THIẾT kế NHÀ máy XI MĂNG POOCLĂNG CÔNG SUẤT 1 4 TRIỆU tấn CLINKE PC40NĂM THEO CÔNG NGHỆ lò QUAY, PHƯƠNG PHÁP KHÔ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ NHÀ MÁY XI MĂNG POOCLĂNG CÔNG SUẤT
1.4 TRIỆU TẤN CLINKE PC40/NĂM THEO CÔNG NGHỆ
LÒ QUAY, PHƯƠNG PHÁP KHÔ

SVTH : Nguyễn Văn Khuê
Nguyễn Thị Phương
LỚP

: 11VLXD

CBHD : Th.S Nguyễn Thị Tuyết An
CBPB :
TBM

: Th.S Lê Xuân Chương

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2015

1


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên nhóm em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô
giáo trong trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và các thầy cô giáo trong

khoa Xây dựng Cầu đường, bộ môn Vật liệu xây dựng nói riêng đã tận tình giảng
dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt khóa học
vừa qua.
Đặc biệt nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến đến cô Nguyễn Thị Tuyết An, cô
đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm
đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với cô, nhóm em không ngừng tiếp thu
thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên
cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho chúng em
trong quá trình học tập và công tác sau này.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ
án tốt nghiệp.

2


LỜI NÓI ĐẦU
Xi măng là loại vật liệu xây dựng quan trọng nhất của ngành xây dựng. Với
sự phát triển nhanh chóng và rộng khắp của ngành xây dựng, nhu cầu về sản lượng,
chất lượng và chủng loại của nó ngày càng tăng. Hiện nay ở nước ta, ngành công
nghiệp sản xuất xi măng đóng vai trò đặc bệt quan trọng và chiếm tỉ lệ lớn nhất về
giá trị sản lượng. Nhận rõ vai trò quan trọng của ngành công nghiệp sản xuất xi
măng trong sự nghiệp phát triển nền kinh tế quốc dân, thủ tướng chính phủ đã ký
quyết định số 108/2005/QD-TTg về việc quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng
Việt Nam đến 2010 và định hướng đến năm 2020. Mục tiêu của quy hoạch phát
triển công nghiệp xi măng là đáp ứng nhu cầu tiêu dùng xi măng trong nước về cả
số lượng và chất lượng, có thể xuất khẩu khi có điều kiện, đưa ngành công nghiệp
xi măng thành một ngành công nhiệp mạnh, có công nghệ hiện đại. Ngành công
nghiệp xi măng nước ta phải có đủ sức cạnh tranh trên thị trường trong nước và
quốc tế trong quá trình hội nhập. Vì vậy ngành công nghiệp xi măng nước ta đã ưu

tiên phát triển các dự án đầu tư xây dựng mới tai các khu vực có nguồn nguyên liệu
dồi dào và chất lượng tốt, các dự án mới sử dụng các công nghệ tiên tiến thuộc các
tĩnh miền núi phía bắc và miền trung, cải tạo và chuyển đổi công nghệ nhà máy xi
măng lò đứng hiện có sang công nghệ lò. Mặt khác các nhà máy đang có xu hướng
sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sẵn có để pha vào xi măng. Điều này giúp cho
các nhà máy xi măng tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm tối đa tài
nguyên, khoáng sản và năng lượng trong sản xuất xi măng, đảm bảo các chỉ tiêu về
bảo vệ môi trường theo tiêu chuẩn quy định.
Năm mươi thế kỷ trước, người Ai cập đã dùng rơm trộn với đất sét để tạo ra
những viên gạch khô và sử dụng vữa vôi với thạch cao làm chất kết dính (cement)
để xây dựng các Kim tự tháp. Đến thế kỷ XII, người La Mã đã phát minh ra xi
măng La Mã để xây dựng các đấu trường, các đền thờ các vị thần ở Rome mà đến
nay vẫn còn làm thế giới kinh ngạc. Vào giữa thế kỷ XVIII, John Smeaton (người
Anh) đã tìm ra xi măng thủy lực để xây dựng Hải đăng Eddystone nổi tiếng và đến
giữa thế kỷ XIX Joseph Aspdin (cũng là người Anh) đã phát minh ra quá trình công
nghệ sản xuất xi măng Poóc lăng mà nhờ đó các công trình xây dựng ngày càng
phát triển hơn, bền vững hơn.Nhờ có xi măng Poóc lăng mà ở thế kỷ XX người ta
có thể tạo ra các kết cấu xây dựng lớn và vĩ đại như nhà hát ChampsElise ở Paris,
đập nước lớn HooverDam ở bang Nevada - Mỹ, đập Itaipuởgiữa Brazil - Paraguay
-Achentina, đập thuỷ điện Tam Hiệp lớn nhất thế giới ở Trung Quốc và tháp đôi
Petronas ( cao 458 mét ) ở Malaisia. Công trình xây dựng là biểu tượng cho sự phát
triển công nghệ của loài người và nó đưa lại giá trị của nền văn minh nhân loại.
Ở Việt Nam, công nghiệp xi măng đã hình thành và phát triển hơn 100 năm,
bắt đầu từ năm 1899 bằng việc xây dựng nhà máy xi măng lò đứng đầu tiên tại Hải
Phòng. Từ năm 1924 đến năm 1930 đã xây thêm 3 dây chuyền lò quay phương
pháp ướt theo công nghệ của Pháp. Sau ngày hoà bình lập lại, Nhà nước ta đã đầu
3


tư tại nhà máy xi măng (XM) Hải Phòng thêm 6 dây chuyền lò quay sản xuất theo

phương pháp ướt với thiết bị của F.S. Smidth (Đan Mạch) và công nghệ của
Rumani cung cấp. Ở miền Nam năm 1964, nhà máy XM Hà Tiên được xây dựng
với 2 lò quay phương pháp ướt do hãng Venot- pic của Pháp cung cấp. Ngay từ năm
1975 sau khi thống nhất, để đáp ứng nhu cầu xây dựng tái thiết và phát triển đất
nước, Chính phủ đã quyết định xây dựng thêm các nhà máy xi măng mới có công
suất lớn, đầu tiên là nhà máy XM Bỉm Sơn (Thanh Hoá) có công suất 1,2 triệu
tấn/năm với 2 dây chuyền thiết bị lò quay phương pháp ướt của Liên Xô, sau đó là
nhà máy XM Hoàng Thạch (Hải Dương) công suất 1,1 triệu tấn/năm với 1 dây
chuyền lò quay phương pháp khô hiện đại, thiết bị do F.S. Smidth cung cấp. Từ
năm 1986 đến nay, công cuộc đổi mới đã tạo đà cho sự phát triển nhanh chóng và
mạnh mẽ của đất nước, nhu cầu xây dựng ngày càng tăng đòi hỏi ngành công nghiệp
xi măng phải tiếp tục đầu tư và phát triển. Hàng loạt nhà máy xi măng lò quay phương
pháp khô hiện đại đã được xây dựng và đi vào sản xuất như nhà máy XM Chinfon (Hải
Phòng) 1,4 triệu tấn/năm, XM Bút Sơn (Hà Nam) 1,4 triệu tấn/năm, XM Nghi Sơn
(Thanh Hoá) 2,15 triệu tấn/năm, XM Hoàng Mai (Nghệ An) 2 triệu tấn/năm. Bên cạnh
đó, các nhà máy cũ cũng được đầu tư mở rộng hoặc cải tạo nâng cấp như XM Hoàng
Thạch 2 (1,4 triệu tấn/năm), XM Bỉm Sơn 2 (1,4 triệu tấn/năm). Sự phát triển của ngành
xi măng đã đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng nhiều của đất nước đặc biệt đối với
những công trình lớn trọng điểm đã trở thành niềm tự hào của nhân dân ta.
Trong giai đoạn 2016-2020, dự báo tốc độ tăng trưởng trong tiêu thụ xi măng
hằng năm nước ta vào khoảng 2-3%, dự báo nhu cầu xi măng đến năm 2020 sẽ là
66-70 triệu tấn bằng 1,18 lần so với năm 2015 và bằng 1,5 lần so với năm 2010. Để
thực hiện mục tiêu thỏa mãn nhu cầu xi măng xây dựng trong nước, chiếm lĩnh thị
trường nội địa cần phải đầu tư xây dựng nhiều cơ sở sản xuất xi măng, nâng cao
năng lực sản xuất hiện có từ 48 triệu tấn lên 70 triệu tấn năm 2020
Để đảm bảo tính cạnh tranh cao của ngành xi măng Việt Nam trong bối cảnh
hội nhập kinh tế khu vực và thế giới, đầu tư xây dựng các nhà máy mới phải đạt
trình độ cộng nghệ tiên tiến, kỹ thuật hiện đại của thế giới thế kỷ 21, sản xuất sản
phẩm xi măng có chất lượng cao, và đồng thời làm sao giảm thiểu tối đa việc ô
nhiểm môi trường, do đó cần phải trang bị thiết bị xử lý khí thải, như thiết bị lọc bụi

tỉnh điện, lọc bụi tay áo lọc bụi xyclon để cho nồng độ bụi sau khi thải vào môi
trường còn khoảng 30-40mg/Nm3
Về qui mô công suất các dây chuyền sản xuất, kết hợp quy mô lớn với quy
mô vừa dể đảm bảo hiệu quả kinh tế đầu tư. Đối với nơi nào có điều kiện nguyên
liệu, GTVT tốt có cảng nước sâu, có thị trường tiêu thụ lớn thì nên đầu tư xây dựng
dây chuyền công nghệ với lò nung clinker 6000 tấn/ngày, 8000 tấn/ngày và hướng
tới lò nung 10000 tấn/ngày, 12000 tấn / ngày. Đồng thời có thể mạnh dạn đầu tư để
xây dựng những cụm công nghiệp xi măng. Với sự phát triển trên 100 năm, lịch sử
của ngành công nghiệp xi măng Việt Nam đã được đánh dấu bằng những sự đổi
4


mới và phát triển rất nhanh cả về quy mô đầu tư, phương thức đầu tư, trình độ công
nghệ sản xuất và đáp ứng kịp thời nhu cầu xây dựng và phát triển đất nước theo
từng thời kỳ lịch sử. Cũng trong tiến trình phát triển này, việc ứng dụng tiến bộ về
khoa học và công nghệ, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi
trường, môi sinh luôn được quan tâm, đồng thời việc đào tạo nguồn nhân lực có đủ
trình độ kỹ thuật, quản lý để nhanh chóng tiếp nhận, làm chủ công nghệ tiên tiến,
hiện đại của công nghiệp xi măng trên thế giới cũng được chú trọng. Viện Vật liệu
Xây dựng - Bộ Xây dựng là một viện đầu ngành về lĩnh vực công nghệ sản xuất vật
liệu xây dựng với gần 200 tiến sỹ, thạc sỹ và kỹ sư, chuyên gia đã và đang có những
đóng góp tích cực vào sự phát triển chung của ngành. Việc nghiên cứu, học tập kỹ
thuật và công nghệ sản xuất xi măng và một số môn học liên quan nhằm giúp cho
cán bộ, công nhân bắt đầu làm xi măng nắm vững được cơ sở lý thuyết, quá trình
công nghệ và những kinh nghiệm thực tế để nhanh chóng làm chủ công nghệ, làm
chủ thiết bị từ đó đưa vào vận hành khai thác an toàn dây chuyền thiết bị có trình độ
công nghệ cao mới được đầu tư, phát huy hết công suất thiết kế, góp phần tích cực
vào sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.
Theo thông tư của thủ tướng chinh phủ trong công cuộc phát triển ngành xi
măng hiện nay chỉ xây dựng những nhà máy xi măng công suất lớn. Ngừng hoạt

động những nhà máy xi măng chỉ có công suất vừa và nhỏ công nghệ lạc hậu so
với thế giới có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao. Toàn bộ lãnh thổ trãi dài từ
bắc vào nam đều giáp với biển nên cần loại xi măng có thể giúp các công trình
chống lại những xâm thực của biển. Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa –
hiện đại hóa cần phải đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng chính vì vậy nhận thức được
tầm quan trọng, xu thế phát triển của ngành công nghiệp xây dựng Việt Nam, chúng
em nhóm sinh viên gồm Nguyễn Văn Khuê và Nguyễn Thị Phương nhận nhiệm vụ
đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng pooc lăng công suất 1.4 triệu
tấn clinke PC40 /năm theo công nghệ lò quay phương pháp khô”.

5


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG POOCLĂNG VÀ CÁC
SẢN PHẨM CỦA NHÀ MÁY
1.1 Một số khái niệm cơ bản
- Xi măng pooclăng là một chất kết dính nhận được khi nghiền mịn clinke xi măng
pooclăng với thạch cao và các phụ gia, khi trộn với nước tạo thành hồ dẻo dần dần
ngưng kết rắn chắc trong không khí và nước.
- Clinke xi măng pooclăng là sản phẩm nhận được sau khi nung đến kết khối hỗn
hợp phối liệu có thành phần xác định, đảm bảo tạo ra các khoáng canxi silicát độ
kiềm cao, canxi aluminat và canxi alumo ferit với tỉ lệ yêu cầu.
- Phụ gia trong xi măng gồm phụ gia đầy và phụ gia khoáng.
+ Phụ gia đầy: với mục đích đưa vào để tăng sản lượng xi măng.
+ Phụ gia khoáng: cải thiện tính chất cơ lý của xi măng.
- Phối liệu là hỗn hợp các loại nguyên liệu được trộn với nhau theo một tỷ lệ nào đó
đã được tính toán trước.
1.2 Đặc trưng clinke xi măng pooclăng
1.2.1 Thành phần hóa của clinke
1.2.1.1 Hàm lượng các ôxit

Clinke xi măng pooclăng chứa 4 ôxit chính là CaO, SiO 2, Al2O3, Fe2O3 chiếm
từ 94% đến 96%. Ngoài ra, tùy theo nguồn nguyên liệu sử dụng để chế tạo phối liệu
mà trong clinke còn có thêm một số ôxit khác với hàm lượng nhỏ như MgO, TiO 2,
SO3, Mn2O3, CrO3, P2O5, BaO, K2O, Na2O.
Đối với clinke xi măng pooclăng, hàm lượng % của ôxit thường nằm trong
giới hạn sau (Theo Công nghệ và thiết bị sản xuất xi măng pooc lăng – Nhà xuất
bản xây dựng – TS. Vũ Đình Đấu )
CaO : (63 ÷ 66)%

Fe2O3 : (2 ÷ 4)%

P2O5 : (0,1 ÷ 0,3)%

SiO2 : (21 ÷ 24)%

MgO : (0,5 ÷ 5)%

K2O + Na2O : (0,4 ÷ 1)%

Al2O3 : (4 ÷ 9)%

SO3 : (0,3 ÷ 1)%

TiO2 +Cr2O3: (0,1 ÷0,3)%

Trong sản xuất, để giảm nhiệt độ nung clinke người ta có thể sử dụng một số
phụ gia khoáng hóa như crômit, apatit, barit, thạch cao, huỳnh thạch, v.v... Hàm lượng
% của các ôxit khoáng hóa (nếu có) thường nằm trong khoảng sau:
Mn2O3 : 0,1 ÷ 0,3

Cr2O3 : 0,1 ÷ 0,3

P2O5 : 0,1 ÷ 0,25

BaO : 0,5 ÷ 1,5

6


1.2.1.2 Vai trò của các ôxit
a/ Ôxit canxi (CaO)
CaO tham gia vào phản ứng tạo các khoáng chính của clinke (C 3S, C2S, C3A,
C4AF). Nguồn cung cấp CaO chủ yếu là đá vôi (chứa CaCO 3). Hàm lượng CaO
trong clinke càng nhiều thì khả năng tạo thành C 3S càng lớn, khi đóng rắn xi măng
sẽ phát triển cường độ càng nhanh, cho cường độ càng cao.
Tuy nhiên, muốn xi măng có chất lượng cao, yêu cầu hầu hết lượng CaO có
trong clinke phải phản ứng hết với các ôxit khác để tạo thành các khoáng canxi silicat,
canxi aluminat, canxi alumo ferit. Nếu CaO còn lại trong clinke ở dạng tự do (CaOtự do)
lớn hơn 2% sẽ làm cho đá xi măng nở thể tích dẫn đến phá hủy cấu trúc đã bền vững
làm giảm cường độ của nó. Xi măng chứa nhiều CaOtự do tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn
(có thể gây nứt bê tông), kém bền vững trong các môi trường xâm thực và làm giảm
độ bền nước của bê tông.
b/ Ôxit silic (SiO2)
SiO2 là thành phần rất quan trọng của clinke và đứng thứ hai về số lượng sau
CaO. Nguồn cung cấp SiO2 chủ yếu là sét, đất cao silic hoặc cát và tro than. Ôxit
silic phản ứng với ôxit canxi tạo thành các khoáng canxi silicat C 3S và C2S. Khi
hàm lượng SiO2 nhiều mà CaO vừa đủ thì xi măng sẽ đóng rắn chậm, cường độ ban
đầu thấp. Tuy nhiên sau thời gian dài đóng rắn (khoảng sau 1 năm), đá xi măng sẽ
có cường độ cao. Ngoài ra, xi măng còn có nhiều tính chất quý khác như tỏa nhiệt ít
khi đóng rắn, bền trong các môi trường xâm thực, độ bền nước cao.

c/ Ôxit nhôm (Al2O3)
Al2O3 trong quá trình nung, Al2O3 tác dụng với CaO, Fe2O3 tạo thành các
khoáng canxi aluminat C3A và canxi alumo ferit C4AF. Nguồn cung cấp Al2O3 chủ
yếu là sét và tro than. Clinke chứa nhiều Al2O3 sẽ cho xi măng có thời gian đông kết
ngắn, tốc độ phát triển cường độ nhanh, cường độ cao, nhưng tỏa nhiều nhiệt khi
đóng rắn và kém bền trong các môi trường xâm thực.
d/ Ôxit sắt (Fe2O3)
Fe2O3 là thành phần chính tạo ra chất nóng chảy khi nung phối liệu. Nhờ chất
nóng chảy này mà các phản ứng tạo khoáng clinke xảy ra dễ hơn và ở nhiệt độ thấp
hơn. Fe2O3 phản ứng với CaO và Al2O3 tạo thành khoáng canxi alumo ferit C4AF.
Nguồn cung cấp Fe2O3 chủ yếu là quặng sắt, xỉ pyrit, quặng laterit và một phần ôxit
sắt có sẵn trong sét, tro than. Clinke chứa nhiều ôxit sắt sẽ cho xi măng có cường độ
thấp và tốc độ đóng rắn chậm.
Ngoài ra, nếu hàm lượng Fe2O3 quá lớn sẽ tạo nhiều chất nóng chảy gây dính
lò, khó nung. Nếu hàm lượng Fe 2O3 quá ít sẽ không đủ chất nóng chảy, khó phản
ứng tạo khoáng và clinke khó kết khối. Vì vậy trong sản xuất cần khống chế chặt
chẽ hàm lượng Fe2O3 trong khoảng cho phép.
e/ Ôxit Magiê (MgO)
7


MgO là ôxit có hại trong clinke xi măng pooc lăng, thường lẫn trong đá vôi, sét,
tro than, v.v... Với hàm lượng nhỏ (0,2 ÷ 0,5%) nó tạo thành dung dịch rắn với khoáng
C3S làm tăng hoạt tính của khoáng này. Nhưng nếu hàm lượng MgO quá lớn nó sẽ
nằm ở dạng tự do, khi nung ở nhiệt độ cao bị hóa già thành periclaz. Periclaz phản ứng
rất chậm với nước, gây ra nở thể tích và phá vỡ cấu trúc đá xi măng sau này. Vì vậy,
hầu hết các nước đều qui định hàm lượng MgO trong clinke xi măng không được vượt
quá 5 %, riêng Mỹ quy định MgO ≤ 6%.
f/ Các ôxit khác
* Ôxit titan (TiO2): là tạp chất thường có trong sét. Hàm lượng TiO 2 trong clinke

rất nhỏ nhưng lại là tạp chất có lợi cho quá trình tạo khoáng.
* Ôxit mangan (Mn2O3): thường có trong quặng sắt và đá vôi. Hàm lượng nhỏ
Mn2O3 có vai trò như Fe2O3 và có tác dụng tốt đến quá trình tạo khoáng; nó có thể
thay thế đồng hình cho Fe2O3 trong các khoáng canxi alumo ferit tạo thành dung
dịch rắn.
* Các ôxit crôm (Cr 2O3), phốtpho (P2O5), bari (BaO): là các ôxit có lợi cho quá
trình tạo khoáng clinke. Với hàm lượng nhỏ, chúng có tác dụng giảm nhiệt độ nung
và tạo thành dung dịch rắn làm tăng hoạt tính của các khoáng khi tác dụng với
nước.
* Anhydric sunfuric (SO 3): khi nung clinke, lưu huỳnh có trong nhiên liệu và
nguyên liệu bị đốt cháy thành SO3 và bay hơi theo khói lò gây ô nhiễm môi trường,
có hại cho sức khỏe. SO3 còn lại trong clinke có tác dụng 2 mặt: nếu kết hợp với
ôxit kiềm tạo thành K2SO4 và Na2SO4 sẽ ảnh hưởng không tốt tới quá trình nung
(nhất là đối với công nghệ lò quay phương pháp khô) và làm giảm cường độ của đá
xi măng, nếu nằm lại trong clinke ở dạng khoáng sunfo aluminat thì lại có lợi cho
cường độ của đá xi măng.
* Ôxit kiềm (Na2O, K2O): là tạp chất có hại, chủ yếu do sét đưa vào phối liệu. Khi
nung ở nhiệt độ cao, chúng tạo thành các hợp chất dễ thăng hoa bay theo khói và
bụi làm ảnh hưởng tới hoạt động của lò nung. Phần kiềm còn lại trong clinke làm
giảm cường độ của xi măng. Đối với xi măng dùng cho các công trình thủy công
yêu cầu hàm lượng kiềm tương đương (tính theo %Na 2Otđ = %Na2O + 0,658 .
%K2O) phải nhỏ hơn 0,6%.
1.2.2. Thành phần khoáng clinke
1.2.2.1 Hàm lượng các khoáng
Khi nung hỗn hợp phối liệu ở nhiệt độ cao (1100 0C - 15000C), ôxit bazơ CaO
phản ứng với các ôxit axit SiO2, Al2O3, Fe2O3 tạo thành 4 khoáng chính của clinke là
C3S, C2S, C3A (tricanxi aluminat), C4AF (tetracanxi alumo ferit).
Phản ứng hóa học tạo thành các khoáng này có thể đơn giản hóa như sau:
4CaO + Al2O3 + Fe2O3

= 4CaO.Al2O3.Fe2O3

viết tắt là C4AF
8


3CaO + Al2O3

= 3CaO.Al2O3

viết tắt là C3A

2CaO + SiO2

= 2CaO.SiO2

viết tắt là C2S

CaO + 2CaO.SiO 2

= 3CaO.SiO2

viết tắt là C3S

Hàm lượng của các khoáng này trong clinke xi măng poóc lăng nằm trong
giới hạn sau: C3S: 37 ÷ 60%, C2S: 15 ÷ 40%, C3A: 5 ÷15%, C4AF: 10÷18%.
Tổng các khoáng chính 95 ÷ 97%, trong đó C3S + C2S : 75 ÷ 80%, C3A + C4AF :
18 ÷ 25%.
1.2.2.2 Vai trò các khoáng
a/ Khoáng Alit (54CaO.16SiO2.Al2O3.MgO = C54S16AM)

Khoáng Alit là khoáng chính của clinke xi măng poóc lăng. Alit là dạng
dung dịch rắn của khoáng C3S với ôxit Al2O3 và MgO lẫn trong mạng lưới tinh thể
thay thế vị trí của SiO2. Khoáng C3S được tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 12500C do
sự tác dụng của CaO với khoáng C2S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến
20650C (có tài liệu nêu giới hạn nhiệt độ bền vững của C 3S từ 12500C ÷ 19000C).
Alit có cấu trúc dạng tấm hình lục giác, màu trắng, có khối lượng riêng 3,15 ÷ 3,25
g/cm3, có kích thước 10 ÷ 250 µm.
Khi tác dụng với nước, khoáng Alit thủy hóa nhanh, tỏa nhiều nhiệt, tạo
thành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH (B) gọi là Tobermorit) đan
xen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao và phát triển cường độ nhanh.
Đồng thời nó cũng thải ra lượng Ca(OH)2 khá nhiều nên kém bền nước và nước
chứa ion sunphat.
b/ Khoáng Bêlit (βC2S)
Khoáng Bêlit có cấu trúc dạng tròn, phân bố xung quanh các hạt Alit. Bêlit là
một dạng thù hình của khoáng C2S, tồn tại trong clinke khi làm nguội nhanh. Trong
quá trình nung clinke, do phản ứng của CaO với SiO 2 ở trạng thái rắn tạo thành
khoáng C2S ở nhiệt độ 600 ÷ 11000C. Khoáng C2S có 4 dạng khác nhau về hình
dáng cấu trúc và các tính chất, gọi là dạng thù hình, đó là α, α'- , β- và γ- C2S.
Sự thay đổi trạng thái cấu trúc của Bêlít khi tăng nhiệt độ tới xuất hiện pha lỏng
và khi làm nguội tới nhiệt độ bình thường rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố
khác nhau. Sự biến đổi thù hình của C2S trong quá trình làm nguội mô tả sau đây đã
đơn giản hóa rất nhiều. Khi làm nguội clinke, nếu tốc độ làm nguội chậm sẽ xảy ra
sự biến đổi thù hình từ dạng β- C2S sang dạng γ- C2S kèm theo hiện tượng clinke bị
tả thành bột vì có sự tăng thể tích. Nguyên nhân vì γ- C2S có khối lượng riêng là
2,97 g/cm3, nhỏ hơn khối lượng riêng của β- C2S là 3,28 g/cm3. γ- C2S không có
tính kết dính ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, vì vậy để tránh hiện tượng tả
clinke do sự biến đổi thù hình từ β- C2S sang γ- C2S ở 5750C, cần ổn định bằng

9

cách đưa một số ôxit khác như P 2O5, BaO... vào mạng lưới cấu trúc của nó thành
dung dịch rắn.
Khi tác dụng với nước, khoáng Bêlit thủy hóa chậm, tỏa nhiệt ít và cũng tạo
thành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH (B) gọi là Tobermorit) đan
xen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao. Tốc độ phát triển cường độ của
khoáng Bêlít chậm hơn khoáng Alit, phải sau 1 năm đóng rắn cường độ của Bêlit
mới bằng của Alit. Bêlit thải ra lượng Ca(OH) 2 ít hơn Alit nên nó tạo cho đá xi
măng có độ bền ăn mòn rửa trôi cao hơn đá xi măng Alit.
c/ Khoáng canxi aluminat (C3A)
Khoáng canxi aluminat là chất trung gian màu trắng nằm xen giữa các hạt
Alit và Bêlit cùng với alumo ferit canxi (C 4AF). Trong thành phần của C 3A cũng
chứa một số tạp chất như SiO2 , Fe2O3 , MgO, K2O , Na2O.
Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với Alit tạo ra cường độ ban đầu của đá
xi măng. Xi măng chứa nhiều C 3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn, nếu thiếu hoặc
không có thạch cao để làm chậm sự đông kết thì xi măng sẽ bị đóng rắn rất nhanh
(không thể thi công được). C3A có tỷ trọng 3,04 g/cm3, là khoáng đóng rắn nhanh,
cho cường độ cao nhưng kém bền trong môi trường sun phát.
d/ Khoáng Canxi alumo ferit (C4AF)
Khoáng Canxi alumo ferit cũng là chất trung gian, có khối lượng riêng 3,77
g/cm , màu đen, nằm xen giữa các hạt Alit và Bêlit cùng với khoáng C 3A. Khi nung
clinke, do phản ứng của CaO với Fe 2O3 tạo thành các khoáng nóng chảy ở nhiệt độ
thấp (600 ÷ 700OC) như CaO.Fe2O3 (CF) , C2F ... Sau đó các khoáng này tiếp tục
phản ứng với Al2O3 tạo thành các khoáng Canxi alumo ferit có thành phần thay đổi
như C2F, C6A2F, C4AF,C6AF2. Các khoáng này bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ
1250OC và trở thành pha lỏng cùng với các khoáng Canxi aluminat, tạo ra môi
trường cho phản ứng tạo thành khoáng C3S, nên chúng thường được gọi là chất
trung gian hoặc pha lỏng clinke. Khi tác dụng với nước, Canxi alumo ferit thuỷ hoá
chậm, cho cường độ thấp
3

e/ Các khoáng khác
Ngoài 4 khoáng chính ở trên, trong clinke còn chứa pha thuỷ tinh là chất
lỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh clinke. Nếu quá trình làm nguội nhanh
thì các khoáng C3A, C4AF, MgO (periclaz), CaO... không kịp kết tinh để tách khỏi
pha lỏng, khi đó pha thuỷ tinh sẽ nhiều. Ngược lại, nếu làm lạnh chậm thì pha thuỷ
tinh sẽ ít. Khi làm nguội nhanh, các khoáng sẽ nằm trong pha thuỷ tinh ở dạng hoà
tan nên có năng lượng dự trữ lớn làm cho clinke rất hoạt tính và sẽ tạo cho đá xi
măng có cường độ ban đầu cao. Khi làm lạnh chậm, các khoáng sẽ kết tinh hoàn
chỉnh, kích thước lớn nên độ hoạt tính với nước sẽ giảm, hơn nữa MgO và CaO tự
do sẽ kết tinh thành các tinh thể độc lập, bị già hoá nên dễ gây ra sự phá huỷ cấu
trúc của đá xi măng, bê tông về sau.
10


1.2.2.3 Tính toán hàm lượng khoáng chính của clinke
Trong thực tế sản xuất, không phải lúc nào cũng có thiết bị phân tích hoá lý
để xác định thành phần khoáng của clinke. Vì vậy, người ta thường tính toán thành
phần khoáng của clinke dựa vào thành phần hoá học của nó theo các công thức tính
được nhiều nước sử dụng và đã được tiêu chuẩn hoá:
* Khoáng canxi silicat:
C3S = 4,071.%CaO - 7,6.%SiO2- 6,718.%Al2O3 - 1,43.%Fe2O3
C2S = 8,602.%SiO2 + 5,07.%Al2O3 + 1,07.%Fe2O3 - 1.43.%CaO
(hoặc là: C2S = 2,867.%SiO2 - 0,75. %C3S)
* Khoáng canxi aluminat và canxi alumo ferit:
Tuỳ theo tỷ lệ p = %Al2O3 / %Fe2O3 mà có công thức tính khác nhau :
Khi p > 0,64:
C3A = 2,65.%Al2O3 - 1,692.%Fe2O3
hoặc là: C3A = 2,65 (%Al2O3 - 0,64. %Fe2O3)
C4AF = 3,043.%Fe2O3

Khi p < 0,64:
C2(A,F) = 1,1.%Al2O3 + 0,7.%Fe2O3 .
1.3. Các hệ số đặc trưng của clinke xi măng pooc lăng
Tính chất của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng clinke. Thành phần
khoáng lại liên quan chặt chẽ với hàm lượng các ôxit tham gia phản ứng. Bởi vậy các
nhà hóa học xi măng tiền bối đã đưa ra các khái niệm về hệ số đặc trưng của clinke.
1.3.1. Biểu diễn quan hệ giữa các ôxit bằng các hệ số
1.3.1.1 Hệ số bão hoà vôi:
Theo công thức của V.A. Kind, hệ số bão hòa vôi (KH) là tỷ lệ của lượng
CaO còn lại trong clinke sau khi đã liên kết đủ với Al 2O3 , Fe2O3 và SO3 so với
lượng CaO cần thiết đủ liên kết với tất cả lượng SiO2 để tạo thành khoáng C3S:
KH =

CaO − 1,65. Al 2 O3 − 0,35.F2 O3
2,8.SiO2

Khi hệ số bão hoà vôi càng lớn thì khả năng tạo thành C 3S càng nhiều. Đối
với các loại xi măng poóc lăng thông thường thì KH luôn nhỏ hơn 1 (từ 0,86 ÷ 0,95)
và LSF luôn nhỏ hơn 100 (từ 85 ÷ 100) với LSF là mức độ vôi trong clinke là tỉ số
của hàm lượng vôi thực tế so với hàm lượng vôi lớn nhất trong clinke

11


LSF =

100.Cao
2.8SiO 2 + 1.1Al2O3 + 0.35Fe2O3

1.3.1.2 Mô đun Silicat (n)

n=

%SiO 2
%Al 2 O 3 + %Fe 2 O 3

Đặc trưng cho tỷ lệ giữa pha rắn (các khoáng silicat)
và pha lỏng nóng chảy (các khoáng aluminat và alumo ferit) có trong clinke ở nhiệt
độ cao, được biểu thị bằng công thức:

Khi n càng cao thì pha lỏng nóng chảy càng ít, clinke càng khó kết luyện.
Đối với xi măng poóclăng thông dụng:

1,8 < n < 3

1.3.1.3 Mô đun Aluminat (p)
p=

%Al 2 O 3
%Fe 2 O 3

Đặc trưng cho độ nhớt của pha lỏng nóng chảy của clinke, được
biểu thị bằng công thức:
Khi p càng cao thì pha lỏng nóng chảy có độ nhớt càng lớn, phản ứng tạo khoáng
C3S càng khó v.v..
Đối với xi măng poóc lăng thông dụng:

1,0 < p < 2,5

Để sản xuất xi măng poóc lăng theo công nghệ lò quay phương pháp khô, các
thông số chế tạo clinke có hoạt tính cường độ PC50 (theo TCVN 4240:2002) theo tổng

kết của tài liệu và kinh nghiệm thực tế có thể lựa chọn như sau:
KH = 0,90 - 0,95;

n = 2,2 - 2,5;

p = 1,0 - 1,6

1.3.2 Biểu diễn quan hệ giữa thành phần khoáng và các hệ số
1.3.2.1 Tính các hệ số chế tạo khi muốn khống chế thành phần khoáng chọn trước
KH = (C3S + 0,885 . C2S) / (C3S + 1,33. C2S)
n = (C3S + 1,33 . C2S) / (1,434. C3A + 2,046. C4AF)
p = (1,15. C3A / C4AF) + 0,64
1.3.2.2 Tính kiểm tra thành phần khoáng từ các hệ số chế tạo và các ôxit sau khi đã
phân tích biết thành phần hoá học của clinke (công thức của Kind)
C3S = 3,8.(3KH - 2).S ;

C2S = 8,6.(1 - KH).S

C3A = 2,65 .(A - 0,64.F);

C4AF = 3,043.F

1.4 Giới thiệu các sản phẩm của nhà máy
12


Theo yêu cầu của đề tài đồ án nhà máy sản xuất có các loại sản phẩm:
1.4.1 Xi măng pooclăng PC40
1.4.1.1. Khái niệm PC40
Xi măng pooclăng thông dụng người ta thường gọi là xi măng PC (ở nước

ngoài gọi là OPC) nghĩa là loại xi măng thông dụng nhất trong xây dựng. Nó được
làm “xi măng nền” để pha trộn với những bột mịn các khoáng khác nhau theo
những tên gọi khác nhau như :
- Xi măng pooc lăng hỗn hợp thông thường.
- Xi măng pooc lăng puzlan
- Xi măng pooc lăng xỉ lò cao…
Thành phần của xi măng PC gồm 95%-96% clinke pooc lăng và 4%-5% thạch cao
được nghiền mịn 6%-15% trên sàng 0.09 mm hay đến 2800-3200 cm 2/g và nhiệt độ
của đầu ra của xi măng không được vượt quá 80-90°C.
1.4.1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng pooclăng PC40
Bảng 1.1: TCVN 2682 : 2009
ST
T

Chỉ tiêu kỹ thuật

Đơn
vị

Mức quy định

1

Cường độ nén:
+ ở 72h ± 45 phút.
+ ở 28 ngày ± 8 giờ.

N/mm

≥ 21

≥ 40

2

Thời gian ninh kết:
+ Thời gian bắt đầu ninh kết
+ Thời gian kết thúc ninh kết

phút

3

Độ nghiền mịn:
+ Lượng sót sàng 0,09 mm
%
+ Bề mặt riêng, xác định theo phương
cm2/g
pháp Blaine

4

Độ ổn định thể tích (xác định theo Le
mm
chaterlier)

10

5

Hàm lượng Anhydric sunfuric (SO3)

%

≤ 3,5

6

Hàm lượng Magiê ôxít (MgO)

%

≤ 5,0

7

Hàm lượng cặn không tan (CKT)

%

≤ 1,5

8

Hàm lượng mất khi nung

%

≤ 3,0

9

Hàm lượng kiềm quy đổi Na2Oqđ

%

≤ 0,6

2

≥ 45
≤ 375
≤ 10
≥ 2800

(Chú thích: Hàm lượng kiềm quy đổi quy định đối với xi măng Poóclăng khi
sử dụng với cốt liệu có khả năng xảy ra phản ứng kiềm-Silic và được tính
theo công thức Na2Oqđ = %Na2O + 0,658 %K2O).
13


1.4.1.3 Mục đích sử dụng
Xi măng pooclăng là chất kết dính quan trọng nhất trong việc xây dựng các
công trình, đặc biệt là các công trình bê tông và bê tông cốt thép. Người ta dùng xi
măng để sản xuất bê tông và vữa dùng cho mọi công trình trên cạn, trong đất, trong
nước không ăn mòn hoặc ít ăn mòn, dùng chế tạo cấu kiện bê tông và bê tông cốt
thép. Xi măng PC40 có thể dùng để chế tạo bê tông đến M80
Tuy nhiên không nên sử dụng xi măng mác cao cho các công trình có có thể
tích lớn vì tỏa nhiều nhiệt và không nên sử dụng ở những môi trường có tính ăn
mòn mạnh ( nước biển, nước thải công nghiệp ), công trình chịu axit, công trình
chịu nhiệt với những loại công trình này cần phải sử dụng những loại xi măng đặc

biệt.
1.4.2 Xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB40
1.4.2.1 Khái niệm PCB40
Xi măng pooc lăng hỗn hợp là lọai xi măng được sản xuất bằng cách nghiền
chung 61-81% clinke xi măng, 15-35% phụ gia đơn khoáng hoặc đa khoáng va 45% thạch cao cũng có thể trộn chung xi măng PC và bột min phụ gia theo tỉ lệ thiết
kế trước tùy thuộc mác xi măng PCB yêu cầu. Phụ gia đa khoáng có thể là hỗn hợp
của các khoáng hoạt tính với khoáng trơ hoặc khoáng xử lý màu sắc xi măng. Tỉ lệ
thạch cao tính theo hàm lương SO3 của clinke PC.
Phương pháp sản xuất là nghiền chung hay trộn chung đã nói ở trên
1.4.2.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB40
Bảng 1.2 : TCVN 6260 :2009
ST
T

Chỉ tiêu kỹ thuật

Đơn
vị

1

Cường độ nén:
+ ở 72h ± 45 phút.
+ ở 28 ngày ± 8 giờ.

2

Thời gian ninh kết:
+ Thời gian bắt đầu ninh kết
+ Thời gian kết thúc ninh kết

3

Độ nghiền mịn:
+ Lượng sót sàng 0,09 mm
%
+ Bề mặt riêng, xác định theo phương cm2/g
pháp Blaine

≤ 10
≥ 2800

4

Độ ổn định thể tích (xác định theo Le
mm
Chaterlier)

≤ 10

N/mm
2

Phút

Mức quy định

≥ 18
≥ 40

≥ 45
≤ 420

14


ST
T

Chỉ tiêu kỹ thuật

Đơn
vị

Mức quy định

5

Hàm lượng Anhydric sunfuric (SO3)

%

≤ 3,5

6

Độ nở Autoclave

%

≤ 0,8

1.4.2.3 Mục đích sử dụng
Xi măng PCB cũng là loại xi măng sử dụng rất phổ biến, nhất là ở nước ta.
Tùy thuộc vào lọai phụ gia khoáng, xi măng PCB có những tính năng sau đây:
•

Tính bền sunphat nếu phụ gia khoáng là puzolan, tro xỉ nhiệt điện, xỉ là cao,
tro núi lửa, phụ gia bazant loại bọt xốp ít kiềm như bazan, diatomit .
Khả năng tỏa ít nhiệt hơn xi măng PC do sau khi pha các loại phụ gia khoáng
nói trên vào xi măng PC thành PCB thì hàm lượng khoáng alit (C 3S) và
alumiat (C3A) bị giảm thấp so với xi măng PC. Vì vậy xi măng PCB có thể
đúc khối lớn, bê tông các công trình ngầm có nông độ ăn mòn sunphat <400
mg/lit.
Khi sử dụng PCB là phải kiểm tra nghiêm ngặt tổng hàm lượng kiềm Na 2O
+0.658K2O để tránh sự ăn mòn bê tông cốt thép.
Xi măng PC không sử dụng được cho các công trình biển các công trinh
ngầm có nồng độ sunphat > 400 mg/lit.
Xi măng PCB có phụ gia là puzolan, diatomit, tro xỉ nhiệt điện, tro xỉ lò cao
không sử dụng được cho các trình đê, đập nước mà mực nước dao động hằng
ngày lúc cao, lúc thấp do sản phẩm đống rắn của sản phẩm xi măng có nhiều
keo gel nên dễ bị mất nước để co ngót lại và dễ dàng hút nước trở lại để
trương nở thể tích.

•

•
•
•

1.4.3 Clinke bán thành phẩm
1.4.3.1 Khái niệm
Clinke xi măng pooc lăng là loại bán thành phẩm của công nghệ sản xuất xi
măng được sản xuất bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn
ở trạng thái đồng nhất phân tán mịn của đá vôi đất sét và một số phụ gia.
1.4.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với clinke bán thành phẩm
Bảng 1.3 : TCVN 7024:2002
STT

Chỉ tiêu kỹ thuật

Đơn vị

Mức quy định

1

Hoạt tính cường độ:
+ 3 ngày ± 45 phút
+ 28 ngày ± 8 giờ

N/mm2

≥ 21
≥ 40

2

Hệ số nghiền (*)

-

≥ 1,2

15


STT

Chỉ tiêu kỹ thuật

Đơn vị

Mức quy định

3

Cỡ hạt:
- Nhỏ hơn 1 mm
- Nhỏ hơn 25mm & lớn hơn 5 mm

%

≤ 10
≥ 40

4

Hàm lượng Canxi ôxít (CaO)

%

58,0 ÷ 67,0

5

Hàm lượng Silic điôxít (SiO2)

%

18,0 ÷ 26,0

6

Hàm lượng Nhôm ôxít (Al2O3)

%

3,0 ÷ 8,0

7

Hàm lượng Sắt ôxít (Fe2O3)

%

2,0 ÷ 5,0

8

Hàm lượng CaO tự do (CaOf)

%

≤ 1,5

9

Hàm lượng Magiê ôxít (MgO)

%

≤ 5,0

10

H.lượng kiềm tương đương (R2O)

%

≤ 1,0

11

Hàm lượng cặn không tan (CKT)

%

≤ 0,75

12

Hàm lượng mất khi nung (MKN)

%

≤ 1,0

13

Độ ẩm

%

≤ 1,0

16


CHƯƠNG 2: NGUYÊN NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT
Như đã nêu ở chương 1, để sản xuất xi măng cần phải nung clinke từ phối liệu
(hỗn hợp nguyên liệu) có thành phần hoá học yêu cầu, sau đó nghiền mịn nó cùng với
thạch cao và một vài loại phụ gia khác nhau. Vì vậy, trong quá trình sản xuất cần phải
lựa chọn nguồn nguyên, nhiên liệu sao cho có thể chế tạo được phối liệu có đủ 4 ôxit
chính là CaO, SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 (thoả mãn các hệ số chế tạo KH, n và p) và hạn
chế đến mức thấp nhất các tạp chất có hại như MgO, K2O, Na2O và lưu huỳnh.
Hai nguyên liệu chính thường được sử dụng để sản xuất clinke xi măng là đá
vôi và sét. Đá vôi là nguồn cung cấp CaO và sét là nguồn cung cấp SiO 2, Al2O3 và
Fe2O3. Tuy nhiên để đảm bảo đủ các ôxit theo tỷ lệ yêu cầu nhằm thoả mãn các hệ
số chế tạo KH, n, p thì khó tìm được loại đá vôi và sét có đủ thành phần như ý

muốn. Vì vậy trong sản xuất thường phải sử dụng thêm phụ gia quặng sắt, laterit
hoặc xỉ pyrit để bổ sung Fe2O3, đất giàu silic hoặc cát mịn để bổ sung SiO2, bôxit để
bổ sung Al2O3.
Các loại nguyên liệu, phụ gia và nhiên liệu thường được sử dụng để sản xuất
clinke như sau :
2.1 Nguyên liệu chính
2.1.1 Đá vôi
- Mục đích sử dụng: Dùng để chế tạo bột liệu nung luyện clinke xi măng pooc lăng.
- Yêu cầu kỹ thuật: Đá vôi dùng làm nguyên liệu sản xuất clinke xi măng pooc lăng
thỏa mãn TCVN 6072:1996
Bảng 2.1: TCVN 6072:1996
STT

Chỉ tiêu kỹ thuật

Đơn vị tính

Mức quy định

1

Hàm lượng Canxi ôxít (CaO)

%

≥ 47,0

2

Hàm lượng Magie ôxít (MgO)

%

≤ 2,4

3

Hàm lượng Silic điôxít (SiO2)

%

-

4

Hàm lượng kiềm (R2O)*

%

17


5

Kích thước đá vôi vào máy đập

mm

-

6

Kích thước đá vôi ra máy đập

mm

-

7

Độ ẩm nguyên liệu vào

%

-

Đá không được lẫn dị vật, sắt thép, đất mặt, cỏ rác, rễ cây & tạp chất hữu cơ.
Ngoài đá vôi ra, ở một số nơi hiếm đá vôi có thể sử dụng đá vôi san hô hoặc vỏ sò
nhưng phải khai thác và để lâu ngày cho mưa rửa trôi hết muối NaCl. Đá phấn có
chứa CaCO3 98 ÷ 99%, có cấu trúc tơi xốp có thể thay cho đá vôi và là nguyên liệu
thích hợp để sản xuất xi măng trắng.
2.1.2 Đất sét
- Mục đích sử dụng: Dùng để chế tạo bột liệu nung luyện clinke xi măng pooc lăng.
- Yêu cầu kỹ thuật: Đất sét dùng làm nguyên liệu sản xuất clinke xi măng pooc lăng
thỏa mãn TCVN 6071:1995
Bảng 2.2 : TCVN 6071: 1995
ST
T

Chỉ tiêu kỹ thuật

Đơn vị tính

Mức quy định

1

Hàm lượng Silic điôxit (SiO2) %
TB đống

55,0÷70,0

2

Hàm lượng
(Al2O3)

10,0÷24,0

3

Hàm lượng Sắt ôxít (Fe2O3)

%

-

4

Hàm lượng sỏi sạn quắc*

%

≤ 5,0

5

Hàm lượng kiềm tương đương %

≤ 3,0

6

Kích thước đá sét vào máy mm
đập

-

7

Kích thước đá sét ra máy đập

mm

-

8

Độ ẩm nguyên liệu vào:

%

-

Nhôm

ôxit %

Đá không được lẫn dị vật, sắt thép, đất mặt, cỏ rác, rễ cây & tạp chất hữu cơ.
Ngoài sét đồi, ở một số nơi có thể dùng sét ruộng hoặc sét phù sa. Những loại sét
này thường có hàm lượng SiO 2 thấp hơn, Al2O3 và kiềm cao hơn, nên phải có nguồn
phụ gia cao silic để bổ sung SiO 2. Việc này trở nên khó hơn khi cần sản xuất xi
măng yêu cầu hàm lượng kiềm thấp.
2.2 Phụ gia
2.2.1 Phụ gia điều chỉnh thành phần phối liệu

18


Phụ gia điều chỉnh đưa vào hỗn hợp nguyên liệu xi măng khi thành phần
hoá học của nó không đảm bảo yêu cầu đã định. Để làm tăng hàm lượng SiO 2
trong phối liệu thường dùng phụ gia điều chỉnh là cát, trêpen, điatômit. Khi
hàm lượng ôxít nhôm trong phối liệu thấp thì dùng bôxít làm phụ gia điều
chỉnh. Với một số loại phiến thạch sét sử dụng trong sản xuất xi măng có hàm
lượng nhôm thấp, vì vậy người ta thường dùng phụ gia điều chỉnh giàu quặng
sắt
2.2.2 Phụ gia pha vào quá trình nghiền xi măng
Các loại phụ gia pha vào quá trình nghiền clinke xi măng pooc lăng để cải thiện
một số tính chất của xi măng và hạ giá thành sản phẩm là thạch cao, phụ gia trơ, phụ
gia khoáng hoạt tính như xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện, puzolan...

Đối với xi măng pooc lăng, khi nghiền clinke xi măng phải đưa thạch cao vào
để điều chỉnh thời gian đông kết và đóng rắn của xi măng. Thạch cao có thành phần
khoáng chủ yếu là CaSO4.2H2O, ngoài ra còn có các khoáng với hàn lượng nhỏ. Màu
sắc của đá thạch cao tùy thuộc vào hàm lượng tạp chất lẫn trong đá, thông thường đá
thạch cao thường có màu trắng đục có ố vàng, mềm hơn đá vôi.
2.2.2.1 Phụ gia khoáng hoạt tính
Gồm chủ yếu các loại sau:
Phụ gia kết hợp với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường qua các phản ứng silicát ngậm
nước làm tăng khả năng chịu lực và độ bền trong môi trường nước cho sản phẩm.
Phụ gia hoạt tính gồm có hai loại : Loại có nguồn gốc tự nhiên như khoáng puzơlan,
trêpen, điatômíc, bazan, bọt núi lửa, tro núi lửa, ... Loại có nguồn gốc nhân tạo bao
gồm các phế thải công nghiệp như tro xỉ bazơ (thải phẩm của nhà máy thép), tro xỉ
axít (thải phẩm của nhà máy nhiệt điện nồi hơi,...), tro trấu, gạch đất sét non lửa.
Phụ gia hoạt tính còn có loại phụ gia cải thiện tính chất đặc biệt cho chất kết
dính, phụ gia này có khả năng tăng độ bền nhiệt, bền kiềm và bền axít cho chất
kết dính. Các chất loại này thường là các vật liệu chịu nhiệt, chịu axít, chịu kiềm có
trong tự nhiên hoặc nhân tạo.
Phụ gia hoạt tính bề mặt là loại phụ gia có khả năng hoạt tính bề mặt cao, khi
chất kết dính thuỷ hoá chúng sẽ tạo thành một màng mỏng trên bề mặt hạt chất kết
dính làm thay đổi trạng thái bề mặt hạt chất kết dính khi thấm nước, giảm ma sát
trượt tăng độ dẻo của hỗn hợp nên thường được gọi là các chất phụ gia tăng dẻo hay
phụ gia siêu dẻo. Một số phụ gia thuộc loại này là bã rượu sunfit, nước thải bã giấy,
các loại axít béo tổng hợp.
Phụ gia cải thiện một số tính chất của chất kết dính, đây là loại phụ gia làm tăng
nhanh hay làm chậm thời gian đông kết của chất kết dính, phụ gia gây mầm tinh thể
thúc đẩy quá trình kết tinh rắn chắc của chất kết dính ...
2.2.2.2 Phụ gia đầy
19

Là loại phụ gia không có khả năng kết hợp với vôi ở nhiệt độ thường, nhưng
ở môi trường hơi nước bão hoà và có nhiệt độ áp suất cao chúng có khả năng kết
hợp với Ca(OH) 2 theo các phản ứng silicát nâng cao khả năng chịu lực và rắn
chắc cho sản phẩm, phụ gia đầy thường là cát thạch anh và đá vôi nghiền mịn.
Trong xi măng loại phụ gia đầy không vượt quá 20% so với khối lượng clinke.
2.2.3 Phụ gia công nghệ
Ngoài các phụ gia trên, khi nghiền xi măng pooc lăng thường sử dụng các loại
phụ gia khác như phụ gia trợ nghiền, phụ gia bảo quản, phụ gia thúc đẩy quá trình tạo
khoáng…Mục đích của việc đưa các loại phụ gia này vào khi nghiền xi măng để tăng
năng xuất máy nghiền, giảm điện năng tiêu tốn, giảm nhiệt độ và các sự cố xảy ra
trong máy nghiền, tăng thời gian lưu trữ xi măng. Hàm lượng phụ gia công nghệ đưa
vào thường nhỏ hơn 1.5% tùy thuộc vào loại phụ gia và nồng độ phụ gia.
2.4 Nhiên liệu
Để cung cấp nhiệt cho quá trình phân huỷ đá vôi, sét, phụ gia thành các ôxit
và tạo ra điều kiện nhiệt độ cao để xảy ra phản ứng giữa các ôxit với nhau tạo thành
các khoáng của clinke, cần phải đốt nhiên liệu để nung nóng phối liệu đến nhiệt độ
1450 ÷1500oC. Chất lượng nhiên liệu ảnh hưởng quyết định đến quá trình nung, vì
vậy cần phải chọn loại nhiên liệu phù hợp với điều kiện thiết bị công nghệ của từng
nhà máy cụ thể.
Nhiên liệu khí: là loại nhiên liệu tốt nhất, khí thiên nhiên(chứa chủ yếu là khí
mêtal - CH4) vì dễ cháy, thiết bị đốt đơn giản, nhiệt lượng cao và không có tro nên chất
lượng clinke tốt nhưng giá thành cao.
Nhiên liệu lỏng: là loai nhiên liệu tốt thứ hai,nhiên liệu lỏng (thường dùng dầu
FO) cũng có nhiệt lượng cao (hơn 9000 kcal/kg) và không có tro, dễ cháy, nhưng thiết
bị đốt phức tạp hơn và phải có bộ phận hâm sấy.
Nhiên liệu rắn: Loại nhiên liệu thứ ba không có các ưu điểm như hai loại trên
nhưng lại được dùng phổ biến nhất là nhiên liệu rắn (thường dùng than antraxit có chứa
75 ÷ 85% cacbon, có nhiệt lượng từ 6000 ÷ 7000 kcal/kg). Sau khi than cháy để lại
khoảng 15 ÷ 25% tro, có thành phần hoá học gần giống thành phần của sét đã nung
(SiO2 = 58 ÷ 68%, Al2O3 = 23 ÷ 28%, Fe2O3 = 3 ÷ 8 % và một ít tạp chất khác) giá

thành tương đối thấp
Sau khi phân tích đặc điểm của những loại nhiên liệu và căn cứ vào tình hình
nguồn tài nguyên của đất nước chúng em chọn nhiên liệu để sử dụng là than (nhiên liệu
rắn). Đối với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp khô, cần sử
dụng loại than có hàm lượng tro ít, nhiệt lượng cao và hàm lượng lưu huỳnh (tạo ra
SO3 độc hại) càng thấp càng tốt. Ngoài ra thành phần chất bốc cũng rất quan trọng
20


cho tính cháy của than, than có hàm lượng chất bốc cao thì ngọn lửa càng dài và
ngược lại. Sử dụng than làm nhiên liệu phức tạp hơn dầu hoặc khí vì than phải được
nghiền thật mịn và được phun vào lò (đối với lò quay) hoặc nghiền cùng với phối liệu
(đối với lò đứng). Mặt khác, lượng tro than còn lại sau khi cháy cũng tham gia vào
phản ứng tạo khoáng clinke nên khi tính toán phối liệu phải coi nó như 1 cấu tử nguyên
liệu và cần khống chế đúng tỷ lệ yêu cầu trong quá trình sản xuất.
Hiện nay hầu hết các nhà máy đều quy định chỉ sử dụng than cám có chất
lượng tốt, ví dụ nên dùng than cám Hòn Gai có mức chất lượng từ 3C- HG trở lên
(có trị số tỏa nhiệt toàn phần khô Q k> 6500 kcal/kg, hàm lượng tro A k< 20%, chất
bốc khô trung bình Vk 6 - 8%, hàm lượng lưu huỳnh Sk< 0,8%).
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY
3.1 Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng nhà máy
Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy là rất quan trọng bởi vì nó ảnh
hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh tế, khả năng cạnh tranh sản phẩm trên thị trường.
Chính vì vậy một địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu
sau:
+ Yêu cầu về tổ chức sản suất: Địa điểm phải gần các nguồn cung cấp nguyên
liệu, nhiên liệu, điện nước và gần nơi tiêu thụ sản phẩm hoặc thuận tiện cho việc
vận chuyển xi măng đi nơi khác.
+ Yêu cầu hạ tầng kỹ thuật: Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông
quốc gia bao gồm: đường bộ, đường thuỷ, đường sắt. Phù hợp và tận dụng tối đa hệ

thống mạng lưới cấp điện và thông tin liên lạc.
+ Yêu cầu về quy hoạch: Phù hợp với quy hoạch vùng, lãnh thổ, quy hoạch
cụm kinh tế công nghiệp nhằm tạo điều kiện phát huy tối đa công suất nhà máy và
khả năng hợp tác với các nhà máy lân cận.
+ Yêu cầu về xây lắp và vận hành nhà máy: Thuận tiện trong việc cung cấp vật
liệu, vật tư, xây dựng nhằm giảm chi phí vận chuyển và cước vận chuyển từ nơi xa
đến. Thuận tiện trong việc cung cấp nhân công cho nhà máy trong quá trình xây
dựng cũng như vận hành nhà máy sau này.
+ Yêu cầu về kỹ thuật xây dựng: Về địa hình, khu đất có kích thước hình dạng
thuận lợi trong việc xây dựng trước mắt cũng như mở rộng nhà máy trong tương lai
và thuận lợi cho việc bố trí dây chuyền sản xuất. Khu đất phải cao ráo, tránh ngập
lụt về mùa mưa lũ có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện cho việc thoát nước khi có
mưa lũ, độ dốc tự nhiên thấp, hạn chế việc san lấp mặt bằng. Về địa chất, địa điểm
xây dựng phải không nằm trên vùng có mỏ khoáng sản hoặc vùng có địa chất không
ổn định.
21


+ Yêu cầu về môi trường: Môi trường xây dựng nhà máy phải rộng rãi, thoáng
mát, sạch sẽ, xa khu dân cư, nằm cuối hướng gió.
Nhận xét: Để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý, phải căn cứ theo các
yêu cầu trên. Song trên thực tế rất khó có các địa điểm thoả mãn đầy đủ các yêu cầu
trên.
3.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng
Phân bố nhà máy xi măng Việt Nam thường tập trung ở các tỉnh phía bắc,
nam và các tỉnh bắc trung bộ như là: XM Bút Sơn, XM Chinfon, XM Hoàng Mai,
XM Nghi Sơn, XM Holcim…Ở trung trung bộ cụ thể là ở Quảng Nam chỉ có XM
Xuân Thành. Một số thông tin về nhà máy XM Xuân Thành- Quảng Nam:
Nhà máy xi măng Xuân Thành- Quảng Nam do Tập đoàn Xuân Thành đầu
tư. Nhà máy được xây dựng tại thôn Đồm Râm, thị trấn Thạnh Mỹ, huyện Nam

Giang, tỉnh Quảng Nam. Nhà máy có công suất 2 triệu tấn/ năm với tổng mức đầu
tư hơn 4.000 tỷ đồng có dây chuyền thiết bị công nghệ hiện đại nhất thế giới do
Haver & Boecker của Cộng hòa Liên Bang Đức. Toàn bộ các thiết bị trong dây
chuyền đều được điều khiển tự động gần như 100%. Dây chuyền Haver & Boecker
cung cấp cho xi măng Xuân Thành được đánh giá thân thiện nhất với môi trường và
hiện đại nhất Việt Nam hiện nay, ngay cả khâu bốc xếp cũng được vận hành bằng
thiết bị tự động. Hệ thống giám sát và điều khiển hoàn toàn bằng máy vi tính cho
phép vận hành các thiết bị một cách đồng bộ và an toàn. Công nghệ sản xuất xi
măng hoàn toàn khép kín. Đá vôi, phụ gia đưa vào cổng nguyên liệu nhà máy và từ
đó quy trình sản xuất được tự động hóa. Nhà máy được trang bị các phòng thí
nghiệm phù hợp với tiêu chuẩn Quốc tế ISO/IEC 17025-2005, số hiệu VILAS206.
Vỏ bao xi măng được sản xuất trên dây chuyền công nghệ tự động, loại bao giấy đạt
tiêu chuẩn quốc tế, hệ thống máy đóng bao gồm 3 máy 8 vòi, cấp bao tự động năng
suất 100 tấn/giờ.
Kết Luận : Nhìn chung sau khi nghiên cứu tất cả các yêu tố chúng em quyết
định chọn địa điểm xây dựng nhà máy xi măng tại thị trấn Thạnh Mỹ, huyện Nam
Giang, tỉnh Quảng Nam hợp lý nhất bởi vì:
- Nhà máy gần với hai nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất xi măng là đá vôi,
đất sét với trữ lượng lớn và thành phần ổn định nên nhà máy rất chủ động trong việc
sản xuất.
- Thuận lợi trong giao thông, đặc biệt có thuận lợi lớn khi có giao thông đường
thủy, nên có hiệu quả rất cao trong vận tải, thuận lợi cho tiêu thụ sản phẩm.
- Đảm bảo yêu cầu quy hoạch phát triển nhanh của công nghiệp xi măng, thúc đẩy
kinh tế kinh tế miền trung và Tây Nguyên.
- Giá thành đất xây dựng ở đây không cao nên giảm chi phí đầu tư, có mặt bằng
rộng nên có thể mở rộng nhà máy trong tương lai.
22


- Nhà máy nằm ở vùng núi và xa khu dân cư nên dễ dàng trong việc xử lý môi

trường.
3.3 Nguồn nguyên liệu
3.3.1 Đá vôi
Khai thác tại mỏ A Sờ, huyện Đông Giang, tỉnh Quảng Nam mỏ cách nhà
máy 20 đến 25km. Đá vôi sau khi khai thác sẽ được gia công tại mỏ và vận chuyển
về nhà máy bằng ô tô tải.
-Diện tích khai thác :

87 ha

-Trữ lượng được phép khai thác :
Trữ lượng địa chất : 170.340.000 tấn
Trữ lượng khai thác : 68.000.000 tấn
-Công suất được phép khai thác : 2.183.000 tấn/năm
-Thời hạn được phép khai thác : 31 năm
Si2O Al2O3 Fe2O3 CaO MgO
SO3
P2O5 MKN Tổng
1.37
0.39
0.19 55.03 0.28
0.07
0
41.59 98.92
Thành phần hóa của đá vôi dùng làm nguyên liệu sản xuất clinke xi măng
pooc lăng phù hợp với yêu cầu trong TCVN 6072:1996.
TPH
(%)

3.3.2 Đất sét

Khai thác tại mỏ đá sét Tân Đợi, xã Đại Sơn, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng
Nam mỏ này cách nhà máy 8 đến 10 km. Đất sét sau khi khai thác sẽ được vận
chuyển về nhà máy bằng ô tô.
-Diện tích khai thác :

36.00 ha

-Trữ lượng được phép khai thác :
Trữ lượng địa chất : 13.500.000 tấn
Trữ lượng khai thác : 8.500.000. tấn
-Công suất được phép khai thác : 430.000tấn/năm
-Thời hạn được phép khai thác : 30 năm
TPH
(%)

Si2O

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

P2O5

MKN

Tổng

71.86 15
5.7
0.38
1.33
0.41
0.07
4.64
99.39
Thành phần hóa của đất sét dùng làm nguyên liệu sản xuất clinke xi măng
pooc lăng phù hợp với yêu cầu trong TCVN 6071: 1995.
3.3.3 Phụ gia
Các loại phu gia sử dụng trong nhà máy như thạch cao, quặng sắt, xỉ, cát
đen.
3.3.3.1 Quặng sắt
23


Quặng sắt: Khai thác tại mỏ quặng sắt Chà Val, La Dê, huyện Nam Giang,
tỉnh Quảng Nam, nay được gọi là đất đỏ Lateric. Mỏ cách Nhà máy 10 đến 15 km.
TPH
(%)

Si2O

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

P2O5

MKN

Tổng

13.2

5.1

73.8

1.5

3.2

0

0

0

96.80

3.3.3.2 Đá mạt
Khai thác tại mỏ Thạnh Mỹ, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam mỏ cách
nhà máy 1 đến 2km. Được vận chuyển về nhà máy bằng ô tô.
3.3.3.3 Cát đen
Cát đen khai thác tại mỏ cát huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam. Mỏ cách nhà
máy 7 đến 10 km. Được vận chuyển về nhà máy bằng ô tô.
3.3.3.4 Thạch cao
Phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết (Thạch cao): Mua từ các nhà cung cấp,
có xuất xứ từ nước Lào hoặc Thái Lan.
3.3.3.5 Đá bazan
Phụ gia hoạt tính (Đá Bazan): Mua từ các nhà cung cấp, có xuất xứ từ mỏ đá
Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam.
3.4 Thị trường tiêu thụ
Với các loại sản phẩm xi măng của nhà máy như PCB40, PC40 và clanhke
bán thành phẩm PC40 của nhà máy sẽ đưa sản phẩm đến tận các tỉnh thuộc khu vực
miền Trung và Tây Nguyên. Sản phẩm của nhà máy sẽ được vận chuyển đến các thi
trường tiêu thụ bằng ô tô, tàu thủy để cung ứng kịp thời cho khách hàng. Các sản
phẩm của nhà máy được vận chuyển với cự ly khoảng 300km.
3.5 Hệ thống giao thông vận tải
Nhà máy nằm trên tuyến đường giao thông khá quan trọng đó là quốc lộ 14B
Cách thành phố Đà Nẵng 50km về phía nam đặc biệt gần hệ thống giao thông
đường thủy một trong những hệ thống giao thông có hiệu quả kinh tế cao trong
ngành giao thông vận tải cách cảng Đà Nẵng khoảng 50km. Vì thế nhà máy rất
thuận lợi cho việc vận chuyển nguồn nguyên liệu cũng như sản phẩm đi tiêu thụ nên
giảm được giá thành cho sản phẩm
3.6 Vệ sinh môi trường
Do địa điểm xây dựng nhà máy cách xa khu dân cu chính vì thế hoạt động
của nhà máy ít ảnh hưởng đến hoạt động của đời sông cũng như sinh hoạt của nhân
dân, mặt khác nhà máy xây dựng hệ thống lọc bụi xử ly khí thải kết hợp vơi trông

cây xanh trong khuôn viên nhà máy nên đảm bảo ít gây ảnh hưởng ô nhiễm đến môi
trường xung quanh.
3.7 Diện tích xây dựng
24


Nhà máy xi măng đặt ở Thị trấn Thạnh Mỹ, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng
Nam là khu vực chủ yếu là đồi núi, dân cư thưa thớt nên giá thành đất xây dựng
thấp. Dựa vào dây chuyền công nghệ, các trang thiết bị phụ trợ cho quá trình sản
xuất xi măng, chọn diện tích đất xây dựng là 57ha.

CHƯƠNG 4 : LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
4.1 Giới thiệu phương pháp sản xuất
Quá trình sản xuất xi măng poóc lăng gồm 2 giai đoạn chính là sản xuất
clinke xi măng và nghiền clinke với thạch cao và có thể với các phụ gia khác. Sản
xuất clinke xi măng là quá trình phức tạp phụ thuộc vào thành phần và chất lượng
của nguyên liệu, tỉ lệ giữa các cấu tử ban đầu, độ phân tán mịn và đồng nhất của
hỗn hợp phối liệu, chế độ nung và làm lạnh clinke.
Trên thế giới hiện nay tồn tại 2 phương pháp chính sản xuất xi măng poóc
lăng là phương pháp ướt và phương pháp khô. Các phương pháp sản xuất xi măng
đều bao gồm các giai đoạn sau:
- Chuẩn bị hỗn hợp nguyên liệu
- Chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu
- Nung hỗn hợp nguyên liệu thành clinke
- Nghiền clanke xi măng, thạch cao hoặc có thêm phụ gia khác.
Phương pháp khô sản xuất xi măng pooc lăng là phương pháp nghiền và trộn
nguyên liệu ở dạng khô, vì vậy nguyên liệu khó nghiền mịn, độ đồng nhất của hỗn
hợp phối liệu kém nhưng tiêu tốn nhiên liệu khi nung thấp do sử dung hiệu quả
nhiệt của khí thải và khí làm lạnh clinke, kích thước lò ngắn mức độ tự động hóa
cao. Khi sản xuất theo phương pháp phô thể tích khí cháy nhỏ hơn 35 – 40% so với

phương pháp ướt khi năng suất lò như nhau do đó giá thành làm sạch khói lò giảm,
khả năng sử dụng nhiệt khí thải đẻ sấy nguyên liệu lớn hơn, làm giảm tiêu tốn nhiệt
đẻ sản xuất clinke.
Phương pháp ướt sản xuất xi măng đã được sử dụng từ lâu, có ưu điểm cơ
bản là độ đồng nhất của phối liệu cao, nhưng tiêu tốn nhiệt để chế tạo clinke lớn gấp
25