Đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng lò quay phương pháp khô công suất 14 triệu tấn/ năm

Mục lục Số trang Mở đầu 3 Phần I :Lược giới thiệu về xi măng Pooclăng 4 I. Các khái niệm 4 II. Thành phần khoáng hoá của clinker XMP 5 III. Quá trình hoá lý khi nung luyện 9 IV. Các tính chất của XMP 10 V. Quá trình hydrat hoá và đóng rắn 12 Phần II : Lược giới thiệu tình hình phát triển của ngành công nghiệp xi măng thế giới và Việt Nam 18 I. Sự phát triển của xi măng và phương hướng chung của thế giới 18 II. Sự phát triển của xi măng Việt Nam và định hướng của ngành đến năm 2010 Phần III : Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy 23 I. Các yêu cầu khi lựa chọn địa điểm 23 II. Giới thiệu về địa điểm xây dựng nhà máy 25 III. Ưu nhược điểm của địa điểm xây dựng nhà máy xi măng Tam Điệp 27 Phần IV : Tính toán bài phối liệu 31 I. Chọn modun hệ số 31 II. Chọn số nguyên liệu 32 III. Quy về nguyên liệu khi đã nung 100 % và tính lượng tro trong clinker 34 IV. Dựng và giải hệ phương trình 35 V. Tính kiểm tra 35 VI. Tính thành phần hoá phối liệu, thành phần đóng góp của nguyên liệu trong phối liệu và tít phối liệu 37 VII. Nhận xét 39 VIII. Tính cường độ xi măng 40 Phần V : Tính cân bằng vật chất của toàn nhà máy 41 Phần VI : Tính cân bằng vật chất của hệ thống lò 46 I. Tính chọn lò nung 46 II. Tính quá trình cháy nhiên liệu 48 III. Thiết lập cân bằng vật chất lò nung 51 Phần VII : Tính nhiệt lý thuyết tạo clinker và cân bằng nhiệt của hệ thống lò 56 I. Tính nhiệt lý thuyết tạo clinker 56 II. Tính cân bằng nhiệt của hệ thống lò 59 Phần VIII : Tính và lựa chọn một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất 64 I. Phân xưởng lò nung 64 II. Phân xưởng nguyên liệu 76 III. Phân xưởng nghiền và đóng bao 87 IV. Phân xưởng nhiên liệu 94 V. Thiết lập dây chuyền công nghệ 96 Kết luận 98 Tài liệu tham khảo 99 Mở đầu Đất nước ta đang trong thời kỳ đổi mới, từng bước xoá bỏ lạc hậu nghèo nàn do vậy Đảng và Chính phủ đã định rõ đường lối phát triển kinh tế theo hướng Công nghiệp hoá, Hiện đại hoá vận động theo cơ chế thị trường. Để tạo tiền đề vững chắc đưa đất nước tiến lên CNXH trong tương lai gần, chúng ta phải có cơ sở hạ tầng và thượng tầng kiến trúc đảm bảo cho các ngành nghề phát triển. Ngay sau ngày nước nhà thống nhất, để khôi phục kinh tế, nhiều cơ sở hạ tầng được xây dựng, nhiều công trình hiện đại mọc lên đáp ứng bước đầu quá trình phát triển đất nước. Song song với tiến trình đó, nhu cầu về các chất kết dính phục vụ xây dựng các công trình như : thuỷ điện, cầu cống, đường xá, thuỷ lợi, nhà ở…ngày càng tăng. Đến nay, cùng với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ, tốc độ đô thị hoá ngày càng lớn đòi hỏi một lượng không nhỏ sản phẩm các chất kết dính, trong đó có xi măng. Mặc dù sản lượng và chất lượng xi măng được cải thiện nhiều trong thời gian qua nhưng vẫn không đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước. Để tiến tới cung cấp đủ lượng xi măng phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội, một phần tham gia xuất khẩu nhằm tăng tỷ trọng của ngành thì việc đầu tư xây dựng các nhà máy mới và cải tạo các nhà máy hiện có là cần thiết. Với nội dung đó, em được giao thiết kế nhà máy sản xuất xi măng sử dụng lò quay phương pháp khô với công suất 1,4 triệu tấn xi măng PCB 40/ năm(10% phụ gia đầy, 11% phụ gia khoáng hoạt tính). Phần I : Lược giới thiệu về xi măng poóc lăng I. Các khái niệm : 1. Xi măng Poóc lăng (XMP) : Là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp gồm clinker XMP và thạch cao (CaSO4.2H2O) (35%). Ngoài ra có thể có phụ gia công nghệ (phụ gia trợ nghiền, phụ gia bảo quản). 2. Xi măng Poóc lăng hỗn hợp (PCB) : Là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp gồm clinker XMP, thạch cao (35%) và phụ gia hỗn hợp (< 40%).Trong đó, phụ gia đầy(lười) không vượt quá 20%. Ngoài ra có thể còn có phụ gia công nghệ. 3. Clinker XMP : Là sản phẩm thu được sau khi nung đến kết khối hỗn hợp nguyên liệu chủ yếu gồm đá vôi và đất sét. Trong sản phẩm này, khoáng chính là các khoáng silicát canxi có độ bazơ cao. 4. Phụ gia xi măng : 4.1. Phụ gia hỗn hợp : là hỗn hợp của hai loại phụ gia đầy và phụ gia khoáng hoạt tính. + Phụ gia đầy : là chất độn đưa vào với mục đích tăng sản lượng xi măng, giảm giá thành sản phẩm. Nó không tham gia phản ứng trong quá trình đóng rắn sau này của xi măng. + Phụ gia khoáng hoạt tính : là các loại phụ gia đưa vào nhằm cải thiện một hoặc một số tính chất nào đó của xi măng. Phụ gia này tham gia một phần vào các phản ứng sau này trong quá trình đóng rắn xi măng. 4.2. Phụ gia công nghệ : có tác dụng cải thiện tính chất xi măng nhằm đáp ứng các yêu cầu sử dụng hoặc có phụ gia tăng cường quá trình nghiền, vận chuyển, đóng bao và bảo quản (hàm lượng < 1%). II. Thành phần khoáng hoá của clinker XMP : II.1. Thành phần hoá : Các ôxit chính : CaO, SiO2, Fe2O3, Al2O3. Các ôxit khác : MgO, R2O, Cr2O3, MnO, TiO2, SO3,… Các ôxit chính chiếm 9597 %. 1. Ôxit canxi CaO : + Hàm lượng trong clinker : 6269%. + Tham gia tác dụng với các ôxit chính khác tạo khoáng chính trong clinker XMP (C3S, C2S, C3A, C4AF) . + Nếu sau khi hình thành clinker mà CaO vẫn tồn tại ở dạng tự do (không tạo khoáng với ôxit khác) thì CaO tự do sẽ gây mất ổn định thể tích của đá xi măng hoặc bê tông do có phản ứng sau : CaOtd + H2O = Ca(OH)2 + V + Nhiều CaO ta thu được clinker cho XMP đóng rắn nhanh, toả nhiều nhiệt và kém bền trong môi trường xâm thực. 2. Ôxit Silic SiO2 : + Hàm lượng trong clinker : 1726%. + Chủ yếu tác dụng với CaO tạo các khoáng Silicat Canxi(C3S, C2S). + Nếu trong clinker tồn tại SiO2 tự do sẽ kéo theo CaO tự do tăng. + Nếu trong clinker có nhiều SiO2 sẽ cho XMP đóng rắn chậm, toả ít nhiệt, bền trong môi trường xâm thực, cường độ về lâu dài là cao. 3. Ôxit nhôm Al2O3 : + Hàm lượng trong clinker : 410%. + Chủ yếu tác dụng với Fe2O3 và CaO tạo các khoáng nóng chảy(C3A, C4AF). + Nếu trong clinker có nhiều ôxit nhôm thì sẽ cho XMP đóng rắn nhanh, toả nhiều nhiệt, kém bền trong môi trường xâm thực. 4. Ôxit sắt Fe2O3 : + Hàm lượng trong clinker : 0,15%. + Tham gia phản ứng với CaO, Al2O3 tạo các khoáng alumo ferit canxi(CF, C4AF). + Nếu trong clinker có nhiều ôxit sắt sẽ làm cho nhiệt độ nung hạ thấp, cho XMP bền trong môi trường xâm thực và băng giá. Cường độ về lâu dài không cao. 5. Ôxit magiê MgO : + Hàm lượng trong clinker : 04%. + Có mặt trong một số dung dịch rắn hoặc nằm trong pha thuỷ tinh, hoặc ở dạng ôxit tự do. Tinh thể MgO tự do nguy hiểm hơn CaOtd (tinh thể periclazơ). 6. Ôxit kiềm R2O : + Hàm lượng trong clinker : 0,22%. Yêu cầu Na2O + K2O < 1%. + Tham gia tạo một số khoáng chứa kiềm hoặc gốc là các khoáng chính của clinker XMP. + Kiềm nhiều trong clinker sẽ cho XMP cường độ thấp, không ổn định về mặt thể tích, gây khó khăn trong vận hành lò nhất là lò quay phương pháp khô có cyclone trao đổi nhiệt. Ngoài ra xi măng đi từ clinker này gây ăn mòn cốt thép, loang màu trên các bề mặt trang trí. 7. Ôxit lưu huỳnh SO3 : + Hàm lượng trong clinker : 01%. + Làm giảm số khoáng chính của clinker XMP. + Dễ bay hơi trong vùng nhiệt độ cao, sau đó dễ dàng tác dụng với kiềm tạo hợp chất nóng chảy ở nhiệt độ thấp dẫn đến vận hành lò không ổn định. + Nhiều SO3 làm giảm cường độ lâu dài của XMP. II.2. Thành phần khoáng : Trong clinker có 9597 % là 4 khoáng chính. Bốn khoáng đó chia làm 2 nhóm : + Khoáng khó nóng chảy : C3S (3CaO.SiO2), C2S (2CaO.SiO2) chiếm 7285 %. + Khoáng nóng chảy : C3A(3CaO.Al2O3), C4AF(4CaO.Al2O3.Fe2O3). Có 35 % khoáng khác và các ôxit tự do. Trong clinker có 2 dạng tồn tại : tinh thể và vô định hình (pha thuỷ tinh) : _Pha tinh thể : C3S, C2S, CaOtd, MgOtd,… _Pha thủy tinh : C3A, C4AF,… 1. Khoáng C3S (3CaO.SiO2) : + Hàm lượng trong clinker : 4060%. + Khối lượng riêng : 3,28 (g/cm). + C3S tinh khiết chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm. Trong điều kiện công nghiệp, C3S tồn tại dưới dạng dung dịch rắn (bền trong vùng nhiệt độ thấp) gọi là Alít với công thức gần đúng : C54S16AM. + C3S bền trong vùng nhiệt độ 12501900C. Trên 1900C, C3S nóng chảy. Dưới 1250C, C3S phân huỷ theo phản ứng sau : C3S C2S + CaO + C3S tinh khiết có dạng lục giác đều. + C3S là khoáng đóng rắn nhanh, toả nhiều nhiệt khi hydrat hoá, cho XMP có mác cao nhưng không bền trong môi trường xâm thực. + Nhiều C3S , quá trình nung luyện trở nên khó khăn hơn. 2. Khoáng C2S (2CaO.SiO2) : + Hàm lượng trong clinker : 2532%. + C2S tinh khiết chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm. Trong công nghiệp, C2S tồn tại ở dạng dụng dịch rắn bền gọi là Bêlít. + C2S có 4 dạng thù hình : * Dạng : tồn tại trong vùng nhiệt độ 14252130C. Khối lượng riêng 3,04 (g/cm). * Dạng : tồn tại trong vùng nhiệt độ 8301425C, nếu > 1425C thì chuyển thành dạng . Khối lượng riêng 3,40 (g/cm). * Dạng : tồn tại trong vùng nhiệt độ 675830C. Khối lượng riêng 3,28 (g/cm). Tuy nhiên, quá trình chuyển thành phụ thuộc tốc độ làm lạnh. Dưới 830C, nếu làm lạnh nhanh thì chuyển về dạng , ngược lại làm lạnh chậm chuyển về dạng kèm theo tăng thể tích 10% gây tả clinker. * Dạng : tồn tại trong vùng nhiệt độ < 675C. Khối lượng riêng 2,98 (g/cm). Trong 4 dạng thù hình trên, hoạt tính thuỷ lực giảm dần từ xuống .Trong điều kiện thường, không có được dạng và dạng , còn dạng hầu như không có hoạt tính thuỷ lực. + Để có _C2S ở điều kiện thường, người ta chuyển nó vào dung dịch rắn mà nền là _C2S` hoặc làm lạnh rất nhanh qua vùng 675 C. + Khoáng C2S đóng rắn chậm tạo sản phẩm đóng rắn bền trong môi trường xâm thực, cường độ về lâu dài cao. 3. Khoáng C3A(3CaO.Al2O3) : + Hàm lượng trong clinker : 5 15%. + Khối lượng riêng : 3,04 (g/cm). + Là khoáng chủ yếu trong dãy dung dịch rắn : C3A, C5A3,C12A8, CA, CA2, CA6. + C3A có cấu trúc xốp, phản ứng nhanh với nước, toả nhiều nhiệt không bền trong môi trường xâm thực. 4. Khoáng C4AF(4CaO.Al2O3.Fe2O3) : + Hàm lượng trong clinker : 10 18%. + Khối lượng riêng : 3,77 (g/cm). + Là khoáng chủ yếu trong dãy các dung dịch rắn các khoáng từ C6A2F đến C6AF2. + Khoáng C4AF đóng rắn chậm, toả ít nhiệt khi đóng rắn, cho XMP có cường độ thấp nhưng sản phẩm đóng rắn bền trong môi trường xâm thực, băng giá. 5. Khoáng chứa kiềm : K2O.23CaO.12SiO2 (KC23S12) 12C2S. Na2O.8CaO.3Al2O3 (NC8A3) 3C3A. Việc tạo ra các khoáng này làm giảm đáng kể hàm lượng các khoáng chính. Chúng sẽ bị phân huỷ khi có mặt CaSO4 trong hệ nung : Na2O.8CaO.3Al2O3 + CaSO4 = NaSO4 + 9C3A K2O.23CaO.12SiO2 + CaSO4 = K2SO4 + 12C2S 6. Các ôxit tự do : CaO có thể không nằm trong các khoáng mà nằm ở dạng tự do. 7. Pha thuỷ tinh : + Hàm lượng trong clinker : 4 10% phụ thuộc tốc độ làm lạnh và thành phần hoá của phối liệu. + Pha thuỷ tinh chủ yếu chứa phức silic ngoài ra còn có ôxit kim loại. Làm lạnh nhanh có nhiều thành phần hơn làm lạnh chậm . II.3. Quan hệ giữa thành phần hóa và thành phần khoáng của clinker XMP CK = 0,7369.C3S + 0,6512.C2S + 0,6227.C3A + 0,4616.C4AF (%) SK = 0,2631.C3A + 0,3488.C2S (%) AK = 0,3773.C3A + 0,2098.C4AF (%) FK = 0,3286.C4AF (%). C3S = 4,07.CK – 7,6.SK – 6,72.AK – 1,42.FK (%) C2S = 8,6.SK + 5,07.AK + 1,07.FK – 3,07.CK (%) C3A = 2,65.AK – 1,7.FK (%) C4AF = 3,04.FK (%). III. Quá trình hoá lý khi nung luyện : Nhiệt độ Quá trình Phản ứng < 100C Tách nước tự do H2OL H2Oh 100 400C Bay hơi nước hấp phụ H2OL H2Oh 400 750 C Mất nước hoá học (phân huỷ Caolinit) AS2H2 AS2 + 2Hh 600 900C Phân huỷ MêtaCaolinit AS2 AS + S Hoặc AS2 A + 2S 600 1000C Phân huỷ đá vôi, tạo khoáng CS, CA CaCO3 CaO + CO2 C + S CS C + F CF C + A CA 800 1300C Tạo khoáng C2S, C3A, C4AF CA + 2C C3A CS + C C2S C3A + CFC4AF 1250 1450C Tạo khoáng C3S C2S + Ctd C3S Trong hệ thống lò cũng diễn ra đủ tất cả các quá trình trên : Tại cyclone tầng 1 : Mất nước lý học. Tại cyclone tầng 2,3 : Phân huỷ Caolinit. Tại cyclone tầng 4,5 : Phân huỷ một phần đá vôi (< 15%). Phối liệu ở cyclone tầng 4 vào calciner, sau đó vào cyclone tầng 5 rồi được đưa vào lò quay. Vật liệu can xi hoá tới 90 95% trước khi vào lò. Có một lượng nhỏ khoáng đã tạo ra trong calciner và cyclone tầng 5. Tại Calciner, 80% đá vôi được phân huỷ, sau đó bột liệu phân huỷ nốt trong lò và xảy ra quá trình tạo khoáng. Lò quay được chia làm 3 khu vực chính : * Phần đầu lò : tạo khoáng C2S, C3A, C4AF (zôn phản ứng toả nhiệt). * Phần giữa lò : tạo khoáng C3S (zôn nung). * Phần cuối lò : zôn làm nguội. IV. Các tính chất của XMP : 1. Khối lượng thể tích : Đối với XMP, khối lượng thể tích dạng tơi là 900 1100 (g/l). Còn ở dạng chặt, khối lượng thể tích là 1400 1700 (g/l). 2. Độ mịn : Xi măng nghiền mịn sẽ ảnh hưởng đến lượng nước tiêu chuẩn, tốc độ ninh kết và đóng rắn. Đặc biệt xi măng nghiền càng mịn sẽ có khả năng tăng mác của xi măng. Xi măng nghiền mịn cường độ phát triển nhanh trong những ngày đầu của quá trình đóng rắn. Đánh giá độ mịn của xi măng bằng độ sót sàng 008 (< 15%) hoặc bằng tỷ diện (bề mặt riêng cm/g). Xi măng portland thông thường có S = 2500 3000 cm/g. 3. Lượng nước tiêu chuẩn : Lượng nước tiêu chuẩn còn gọi là độ nhão tiêu chuẩn, cho vào xi măng tính theo % trọng lượng xi măng là lượng nước cần thiết để thực hiện quá trình ban đầu của sự đóng rắn : quá trình hoà tan, quá trình hydrat hoá các khoáng tạo nên hồ xi măng, vữa xi măng có độ linh động để tạo khuôn dễ dàng. Nếu cho quá nhiều nước thì lượng nước dư sau phản ứng hoá học sẽ giữ lại trong mẫu vữa xi măng ở các lỗ rỗng làm giảm cường độ nén xi măng. Khi giải phóng khuôn mẫu, bảo dưỡng ngoài trời, nước thoát ra dưới dạng bốc hơi tạo nên hiện tượng biến dạng co vật liệu. Vì vậy, lượng nước tiêu chuẩn nhỏ mà vẫn cho vữa có độ linh động cao dễ đổ khuôn thì xi măng mác cao, chất lượng tốt. Lượng nước tiêu chuẩn đối với XMP khoảng 24 29%, nó phụ thuộc vào độ mịn thành phần khoáng, điều kiện môi trường và phụ gia hoạt tính. Khoáng C3S và C3A đòi hỏi lượng nước tiêu chuẩn cao còn C2S cần lượng nước tiêu chuẩn ít nhất. 4. Thời gian đông kết : Quá trình đông kết là đặc tính quan trọng của XMP. Nếu xi măng đông kết quá nhanh thì việc chuẩn bị vữa hay bê tông phải tạo hình nhanh. Nếu vữa không kịp dễ sinh ra phế liệu. Với XMP, tốc độ đông kết bắt đầu không sớm quá 45 phút, kết thúc không sớm quá 10 giờ. Nó phụ thuộc vào lượng thạch cao có trong xi măng, thành phần khoáng, điều kiện môi trường, độ mịn và phụ gia. 5. Độ ổn định thể tích : xác định bằng dụng cụ Le Chatelier với V 10 cm. Nó phụ thuộc thành phần khoáng và độ mịn của XMP. 6. Cường độ uốn và nén của XMP : Người ta đánh giá XMP bằng cường độ chịu nén (KG/ cm) gọi là mác. Mác xi măng là cường độ chịu nén của mẫu vữa 1 xi măng 3 cát tiêu chuẩn sau thời gian bảo dưỡng kể từ ngày tạo mẫu là 28 ngày. Mác xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clinker, điều kiện môi trường, thời gian đông kết, độ mịn, đặc biệt mác xi măng còn phụ thuộc vào phương pháp thử mẫu. 7. Độ giảm mác lúc lưu kho : Xi măng nghiền mịn lưu kho lâu mới sử dụng, do ẩm và CO2 không khí xâm nhập gây ra các phản ứng cacbônat và hydrat hoá làm cho xi măng kéo dài thời gian đông kết và giảm mác. Trung bùnh độ giảm mác như sau : Sau 3 tháng lưu kho giảm : 10 20%. Sau 6 tháng lưu kho giảm : 15 30%. Sau 12 tháng lưu kho giảm : 25 40%. 8. Tính chịu lửa : Về lý thuyết thì XMP không chịu lửa vì các hợp chất tạo thành khi đóng rắn xi măng là những hợp chất hoá học không bền ở nhiệt độ không cao lắm. Cấu trúc xi măng, bê tông ở 200C , cường độ giảm 50%. Đến 547C thì xi măng, bê tông tan ra. Muốn cho bê tông, xi măng chịu lửa được ta phải dùng phụ gia như Quartz, samôt, đất sét chịu lửa 25 35%. Bê tông như vậy có thể chịu tới 1250C và sử dụng như vật liệu chịu lửa. V. Quá trình hyĐrat hoá và đóng rắn : 1. Quá trình hyđrát hoá và đóng rắn của các khoáng : 1.1. Khoáng C3S : đóng rắn phụ thuộc nồng độ CaO trong môi trường đóng rắn : Khi nồng độ CaO < 0,08 g/l : C3S 3Ca(OH)2 + SiO2.nH2O Khi nồng độ CaO = 0,08 g/l : C3S 3CSH(B) + Ca(OH)2 Khi nồng độ CaO = 1,1 g/l : C3S C2SH2 + Ca(OH)2 Điều kiện thực tế theo sơ đồ sau : C3S C2SH2 + Ca(OH)2 CSH(B) + Ca(OH)2 Mức độ hyđát hoá : Sau 1 ngày : 25 35% Sau 10 ngày : 55 65% Sau 28 ngày : 78 80%. Tác dụng hoá học của C3S luôn tạo ra Ca(OH)2 , đó là nguyên nhân C3S kém bền trong môi trường muối khoáng, nước và sunphat. Trong môi trường này bê tông dễ bị ăn mòn. 1.2. Khoáng C2S : Khi đóng rắn mà khuấy liên tục cộng dư nước thì C2S cho ta sản phẩm là dung dịch keo có cường độ : C2S + nH2O Ca(OH)2 + SiO2(n-1).H2O Khi đủ nước, C2S đóng rắn cho ta CSH(B có cường độ : C2S + nH2O CSH(B) + Q Như vậy, C2S đóng rắn không cho Ca(OH)2 nên C2S bền trong các môi trường ăn mòn, muối khoáng. Mức độ hyđrat hoá : Sau 1 ngày : 5 10% Sau 10 ngày : 10 20% Sau 5 6 năm : 100%. 1.3. Khoáng C3A : đóng rắn phụ thuộc nhiệt độ : * Nhiệt độ < 25C : C3A + nH2O C4AH12 + C2AH8 : hai khoáng này giả bền, không có cường độ. * Nhiệt độ > 25C : C3A + nH2O C3AH6 : bền C5A3 + nH2O C3AH6 + Al(OH)3 Trong môi trường đóng rắn bao giờ cũng có Ca(OH)2 và H2O, chúng tác dụng với Al(OH)3 tạo thành C3AH6. Khoáng C3A phản ứng nhanh với nước. Sau 1 ngày nó hyđrat hoá được 70 800%. Việc điều chỉnh thời gian đông kết nhờ thạch cao chính là nhờ thúc đẩy tốc độ hyđrat hoá của C3A. 1.4. Khoáng C4AF : C4AF + H2O C4AFH13 C4AFH13 C3(A,F)H6 + CH + Fe2O3.nH2O Khoáng C4AF sau 3 ngày hyđrat hoá được 50 70%. 1.5. Các khoáng chứa kiềm : khi tác dụng với nước thì kiềm tan vào trong môi trường nước để lại các gốc khoáng . Các gốc khoáng này phản ứng với nước như các khoáng gốc. 1.6. Pha thuỷ tinh và các ôxit tự do : + Pha thuỷ tinh gồm CaO, SiO2(7%), Fe2O3, Al2O3,…khi tác dụng với nước tạo ra Granat : CxAySzHt. Thường gặp C3(A,F).Sx.(6-2x).H. + Các ôxit tự do : khi hyđrat hoá tạo ra các hyđroxit : CaO + H2O Ca(OH)2 + V MgO + H2O Mg(OH)2 + V 2. Quá trình hyđrat hoá và đóng rắn khi có mặt phụ gia : Sau khi đóng rắn, đá xi măng gồm 4 phần : + Các tinh thể. + Các gel. + Các phần càn lại của đá xi măng chưa bị hyđrat hoá hết. + Các lỗ xốp. 2.1. Phụ gia hoạt tính bề mặt : Phụ gia bề mặt bám xung quanh hạt xi măng, bám vào vị trí hoạt tính làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha lỏng và rắn, làm giảm khả năng keo tụ do đó thấm ướt tốt hơn, làm tăng tốc độ phản ứng của xi măng với nước nên ta giảm được hàm lượng khoáng chưa hyđrat hoá và giảm được độ xốp làm tăng cường độ xi măng. Ngoài ra, một số phụ gia hoạt tính bề mặt kéo theo một số vi bọt khí (chúng làm giảm sự tiếp xúc giữa các hạt xi măng với nhau) làm tăng độ linh động của vữa xi măng hoặc giảm lượng nước tự do mà vẫn giữ nguyên độ linh động. 2.2. Phụ gia khoáng hoạt tính : tác động đến gel và lỗ xốp Xi măng khi đóng rắn có Ca(OH)2, C2SH2, C3AH6 khi đó phụ gia khoáng hoạt tính như : SiO2 hoạt tính, mêtacaolinit hoạt tính, …sẽ chuyển : Ca(OH)2 + SiO2 CSH(B) C2SH2 + SiO2 CSH(B) C3AH6 + SiO2 C3(A,F)SxH6-2x Ca(OH)2 + AS2 CxAySzHt . 3. Cơ chế điều chỉnh thời gian đông kết của thạch cao : Giữa hai hạt C3A, CaSO4 tồn tại một građien nồng độ, xung quanh hạt C3A có nhiều ion alumin( Al), xung quanh hạt CaSO4 có nhiều ion sunphat (SO). Do quá trình khuếch tán ion alumin tiến đến bề mặt thạch cao, ion sunphat tiến đến bề mặt C3A. Xung quanh thạch cao nhiều ion sunphat nên tạo thành sản phẩm cao sunphat C3A.3CaSO4.31H2O. Xung quanh C3A nhiều ion alumin nên tạo thành sản phẩm mono sunphat C3A.CaSO4.12H2O. Dạng mono sunphat là các tinh thể lục giác tạo ra một màng mỏng sít chặt quanh hạt làm kìm hãm quá trình phản ứng của C3A với nước. Dạng cao sunphat có tinh thể hình kim tạo nên lớp màng xốp bao quanh hạt thạch cao. Lớp màng này chỉ hạn chế chứ không ngăn cản được quá trình hoà tan của hạt thạch cao. Do đó, các ion sunphat vẫn tiếp tục thoát ra và khuếch tán về phía hạt C3A. Sản phẩm C3A.CaSO4.12H2O trên bề mặt C3A tác dụng với ion sunphat tạo thành C3A.3CaSO4.31H2O. Lớp màng sít chặt được thay thế bằng lớp màng xốp, quá trình phản ứng giữa C3A và nước lại tiếp tục. Do tốc độ chuyển ion sunphat tới bề mặt C3A chậm hơn tốc độ ion alumin sang thạch cao nên lớp màng cao sunphat trên bề mặt hạt C3A lại chuyển thành lớp màng mono sunphat. Quá trình thụ động và huỷ thụ động luân phiên cho phép kéo dài thời gian đông kết của xi măng. Quá trình lặp đi lặp lại đến khi một trong hai chất (C3A hoặc thạch cao) hết. Thạch cao nhiều thì nồng độ ion sunphat tăng nên càng khuếch tán sang C3A nhiều làm cho thời gian tồn tại của mono sunphat ngắn, nhanh hết C3A. Do đó, ngoài vai trò điều chỉnh thời gian đông kết, khi đưa thạch cao vào còn làm cho hồ xi măng dẻo hơn. Thạch cao còn tham gia vào tăng cường độ sớm của đá xi măng nhờ tạo C3A.3CaSO4.31H2O có thể tích lớn hơn chèn vào lỗ xốp đồng thời tránh mất nước tạo khung cấu trúc ban đầu: C3AH6 + CaSO4 C3A.3CaSO4.31H2O 4. Quá trình lý học của sự đóng rắn xi măng : thuyết Baicốp + Giai đoạn 1 (giai đoạn chuẩn bị) : nước tiếp xúc với các hạt xi măng thì ngay tức khắc tham gia phản ứng hoá học với vật chất trên lớp bề mặt của hạt. Những sản phẩm hoà tan của phản ứng (kiềm, vôi,thạch cao, khoáng clinker không bền bị phân huỷ) ngay tức khắc chuyển vào dung dịch và những lớp tiếp theo của hạt xi măng lại tiếp tục phản ứng với nước. Phản ứng xảy ra liên tục cho tới khi pha lỏng trở nên bão hoà bởi sản phẩm phản ứng. + Giai đoạn 2 (giai đoạn keo hoá hay còn gọi là chu kỳ ninh kết) : trực tiếp tạo thành sản phẩm phản ứng ở trạng thái rắn không thông qua sự hoà tan trung gian của vật chất ban đầu. Sản phẩm của phản ứng nằm ở trạng thái rắn không thể tan được trong pha lỏng đã bão hoà vì vậy chúng trực tiếp tách ra thành sản phẩm dạng vật chất rắn có kích thước hạt vô cùng nhỏ – trạng thái phân tán mịn tạo nên hệ keo dưới dạng các gel. Trong suốt quá trình thứ hai hồ nhão của xi măng giảm dần tính linh động nhưng chưa tạo cho hồ xi măng có cường độ. + Giai đoạn 3 (chu kỳ đóng rắn) : những hạt keo dạng gel dần mất nước, sít chặt lại tạo nên vữa bắt đầu phát triển cường độ nhưng còn yếu. Từ gel mất nước trở thành tâm của những mầm tinh thể vật chất mới bị kết tinh và phát triển kích thước, lúc đó tạo cho xi măng có cường độ phát triển theo thời gian và sự kết tinh toàn khối vật liệu. Khi vật liệu kết tinh hết, kết thúc quá trình đóng rắn làm cho xi măng hoá đá có tính bền cao. Phần II: Lược giới thiệu tình hình phát triển ngành công nghiệp Xi măng thế giới và Việt Nam I. Sự phát triển của xi măng và phương hướng chung của thế giới. Các chất kết dính có một vai trò rất quan trọng. Trên cơ sở các chất kết dính người ta có thể xác định được quy mô và tính chất của các công trình xây dựng trình công nghiệp và dân dụng. Các chất kết dính đó đã có từ lâu và ngày càng phát triển mạnh mẽ từ thô sơ đến giờ với nhiều loại chất kết dính đặc biệt, chất lượng cao.Từ John Smeaton khám phá ra vai trò rất quan trọng của đất sét trong tính chất đóng rắn của vôi thuỷ, cái mà được tạo ra từ hỗn hợp tự nhiên của đá vôi và đất sét đến năm 1843 khi William Aspdin bắt đầu sản xuất xi măng Porland trong xưởng của ông ấy ở Rotherhithe gần Luân Đôn. Từ Wihelm Michaelis đóng vai trò quan trọng khi có một bước tiến xa hơn với cuốn sách ”Hồ thuỷ lực” công bố lần đầu tiên năm1868, đã đưa ra chi tiết thành phần tối ưu của hỗn hợp vật liệu thô đến những chiếc lò quay đầu tiên được vận hành ở Mỹ năm 1895 và ở Đức năm 1896. Sau đó, năm 1929 hệ lò gia nhiệt kiểu ghi đầu tiên được giới thiệu ở Đức và hệ lò trao đổi nhiệt dạng huyền phù năm 1950. Đầu tiên, xi măng được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp bán khô : nguyên liệu hỗn hợp được vê viên trong lò đứng, lò theo phương pháp ướt hoặc khô chỉ chiếm một lượng nhỏ. Sản lượng xi măng phương pháp ướt chiếm 7080%. Ngày nay trên thế giới người ta đang sản xuất xi măng với lò quay phương pháp khô là chủ yếu vì nó có nhiều điểm tốt. Hệ lò quay này với hệ thống can xi hoá sơ bộ (calciner) và cyclone đạt mức độ can xi hoá tới hơn 90% trước khi và lò. Để tiết kiệm nhiên liệu và nhiệt, với sự phát triển của khoa học và công nghệ thì công nghệ sản xuất xi măng trên thế giới đã đạt tới mức độ cao, sản lượng tăng, chất lượng tốt, phong phú về chủng loại. Các nước đứng đầu về phát triển xi măng đó là Mỹ, Nhật Bản, Tây Âu… Quốc gia Sản lượng Xi măng hàng năm (triệu tấn) Năm 1937 Năm 1950 Năm 1965 Năm 1980 Năm 1985 Mỹ 20,1 38,7 62,5 68,2 70,3 Liên Xô 5,5 10,2 72,4 124,8 129 Nhật Bản 6,1 4,5 32,7 87,4 81,7 Pháp 4,3 7,4 22,6 30,6 23,5 Trong khi đó, ở Đông Nam á, sản lượng của 6 nước(Thái Lan, Việt Nam, Indonesia, Philippine, Singapore, Malaysia) năm 1995 là 94 (triệu tấn), năm 1997 là 140 (triệu tấn), năm 1998 là 165 (triệu tấn). Phương hướng phát triển của ngành công nghiệp xi măng trên thế giới là: tăng quy mô, công suất của các nhà máy mới để đạt tới chất lượng cao, máy móc được tự động hoá cao, sử dụng máy tiết kiệm năng lượng, vận hành tốt và đảm bảo tạo ra môi trường trong lành, phát triển nhiều loại xi măng mới. II. Sự phát triển của xi măng Việt Nam và định hướng phát triển của ngành đến năm 2010. Ngành công nghiệp xi măng Việt Nam đã tồn tại khoảng 100 năm với sự ra đời của nhà máy xi măng Hải Phòng năm 1899 trên cơ s