lò quay phương pháp khô có hệ thốngtháp trao đổi nhiệt cyclon, giai đoạn này xảy ra ở cyclon cấp I, tại đó bột phối liệu đượctrộn lẫn với dòng khí nóng có nhiệt độ 450 – 5000C từ dưới đi lên và truyền nhiệt chobột phối liệu Sau đó bột phối liệu nóng được tách ra khỏi dòng khí (nhờ lực ly tâm) vàchảy xuống cyclon cấp II

b Giai đoạn phân hủy các khoáng sét

Khi nhiệt độ tăng dần, các loại khoáng sét như caolinit, montmorilonit, ilit, v.v ,trong đó chủ yếu là caolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O) sẽ bị phân hủy Nhiệt độ khử nước củacaolinit chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc tự nhiên của nó: caolinit cấu trúc phân tán mịn

dễ dàng khử nước ở 300 - 4200C, loại caolinit tinh thể thô phải nâng cao nhiệt độ tới 475

- 5050C Nhưng sản phẩm phân hủy của khoáng này và bản chất của chúng như thế nàothì các nhà nghiên cứu còn có những ý kiến khác nhau

PGS TS Bùi Văn Chén sau khi phân tích những kết quả nghiên cứu của nhiềutác giả, đã nêu sơ đồ phân hủy khoáng caolinit có thể chấp nhận được như sau [10], tức

là khi nhiệt độ lên đến 500 - 600 0C thì caolinit không còn nước kết tinh, chuyển sangmeta caolinit, nếu tăng thêm nhiệt độ thì một phần phân hủy thành dạng vô định hìnhAl2O3 và SiO2 có hoạt tính:

Meta caolinit (hoạt tính)

Trong công nghệ sản xuất clinker bằng lò quay phương pháp khô, giai đoạn nàyxảy ra ở cyclon cấp II và cấp III, tại đó bột phối liệu được trộn lẫn với dòng khí nóng cónhiệt độ 500 – 9000C từ dưới đi lên và truyền nhiệt cho bột liệu Quá trình này tương tựnhư ở cyclon cấp I, bột liệu được nâng nhiệt dần và xảy ra các phản ứng phân huỷ

khoáng sét và một phần khoáng cacbonat, được tách ra khỏi dòng khí (nhờ lực ly tâm)

và chảy xuống cyclon cấp IV hoặc vào thiết bị tiền nung (precalciner)

c Giai đoạn phân hủy cacbonat

Khi nung phối liệu xi măng, đá vôi (thành phần khoáng là canxi cacbonat CaCO3)

bị phân hủy nhiệt theo phản ứng:

900oC

CaO + CO2

Đây là phản ứng dị thể thuận nghịch, nếu khống chế tốt các điều kiện, phản ứng

có thể xảy ra hoàn toàn

Theo lý thuyết, CaCO3 bắt đầu phân hủy ở 6000C, mạnh nhất ở 9000C Trongthực tế nhiệt độ bắt đầu phân hủy CaCO3 trên 6000C nhưng rất chậm, phân hủy mạnh ở

750 - 9000C và mãnh liệt trên 9000C

Phản ứng phân hủy cacbonat bắt đầu xảy ra ở những trung tâm thế năng, đó lànhững vị trí có khuyết tật cấu trúc ở trên cạnh, trên mặt và các góc tạo nên bề mặt khoángcacbonat

Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phân giải của CaCO3 là:

+ Nhiệt độ tăng cao, tốc độ phản ứng nhanh

+ Giảm áp lực riêng phần CO2 sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phân hủy CaCO3

+ Khoáng canxit kết tinh thô, hạt to, thì tốc độ phân giải chậm và ngược lại

Trong các lò quay phương pháp khô không có thiết bị precalciner, quá trình nàythường xảy ra ở cyclon cấp IV và cấp V, trước khi bột liệu được đưa vào lò quay Tuynhiên, do trong bột liệu chứa chủ yếu là cacbonat (CaCO3) nên giai đoạn phân huỷ cacbonat

là giai đoạn chậm nhất Do đó, sau khi ra khỏi hệ thống tháp trao đổi nhiệt, lượng cacbonat

bị phân huỷ thường chỉ mới đạt 40 – 50% Quá trình này tiếp tục xảy ra trong lò quay vớitốc độ chậm hơn vì khi đó bột liệu không còn trộn lẫn với dòng khí nóng ở trạng thái lơlửng như trong hệ thống cyclon, điều này dẫn đến phải kéo dài thân lò

Để tăng hiệu suất phân huỷ cacbonat ở trạng thái lơ lửng nhằm tăng năng suất và rútngắn chiều dài thân lò, người ta đã chế tạo ra thiết bị precalciner Trong thiết bị precanciner,nhiệt độ được nâng lên 1000 – 1100oC nhờ hệ thống vòi đốt với khoảng 50 – 60% nhiênliệu nung clinker và ở đó quá trình phân huỷ cacbonat xảy ra hoàn toàn.

d Giai đoạn phản ứng ở pha rắn:

Trong quá trình sét, đá vôi phân hủy, các oxit mới sinh lập tức phản ứng với nhauhình thành khoáng clinker

Trước hết là sự hình thành canxi aluminat (CA) ở nhiệt độ khoảng 7000C, sau đó CAkết hợp với CaO ở 900 - 10000C để chuyển thành C5A3 và cuối cùng tạo thành C3A ở

12000C

Sự tạo thành ferit có nhiều ý kiến khác nhau, nhưng đa số cho rằng ở khoảngnhiệt độ trên 700 0C đã có phản ứng giữa CaO và Fe2O3 tạo thành C2F, sau đó kết hợpthêm CaO và Al2O3 hình thành C4AF Nhiều công trình nghiên cứu cho rằng các khoángferit tạo thành một dãy dung dịch rắn C6A2F - C4AF - C6AF2, mà công thức khoáng đạidiện của nó là C4AF (tetracanxi alumo ferit)

Từ trên 7000C bắt đầu phản ứng của CaO với SiO2 tạo thành dicanxi silicat (C2S)

Quá trình trên có thể đơn giản hóa bằng các phương trình phản ứng như sau:

3CaO + Al2O3 = 3CaO.Al2O34CaO + Al2O3 + Fe2O3 = 4CaO.Al2O3.Fe2O32CaO + SiO2 = 2CaO.SiO2

Từ nhiệt độ 10000C tới 1200 - 12500C C3A và C4AF tiếp tục được tạo thành và C2Sđạt tới hàm lượng lớn nhất, trước khi C2S tham gia phản ứng với CaO của giai đoạn tiếp theo

Giai đoạn phản ứng pha rắn thực tế đã bắt đầu ngay trong hệ thống trao đổi nhiệtcyclon, trong thiết bị precalciner và tiếp tục xảy ra trong lò quay

e Giai đoạn phản ứng tạo khoáng C 3 S khi xuất hiện pha lỏng:

Phản ứng giữa SiO2 và CaO trước hết tạo thành C2S rồi sau đó kết hợp tiếp vớiCaO mới sinh để chuyển thành C3S, là một khoáng clinker chính tạo cho đá xi măng cócường độ ban đầu cao và phát triển cường độ nhanh

Điều kiện để phản ứng C2S kết hợp với CaO thành C3S là sự xuất hiện của pha lỏng:

Sự xuất hiện pha lỏng (nhiệt độ bắt đầu nóng chảy - điểm ơtecti) xảy ra càng sớmkhi trong hệ phản ứng có càng nhiều cấu tử, ví dụ:

Hệ Điểm ơtecti ( C) 0

CaO - SiO2 - Al2O3 - Fe2O3 - Na2O 1315

CaO - SiO2 - Al2O3 - Fe2O3 - Na2O - MgO 1300

Một số nhà nghiên cứu cho rằng các khoáng Ferit cùng với các khoáng Canxialuminat bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ 1250OC Có ý kiến cho rằng: với giới hạn hàmlượng các ôxit của clinker xi măng poóc lăng trong hệ CaO - SiO2 - Al2O3 - Fe2O3 - MgO,nhiệt độ nóng chảy không nhỏ hơn 13000C Nếu có tạp chất kiềm và các tạp chất khác thì phalỏng có thể sẽ xuất hiện sớm nhất ở 12800C

Khi pha lỏng xuất hiện thì C2S, CaO bắt đầu hòa tan vào pha lỏng và kết hợp vớinhau thành C3S theo phản ứng sau:

(1250  1450C) phalỏng

Lượng pha lỏng và độ nhớt của pha lỏng ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo thành C3S.Các cation có tác dụng làm giảm độ nhớt của pha lỏng được sắp xếp theo thứ tự:

K+ < Na+ < Ba2+ < Sr2+ < Ca2+ < Mg2+ < Fe2+ < Mn2+

Như vậy, các cation Fe2+ và Mn2+ có tác dụng làm giảm độ nhớt nhiều nhất Vìthế trong phối liệu clinker xi măng poóc lăng nếu thiếu Fe2O3 người ta phải sử dụng phụgia giàu sắt để điều chỉnh Trên thực tế ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu của tất cả cácnhà máy xi măng đều thiếu Fe2O3, vì vậy phụ gia giàu sắt (quặng sắt hoặc xỉ pyrit,laterit) là phụ gia không thể thiếu trong sản xuất clinker xi măng poóc lăng

Trong lò quay nung clinker xi măng, giai đoạn phản ứng pha lỏng để tạo khoángC3S xảy ra ở nhiệt độ cao nhất (1350 – 1500oC) và tại đó được gọi là zôn nung Quátrình này cần khoảng thời gian từ 25 – 30 phút để tất cả CaO trong bột liệu có thể liênkết hết thành C3S, vì vậy zôn nung của lò quay thường có chiều dài khoảng 20 – 30 m

f Giai đoạn làm nguội clinker:

Tốc độ làm nguội clinker ảnh hưởng rất lớn tới hình thái cấu trúc của khoángclinker và tính chất của clinker

Để giữ được các khoáng clinker đã tạo thành khi nung ở nhiệt độ kết khối thì việclàm nguội nhanh clinker là cần thiết để hạn chế sự phân hủy các khoáng đó, đặc biệt đểngăn cản sự biến đổi thù hình của C2S từ dạng - C2S sang dạng - C2S

Khi làm nguội nhanh, đồng thời với sự đông cứng đột ngột của pha thủy tinh, cáctinh thể C3S sẽ kết tinh dạng hạt mịn làm tăng hoạt tính của chúng khi thủy hóa

Khi làm nguội nhanh, clinker dễ nghiền hơn do có ứng suất nội lớn

Giai đoạn làm nguội clinker xảy ra ngay ở cuối zôn nung chuyển sang zôn làmnguội, khi đó nhiệt độ của clinker giảm nhanh từ 1450oC xuống 1100 – 1200oC và đượcđưa ra khỏi lò quay Quá trình làm nguội tiếp theo được thực hiện trong thiết bị làmnguội Trong công nghệ sản xuất clinker xi măng có các dạng thiết bị làm nguội khácnhau như làm nguội kiểu lò hành tinh, làm nguội kiểu ống quay và làm lạnh kiểu ghi,trong đó thiết bị làm nguội kiểu ghi có hiệu suất làm nguội nhanh nhất

Phần 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG

3.1 Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng:

Gồm 6 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Khai thác mỏ

- Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu

- Giai đoạn 3: Nghiền, sấy phối liệu sống

- Giai đoạn 4: Nung Clinker

- Giai đoạn 5: Nghiền xi măng

- Giai đoạn 6: Đóng gói xi măng

a) Giai đoạn 1: Khai thác mỏ.

Xác định nguồn khoáng sản,thăm dò địa hình và đánh giá chất lượng

b) Giai đoạn 2: Gia công sơ bộ nguyên liệu.

Đá vôi, đất sét, quặng sắt…được vận chuyển từ mỏ khai thác về nhà máy thường

ở dạng viên tảng có kích thước lớn, nên phải được đập nhỏ trước để tiện cho việc

nghiền, sấy khô, chuyển tải và tồn trữ

Vật liệu sau khi được đập nhỏ và có độ hạt đồng đều nên giảm được hiện tượng phân li của độ hạt khác nhau trong quá trình vận chuyển và tồn trữ, có lợi cho việc tạo rathành phần liệu sống và sự phối liệu được chính xác Nhưng trong sản xuất xi măng độ hạt của vật liệu là hạt vừa, nếu hạt quá nhỏ sẽ làm cho hệ thống đập nhỏ phức tạp thêm

 Máy đập nhỏ:

Đập nhỏ là quá trình làm giảm nhỏ độ hạt của vật liệu bằng phương pháp cơ học.Trước đây, đập nhỏ được chia làm 3 giai đoạn là đập thô, đập vừa và đập nhỏ Hiện nay chỉ áp dụng một giai đoạn đập nhỏ đã đạt được đường kính hạt là 1100mm, có khi còn