những đặc trưng cơ bản của quá trình nghiền xi măng

Những đặc trưng cơ bản của quá trình nghiền xi măng
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
PHẦN I - TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG
I. Tóm tắt lịch sử phát triển của nghành công nghiệp sản xuất xi măng
II. CÁC LOẠI XI MĂNG
II.1. Xi măng poóc lăng thường
II.2. Xi măng poóc lăng hỗn hợp
III. NGUYÊN LIỆU PHỤ GIA VÀ NHIÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT XI
MĂNG POÓC LĂNG
III.1. Nguyên liệu dùng để sản xuất xi măng
III.1.1. Các loại đá chứa cacbonnat
III.1.2. Đất sét
III.1.3. Các loại phụ gia điều chỉnh trong sản xuất xi măng
III.2. Các yêu cầu kỹ thuật, chất lượng phối liệu để sản xuất xi măng
III.3. Nhiên liệu dùng trong công nghiệp sản xuất xi măng
IV. CLINKER
IV.1. Thành phần hoá học của clinker
IV.1.1. Oxyt canxi (CaO)
IV.1.2. Oxyt nhôm (Al
2
O
3
)
IV.1.3. Oxyt silíc (SiO
2
)
IV.1.4. Oxyt sắt (Fe
2

O
3
)
IV.1.5. Oxyt magiê (MgO)
IV.1.6. Oxyt kiềm (K
2
O và Na
2
O)
IV.2. Thành phần khoáng của cliker xi măng
IV.3. Các hệ số đặc trưng cho thành phần clinker
V. Quy trình công nghệ sản xuất xi măng trong công nghiệp
V.2. Quá trình nung, ủ Clinker
V.3. Quá trình nghiền và đóng bao xi măng
VI. Qúa trình đóng rắn của xi măng
VII. Mét số chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của xi măng
CHƯƠNG II: NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH NGHIỀN
XI MĂNG
I. Nghiền xi măng
I.1. Máy nghiền xi măng
I.2. Bi đạn trong máy nghiền
I.3. Tấm lót
II. Công suất tiêu thụ của máy nghiền
III. Đối tượng nghiền
III.1. Clinker
III.2. Thạch cao
III.3. Các phụ gia khác
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền
CHƯƠNG III: VẤN ĐỀ BẢO QUẢN XI MĂNG
I. Độ kết khối của vật liệu

II. Độ hót Èm của vật liệu
ξ

III. Biến tính bề mặt cho hệ đa phân tán
CHƯƠNG IV: PHÔ GIA TRỢ NGHIỀN TRONGSẢN XUẤT XI MĂNG
I. Chất trợ nghiền
II. Mét số phụ gia trợ nghiền trong sản xuất xi măng
PHẦN II CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU
I. Cơ chế trợ nghiền của phụ gia trợ nghiền bảo quản
II. Cơ chế bảo quản của phụ gia trợ nghền bảo quản
III. Chất hoạt động bề mặt
III.1 Chất hoạt động bề mặt anion
III.2 Chất hoạt động bề mặt cation
III.3 Các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính
III.4 Các chất hoạt động bề mặt không ion
IV. Nguyên liệu thử nghiệm và điều kiện nghiên cứu
IV.1. Nguyên liệu thử nghiệm
IV.1. Phối liệu
IV.1.2. Phô gia thí nghiệm tính năng trợ nghiền
IV.2. Điều kiện nghiên cứu
PHẦN III
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
I.1. Phương pháp đánh giá hiệu quả trợ nghiền
I.1.1 Đánh giá dùa trên kích thước hạt
I.1.2 Đánh giá dùa trên thời gian nghiền
I.1.3 Đánh giá dùa trên độ mịn của xi măng
II. Phương pháp đánh giá tính bảo quản
II.1. Đánh giá độ kỵ nước của xi măng khi dùng chất trợ nghiền bảo quản
II.2. Đánh giá mức độ hót Èm của xi măng dùng trợ nghiền bảo quản
III. Đánh giá độ linh động của xi măng có chất trợ nghiền bảo quản

IV. Đánh giá tốc độ suy giảm chất lượng của xi măng
V. Đánh giá độ ổn định của xi măng
VI. Xác định cường độ chịu nén ( mác xi măng) của xi măng
VII. Xác địn thời gian đông kết
PHẦN IV
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT
I. Thực nghiệm
II. Kết quả
II.1. Hiệu quả trợ nghiền
II.2. Hiệu quả bảo quản
II.2.1 Độ hót hơi Èm
II.2.2. Độ kỵ nước
MỞ ĐẦU

ĐÓ đáp ứng được nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng, con người luôn mong
muốn phát triển nền kinh tế của mình. Trong đó ngành công nghiệp đóng vai trò
đầu tàu trong nhiệm vụ phát triển nền kinh tế đó. Trong các ngành công nghiệp
thì ngành công nghiệp sản xuất xi măng đối với nhiều nước là một trong những
ngành công nghiệp mòi nhọn, đặc biệt là đối với nước ta là một nước đang trong
quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước thì nhu cầu về xây dựng cơ bản
là rất lớn do đó nhu cầu về sử dụng xi măng cũng tăng theo.
Tổng sản lượng xi măng ở nước ta hàng năm sản xuất đạt khoảng 20 triệu
tấn/năm, trong khi đó nhu cầu của thị trường khoảng 25 – 30 triệu tấn. Chính vì
thế hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu thêm clinker và xi măng để đáp ứng
được nhu cầu đó. Nước ta có một trữ lượng đá vôi rất lớn trải dài từ bắc vào nam
đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất xi măng, vì vậy việc phải nhập
clinker và xi măng là khó có thể chấp nhận được trong những năm tới. Để làm
được điều này thì bên cạnh việc chúng ta đầu tư sửa chữa, nâng cấp các nhà máy
cũ, xây dựng thêm các nhà máy mới thì cũng cần chủ động nghiên cứu nhằm tìm
ra các giải pháp để nâng cao năng suất hiện có của thiết bị.

Trong công nghiệp sản xuất xi măng ở nước ta, từ phương pháp ướt, phương
pháp bán khô, phương pháp khô, đại đa số các nhà máy sử dụng máy nghiền bi
trong quá trình gia công và nghiền xi măng. Công đoạn này là công đoạn tiêu
tốn nhiều năng lượng điện, vật tư, thiết bị và nhân công. Việc nghiên cứu tìm ra
các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao năng suất quá trình nghiền, giảm bớt các
tiêu hao năng lượng, vật tư và phụ tùng…luôn luôn được các nhà khoa học quan
tâm, nghiên cứu từ nhiều năm nay.
Quá trình nghiền xi măng là quá trình làm cho vật liệu nghiền trở thành cỡ
hạt mịn (<0,1mm) dưới tác động của các lực va đập cơ học. Hiệu quả của quá
trình này phụ thuộc vào bản chất, tính chất liên kết hoá lý của vật liệu, tính chất
của công nghệ, khả năng làm việc của thiết bị.
Sử dông phụ gia trợ nghiền làm tăng năng suất máy nghiền là một trong các
giải pháp hữu hiệu, đem lại hiệu quả kinh tế, nó được ứng dụng rất nhiều trong
các máy nghiền bi. Chỉ với một lượng rất nhá phô gia khoảng 0,006- 0,08% so
với khối lượng clinker có thể làm tăng năng suất máy nghiền lên 10 – 20% hoặc
có thể cao hơn nữa. Vấn đề là làm thế nào để tìm ra và nghiên cứu chế tạo được
loại phụ gia có hiệu quả nhất.
Trên thế giới từ những năm 50 của thế kỷ trước việc nghiên cứu và sử dụng
chất trợ nghiền đã được ứng dụng rộng rãi và cho hiệu quả cao.
ở nước ta, từ trước tới nay đã có một số trung tâm nghiên cứu chất trợ
nghiền cho quá trình nghiền xi măng đã đem lại hiệu quả rõ rệt như: Công ty
Bách khoa, Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng…
Trong phạm vi đề tài này em: Nghiên cứu, khảo sát, ứng dụng thử một số
chất trợ nghiền có nguồn gốc hữu cơ đối với quá trình nghiền xi măng, ảnh
hưởng của chúng đến năng suất máy nghiền, đến mét số tính chất cơ, lý, hoá của
xi măng từ đó đánh giá và so sánh để tìm ra được chất trợ nghiền có hiệu quả
nhất.
PHẦN I
TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG

I. Tóm tắt lịch sử phát triển của nghành công nghiệp sản xuất xi măng
Ngành công nghiệp xi măng ở Việt đã ra đời cách đây hơn 100 năm, dấu mốc
đầu tiên là nhà máy xi măng Hải phòng do thực dân Pháp xây dựng. Các năm
tiếp theo chóng ta liên tục xây dùng các nhà máy xi măng khác như: Xi măng
Sài sơn của tổng cục hậu cần, xi măng Cầu đước – Nghệ an, xi măng 3/2 Thanh
hoá, Hà tiên I Tuy nhiên chóng được xây dùng trong thời kỳ đất nước ta còn
chiến tranh nên ngay từ đầu đã mang tính chắp vá, không đồng bộ về thiết bị do
đó không những chất lượng xi măng không được đảm bảo mà còn không đáp
ứng được nhu cầu cuả xã hội. Đầu thập kỷ 80 ngành công nghiệp xi măng nước
ta đã có bước tiến mạnh mẽ với sự ra đời của các nhà máy xi măng lò quay như
xi măng Bỉm Sơn, xi măng Hoàng Thạch với công suất mỗi nhà máy là
1.000.000tấn/năm và nhiÒu nhà máy xi măng lò đứng khác. Các năm trở lại đây
sản lượng xi măng liên tục tăng, năm 1990 sản xuất được 2.608.127 tấn, năm
1995 sản xuất được 6.000.000, năm 2000 sản lượng xi măng đạt khoảng
20.000.000 tấn. Dù kiến tăng trưởng tiêu thụ xi măng từ 2000 - 2005 sẽ tăng 9 –
11%, từ 2005 – 2010 tăng trưởng bình quân sẽ là 5 – 7% và dự kiến đến năm
2010 sẽ sản xuất được khoảng 44.000.000 tấn.
II. CÁC LOẠI XI MĂNG
Xi măng là chất kết dính thuỷ lực được sản xuất từ hai nguyên liệu chủ yếu
là đá vôi và đất sét nung đến nhiệt độ 1450
0
C sau đó được làm lạnh và nghiền
mịn. Có nhiều loại xi măng khác nhau tuy nhiên phổ biến hiện nay là hai loại: Xi
măng poóc lăng thường và xi măng poóc lăng hỗn hợp.
I.1. Xi măng poóc lăng thường
Được phát minh vào năm 1812, đây là chất kết dính thuỷ lực được tạo ra
bằng cách nghiền mịn clinker xi măng poóc lăng với thạch cao và các phụ gia
khác.Và thường được kí hiệu là PC, nó được ứng dụng rất rộng rãi trong ngành
xây dựng.
2. Xi măng poóc lăng hỗn hợp

Xi măng poóc lăng hỗn hợp được chế tạo bằng cách nghiền clinker xi măng
poóc lăng với thạch cao và các phụ gia khác. Nó khác xi măng poóc lăng thông
thường là ở tỷ lệ phụ gia. Theo tiêu chuẩn Việt nam, trong xi măng poóc lăng
hỗn hợp chỉ được phép pha tối đa 40 % phô gia hoạt tính và phụ gia trơ trong đó
phụ gia trơ không quá 20% và có ký hiệu là PCB.
III. NGUYÊN LIỆU PHỤ GIA VÀ NHIÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT XI
MĂNG POÓC LĂNG.
III.1. Nguyên liệu dùng để sản xuất xi măng
Để sản xuất xi măng Poóc lăng người ta dùng các loại nham thạch trầm tích nh
đá vôi, đất sét, các loại nguyên liệu nhân tạo nh xỉ lò cao và các phụ gia.
III.1.1. Các loại đá chứa cacbonnat.
Hàm lượng thành phần chứa cacbonnat trong hỗn hợp nguyên liệu xi măng là
rất lớn, do đó tính chất hoá lý của thành phần này gây ảnh hưởng quyết định đến
việc chọn công nghệ sản xuất xi măng và các thiÕt bị dùng cho sản xuất.
Đá vôi: là nguyên liệu cơ bản để sản xuất clinker xi măng, đá vôi cung cấp
CaO cho phối liệu, độ cứng của đá vôi là do độ tuổi địa lý của nó quyết định, độ
cứng của đá vôi nằm trong khoảng 1,8-3, màu đá vôi phụ thuộc vào tạp chất, tuỳ
theo tạp chất là Fe, Cr. Đá vôi sạch thường có màu trắng. Theo tiêu chuẩn Việt
nam TCVN 6072:1996, đá vôi sử dụng làm nguyên liệu phải thoả mãn: hàm
lượng CaCO
3

≥
85%, MgCO
3

≤
5%, Na
2
O + K

2
O
≤
1%. Ngoài ra còn có các
loại đá khác nhưng Ýt được sử dụng ở nước ta nh: đá phấn, đá mắc nơ, chúng là
các nham thạch trầm tích và có độ cứng bé hơn đá vôi. Hầu hết các nhà máy, xí
nghiệp xi măng nước ta đều dùng nguyên liệu là đá vôi canxi. Khi chọn đấ vôi
làm xi măng tốt nhất chọn đá vôi sét có tạp chất sét trên 20% phân tán đều và
thành phần đá thiên nhiên xấp xỉ phối liệu sản xuất clinker là phản ứng nhanh
nhất, công nghệ đơn giản
Thành phần đá vôi ở một số cơ sở sản xuất xi măng ở nước ta
Thứ
tù
Nhà máy, xi nghiệp Thành phần hoá học
MKN SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO
1 Xi măng Bỉm sơn 42,40 0,30 0,10 0,10 54,30 0,60
2 Xi măng Hoàng thạch 42,30 0,30 0,20 - 54,60 0,60
3 Xi măng Hồng gai 42,30 0,20 0,24 0,20 54,40 0,30
4 Xi măng Mỹ đức 42,34 1,15 0,20 0,10 52,90 2,84
5 Xi măng Hải phòng 42,40 0,20 0,10 0,10 54,60 0,60

6 Xi măng Hà tiên 42,00 3,20 0,10 0,10 53,20 1,40
7 Xi măng Nguyên bình 42,74 0,02 0,21 0,02 53,10 3,92
8 Xi măng Sài sơn 42,73 0,15 0,76 0,16 53,10 1,18
9 Xi măng Cầu đước 42,60 0,68 0,24 0,20 53,8
0
2,20
III.1.2. Đất sét
Đất sét là một loại nguyên liệu quan trọng khác dung cho việc sản xuất xi
măng, thành phần cơ bản là các silicat nhôm ngậm nước, nó cung cấp SiO
2
,
Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
cho phối liệu sản xuất xi măng. Khoáng sét chủ yếu có trong hầu
hết các loại đất sét là Caolinit, môngtơmổilonit và thuỷ mica. Theo tiêu chuẩn
Việt Nam TCVN 6071 : 1996, hỗn hợp sét được sử dụng làm nguyên liệu sản
xuất xi măng phải có các hàm lượng ô xýt nằm trong khoảng sau:
SiO
2
= 55 - 70%.
Al
2
O
3

= 10 - 24%.
Na
2
O + K
2
O
≤
3%.
ở nước ta đất sét phân bố khắp nơi, có trữ lượng lớn, ngoài ra ở một số nơi còn
sử dụng đất sét ruộng hoặc đất phù sa. Những loại đất này thường có hàm lượng
SiO
2
thấp, hàm lượng Al
2
O
3
cao hơn tuy nhiên có thể sử dụng phụ gia để bổ
sung.
Thành phần đất sét của một số cơ sở sản xuất xi măng
Thứ
tù
Nhà máy, xi nghiệp
xi măng
Thành phần hoá học
MKN SiO
2
Al
2
O
3

Fe
2
O
3
CaO MgO
1 Xi măng Bỉm sơn 7,20 64,1 16,20 5,80 - -
2 Xi măng Sài sơn 12,60 59,7 19,50 5,90 - -
3 Xi măng Hồng gai - 64,4 19,40 2,80 0,10 0,70
4 Xi măng Hải phòng 8,10 60,2 15,90 6,80 2,70 1,60
5 Xi măng Nói voi 6,10 62,54 16,85 7,60 1,80 -
6 Xi măng Hữu lòng 7,10 64,26 15,50 6,67 - -
7 Xi măng Bố hạ 6,70 63,40 16,50 7,30 1,40 -
III.1.3. Các loại phụ gia điều chỉnh trong sản xuất xi măng
Các loại phụ gia dùng để điều chỉnh được đưa vào hỗn hợp nguyên liệu khi
các thành phần hoá học của nó không đáp ứng được yêu cầu đã quy định, tuỳ
theo sự thiếu hụt các ô xít mà người ta cho thêm các phụ gia như: Ô xít magiê,
các chất kiềm, lưu huỳnh, các clorua, các florua, phốt pho, sắt
- Phô gia cao silíc là loại phụ gia có chứa nhiều oxyt silíc, được sử dụng để
điều chỉnh modul silicát trong trường hợp nguồn đất sét có hàm lượng SiO
2
thấp.
Các phụ gia cao silíc thường sử dụng là đất đá có chứa hàm lượng SiO
2
> 80%
hay có thể là cát mịn.
- Phô gia cao sắt là loại phụ gia có chứa nhiều oxyt sắt được sử dụng để điều
chỉnh modul aluminát cho phối liệu. Các phụ gia cao sắt thường sử dụng là: Xỉ
pirít Lâm thao chứa 55 – 68% Fe
2
O

3
, quặng sắt (Thái nguyên, Quảng ninh) chứa
65 – 68% Fe
2
O
3
…
- Phô gia cao nhôm được sử dụng để điều chỉnh modul aluminát trong trường
hợp nguồn đất sét chứa quá Ýt Al
2
O
3
. Phô gia cao nhôm hay sử dụng là quặng
bôxít có chứa 44 – 58% Al
2
O
3
hay cũng có thể sử dụng cao lanh hoặc tro xỉ…
Bên cạnh đó còn có các loại phụ gia khác nh:
- Phô gia khoáng hoá thường được sử dụng trong nhà máy xi măng lò đứng
nhằm làm giảm nhiệt độ phân huỷ nguyên liệu ban đầu thành các ô xýt có hoạt
tính cao. Phô gia khoáng hoá thường được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là
hợp chất của florua nh CaF
2
tinh khiết hay khoáng thiên nhiên, các phế thải công
nghiệp phân phốt phát dưới dạng phôt pho thạch cao, thạch cao thiên nhiên hay
cao nung
- Thạch cao: dùng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết cho xi măng, hàm
lượng thạch cao tuỳ thuộc vào yêu cầu, tính chất của sản phẩm và công suất của
nhà máy.

- Ngoài ra đÓ sản xuất các loại xi măng khác nhau, người ta trộn clinke với
một số phụ gia hoạt tính thiên nhiên hay nhân tạo như: xỉ lò cao, quặng màu
thiên nhiên, tơrepen hàm lượng của các loại phụ gia này tuỳ thuộc vào yêu cầu
và chủng loại xi măng.
Thành phần hoá học của một số phụ gia điều chỉnh phối liệu
Thứ
tù
Tên phô gia Thành phần hoá học
MKN SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO
1 Đất cao silic Pháp cổ - 91,80 3,26 1,30 0,70 0,16
2 Quặng zít phong hoá - 89,70 3,20 2,00 0,80 0,30
3 Xỉ pirít Lâm thao 4,03 18,76 3,52 65,54 2,50 0,35
4 Bô xít Cao bằng 13,80 0,40 50,00 25,50 0,50 0,78
5 Bô xít Lạng sơn 10,10 4,20 59,00 25,40 0,40 0,23
III.2. Các yêu cầu kỹ thuật, chất lượng phối liệu để sản xuất xi măng
Để có được chất lượng xi măng nh thiết kế thì clinker phải đảm bảo thành
phần hoá học, phải định lượng tương đối chuẩn xác tỷ lệ các cấu tử nguyên liệu
cấp cho máy nghiền theo kết quả tính phối liệu. Yếu tố đảm bảo thành phần hoá
học vô cùng quan trọng vì nếu sai khác sẽ gây nên khó nung hay sự cố lò không
cho ta thànhphần khoáng mong muốn.

Đảm bảo độ mịn của phối liệu sản xuất clinker : Độ mịn yêu cầu của phối
liệu từ 8 – 10% còn lại trên sàng có đường kính lõ sàng là 0,08mm. ở các nhà
máy xi măng lò đứng do ta tự sản xuất theo thiết kế độ mịn cho phép 12%. Nếu
phối liệu không đáp ứng được độ mịn yêu cầu thì khi nung nó khó kết khối, hàm
lượng vôI tự do cao, clinker không chín hết, phản ứng tạo C
3
S khó trong clinker
hàm lượng C
2
S tăng lên làm lạnh chậm làm cho clinker bị rời do
γβ
→
C
2
S.
Đảm bảo độ đồng nhất: Nếu phối liệu không đồng nhất, nơi nhiều đá vôi sinh
ra vôi tù do cao, nơi thiếu đá vôi sẽ có nhiều C
2
S sinh ra tơi rời và hay dính chảy
tạo nên dính cục sự cố tả trong lò gây nên hiện tượng bí gió khó nung, chất
lượng clinker xi măng không đồng đều ảnh hưởng xấu đến chất lượng xi măng.
Đảm bảo độ Èm của phối liệu khi ra khỏi máy nghiền khoảng 1 – 2% đối với
phương pháp khô và phương pháp bán khô.Nếu quá khô viên liệu sẽ nhỏ và bở,
nếu quá ướt viên liệu lớn quá cỡ dẻo lúc rơi vào gầu nạp liệu dính bết vào nhau.
Liệu khô hay Èm thất thường ảnh hưởng đến chế độ nhiệt của lò nung làm cho
lò không ổn định hay sinh ra sự cố, clinker lúc quá già, lúc lại sống.
III.3. Nhiên liệu dùng trong công nghiệp sản xuất xi măng.
Chất lượng nhiên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình nung, vì vậy phải lùa
chọn nhiên liệu đảm bảo đáp ứng được nhu cầu luyện clinker.
Nhiên liệu trong các nhà máy xi măng dùng để:

- Vận hành lò: đối với phương pháp khô là 83%, phương pháp ướt 96%
- Sấy nguyên liệu: đối với phương pháp khô là 11%, phương pháp ướt là 1%
Trong công nghiệp sản xuất xi măng nhiên liệu được sử dụng ở ba dạng: rắn,
lỏng, khí.
+ Nhiên liệu rắn
Đây là nhiên liệu được dùng phổ biến nhất hiện nay ở nước ta mà chủ yếu là
than. Than chứa khoảng 60 – 90% là các bon còn lại là hyđrô, ôxy, nitơ có
nhiệt lượng riêng từ 5300 – 7400kCa/kg. Đặc biệt khi than cháy thì để lại một
lượng tro chiếm khoảng 10 – 30%, thành phần của tro than gần giống với đất sét
đã nung do đó nó cũng được coi nh mét nguyên liệu và cần khống chế theo đúng
tỷ lệ. Khi sử dụng than làm nhiên liệu thì cần phải sấy và nghiền nhỏ rồi phun
vào lò (đối với lò quay) hoặc nghiền cùng phối liệu (đối với đứng). Hiện nay ở
nước ta các nhà máy xi măng sử dụng than cám 4A và 3 để làm nhiên liệu, trữ
lượng than ở nước ta cũng lớn và chất lượng khá tốt để làm nhiên liệu sản xuất
xi măng đặc biệt là than khai thác ở vùng mỏ Hòn gai – Quảng ninh.
Bảng đặc trưng của các loại than dùng nung cliker
Loại than Độ tro A(%) Chất bốc V (%) Q
H
(Kcal/kg)
Na dương < 36
≤
30 4200
Fin A 7,5 8 7852
Cám 3 <15 6 - 8 >6740
Cám 4A 15 - 20 6 - 8 5360
+ Nhiên liệu láng
Thường được sử dụng là dầu, trong thành phần hoá học dầu có 85 – 90% các
bon, 5 -10% hyđrô, có nhiệt lượng cao, không có tro. Tuy nhiên cần phải có thiết
bị đốt, hầm sấy và bộ lọc dầu vì vậy ở Việt nam Ýt dùng loại nhiên liệu này.
+ Nhiên liệu khí

Phần lớn nhiên liệu dạng khí sử dụng trong công nghiệp xi măng là khí đốt
thiên nhiên chứa thành phần chính là: Mêtan, Etan. Khi đốt khí cũng không có
tro và thiết bị đốt thì đơn giản hơn nhiều so vơi thiết bị đốt nhiên liệu dạng lỏng.
Tuy nhiên ở nước ta do việc khai thác khí nhiên liệu còn gặp nhiều khó khăn
nên nhiên liệu loại này Ýt được dùng.
IV. CLINKER
Là sản phẩm sau khi nung hỗn hợp phối liệu làm cho nó kết khối và có
thành phần khoáng xác định nh: Can xi aluminat, Alumôferit can xi, Can xi
silicát. Clinker là thành phần chủ yếu quyết định đến tính chất của xi măng.
IV.1. Thành phần hoá học của clinker.
Hàm lượng những oxyt trong clinker đều ảnh hưởng đến quá trình hình thành
các khoáng và chất lượng của xi măng. Do đó tỷ lệ các oxyt cần được khống chế
chặt chẽ khi đưa các nguyên liệu đầu vào.
Đối với clinker xi măng hàm lượng các oxyt thường nằm trong các giới hạn
sau:
CaO = 58 – 67 MgO = 0,5 – 5 Al
2
O
3
= 4 – 8
Fe
2
O
3
= 2 – 5 SO
3
= 0,1 – 0,5 K
2
O = 0,1 – 0,3
Na

2
O = 0,1 – 0,3 SiO
2
= 18 - 26 TiO
2
= 0,1 – 0,3
IV.1.1. Oxyt canxi (CaO).
Oxyt canxi nã tham gia phản ứng với tất cả các oxyt Fe
2
O
3
, Al
2
O
3
,

SiO
2
để tạo
thành các khoáng chính của clinker. Clinker chứa nhiều CaO tạo thành nhiều
khoáng C
3
S làm cho xi măng phát triển cường độ nhanh, mác sẽ cao nhưng xi
măng có nhiều CaO trong clinker sẽ kém bền trong môi trường nước và các môi
trường xâm thực khác. Nếu canxi nằm ở dạng tự do sẽ làm cho đá xi măng bị nở
thể tích phá vỡ cấu kiện xây dựng.
IV.1.2. Oxyt nhôm (Al
2
O

3
).
Oxyt nhôm nã chủ yếu phản ứng với Cao và Fe
2
O
3
tạo khoáng họ aluminat
canxi và alumôphêrit canxi. Ximăng chứa nhiều Al
2
O
3
, ninh kết và đóng rắn
nhanh nhưng toả nhiệt lớn kém bền trong môi trường sunfat và nước, không bền
ở nhiệt độ cao.
IV.1.3. Oxyt silíc (SiO
2
).
Oxyt silíc tác dụng chủ yếu với CaO để tạo khoáng silicat canxi (C
2
S và
C
3
S). Khi quá nhiều SiO
2
thì xi măng sẽ đóng rắn chậm , cường độ ban đầu thấp
và Ýt toả nhiệt khi đóng rắn, bền trong môi trường xâm thực.
IV.1.4. Oxyt sắt (Fe
2
O
3

).
Oxyt sắt nã phản ứng với CaO và Al
2
O
3
tạo thành các khoáng canxi
alumôferit nóng cháy ở nhiệt độ thấp. Xi măng chứa nhiều Fe
2
O
3
sẽ làm giảm
mác của xi măng tốc độ đóng rắn chậm, tạo nhiều chất chảy gây bám dính lò,
khó nung, nhưng lại bền trong môi trường sulfát. Tuy nhiên nếu hàm lượng này
quá thấp sẽ không đủ chất nóng chảy, khó phản ứng tạo thành khoáng.
IV.1.5. Oxyt magiê (MgO).
Oxyt magiê nã tạo thành dung dịch rắn với khoáng C
3
S làm tăng hoạt tính
của khoáng này, hàm lượng này lớn sẽ tạo khoáng pêriclaz phản ứng chậm với
nước, gây nở thể tích và phá vỡ cấu trúc xi măng.
IV.1.6. Oxyt kiềm (K
2
O và Na
2
O).
Oxyt kiềm là các tạp chất có hại do đất sét đưa vào, làm giảm cường độ của
xi măng nếu hàm lượng lớn hơn 1% chúng sẽ gây ra sự ăn mòn. Trong xi măng
thường có khoảng 0,5 – 1% oxyt kiềm.
Ngoài các oxyt trên trong xi măng còn có một số oxyt khác nh: TiO
2

, P
2
O
5
,
SO
3
tuy nhiên chúng ảnh hưởng không đáng kể đến chất lượng của xi măng.
IV.2. Thành phần khoáng của cliker xi măng.
Bốn loại oxyt chính CaO, SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
phản ứng tạo nên hai loại
khoáng chính trong clinker
- Khoáng silicat canxi
3CaO.SiO
2
ký hiệu C
3
S gọi là alit
2CaO.SiO
2
ký hiệu C

2
S gọi là bêlit.
Bản chất khoáng silicat canxi theo giản đồ hai cấu tử CaO - SiO
2
có 4 loại:
+ Vôlastônít
β
- CaO.SiO
2
và giả Vôlastônít
α
- CaO.SiO
2
.
+ Octôsilicat canxi gồm có 4 loại thù hình
α
,
β
,
γ
và
α
’ - C
2
S .
Dạng
β
- C
2
S kém bền và tồn tại ở nhiệt độ trên 675

0
C. Nếu lưu lâu ở nhiệt
độ 675
0
C thì
β
- C
2
S chuyển thành
γ
- C
2
S làm nở thể tích làm cho clinker tự tả
thành bột mịn. Người ta phải ổn định để
β
- C
2
S không chuyển thành
γ
-
C
2
Skhi đó xi măng mới đóng rắn và phát triển cường độ.
+ Răngkinít C
3
S
2
là hỗn hợp không bền trong quá trình phản ứng, nó bị phân
huỷ và để tạo thành C
2

S và bão hoà C
2
S thành C
3
S.
+ Alít 3CaO.SiO
2
là khoáng cơ bản nhiều nhất trong clinker, nó tạo cho xi măng
poóc lăng có cường độ cao, đóng rắn nhan, toả nhiệt nhiều khi đóng rắn, tuy
nhiên lại không bền trong môi trường sulfát.
- Khoáng aluminat canxi
3CaO.Al
2
O
3
ký hiệu C
3
A
4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
ký hiệu C
4
AF gọi là xêlit
- Khoáng aluminat canxi.

+ C
3
A chiếm khoảng 4 – 15% là chất trung gian mầu trắng, là khoáng quan
trọng cùng với alít tạo ra cường độ ban đầu của đá xi măng. Xi măng chứa nhiều
C
3
A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn làm cho xi măng không bền trong môi trường
sulfát.
+ Xêlit (C
4
AF) có thành phần chiếm khoảng 10 – 15%. Khoáng này nóng chảy
ở nhiệt độ 1250
0
C và trở thành pha lỏng tạo môi trường cho phản ứng tạo thành
khoáng C
3
S. Khi có khoáng trong xi măng làm cho xi măng có cường độ thấp,
thời gian đông kết chậm, Ýt toả nhiệt khi đóng rắn và bền trong môi trường
sulfát.
Ngoài các khoáng chính trên trong clinker còn chứa pha thuỷ tinh là chất
lỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh cliker. Nếu quá trình làm lạnh
nhanh thì pha thuỷ tinh nhiều thì khi đóng rắn xi măng sẽ toả nhiệt nhiều.
IV.3. Các hệ số đặc trưng cho thành phần clinker
Như đã biết thành phần clinker gồm 4 oxyt chính là CaO, SiO
2
, Al
2
O
3
, Fe

2
O
3
chóng có quan hệ với nhau tạo nên các hệ số đặc trưng:
a. Hệ số bão hoà vôi theo công thức Kin và Jun
2
3
8,2
7,035,065,1
SiO
SOFACaO
KH
−−−
=
b. Hệ số môđun silicat
3232
2
OFeOAl
SiO
n
+
=
c. Môđun aluminat
32
32
OFe
OAl
p =
Khi nung 4 oxyt trên ở nhiệt độ 1450
0

C tạo nên 4 khoáng chính là:
3CaO.Al
2
O
3
, 2CaO.SiO
2
, 3CaO.Al
2
O
3
, 4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
và 4 khoáng trên liên
hệ với nhau qua các hệ số đặc trưng cho thành phần clinker xi măng.
Hệ số bão hoà vôi
SCSC
SCSC
KH
23
23
33,1
885,0
+

+
=
Môđun silicat
AFCAC
SCSC
n
43
23
046,2434,1
33,1
+
+
=
Môđun aluminat
64,0
15,1
4
3
+=
AFC
AC
p
Bảng so sánh tính chất xi măng phụ thuộc vào các hệ số KH, n và p
TT Hệ sè
KH, n,p
Trị sè
nghiên cứu
Cường độ chịu nén, uốn sau 28
ngày (kG/cm
2

)
Cường độ nén Cường độ uốn
1 KH 1,0 291 25,56
2 0,96 264 29,56
3 0,91 269 26,7
4 0,86 273 26,22
5 0,82 183 23,94
6 N 4,0 203 24,42
7 3,0 273 27
8 2,5 259 26,88
9 1,7 267 27,78
10 P 3,0 231 24,41
11 2,0 251 27
12 1,0 255 27
Qua bảng trên ta rót ra kết luận:
Xi măng từ clinker có hệ sè KH cao cường độ chịu nén cũng tăng cao nhng
cường độ chịu uốn giảm xuống. Hệ sè KH = 0,86 – 0,96 cường độ thực tế xấp xỉ
nhau, Hệ số KH = 0,86 – 0,96 là chuẩn đối với cliker xi măng poóc lăng. Giảm hệ
số KH xuống từ 0,86 – 0,82 thực tế là sản xuất xi măng mác thấp, cường độ giảm
khá mạnh.
Môđun silicat trong giới hạn 1,7 – 2,5 đối với clinker thông thường Ýt ảnh
hưởng đến cường độ xi măng. Hệ số n giảm đồng thời tăng cả cường độ nén và
uốn.
Môđun aluminat ảnh hưởng đến cường độ không lớn lắm nhưng theo quy
luật nh môđun n, nếu giảm p cường độ nén và uốn đều tăng lên.
V. Quy trình công nghệ sản xuất xi măng trong công nghiệp
Hiện nay ở nước đang áp dụng 3 loại dây truyền công nghệ sản xuất xi măng
chính:
- Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng ( phương pháp bán khô).
- Công nghệ sản xuất xi măng lò quay phương pháp ướt.

- Công nghệ sản xuất xi măng lò quay phương pháp khô.
Trong hai loại hình công nghệ sản xuất xi măng, xi măng lò quay chiếm 84%
tổng sản lượng sản phẩm xuất ra. Các công ty xi măng lò quay có công suất lớn,
dây truyền thiết bị hiện đại, vì vậy có chất lượng xi măng tốt, mác cao. Ngược
lại các công ty xi măng lò đứng có kết cấu đơn giản, công nghệ của một số khâu
còn thủ công nên năng xuất và chất lượng còn bị hạn chế.
V.1 Quá trình gia công nguyên liệu và nhiên liệu
Các phối liệu đá vôi, đất sét, thạch cao, các loại phụ gia, than…được gia công
sơ bộ đến kích thước và độ Èm yêu cầu sau đó được định lượng và nghiền mịn
thành phối liệu.
Đối với công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô và bán khô : Phối
liệu đưa vào nghiền không chỉ có :đá vôi , đất sét, phô gia điều chỉnh mà nhiên
liệu than cũng được nghiền mịn và phun vào lò trong quá trình nung.
Đối với công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp ướt thì bột phối liệu
được trộn với nước và nghiền trong máy nghiền bi ướt.
V.2. Quá trình nung, ủ Clinker
Công đoạn nung Clinker là công đoạn rất quan trọng và quyết định đến chất
lượng sản phẩm. Phối liệu sau khi đã được nghiền mịn được đưa vào nung trong
lò nung. Đối với lò quay phương pháp ướt thì bột liệu đi vào lò ở dạng bùn pát,
với phương pháp khô thì bột liệu sau khi nghiền được đi qua hệ thống xyclon tro
đổi nhiệt nhằm gia nhiệt phối liệu trước khi vào lò nhiệt độ phối liệu lúc này lên
tới 700
0
C như vậy phối liệu trước khi vào lò ở dạng bột khô và được nung trong
lò quay tại dôn nung khoảng 1350 – 1450
0
C. Sau khi nung xong Clinker được
làm nguội nhanh bằng nước và không khí sau đó vận chuyển vào silô chứa. Với
hệ thống lò nung clinker theo phương pháp bán khô sử dụng lò đứng hoặc lò
quay thì phối liệu trước khi nạp vào lò được trộn đến độ Èm 12 – 14% và được

vê thành viên có kích thước 8 – 12mm sau đó mới đưa đi nung.
Quá trình nung phối liệu trong lò dưới tác dụng của nhiệt độ cao các cấu tử
trong phối liệu sẽ phản ứng với nhau tạo thành các khoáng chính có trong thành
phần clinker xi măng đó là: 3CaO.Al
2
O
3
( C
3
A ), 2CaO.SiO
2
( C
2
S ), 3CaO.SiO
2
( C
3
S ) và 4CaO.Al
2
O
3
.Fe
2
O
3
( C
4
AF ). Để tăng nhanh quá trình nung clinker các
biện pháp có hiệu quả hay được dùng như: Dùng chất khoáng hoá, giảm độ Èm
của bùn pát, hồi lưu bụi trở lại lò quay, dùng thiết bị làm lạnh, tăng tốc độ quay

của lò nung, sử dụng thiết bị đốt nhiên liệu hiện đại cháy hoàn toàn cho nhiệt
lượng tối đa.
Sau khi qua giai đoạn làm lạnh, nhiệt độ clinker trong khoảng 50 – 150
0
C
clinker được ủ trong kho hoặc silo chứa trong khoảng 10 – 15 ngày để CaO tù
do còn lại trong clinker phản ứng với nước trong không khí tạo thành Ca(OH)
2
nở thể tích làm cho clinker dễ nghiền và xi măng không nở nữa, như vậy sẽ làm
tăng chất lượng của xi măng.
V.3. Quá trình nghiền và đóng bao xi măng
Clinker được phối trộn với các loại phụ gia xi măng nh đá bazan, đá vôi,
thạch cao theo công thức phối trộn tuỳ thuộc vào yêu cầu và tính chất của xi
măng mà công thức phối trộn sẽ khác nhau. Thông thường pha thêm 3 – 4%
thạch cao để điều chỉnh thời gian đông kết và khoản 15 – 20% phô gia khác để
tăng sản lượng và cải thiện tính chất của xi măng. Độ nghiền mịn thường đạt
12% lượng còn lại trên sàng 008 hoặc bề mặt riêng 2900 – 3200cm
2
/g rồi qua
thiết bị phân ly, phần chưa đạt độ mịn cho quay lại vào máy nghiền. Sau khi
nghiền xong xi măng được gầu tải đưa vào các silo chứa và được đảo trộn để
đồng nhất tránh hiện tượng vón cục. Xi măng sau đó được đóng bao ( thông
thường bao có trọng lượng 50kg ) rồi được các xe chuyên chở đi tiêu thụ.
Trộn
Than Đất sét
Đập búa Kẹp hàm
Xỉ pyrit
Apatit
Trộn nghiền
Máy sấy Máy sấy

Phụ gia
CaF
2
,Na
2
SiF
6
Máy sấy
Làm ẩm, vê viên
Máy phân ly
Đá vôi
ủ clinker
Nung clinker(lò đứng)
Máy nghiền xi măng
Máy phân ly
Thạch cao, phụ gia
Đóng bao
Xi măng
Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng lò đứng

Xi măng
Sơ đồdây chuyền công nghệ sản xuất xi măng lò quay
§¸ v«i §Êt sÐt
§Ëp
D
§¶o trén
C¸n
SÊy
Lµm Èm
Trén nghiÒn kh«

Nung clinker
Lµm l¹nh
§Ëp, nghiÒn
ñ clinker
NghiÒn Bít
NghiÒn§Ëp sÊy
§ãng bao
VI. Qúa trình đóng rắn của xi măng.
Tính chất đặc biệt của xi măng là khả năng tham gia phản ứng với nước tạo
thành chất kết dính có lực kết dính đủ mạnh không những chỉ có những hạt vật
chất riêng biệt tạo thành phản ứng với nước mà còn có khả năng dính kết trên bề
mặt sản phẩm mới với các vật thể chứa trong vừa tiếp xúc với chúng (như gạch,
đá, sắt, thép, cát ).
Quá trình đóng rắn xảy ra rất phức tạp trải qua nhiều quá trình hyđrat của các
khoáng, có nhiều thuyết để giải thích sự đóng rắn của xi măng theo quan điểm
vật lý như: thuyết Lơxatơlie, thuyết Bai cốp, thuyết Mikhaêlic Để đơn giản ta
coi quá trình đóng rắn gồm các giai đoạn sau:
- Hoà trộn xi măng với nước.
- Thực hiện hyđrat các khoáng trong xi măng.
- Thực hiện các quá trình vật lý liên kết chặt chẽ các hạt sản phẩm.
VII. Một số chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của xi măng
Trong xây dựng, chất lượng của xi măng được đánh giá bởi các chỉ tiêu nh
sau:
- Thành phần khoáng: thông thường được đánh giá theo tỷ lệ khoáng C
3
S :
C
2
S hoặc theo hệ số p (Môđun aluminat).
- Hàm lượng vôi tự do: thể hiện nung clinker xi măng kết khối tốt hay xấu,

các hệ số chọn chuẩn hay không chuẩn. Nó đánh giá về khả năng ổn định thể
tích của xi măng.
- Độ mịn của xi măng(S): Xi măng nghiền mịn sẽ ảnh hưởng tới lượng nước
tiêu chuẩn, tốc độ ninh kết và đóng rắn, xi măng nghiền càng mịn thì mác của nó
càng cao. Đánh giá độ mịn bằng phương pháp tỷ diện (bề mặt riêng cm
2
/g). Xi
măng thường S = 2500-3500 cm
2
/g.
- Khối lượng thể tích (
γ
): Phô thuộc vào thành phần khoáng và độ mịn của
xi măng. Xi măng thường
γ
= 1400-1700g/l.
- Lượng nước tiêu chuẩn: còn gọi là độ dẻo tiêu chuẩn là lượng nước cần
thiết cho vào xi măng tính theo phần trăm để thực hiện quá trình ban đầu của sự
đóng rắn. Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng phụ thuộc vào độ mịn, thành phần
khoáng và loại phụ gia hoạt tính. Đối với xi măng poóclăng thường lượng nước
tiêu chuẩn 24 – 29%
- Tốc độ ninh kết: Đây là đặc tính quan trọng của xi măng nó phụ thuộc vào
thành phần khoáng của clinker, nhiệt độ môi trường, độ mịn. Xi măng thường
tốc độ ninh kết bắt đầu không quá 45 phót, kết thúc không muộn hơn 12 giê
- Mác của xi măng: Mác của 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(kG/cm
2
hay N/mm
2

, 1 N/mm
2

≈
10 kG/cm
2
). Xi măng có ký hiệu P300,
P400, P500 là mác xi măng 300, 400, 500 hay xi măng có cường độ chịu nén
sau 28 ngày là 300, 400, 500 Mác xi măng trước hết phụ thuộc vào chất lượng
clinker, độ mịn của xi măng và phương pháp thử mẫu.
CHƯƠNG II: NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH
NGHIỀN XI MĂNG
I. Nghiền xi măng
Nghiền xi măng là thời gian giải quyết các thao tác cuối cùng trong quá trình
sản xuất xi măng, nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của xi măng.
I.1. Máy nghiền xi măng
- Có rất nhiều loại máy có thể dùng để nghiền xi măng nh: máy nghiền bi,
máy nghiền thanh, máy nghiền rung…nhưng phổ biến hiện nay ở nước ta dùng
rộng rãi là loại máy nghiền bi thùng quay.
- Máy nghiền bi có thể phân loại thành nhiều loại khác nhau:
+ Phân loại theo cấu tạo của thùng: có các loại hình trụ, hình nón cụt.
+ Phân loại theo phương pháp tháo sản phẩm, có loại tháo qua trục rỗng, tháo
qua sàng chắn ngang thùng, tháo qua sàng hình trụ và loại máy nghiền kèm theo
thiết bị phân loại đặt riêng biệt bên ngoài.
- Cấu tạo của máy nghiền bi gồm các tang quay bằng thép, có đường kính 1 –
3m, dài 10 – 15m máy được đặt nằm ngang và quay quanh trục của nó, nhờ
động cơ và bánh xe truyền động. Trong các tang quay này chứa một phần bi,
đạn bằng kim loại hay bằng sứ, quá trình nghiền vật liệu xảy ra khi bi, đạn trong
máy nghiền chuyển động. Khi quay tang hỗn hợp bi, đạn và vật liệu nghiền
được nâng lên một đoạn theo hướng quay, khi góc nâng lớn hơn góc rơi tự nhiên

thì bi, đạn và vật liệu bị trượt xuống phía dưới. Như vậy vật liệu bị nghiền là do
sự chà sát hay vừa đập vừa chà sát của bi, đạn với nhau hay bi, đạn với thành
thùng.
- KÝch thước của vỏ máy nghiền.
+ Đối với loại máy nghiền một ngăn thì chọn

5,1
D
=
L
+ Đối với loại máy nghiền hai ngăn thì chọn

3
D
=
L
+ Đối với loại máy nghiền ba ngăn thì chọn

5,4
D
=
L
Trong đó:
L: Chiều dài của máy nghiền
- D: Đường kính của máy nghiền.


S¬ ®å chuyÓn ®éng cña bi, ®¹n
Gãc n©ng tèi uu cña bi, ®¹n
trong m¸y nghiÒn

I.2. Bi đạn trong máy nghiền
Bi, đạn nghiền thường được chế tạo bằng thép hợp kim gồm Các bon, Măng
gan, Phốt pho, Lưu huỳnh, Si líc, Crôm, Môlíp đen. Bi của máy nghiền có
đường kính từ 20 – 100mm, đạn thường có kích thước từ 15 – 25 hoặc 20 –
30mm
- Để xác định tổng khối lượng bi trong máy nghiền người ta có thể áp dụng các
công thức thực tế:
G = 4620D
2
L (Theo Taggarta)
G = 4100D
2
L (Theo arenđsa_xislinski)
G = 4000D
2
L (Sternhin)
Trong đó
G: Tổng khối lượng bi nghiền (kg)
D: Đường kính trong của máy nghiền (m)
L: Chiều dài có Ých của máy nghiền (m)