PHÂN LOẠI CHẤT KẾT DÍNH
PHÂN LOẠI THEO TÍNH NĂNG SỬ DỤNG
Trong xây dựng cơ bản, người ta thường chia làm 2 loại:
+ Chất kết dính sử dụng trong môi trường không khí - chất kêt dính bền không khí: chỉ sử dụng để xây những công trình trên mặt đất Gồm có các loại như: vôi tôi, vôi nghiền, chất kết dính thạch cao.
+ Chất kết dính thủy lực: được sử dụng ngay cả trong môi trường không khí khô,không khí ẩm, môi trường ẩm và nước Bao gồm: chất kết dính trên cơ sở có thành phần chủ yếu lúc nghiền là vôi và phụ gia hoạt tính, vôi thủy, xi măng La Mã (đá dolomite pha sét) và các chủng loại xi măng porland (XMP).
PHÂN LOẠI TRÊN CƠ SỞ THÀNH PHẦN GỐC
1.2.1 Xi măng porland các loại: trên cơ sở xi măng porland làm gốc lúc nghiền pha thêm phụ gia tạo nên xi măng porland + phụ gia lúc nghiền.
+ Xi măng porland thường: không pha phụ gia nào trừ thạch cao làm phụ gia điều chỉnh tốc độ ninh kết.
+ Xi măng porland - xỉ lò cao (gọi tắt là xi măng porland xỉ): lúc nghiền ngoài thạch cao còn pha thêm 30-70% xỉ hoạt hoá lò cao.
+ Xi măng porland – puzouland: lúc nghiền có pha thêm 20-40% phụ gia hoạt tính thiên nhiên hay nhân tạo (trepen, đất sét nung hoạt hóa, đá bazan xốp, …).
+ Xi măng porland – tro xỉ than: pha thêm 10-20% tro xỉ than lúc nghiền.
+ Xi măng porland – carbonate: pha thêm 15-30% đá carbonate canxi hay đá dolomite lúc nghiền (nếu thay đá bằng cát thạch anh thì được gọi là xi măng porland cốt liệu mịn).
+ Xi măng porland màu các loại:
* Khi nghiền pha thêm quặng màu thiên nhiên (như màu đỏ, vàng, đen).
* Xi măng xanh, đen, vàng do pha vào phối liệu, khi nung làm clinker nhuộm màu.
1.2.2 Chất kết dính gốc từ vôi các loại:
+ Vôi tôi: chủ yếu là vôi canxi do nung đá vôi tạo nên.
+ Vôi canxi, vôi thủy, vôi dolomite nghiền mịn làm vữa vôi khô có thể vận chuyển xa được.
+ Vôi carbonate (vôi nghiền): lúc nghiền pha thêm 10-20% đá vôi sống hay lúc nung vôi lõi còn sống đem nghiền tạo nên trong thành phần vôi nghiền chứa nhiều đá sống thành vôi carbonate.
+ Chất kết dính vôi, xỉ lò cao hoạt hóa tuỳ thành phần có thể gọi là xi măng vôi, xỉ lò cao, xi măng xỉ không chứa clinker, xi măng sulfate-xỉ lò cao Tùy loại vôi có thể gọi thêm đúng thành phần như sau:
* Chất kết dính vôi canxi - xỉ lò cao.
* Vôi dolomite - xỉ lò cao.
* Chất kết dính vôi – sét hoạt hóa, bao gồm:
Vôi canxi – sét hoạt hóa Vôi dolomite – sét hoạt hóa Vôi thủy – sét hoạt hóa Vôi đá dầu – sét hoạt hóa: tạo thành từ việc pha vào vôi đá dầu đã nghiền (sau khi đã nung ở nhiệt độ > 1200 0 C) từ 30-40% đất sét hoạt hóa sẽ cho ta chất kết dính mác cao mang tên gọi là Kulerơmit.
Sét hoạt hoá: là các loại gạch, ngói, đất sét nung non lửa tạo nên, trước đây gọi là vôi - đất puzouland đã hoạt hóa hay gọi tắt là vôi – puzouland (về bản chất vẫn là vôi + đất nung ở 600-800 0 C)
Vôi đá dầu: là đá carbonate chứa dầu hay các tạp chất cháy khi nung ở nhiệt độ lớn hơn 1200 0 C.
* Chất kết dính vôi – tro xỉ than:
Vôi can xi – tro xỉ than
Vôi dolomite – tro xỉ than Vôi thủy – tro xỉ than Vôi đá dầu – tro xỉ than Tro xỉ than: bản chất thành phần như sét hoạt hóa, ngoài ra còn tùy thiết bị đốt than, thiết bị tháo xỉ làm cho xỉ than có một phần mang tính chất xỉ hạt xốp nhẹ.
Bảng chất lượng các loại chất kết dính gốc từ vôi
Vôi tôi Vôi nghiền Vôi carbonat Vôi – sét hoạt hóa Vôi – tro xỉ than Vôi thủy
KỸ THUẬT SẢN XUẤT CHẤT KẾT DÍNH
NGUYÊN LIỆU
Ta chỉ xét những nguyên liệu chính để sản xuất chất kết dính như:
+ Đá vôi canxi, đá dolomite, đá vôi sét, đá dầu,…
+ Đất sét có thể hoạt hóa thành phụ gia hoạt tính (gọi là sét hoạt hóa).
2.1.1 Đá carbonate: gồm đá vôi canxi, đá dolomite, đá vôi sét, san hô, sò hến,….Có nhiều cách phân loại đá carbonate, có thể:
❖ Theo tạp chất chứa trong đá:
❖ Trong sản xuất vật liệu xây dựng:
+ Đá vôi thể rất cứng có R max > 3000 kg/cm 3
+ Loại cứng chắc 200 1200 kg/cm 3
+ Loại cứng trung bình 100 200 kg/cm 3
❖ Theo kết cấu và xuất xứ, ta thấy có các loại đá vôi:
+ Đá vôi canxi loại tảng chắc, đặc.
+ Đá vôi canxi loại tổ ong xốp như đá túp.
+ Đá vôi canxi loại mềm như đá phấn.
+ Đá vôi canxi loại sò hến.
+ Đá vôi canxi loại san hô.
+ Đá dolomit loại cát sạn vụn tơi như đá dăm hay cát mịn, cát thô.
❖ Phân tích theo bản chất CaCO 3 (cấu trúc):
-Canxit: phổ biến, mạng giống NaCl: trong đó Ca 2+ thay cho Na + , CO 3 2- thay Cl - -Aragonit: ít gặp, mạng tinh thể hexa (gồm 2 khối đáy lục giác chồng lên nhau trong mạch cấu trúc đôi khi Ca 2+ một phần bị thay thế bởi Zn 2+ ,Pb 2+ hay Zr 2+ ) gặp trong san hô, nung 300 – 400 0 C trở thành canxit.
-Phaterit: kém bền vững, cấu trúc hexa.
-Vaterit: carbonat canxi ngậm nước.
❖ Về màu sắc: trắng, đen, xanh đen, hơi hồng…trên bề mặt có gân trắng của canxit kết tinh hay quartzit nằm xen kẽ, có loại mịn mặt, có loại tạo những hạt các vẩy.
Về bên ngoài trông rất giống đá vôi, do đó muốn nhận ra người ta thường dùng axit HCl nồng độ cao mới có hiện tượng sủi bọt khí mạnh. Đá dolomite có 3 thể loại:
+ Loại mịn như đá dăm: tập trung vùng Mỹ Đức Hà Tây, …
+ Loại tảng chắc đặc như đá vôi thông thường với màu sắc trắng, hồng, xám tro bếp, xám đen Loại này có hầu hết ở các mỏ đá vôi vùng núi đá dolomite tập trung ở Xuân Sơn Quảng Bình, núi Mật Thanh Hoá, vùng núi Tam Điệp,…
+ Dạng cát sạn loại to nhất 10 mm, loại nhỏ nhất vụn tơi mịn như xi măng Loại hạt nhỏ mịn tập trung ở Lạc thủy, loại cát thô ở Mộc Châu, Sơn La,….Loại cát sạn này chủ yếu dùng đổ mặt đường và tốt nhất loại trên sàng 5 mm làm cốt liệu sản xuất gạch không nung, loại dưới sàng 3 mm làm cốt liệu thay cho cát vàng làm ngói không nung.
Tên gọi chung là pouzoland.
Nguồn gốc: đá phún xuất do núi lửa phun lên lạnh nhanh tạo nên đảo có tên là pouzoland.
Thời cổ La Mã, người ta dùng đá lấy từ đảo này nghiền mịn pha với vôi làm vữa xây có độ bền nước cao, dùng để xây các thương cảng tiếp nhận nhiều thuyền tàu.
Bản chất đá phún xuất của đảo Pouzoland là pha thủy tinh vô định hình thể phún trào axit, pha thủy tinh chủ yếu là SiO 2 vô định hình ái lực mạnh với kiềm.
Từ xuất xứ trên gọi chung phụ gia thủy hay phụ gia hoạt tính mang tên đảo
“pouzoland” Loại tự nhiên gọi là phụ gia hoạt tính thiên nhiên, còn loại phải gia công nhiệt mới có độ hoạt tính gọi là phụ gia hoạt tính nhân tạo Sau này khi các nhà bác học đi sâu nghiên cứu bản chất thành phần khoáng gốc của phụ gia thì phụ gia hoạt tính mang tên ghép có kể đến khoáng gốc của chúng như phụ gia pouzoland trepen, pouzoland diatomit, pouzoland họ khoáng sét (còn gọi là đất sét hoạt hóa),… Ở nước ta chưa tìm ra đá phún trào axit, nhưng có phún trào bazit ở Nghệ An, Bà Rịa là đá Mu Rùa xốp tổ ong thuộc loại pouzoland thiên nhiên, chỉ qua sấy khô cũng cho ta hoạt tính loại yếu Còn loại nhân tạo là đất sét các loại nung ở 600 – 800 0 C thành gạch non lửa cho ta phụ gia có hoạt tính từ trung bình đến rất mạnh.
Hầu hết các loại đất sét có hàm lượng Al 2 O 3 > 15% đều có thể nung ở 600 – 800 0 C cho ta hoạt tính từ trung bình đến rất mạnh.
Hoạt tính hút vôi mạnh của đất sét (mgCaO/1g phụ gia) theo công trình nghiên cứu của nhiều giáo sư không phải do SiO 2 hoạt tính quy định mà chủ yếu do meta caolinit có ái
6 lực hút vôi mạnh làm đất sét hoạt tính Khi nung đất sét họ khoáng ở 600 – 800 0 C chỉ mới mất nước hóa học làm tơi xốp mạng cấu trúc caolinit chứ chưa phá vỡ hết cấu trúc để tách ra
Al 2 O 3 và SiO 2 Trong khi hoạt tính của phụ gia pouzoland là do SiO 2 vô định hình nằm trong pha thủy tinh của tro núi lửa được làm lạnh nhanh).
2.1.4 Xỉ lò cao, tro xỉ than:
Xỉ và tro than là bã thải của công nghiệp luyện kim, các nhà máy nhiệt điện, cơ khí, sản xuất hơi nước,… đốt bằng than.
Xỉ lò cao được sử dụng nhiều trong sản xuất XMP xỉ, xi măng vôi xỉ Tro xỉ than chưa có hướng sử dụng nhiều và triệt để.
Thành phần hóa, thành phần khoáng của xỉ có thể rất khác nhau tùy theo loại công nghiệp tạo ra xỉ, cách lấy xỉ…Ngoài thành phần, chất lượng xỉ chịu ảnh hưởng rất lớn của pha thủy tinh và tinh thể nằm trong xỉ.
* Thành phần hóa của xỉ nằm trong giới hạn:
CaO: 30 – 35%: làm tăng độ hoạt tính thủy lực của xỉ (tăng tính kết dính).
Al 2 O 3 : 8 – 24%: có lợi, tác dụng triệt để với CaO tạo cho xỉ tính kết dính mạnh.
SiO 2 : 8 – 38%: quá nhiều SiO 2 giảm độ hoạt tính của xỉ.
MnO < 5%: nếu > 5% sẽ giảm độ hoạt tính của xỉ.
* Các hệ số đánh giá chất lượng xỉ:
2 Mođun hoạt tính hay silicat :
M a = 0,17 0,25: xỉ kiềm tính dùng sản
Ngoài ra xỉ hoạt tính cao khi:
3 Đánh giá mức độ hoạt tính:
2.2 KỸ THUẬT SẢN XUẤT CÁC CHẤT KẾT DÍNH:
-Đá vôi canxi → sản phẩm là canxi nghiền.
-Đá vôi sét → sản phẩm là vôi thủy.
-Đá dolomit pha sét → sản phẩm là xi măng
-Đá dolomit → sản phẩm là vôi dolomit nghiền.
* Nung đá vôi, chọn cả vôi nung chưa chín, đem nghiền Nếu vôi chín thấu phải thêm đá dăm hay mạt đá.
2.2.2 Chất kết dính vôi sét hoạt hóa: đập búa cân nghiền Đóng bao sản phẩm
Chọn gạch ngói non lửa, bỏ các viên quá già, phồng…Phải kiểm tra độ hoạt tính và thử nghiệm tỉ lệ phối liệu sơ bộ rồi mới nghiền.
Kho chứa vôi cục đập nghiền bi Đóng bao Thành phẩm
-Có thể thay 10 – 30% vôi bằng clinker XMP lò đứng.
-Nếu tuyển kỹ xỉ xốp nhẹ lò hơi, lò điện có thể sản xuất chất kết dính mác cao hơn thông thường.
Vôi cục đập định lượng trộn nghiền bi Đóng bao Các sản phẩm khác tương tự.
2.3 BIỆN PHÁP BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG CHẤT KẾT DÍNH:
2.3.1 Bảo đảm thành phần hóa:
-Chọn đúng loại đá để nung vôi.
-Phụ gia (sét hoạt hóa) có hoạt tính > 70 mg CaO/1g, chọn đúng loại tro xỉ, không lẫn than không cháy.
2.3.2 Cân đúng tỉ lệ đã khống chế:
Xác định tỉ lệ vôi/phụ gia tối ưu và cần định lượng chuẩn xác.
2.3.3 Trộn đều mới đem nghiền:
Tuy cân định lượng chính xác nhưng không trộn đều trước khi nghiền sẽ dẫn đến không đồng đều về chất lượng Nếu nhiều sét thì đóng rắn chậm cường độ thấp Nếu nhiều vôi thì đóng rắn nhanh nhưng không ổn định, nứt nẻ, cường độ thấp.
Nghiền mịn - khả năng tiếp xúc của vôi với phụ gia hoạt tính tăng nên khi trộn với nước phản ứng nhanh làm chất kết dính ninh kết nhanh, đóng rắn nhanh phát triển cường độ cao hơn loại nghiền thô.
2.3.5 Phụ gia hoạt tính trước khi sản xuất phải thật khô:
Nếu ẩm độ hoạt tính sẽ giảm mạnh Ngoài ra lúc nghiền sẽ bị dính máy, dính bi, tạo phối liệu không đồng đều làm giảm chất lượng kết dính.
LĨNH VỰC SỬ DỤNG
-Các loại chất kết dính sản xuất bằng vôi các loại chủ yếu làm vữa xây trát, mác vữa cao hơn vữa vôi tôi.
-Vôi nghiền, vôi carbonat, vôi – sét hoạt hóa, vôi – đá bazan xốp, vôi – tro xỉ than cũng để sản xuất gạch không nung mác 35 – 100 tùy phương pháp tạo hình.
-Chất kết dính vôi – sét hoạt hóa có độ hoạt tính của đất sét nung non lửa đạt trên 100mg CaO /1gam phụ gia có thể thay thế 30 50% xi măng trong viên ngói xi măng không nung để tiết kiệm xi măng Có thể thay thế 20 -30% xi măng trong đế viên gạch lát mà vẫn đảm bảo chất lượng.
-Loại chất kết dính vôi - xỉ lò cao, kukerơmit làm vữa xây mọi mác, gạch không nung mác từ 35 – 150 thay thế 80 100% lượng xi măng trong đế viên gạch lát hoa, trong lớp cốt của viên gạch ngói xi măng và có thể sản xuất ống cống thủy lợi cho nông thôn…
-Chất kết dính vôi - xỉ hạt lò cao có thể sản xuất bêtông mác 50 75 trong xây dựng nhà ở.
KỸ THUẬT SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND
TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU SẢN XUẤT CLINKER XI MĂNG
Có nhiều phương pháp tính toán:
- Phương pháp toán học: dựa vào các hệ số cơ bản KH, p, n và thành phần hóa học của nguyên liệu.
Mục đích của việc tính toán phối liệu là để xác định tỷ lệ pha trộn giữa các cấu tử nguyên liệu để có clinker chất lượng đúng yêu cầu.
Trước khi tính toán phối liệu phải lựa chọn thành phần phối liệu sao cho sau khi gia công phối liệu theo thành phần đã tính, nung ra clinker có chất lượng thỏa mãn dự kiến ban đầu, sản phẩm cuối cùng là xi măng có mác cao nhất.
Chất lượng xi măng trước hết phụ thuộc vào chất lượng của clinker, mà do thành phần thành phần khoáng của clinker quyết định Clinker mác cao đòi hỏi C 3 S phải lớn. Clinker bền trong môi trường xâm thực đòi hỏi ít C 3 S nhưng nhiều C 2 S và C 4 AF Do đó để có bài phối liệu chuẩn xác cần xuất phát từ việc chọn chất lượng clinker và dự đoán chất lượng ximăng Căn cứ và thành phần khoáng và chất lượng mong muốn của clinker, ta thấy rằng ban đầu chỉ chọn C 3 S và C 3 A, dựa vào tổng các khoáng silicat và aluminat tìm ra C 2 S và C 4 AF Sau khi chọn thành phần khoáng áp dụng công thức tính các hệ số KH, n, p.
Cơ sở tính phối liệu của phương pháp này là các hệ số cơ bản KH, p, n và thành phần hóa học của các cấu tử nguyên liệu đã được phân tích.
1 Từ yêu cầu chất lượng clinker mà xác định các hệ số KH, p, n :
Số lượng các cấu tử (n) bao giờ cũng lớn hơn số các hệ số (n-1), cụ thể như sau: -Nếu tính phối liệu 2 cấu tử thì sử dụng 1 hệ số KH.
-Nếu tính phối liệu 3 cấu tử thì sử dụng 2 hệ số KH và p hoặc KH và n.
-Nếu tính phối liệu 4 cấu tử thì sử dụng 3 hệ số KH, p và n.
2 Chọn các cấu tử phụ :
Phối liệu 2 cấu tử thì bao giờ cũng sử dụng 2 nguyên liệu chính: đá vôi và đất sét Nếu phối liệu 3 cấu tử thì sử dụng ngoài 2 nguyên liệu chính là đá vôi và đất sét còn
1 nguyên liệu phụ là quặng sắt hay diatomit.
Nếu phối liệu 4 cấu tử thì bao giờ cũng sử dụng 2 nguyên liệu chính là đá vôi, đất sét và 2 nguyên liệu phụ nữa là quặng sắt và trépen hay diatomit, nếu các cấu tử có hàm lượng oxit sắt và oxit silic nhỏ.
Khi tínhh toán, mỗi cấu tử chiếm 1 tỷ lệ nhất định (% hay phần trọng lượng), nếu 1 trong 2 cấu tử phụ khi giải ra có giá trị âm thì loại trừ ngay cấu tử phụ đó, xem như bài toán tính phối liệu không cần cấu tử đó.
Tro nhiên liệu lẫn vào clinker XMP phụ thuộc vào phương pháp sản xuất, loại lò, kích thước lò Nếu nhiên liệu sử dụng là khí, lỏng thì không lẫn tro nhiên liệu.
*Đối với phương pháp ướt lò quay:
-Nếu L/D = 30 – 50 lần, có mắc xích trao đổi nhiệt thì tro lẫn vào clinker là 100%.
-Nếu L/D < 30 lần, có xích trao đổi nhiệt thì tro lẫn vào là 80%, không có xích trao đổi nhiệt: 60%.
-Lò quay có thiết bị cô đặc bùn (bốc hơi ẩm), tro lẫn vào 70%.
* Đối với phương pháp khô lò quay:
-Loại không có thiết bị tận dụng nhiệt khí thải, tro lẫn vào clinker là 30 – 40%.
-Loại có thiết bị tận dụng nhiệt khí thải, tro lẫn vào clinker là 100%.
Hàm lượng tro nhiên liệu lẫn vào clinker xi măng được xác định theo công thức: t B: lượng nhiên liệu tiêu tốn riêng (cần để nung 1 kg clinker) :kg.
A: hàm lượng tro có trong nhiên liệu, %. n: lượng tro lẫn vào clinker so với tổng hàm lượng tro trong nhiên liệu, phụ thuộc vào loại lò, phương pháp sản xuất, %. Để dễ dàng trong khi tính toán, quy định 1 số ký hiệu sau:
3.2.2 Trình tự tính toán: Để tính phối liệu cần có các số liệu sau:
1 Thành phần hóa học của các nguyên liệu cần tính toán đã phân tích:
-Nếu tổng thành phần hóa học chưa đủ 100%:
+Nếu > 100% nhưng không quá 1% thì chuyển đổi về 100% Hệ số chuyển đổi: k = 100
Lấy k nhân với thành phần hóa (%) của từng cấu tử trong nguyên liệu sẽ ra thành phần hóa của nguyên liệu quy về 100%.
Ví dụ: Nguyên liệu đá vôi có thành phần như sau:
7,8 1,65 k -Nếu tổng ∑ < 100% có thể coi đơn giản còn các chất khác chưa phân tích với điều kiện không sai khác quá 1 – 2% Tuy nhiên có thể quy về 100% theo công thức chuyển đổi như trên.
2 Nếu phối liệu có lẫn tro than phải chuyển về thành phần hóa học của các cấu tử từ dạng khô tuyệt đối (đã chuyển đổi về 100%) về dạng đã nung 100% để tiện việc tính toán (nghĩa là trừ đi mất khi nung).
3 Ấn định các hệ số cơ bản KH, p, n (dựa vào các cấu tử, vào chất lượng clinker hoặc xi măng mà định giá trị cụ thể).
4 Thiết lập các phương trình và tiến hành tính theo các công thức hướng dẫn.
5 Tính xong phải kiểm tra lại các hệ số đã ấn định ban đầu để sai số trong phạm vi cho phép (KH sai số 0,005%, n, p sai số 0,05%).
6 Tính thành phần khoáng clinker, lượng pha lỏng trong clinker và tính phối liệu.
3.2.3 Tính tóan các hệ cụ thể:
1 Hệ 2 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu:
• Yêu cầu: thành phần hóa của các nguyên liệu quy về 100%.
• Chọn hệ số cơ bản và ấn định các hệ số đó.
• Thiết lập phương trình: Gọi x là phần tử lượng cấu tử 1, y là phần tử lượng cấu tử 2.
Cứ 1 phần trọng lượng cấu tử thứ hai cần phối hợp với x phần trọng lượng cấu tử thứ nhất, ta có phương trình sau:
Thay (1), (2), (3), (4) vào (5) ta rút ra được: x ( 2,8S
Khi tính bài 2 cấu tử chỉ cần chọn 1 hệ số KH là đủ.
Tỉ lệ % cấu tử trong phối liệu khô tuyệt đối: Đổi kết quả: x phần trọng lượng cấu tử thứ nhất
% cấu tử 2 Khi tính phối liệu sản xuất phải kể đến độ ẩm của nguyên liệu ban đầu.
Cách tính: Cấu tử 1 có độ ẩm là W 1 (%)
Cấu tử 2 có độ ẩm là W 2 (%).
Chuyển về % khối lượng các cấu tử có độ ẩm tự nhiên.
*Kiểm tra lại các hệ số KH, nếu sai số cho phép thì chấp nhận được, tính n và p xem có trong giới hạn cho phép.
*Tính thành phần khoáng, lượng pha lỏng trong clinker và tít phối liệu.
- Hàm lượng khoáng nóng chảy có thể tính theo công thức:
%C 2 F = 1,7 (F – 1,57A)-Hàm lượng % CaSO 4 tính như sau: %CaSO 4 = 1,7SO 3
-Lượng pha lỏng trong clinker:
Ví dụ: Xác định tỷ lệ thành phần cấu tử nguyên liệu theo tỉ lệ hai cấu tử không lẫn tro than: nung bằng nhiên liệu khí hoặc lỏng.
Ta có thành phần hóa của cấu tử:
Tính chuyển về 100%: Đá vôi 1 x Đá vôi 2 y
Gọi x, y là phần trọng lượng của cấu tử 1 và cấu tử 2:
+ Chọn KH = 0,88 Áp dụng công thức:
Cứ một phần cấu tử 2 cần x phần trọng lượng cấu tử 1: x = (2,8KH.S 2 +1,65A 2 + 0,35F 2 ) − C 2
* Lưu ý: Đối với hệ hai cấu tử ta chỉ cần chọn một hệ số KH là đủ Ta thấy cứ 1 phần đất sét (y=1) cần 7.066 đá vôi (x=7.066)
Vậy lượng đá vôi trong phối liệu khô:
Kết quả tính thành phần phối liệu:
Cấu tử Đá vôi 87,6 Đất sét 12,4
+ Tính độ ẩm: nguyên liệu sử dụng thường chứa ẩm, nên khi tính phối liệu sản xuất ta phải kể đến độ ẩm tự nhiên của nó.
Cách tính: Cấu tử 1 có độ ẩm là W 1 %
Cấu tử 2 có độ ẩm là W 2 %
X’ Lượng cấu tử 2: y’ Quy đổi về tỷ lệ % cấu tử có độ ẩm tự nhiên.
+ Kiểm tra lại các hệ số:
27 n p+ Kết luận: Hệ số KH=0.88 đúng như ta đã chọn nhưng hai hệ số n và p khá cao. Muốn điều chỉnh ta phải chuyển sang tính bài 3 cấu tử.
2 Hệ 3 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu:
• Quy đổi thành phần hóa học của nguyên liệu về 100%.
• Ấn định các trị số KH, n hoặc KH, p.
• Thiết lập các phương trình tính toán:
Cứ 1 PTL cấu tử thứ 3 cần phối hợp với x PTL cấu tử thứ nhất và y PTL cấu tử thứ 2, ta có biểu thức:
Thay (1) (2) (3) (4) vào (5) và (6) hoặc (5) và (7) ta có: x[(2,8S 1 KH + 1,65A 1 + 0,35F 1 ) – C 1 ] + y[(2,8S 2 KH + 1,65A 2 + 0,35F 2 ) – C 2 ]
28 và x[n(A 1 + F 1 ) – S 1 ] + y[n(A 2 + F 2 ) – S 2 ] = S 3 – n(A 3 + F 3 ) hoặc x (pF 1 – A 1 ) + y(pF 2 – A 2 ) = A 3 – pF 3 Đặt a 1 = (2,8S 1 KH + 1,65A b 1 = (2,8S 2 KH + 1,65A 2 + 0,35F 2 ) – C 2 c 1 = C 3 – (2,8S a = n(A + F c 2 = S 3 – n(A 3 Thay a 1 , b 1 , c 1 vào (9), (10), ta có:
Giải hệ phương trình (11) ta có x,y tính theo PTL: x = c 1 b 2 − c 2 b 1 a 1 b 2 − b 1 a 2 y Đổi ra phần trăm:
Nhân X, Y, Z với thành phần hóa của cấu tử 1,2,3 tương ứng đã chuyển về 100% lúc đầu ta có thành phần phối liệu khô tuyệt đối tròn 100%.
Cấu tử 1 có độ ẩm W 1 , (%)
Cấu tử 2 có độ ẩm là W 2 (%).
Cấu tử 3 có độ ẩm là W 3 (%).
Tính phối liệu sản xuất để tiến đến độ ẩm tự nhiên của nguyên liệu.
Quy đổi về tỉ lệ % cấu tử có độ ẩm tự nhiên:
Ví dụ: Tính phối liệu 3 cấu tử không lẫn tro than.
Ta có thành phần hóa đã chuyển về 100%
Cấu tử Đá vôi 1 7,8 Đá vôi 2 64,65
Khi tính bài phối liệu 3 cấu tử không lẫn tro than, ta có thể chọn hai hệ số KH và n
30 Ở đây ta chọn hai hệ số KH = 0.88 và n = 2.3
Theo kết quả tính toán n, p của nguyên liệu đá vôi và đất sét Ta nhận thấy đất sét có n quá nhỏ, p hơi cao; còn đá vôi có n hơi cao, p vừa phải Để giảm n đá vôi, p của đất sét ta dùng nguyên liệu chứa nhiều sắt như quặng sắt hay xỉ pirit Ở đây ta sử dụng xỉ pirit. Áp dụng các công thức sau: a 1 =(2,8KH.S 1 + 1,65A 1 + 0,35F 1 ) – C 1 b 1 = (2,8KH.S 2 + 1,65A 2 + 0,35F 2 ) – C 2 c 1 =C 3 - (2,8KH.S 3 + 1,65A 3 + 0,35F 3 )
Nếu chọn n thì sử dụng các công thức: a 2 =n(A 1 + F 1 ) – S 1 b 2 =n(A 2 + F 2 ) – S 2 c 2 =S 3 - n(A 3 + F 3 )
Nếu chọn p thì sử dụng các công thức: a 2 =pF 1 – A 1 b 2 =pF 2 – A 2 c 2 =A 3 – pF 3
+ Thế số vào, ta có các kết quả sau: a 1 =(2,8.0,88.7,8 + 1,65.1,65+ 0,35.1,04) – 48,8 = -26,51 b 1 = (2,8.0,88.64,65+ 1,65.16,51+ 0,35.8,17) – 1,9 = 187,24 c 1 =2,1 - (2,8.0,88.13,94 + 1,65.1,44 + 0,35.78,4) = -62,5 a 2 =2,3 (1,65 + 1,04) – 7,8 = -1,62 b 2 =2,3(16,51 + 8,17) – 64,65 = -7,89 c 2 ,94 – 2,3 (1,44 + 78,40) = -169,69
+ Gọi x, y, z là phần trọng lượng cấu tử 1,2,3 theo mối quan hệ sau: cứ một phần cấu tử 3 có y và x phần cấu tử 2 và 1 x y x (−62,05.(−7,89)) − (−169,69.187,24) (−26.51.(−7.89)) − (−1,62.187,24) b,95 y = (−26,51.(−169,69)) (−26,51.(−7,89)) −
− (−1,62.62,05) (−1,62.187,24) =8,58 + Xác định tỷ lệ % các cấu tử
Thành phần hóa học của phối liệu và clinker:
TPH Cấu tử Đá vôi 86,8% Đất sét 11,83%
+ Kiểm tra lại các hệ số:
+ Kết luận : Bài tính này đúng vì KH và n đúng như đã chọn và p=1,2 là đạt.
** Lưu ý: - Phải tính độ ẩm tự nhiên của nguyên liệu và quy về lại tỷ lệ.
- Nếu bài toán tính không đúng, phải chọn lại các hệ số hoặc chuyển sang tính hệ 4 cấu tử.
3 Hệ 4 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu:
• Quy đổi thành phần hóa học của nguyên liệu về 100%.
• Ấn định các hệ số cơ bản KH, p, n.
• Thiết lập các phương trình tính toán.
Cứ 1 PTL cấu tử 4 cần phối hợp với x PTL cấu tử 1, y PTL cấu tử 2, z PTL cấu tử 3.
Ta có các phương trình tính toán sau:
C F S A KH xC xF 1 + yF 2 + zF 3 + F 4 x + y + z + 1 xS 1 + yS 2 + zS 3 + S 4 x + y + z + 1
Thay A, F vào (7) ta có: x(pF 1 – A 1 ) +y(pF 2 – A 2 ) + z(pF 3 – A 3 ) = A 4 – pF 4 Đặt cho gọn thu được 3 phương trình: a 1 x + b 1 y + c 1 z = d 1 a 2 x + b 2 y + c 2 z = d 2 a 3 x + b 3 y + c 3 z = d 3 Giải hệ phương trình ta có: d 1 (b 2 c 3 – b 3 c 2 ) – d 2 (b 1 c 3 – b 3 c 1 ) + d 3 (b 1 c 2 – b 2 x = D a 1 (d 2 c 3 – d 3 c 2 ) – a 2 (d 1 c 3 – d 3 c 1 ) + a 3 (d 1 c 2 – d y D a 1 (b 2 d 3 – b 3 d 2 ) – a 2 (b 1 d 3 – b 3 d 1 ) + a 3 (b 1 d 2 – b z D
D = a 1 (b 2 c 3 – b 3 c 2 ) – a 2 (b 1 c 3 – b 3 c 1 ) + a 3 (b 1 c 2 – b 2 c 1 ) Đổi x, y, z ra phần trăm, ta có: x
Kiểm tra các hệ số KH, p, n.
Tính thành phần khoáng, lượng pha lỏng trong clinker, tít phối liệu như bài 2 cấu tử Ví dụ : Tính phối liệu 4 cấu tử đi từ thành phần khoáng clinke tính ngược lại tỷ lệ các cấu tử trong phối liệu.
- Chọn chất lượng clinke theo thành phần 4 khoáng chính đã quy tròn 100% Sau đó tính ra thành phần clinke theo 4 oxyt chính đã quy về 100%.
- Áp dụng công thức tính các hệ số KH, n, p Từ các hệ số đó tính ra đơn phối liệu.
- Chọn chất lượng clinke có thành phần 4 khoáng chính như sau:
- Thành phần lý thuyết của các khoáng theo 4 oxyt chính:
- Quy về 100% của 4 khoáng đã chọn, ta có:
4 oxyt chính của clinke tính theo
4 thành phần khoáng đã chọn:
- Ta có bảng thành phần hóa của các nguyên liệu ban đầu đã quy tròn 100 như sau:
- Tính tỷ lệ nguyên liệu trong phối liệu:
Ta gọi x là phần trọng lượng đá vôi. y t z
Cứ 1 phần quặng sắt cần t phần tro than, y phần đất sét và x phần đá vôi……….
4 Tính phối liệu có lẫn tro :
• Quy đổi thành phần hóa học của nguyên liệu tro nhiên liệu về 100%.
• Đổi thành phần hóa học của nguyên liệu chưa nung về đã nung (trừ đi lượng mất khi nung).
• Ấn định hệ số cơ bản.
• Xác định hàm lượng tro lẫn vào clinker theo công thức; t = %
B: lượng nhiên liệu tiêu tốn riêng.
• Muốn tính B phải biết nhiệt năng tiêu tốn riêng (q) để nung 1 kg clinker từ đó tính ra lượng than (nhiên liệu):
Q: nhiệt năng của nhiên liệu (kcal/kg nhiên liệu)
• Phải biết tính chất nhiên liệu: hàm lượng tro A%, nhiệt năng Q (tra trong sổ tay) và thành phần hóa của tro nhiên liệu quy tròn 100%.
+ Than có nhiệt năng thấp có độ tro A = 15 – 25% thì B = 0,3
+ Than có nhiệt năng cao, độ tro A < 10 – 15% thì B = 0,25 kg. a Tính phối liệu hệ 2 cấu tử lẫn tro.
• Chọn hệ số KH để tính phối liệu 0,85 < KH < 0,95.
• Gọi X là % cấu tử 1 trong clinker.
Y là % cấu tử 2 trong clinker. t là % tro than trong clinker.
Có các biểu thức sau:
Thay các trị số C, F, A, S vào (6), giải ra có phương trình bậc nhất 2 ẩn số: a 1 x + b 1 y = c 1 với a 1 = (2,8S 1 KH + 1,65A 1 + 0,35F 1 ) – C 1 b 1 = (2,8S 2 KH + 1,65A 2 + 0,35F 2 ) – C 2 c 1 = C 3 – (2,8S 3 KH + 1,65A 3 + 0,35F 3 ).t
Ta có hệ phương trình: a 1 x + b 1 y = c 1 x + y = 100 – t
Trong đó a 1 , b 1 , c 1 tính theo công thức trên.
2 Đổi phần trăm X, Y là nguyên liệu đã nung, cần chuyển về nguyên liệu chưa nung, ta có:
MKN X, MKN Y là lượng mất khi nung của cấu tử 1 và 2. Đổi x, y ra phần trăm:
Y' Kiểm tra các hệ số KH, p, n.
Tính thành phần khoáng, hàm lượng pha lỏng của clinker và tít phối liệu như các hệ số không tro ở trên. b Tính phối liệu hệ 3 cấu tử có lẫn tro:
Cứ 100 phần clinker (phối liệu đã nung) có:
Z% cấu tử 3 đã nung. t% tro nhiên liệu.
Ta thiết lập phương trình: X +
Có các biểu thức sau:
KH n p Thay S, A, F, C vào biểu thức KH và có: a 1 X + b 1 Y + c 1 Z = 100 - t a 2 X + b 2 Y + c 2 Z = d 2 a 3 X + b 3 Y + c 3 Z = d 3 Trong đó a 1 = b 1 = c 1 = 1 d 1 = 100 – t Đặt a 2 = (2,8S 1 KH + 1,65A 1 + 0,35F 1 ) – C 1 b 2 = (2,8S 2 KH + 1,65A 2 + 0,35F 2 ) – C 2 c 2 = (2,8S 3 KH + 1,65A 3 + 0,35F 3 ) – C 3 d 2 = [C 4 – (2,8S 4 KH +
Giải hệ phương trình, tính ra %:
D = a 1 (b 2 c 3 – b 3 c 2 ) – a 2 (b 1 c 3 – b 3 c 1 ) + a 3 (b 1 c 2 – b 2 c 1 ). Đổi X, Y, Z (%) là nguyên liệu đã nung về nguyên liệu chưa nung. x 100 y 100
X' Y' Z' Tính thành phần khoáng, hàm lượng pha lỏng của clinker và tít phối liệu như các hệ số không tro ở trên.
*Xác định thành phần clinker:
thành phần hóa của đá vôi đã nung. -Đất sét trong clinker:
thành phần hóa của đất sét đã nung.
thành phần hóa của phụ gia đã nung.
thành phần tro than đã nung.
CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND 46 CHƯƠNG 4 QUÁ TRÌNH ÐÓNG RẮN, TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG PORTLAND VÀ CHẤT KẾT DÍNH
Quá trình sản xuất XMP có thể phân thành 3 giai đoạn cơ bản:
- Giai đoạn 1: Chuẩn bị hỗn hợp phối liệu
- Giai đoạn 2: Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker
- Giai đoạn 3 : Nghiền clinker và phụ gia thành XMP.
Có 2 phương pháp chính sản xuất XMP : phương pháp ướt và phương pháp khô Sự khác nhau chủ yếu của 2 phương pháp nằm ở giai đoạn 1 và 2 của quá trình sản xuất XMP.
Phối liệu Nung thành clinker
Quy trình công nghệ tổng quát sản xuất XMP
• Chuẩn bị phối liệu: phối liệu được chế tạo ở dạng huyền phù, dạng bột hay dạng viên.
• Nung phối liệu: nung trong lò quay, lò đứng, băng kết khối Có thể nói kỹ thuật sản xuất XMP chủ yếu dựa trên cơ sở thiết bị lò nung.
Lựa chọn phương pháp thích hợp là một trong những vấn đề quan trong, nó quyết định các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của nhà máy Cơ sở của việc lựa chọn phương pháp sản xuất dựa trên những điều kiện sau: o Tính chất lý học và thành phần hóa của nguyên liệu (hàm ẩm tự nhiên, độ rắn vật liệu, hàm lượng kiềm …) o Điều kiện cung cấp điện năng và nhiệt năng, o Điều kiện trang thiết bị, o Điều kiện vệ sinh công nghiệp, o Tính chất khí hậu địa lý nơi sản xuất, o Khả năng và quy mô mở rộng sản xuất.
Việc lựa chọn phương pháp sản xuất cần phải đạt yêu cầu cơ bản như sau: o Quá trình sản xuất đơn giản, nâng cao hiệu suất sử dụng máy móc thiết bị. o Nâng cao sản lượng và chất lượng sản phẩm, giá thành hạ. o Chỉ tiêu tiêu tốn nhiệt năng, điện năng và nguyên vật liệu thấp. o Có khả năng nâng cao trình độ cơ khí hóa và tự động hóa. o Đảm bảo vệ sinh và an toàn lao động
Có nhiều phương pháp sản xuất XMP:
Tuy nhiên về nguyên liệu, quá trình hóa lý khi nung, sản phẩm cuối cùng và các tính chất cơ bản của chúng luôn giống nhau Chúng chỉ khác nhau về mặt kỹ thuật của phương pháp sản xuất.
Hiện nay đang thời kỳ khủng hoảng năng lượng nên nhìn chung xu thế phát triển công nghệ sản xuất XMP trên thế giới theo xu hương sản xuất XMP theo phương pháp khô lò quay.
3.3.1 Nguyên liệu sản xuất clinker XMP:
Là cấu tử chính nên không thể thiếu.
Trong thiên nhiên thường tồn tại dưới nhiều dạng: Đá vôi 90-100% CaCO 3 Đá vôi mergel 75-90% CaCO 3 Đá mergel 40-70% CaCO 3 Đá vôi và đá mergel rất thích hợp dùng làm nguyên liệu để sản xuất XMP.
Trong đá vôi ngoài thành phần CaCO 3 là chủ yếu còn có thể cho phép lẫn một hàm lượng MgO nhỏ (
