công nghệ sản xuất xi măng lò quay khô và các vấn đề môi trường

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG LÒ QUAY KHÔ VÀ CÁC VẤN
ĐỂ MÔI TRƯỜNG
MỤC LỤC:
- PHẦN 1:SƠ LƯỢC VỀ TÌNH HÌNH VÀ CÁC CÔNG NGHỆ SẢN
XUẤT XIMĂNG
- PHẦN2.QUY TRÌNH SẢN XUẤT XIMĂNG PORLAND
A.CÁC NGUYÊN LIỆU CHÍNH TRONG SẢN XUẤT XIMĂNG
B.NHIÊN LIỆU CHÍNH TRONG SẢN XUÂT XIMĂNG PC
C. QUÁ TRÌNH SẢN XUÂT XIMĂNG PC.
D.NHỮNG ƯU,NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ
- PHẦN3: VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG HƯỚNG XỬ LÝ.
Thành viên trong nhóm:
1.Nguyễn Thành Long
2.Nguyễn Quang Sáng
3.Trần Văn Việt
4.Nguyễn Văn Hiến
PHẦN 1:SƠ LƯỢC VỀ TÌNH HÌNH VÀ CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
XIMĂNG.
1. Tình hình sản xuất.
a. Trong nước.
Hiện nay trong nước có rất nhiều nhà máy xi măng như: Hải Phòng, Hoàng
Thạch, Hoàng Mai, Tam Điệp, Hà Tiên 1, Hà Tiên 2,...tất cả đều thuộc Tổng
Công ty Xi Măng Việt Nam.
Ngành công nghiệp xi măng Việt Nam hiện nay đã có khoảng 14 nhà
máy xi măng lò quay với tổng công suất thiết kế là 21,5 triệu tấn/năm, 55 cơ
sở xi măng lò đứng, lò quay chuyển đổi tổng công suất thiết kế 6 triệu
tấn/năm, khoảng 18 triệu tấn xi măng được sản xuất từ nguồn clinker trong
nước (ứng với 14,41 triệu tấn clinker).
Hầu hết các nhà máy sản xuất xi măng sử dụng phương pháp kỹ thuật
khô, ngoại trừ những nhà máy có lò trộn xi măng đứng với thiết bị và kỹ
thuật lạc hậu, thì những nhà máy còn lại có năng suất trộn xi măng từ 1,4

triệu đến 2,3 triệu tấn mỗi năm với thiết bị và trình độ kỹ thuật tương đương
với nhữn nhà máy khác ở Đông Nam Á.
Việt Nam đang có khoảng 31 dự án xi măng lò quay với tổng công suất
thiết kế là 39 triệu tấn được phân bổ ở nhiều vùng trên cả nước. (Đa số tập
trung ở miền Bắc, miền Trung và chỉ có 4/31nằm ở miền Nam).
Tình hình sản xuất của Tổng Công ty Xi Măng Việt Nam tuần thứ 43 năm
2007:
1. Sản xuất clinhker So với kế hoạch năm
Toàn Tổng Công ty: 83,31 %
Trong đó:
-Công ty XM Hải Phòng: 87,26 %
-Công ty CP XM Bỉm Sơn: 83,55 %
-Công ty XM Hoàng Thạch: 88,45 %
-Công ty CP XM Bút Sơn: 81,39 %
-Công ty XM Hà Tiên 2: 75,94 %
-Công ty XM Hoàng Mai: 77,74 %
-Công ty XM Tam Điệp: 85,99 %
b. Quốc Tế.
Hiện nay trên thế giới đang sử dụng các công nghệ sản xuất xi măng rất hiện
đai, có khả năng tự động hóa rất cao. Có các chủng loại xi măng phổ biến
sau: Porland thông dụng (PC), Porland hỗn hợp (PBC), Porland - puzolan,
Porland - xỉ lò cao, Porland bền sunphat, Porland mac cao, Porland đóng rắn
nhanh, Porland giãn nở, Porland dành cho xeo tấm lợp uốn sóng amiăng - xi
măng, Porland cho bêtông mặt đường bộ và sân bay, xi măng alumin, xi
măng chống phóng xạ, xi măng chịu axit, xi măng chịu lửa, v.v...
2. Sơ lược các công nghệ sản xuất xi măng.
Xi măng là chất kết dính thủy lực rất quan trọng hiện nay, được sử dụng
rộng rãi trong các nganh xây dựng. Thành phần của xi măng cơ bản gồm có:
Cao: 59-67%; SiO
2

: 16-26%; Al
2
O
3
: 4-9%; Fe
2
O
3
: 2-6%; MgO: 0,3-3%
Tùy vào từng chủng loại xi măng và nhu cầu sử dụng mà ta thay đổi
thành phần khoáng của clanke hoặc phụ gia. Hiện nay có khoảng 20 loại xi
măng khác nhau đang được sản xuất và được chia thành 2 loại chính:
Xi măng Portland chỉ gồm thành phần chính là clinker và phụ gia thạch
cao. Ví dụ: PC 30, PC 40, PC 50.
Xi măng Portland hỗn hợp vẫn với thành phần chính là clinker và thạch
cao, ngoài ra còn một số thành phần phụ gia khác như đá pudôlan, xỉ lò. Ở
thị trường các loại xi măng này có tên gọi như PCB 30, PCB 40
Muốn có xi măng Porland bền sunphat ta cần giữ trong thành phần
khoáng của clanke hàm lượng C3A ≤ 5 %, C3S ≤ 58 % đối với xi măng bền
sunphat thường và C3A ≤3 %, C3S ≤ 50 % đối với xi măng bền sunphat loại
cao. Ta cần thiết kế và tính toán tốt bài phối liệu sống, hơn thế nữa, cần phải
chọn lựa loại nguyên liệu để hàm lượng Al
2
O
3
trong sét hoặc trong hỗn hợp
sét không vượt quá 14 - 16 % thì mới phối liệu được thành phần hóa của liệu
sống và clanke. Riêng việc hạn chế hàm lượng kiềm trong xi măng bền
sunphat các loại trên cũng đòi hỏi có sự chọn lựa nguyên liệu sét và loại than
mà tro của no ít kiềm (K

2
O + Na
2
O).
Nói chung thì từ trước tới nay có các CNSX xi măng chủ yếu là: CNSX xi
măng lò đứng, lò quay khô, lò quay ướt. Nhưng các phương pháp lò đứng đã
lạc hậu mà chủ yếu là dùng lò quay khô. Các công nghệ được trình bày ở
bảng dưới:
Chỉ tiêu CN CN lò đứng CN lò quay ướt CN lò quay khô
1. Nguyên lí
làm việc
-Làm việc gián đoạn
-Phối liệu được cấp vào
theo từng mẻ, đi từ trên
xuống
-Quá trình tạo khoáng diễn
ra theo chiều cao của lò và
trong từng viên phối liệu
-Làm việc liên tục
-Phối liệu được nạp
từ đầu cao của lò,
đảo trộn đều theo
vòng quay của lò
-quá trình tạo
khoáng được diễn ra
theo chiều dài lò
-Công suất lớn( có
thể đạt 3000-5800
tấn clinke/ ngày
-Làm việc liên tục

-Tương tự lò quay
ướt
- Tương tự lò quay
ướt
- Tương tự lò quay
ướt
2. Phối liệu -Đá vôi, đất sét, phụ gia ,
xỉ pirit
-Thêm phụ gia khoáng hóa
photphorit-ở dạng viên, độ
ẩm 14%, trộn lẫn vào nhau
-Tương tự công
nghệ lò đứng
-Phối liệu dạng bùn,
độ ẩm 40%, phối
liệu không trộn lẫn
than
-Tương tự công
nghệ lò đứng
-Phối liệu đưa vào
dạng bột mịn, độ ẩm
1-2%, và không trộn
lẫn với nhau
3. Nhiên liệu -Chỉ dung nhiên liệu
rắn(than)
-Tiêu tốn nhiều nhiên liệu
trên 1 đơn vị sản phẩm lớn
- Có thể dùng than
hoặc dầu, khí
-Tiêu tốn nhiên liệu

trên 1 đơn vị sản
phẩm là lớn nhất
-Tương tự lò quay
ướt
-Tiêu tốn nhiên liệu
trên 1 đơn vị sản
phẩm là nhỏ nhất
4.Quá trình
nung
-Sử dụng lò đứng
-Phải trải qua giai đoạn sấy
giảm độ ẩm từ 40% xuống
2%
-Sử dụng lò quay
-Tương tự lò đứng
-Sử dụng lò quay
-Lò quay khô có hệ
thống trao đổi nhiệt,
tháp xyclon
5.Nhiệt độ và
chất lượng
-Nhiệt độ lò rất khó đạt tới
1450ºC
-Chất lượng không tốt và
ổn định
-Nhiệt độ nung
1450ºC
-Chất lượng sản
phẩm tốt và ổn định
-Tương tự lò quay

ướt
-Chất lượng tốt và
ổn định
6. Mức độ
gây ô nhiễm
-Lượng khí thải gây ô
nhiễm lớn
-Đặc biêt công nghệ này
thải ra 1 lượng HF- chất
khí rất độc hại, cần công
nghệ xử lí hiện đại và chi
phí cao
-Lượng khí thải gây
ô nhiễm là lớn nhất
do sử dụng rất nhiều
nhiên liệu
-Lượng khí thải gây
ô nhiễm la nhỏ nhất
VD: Nhà máy xi măng Bỉm Sơn hiện nay đang sử dụng cả 2 phương
pháp sản xuất: phương pháp san xuất bằng lò quay khô và lò quay ướt….
PHẦN2.QUY TRÌNH SẢN XUẤT XIMĂNG PORLAND.
A.CÁC NGUYÊN LIỆU CHÍNH TRONG SẢN XUẤT XIMĂNG.
1.ĐÁ VÔI.
Đá vôi là loại đá canxit, tức là loại đá cacbonat canxi (CaCO3). Đá này
thường lẩn các tạp khoáng dolomit-muối kếp cacbonat canxi và magnezi
(MgO.CaO.(CO
2
)2), đá sét, đá silic, và rất ít các quạng sắt,phôtphrit.kiềm và
các muối clorua. Yêu cầu kỹ thuật cho sản xuât ximăng PC là đá vôi có lẩn ít
tạp chất,tức là thành phần hoá trung binh(%) phai thoả mản các chỉ số trong

bang sau đây.
Tai TCVN 6072-1996 đã quy định hàm lượng CaCO
3
>85% Và
MgCO
3

5% tức là tương đương 47,6%CaO và <2,4%MgO là để tránh
lảng phí nguyên liệu trong đánh giá trữ lượng đá vôi. Độ cưng của đá vôi có
thành phần trung bình thoả mản bang 1 phải nhỏ hơn bậc thang 5 Morth để
có thể đập,nghiền được.Song song với thành phần hoá và độ cứng nêu trên
còn có yêu cầu lựa chọn các loại đá vôi kết tinh thô, xốp để độ hoạt tính
phân huỷ cacbonat của nó đạt được 100% trong khoảng nhiệt độ 820-950C
nhằm thực hiên tốt các phản ứng tạo khoáng trong quá trình nung luyện
clinker.
2.ĐÁ/ĐẤT SÉT.
Đất hoặc đât sét dùng cho sản xuất PC cung phải thoả mản yêu cầu kỹ
thuật riêng của nó về chất lương và về trử lượng, cụ thể như sau:
a)Về thành phần: trung bình được đánh giá trong bảng dưới:
Thành
Phần
Loại
MKN SiO
2
Al
2
O
3
CaO MgO TiO
2

R
2
O SO
3
Cl‾ Fe
2
O
3
∑
Chọn trữ
lượng mỏ 4-8 55-
72
12-22 ≤ 1,5 ≤ 1 ≤1 ≤ 2,5 ≤ 0.3 ≤ 0,3 4-8 100
Trung
bình của
mỏ
6±1 66±1 16±1 1±0,5 ≤ 1 < 1 ≤ 2 ≤ 0,3 ≤ 0,1 7±1 100
b)Trị số modun silic:Modun silic được biểu thị bằng công thức:
)%3232(
%2
OFeOAl
SiO
Ms


Trong tính toán trữ lượng của mỏ đất sét, lấy trị số Ms=2,4-3,6 nhưng khi
đánh giá chất lượng của toàn mỏ sét người ta chọn trung bình Ms=3+0,3.
Như quy định trong bang 2 , phải hạn chế MgO,TiO,R
2
O và ion CL- là để

đảm bảo chất lượng của ximăng vừa đảm bảo ổn định công nghệ sản xuất và
độ bền chống ăn mòn thiềt bị .
c)Độ cứng của đá sét: Độ cứng của đá sét cũng là một chỉ tiêu chất lương
quan trong của loại nguyên liệu này đối với công nghệ sản xuất ximăng.Độ
cứng của đá sét càng nhỏ thì chất lượng của sét càng tốt.Để không phải sử
dụng máy đập sét người ta quy định độ cứng của đá sét <3 thang Morth.
d)Độ ẩm củng là một chỉ tiêu chất lượng của sét nguyên liệu cho sản xuất
ximăng. Với khả năng cấp nhiệt của máy nghiền nguyên liệu sống hiên nay
người ta cho phép độ ẩm tối đa của đát sét la 20%. Tuy nhiên chất lượng sét
tót là sét có độ ẩm 12-16%.
3.CÁC PHỤ GIA ĐIỀU CHỈNH.
Tuy thuộc vào mục tiêu điều chinh ma người ta sử dụng các loại phụ gia
khác nhau. Ví dụ nếu điều chỉnh modun silic người ta sử dụng sét cao silic
hoặc cát mịn thạch anh. Nếu điều chỉnh modun alumin thì sử dụng sét cao
nhôm hoặc sử dụng quặng sắt.
Thạch cao là loại phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của ximăng.
Hiện nay nguồn nguyên liệu này vẩn chưa tìm thấy ở Việt Nam, nên các
công ty ximăng phải nhập từ Lào, Thái Lan và Trung Quốc.
Quạng sắt tự nhiên có nhiều dạng khoáng: Loại quặng getit(Fe
2
O
3
.H
2
O)
hoặc loại quặng limonit (Fe
2
O
3
.n H

2
O).Loại có hàm lượng Fe
2
O
3
ít nhất (25-
45%) ở dạng sỏi đỏ lẩn sét và thạch anh la quặng latenit.
Qưặng nhân tạo có xỉ pinit Lâm Thao. Loại xỉ này ở dạng bột mịn màu
nâu đen, hàm lượn Fe
2
O
3
= 58-68%, nhưng có khả năng cung cấp không
nhiều, độ ẩm gập mưa nhiều khi vượt quá 10% nên khó pha chế chính xác.
Để khắc phục độ ẩm cao, cần có trử lượng lớn , nhưng nguồn cung cấp nhiều
lúc không ổn định.
B.NHIÊN LIỆU CHÍNH TRONG SẢN XUÂT XIMĂNG PC.
Tuỳ thuộc vào điều kiện cung cấp, các công ty trên thế giới hiện nay đang
sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau: dầu nặng (FO,MFO,DO,mazut),
khí đốt tự nhiên, các loại than hoặc hổn hợp của chúng như than nâu, than
mơ, than antraxit…và các chất tahỉ công nghiệp như săm lốp bã thải cao su
vụn…
Ơ Viêt Nam trước năm 1995 sử dụng hổn hợp than nâu Trung Quốc
hoặc than mỡ Autralia vời than antraxit Quảng Ninh tại nhà máy ximăng Hải
Phòng, hỗn hợp than cám 3 Quảng Ninh với than Na Dương Lào Cai tại nhà
may ximăng Bim Sơn , dầu FO tại nhà máy ximăng Hà Tiên..
Tư sau nam 1995 các nhà mý ximăng ở Việt Nam đều sử dụng chủ yếu
là than cám 4a Quảng Ninh. Có một số nhà máy ximăng lò đứng thuộc tỉnh
Thái Nguyên và các tỉnh lân cận sử dụng than cám 4 mỏ Khanh Hoà. Còn
dầu FO chỉ sử dụng trong các lò quay trước khi nhiệt độ bắt cháy của than

min antraxit.
C. QUÁ TRÌNH SẢN XUÂT XIMĂNG PC.
Qúa trình sản xuất ximăng PC được bắt đầu từ công đoạn khai thach, vân
chuyển , đập nhỏ và đồng nhất sơ bộ các nguyên liệu cho đến nghiền và xuất
sản phẩm cuối cùng cho khach hàng. Sau đây là sơ đồ tom tắt quá trình sản
xuất:
1.CÔNG ĐOẠN KHAI THÁC VẬN TẢI, ĐẬP NHỎ VÀ ĐỒNG NHẤT
SƠ BỘ CÁC NGUYÊN LIỆU.
Trước khi khai thác mỏ nguyên liệu cần được thăm dò tỉ mỉ, ìt nhất phải
có 20% tổng trử lượng đá vôi cả mỏ. Yêu cầu kĩ thuật đối với công đoạn này
là làm thế nào để đá vôi , đất sét quặng sắt…từ các mỏ nguyên trạng thái về
đến kho nhà máy có độ chênh lệch về thành phần hoá học it nhất so với vốn
có tại mỏ, có kích thước cỡ cục cấp được cấp được cho nhà máy nghiền bột
sống phôi liệu với giá thành thấp nhất của sản phẩm công đoạn và với khối
lượng dự trử cần thiết để đảm bảo cho sản xuất liên tục ở các công đoạn sau.
Đối với đá vôi , chỉ phân tích tit carbonat hoặc chinh xác hơn la CaO.Đối
với đất sét thì có thể phân tích SiO
2
hoặc Al
2
O
3
tuỳ theo yêu cầu cụ thể . Đối
với quăng sắt thì phân tích Fe
2
O
3
. Đối với than thì có thể thử nhiệt năng
hoặc hàm lượng tro,..
Đất hoặc đất sét từ mỏ khảo sát tham dò tỉ mỉ củng được khai thác theo

phương pháp lựa chọn. Nếu là đất sét ruộng đồi nhưng độ cứng không cao
và sét mềm, tơi mịn không lẩn sỏi sạn thì sử dụng thiết bị xúc – cào chắn
theo chiều ngang. Nếu sét đồi có độ cứng lớn hơn thang 3 Morth thì đươc
khai thác bằng gàu xúc ngoạm cở lớn có nhiều vỉa khác nhau, đập nhỏ ngay
ở mỏ đến cở cục <50mm rồi được băng tải đưa về.
Quạng sắt dạng bã thải công nghiệp sản xuất sùnủic thì ở dạng bột nên
không phải qua máy đập nhưng phải qua máy tách kim loại trước khi rút
cấp cho máy nghiền nguyên liệu. Trường hợp là quặng kim sắt thi củng phải
cho qua máy đập và đánh đống để đồng nhât sơ bộ.
Các phụ gia điều chỉnh modun silic(Ms) hoặc modun alumin(Ma) củng
phải thực hiện như quặng sắt tự nhiên. Trường hợp các loại phụ gia điều
chỉnh kể cả quặng sắt nếu kích thước lớn củng đều phải đưa vào máy đánh
trống đồng bộ sơ nhất.
2.CÔNG ĐOẠN NGHIỀN VÀ ĐỒNG NHẤT BỘT SỐNG.
Yêu cầu của công đoạn này là đảm bảo thành phần hoá học và ổn định
độ mịn của bột sống phối liệu cấp cho lò nung clinker. Để đảm bảo yêu cầu
đó, đầu tiên các kỹ sư chế tạo sử dụng các phần mềm tính phôi liệu sẵn trong
máy vi tính và căn cứ vào thành phần khoáng để tính ra thành phần hoá và
trị số các chỉ tiêu kỹ thuật chế tạo clinker.
Đá vôi, đá sét và phụ gia điều chỉnh được cấp vào máy nghiền qua hệ
thống cân DOSIMAT và cân băng điện tử. Máy nghiền nguyên liệu sử dụng
hệ thống nghiền bi sấy nghiền liên hợp có phân ly trung gian. Các bộ điều
khiển tự động khống chế tỷ lệ % của đá vôi, đá sét, bô xít và quặng sắt cấp
vào nghiền được điều khiển bằng máy tính điện tử thông qua các số liệu
phân tích của hệ thống QCX, đảm bảo khống chế các hệ số chế tạo theo yêu
cầu. Bột liệu sau máy nghiền được vận chuyển đến các xilô đồng nhất, bằng
hệ thống gầu nâng, máng khí động.
3.CÔNG ĐOẠN NUNG LUYỆN LÒ CLINKER XIMĂNG PC.
a) Cấp liệu cho lò nung: yêu cầu công nghệ của công đoạn này la rut bột
liệu sống tư đáy silo đồng nhất cấp đều đặn và ổn định năng suất theo kế

hoạch vận hành lò nung thông qua cân bằng định lượng kèm theo van điều
tốc rút liệu, băng tải cao su , hệ thống gàu nâng kèm theo các mang khí động
tải bột cấp cho lò quay phương pháp khô, hệ thống máng khí đọng hồi lưu
bột quay lại lo silo đồng nhất trong trường hợp lò có sự cố kỹ thuật phải
giảm năng suất hoặc lò đứng.
b)Nghiền và cấp than mịn, dầu nặng cho lò nung: nhiệm vụ của phần
này là giử vửng chất lượng khối lượng than mịn hoặc dầu hoặc than –dầu
cấp cho cả hai đầu lò nung.
Yêu cầu chất lượng của than mịn cấp cho lò nung là ổn định độ mịn để
than cháy hết và dể bắt cháy , ổn định độ ẩm (<0.5%) để đề phòng nổ than
trong lò silo chứa than mịn và vận tải trên đường ống từ máy nghiền tới silô
và từ silô tới vòi đót của lò , ổn định nhiêt năng để vận hành lò đốt và ổn
định chất lương clinker.
Nhiệt độ bốc cháy của than phụ thuộc vào chính hàm lượng chất bốc
của nó. Hàm lượng chất bốc càng nhiều thì nhiệt độ bắt cháy càng thấp
,ngọn lửa càng dài ,quá trình đốt càng dễ dàng. Hàm lượng chất bốc của than
antraxit Quảng Ninh là 6% nên nhiệt độ bốc cháy của nó la khoảng 550-
600C. vì vậy nhiên liệu trong đốt lò là dầu nặng FO hoặc DO. Riêng dầu
nặng FO hay DO tuy nhiệt độ cháy <1000C nhưng vẩn phải hâm nóng đến
90-95C mới có thể chuyển tới vòi đốt được, vì độ nhớt của dầu ở nhiệt độ
này thường khá lớn không bơm được.Để hâm nóng dầu người ta cho hơi
nước đi qua ống ngoài bọc ống tải bên trong. Nhưng công nghệ này đòi hỏi
phải trang bị nồi hơi cồng kềnh,chiếm thể tích. Ngày nay người ta sử dụng
hâm dầu bằng điện tạo ra nhiệt mắc trong ống sứ bọc ngoài ống dầu nên vừa
gọn nhẹ lại rút gọn diện tích nhà máy và công trình vận hành.
c) Công đoạn lò nung:
Các quá trình hóa lý xảy ra khi nung:
+Ở 200ºC, tách nước liên kết, sự tách nước này kết thúc ở 950ºC:
CaCO
3

→ CaO + CO
2
↑
MgCO
3
→MgO + CO
2
↑
CaSO
4
→2CaO + 2SO
2
↑ + CO
2
↑
+Phân hủy nguyên liệu:
2Na
2
SO
4
+ C→ 2Na
2
O + SO
2
+ CO
2
↑
2K
2
SO

4
+ C→2K
2
O + SO
2
+ CO
2
↑
2CaSO
4
+ C→2CaO + SO
2
+ CO
2
↑
CS
2
+ 3O
2
→ CO
2
+ SO
2
↑
S + O
2
→ SO
2
↑
Hệ thống lò khô 5 tầng siclôn trao đổi nhiệt có buồng phân huỷ carbonat

với hiệu suất phân huỷ CO
2
không nhỏ hơn 90% và với nhệ thống tự động
hoá điều khiển vận hành hai chiều có máy tinh chủ và đầu nảo xử lý thông
minh của nó là hệ thống lò có trình độ công nghệ tiên tiến và phổ biến nhất
hiện nay.