Sản xuất xi măng Luks Thừa Thiên Huế

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA HÓA


Báo cáo học tập thực tế

Sản xuất xi măng Luks Thừa Thiên Huế

MAI QUANG HOÀNG
Bộ môn: Hóa Vô cơ
Khóa 2012-2016

Huế, 9/2015
1


LỜI CẢM ƠN
Bài báo cáo này được hoàn thành tại bộ môn Hóa Vô cơ, khoa Hóa
học, trường Đại học Khoa học Huế.
Tước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Hải
Phong và ThS. Nguyễn Đăng Giáng Châu, đã dành rất nhiều thời gian và
công sức để liên hệ với các công ty, trung tâm, nhà máy và tổ chức, chỉ bảo
tận tình tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt quá trình học tập thực
tế.
Em xin cảm ơn tất cả quý thầy cô giáo trong khoa Hóa học đã cho em
những ý kiến quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và
thực hiện đề tài.
Em xin cảm ơn ban giám đốc nhà máy măng Luks đã giúp đỡ tận tình
chúng em trong chuyến đi thực tế này.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè

đã ủng hộ, giúp đỡ em hoàn thành bài báo cáo này.

Huế, tháng 8 năm 2015
Mai Quang Hoàng

2


MỤC LỤC
Trang

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG

Hình 1: Dòng sản phẩm xi măng Luks......................................................6
Hình 2: Silo chứa liệu...............................................................................9
Hình 3: Xyclôn phối liệu..........................................................................10
Hình 4: Lò nung phối liệu và nhà nón chứa clinker................................12
Hình 5: Máy nghiền clinker.....................................................................14
Bảng 5.1: Chỉ tiêu chất lượng của xi măng theo TCVN 2682 - 1999......15
Bảng 5.2: Chỉ tiêu chất lượng của xi măng theo TCVN 6260 - 1997......16

4


MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp xây dựng và vật liệu đóng vai trò quan trọng trong
nền kinh tế thế giới, đặc biệt là xi măng.

Xi măng là một loại vật liệu kết dính trong xây dựng mà các nhà khoa
học đã tìm ra vào cuối thế kỉ thứ XIX và đã sản xuất trước tiên ở một số
nước tư bản như Đan Mạch, Anh, Pháp ,Mỹ … Đầu thế kỷ 20 xi măng đã
thực sự trở thành nhu cầu không thể thiếu được trong xây dựng và phát
triển kinh tế. Xi măng xuất hiện hầu hết trên khắp thị trường thế giới. Vào
năm 2010, sản lượng xi măng của thế giới là 3.3 tỉ tấn.
Tiêu dùng xi măng trong những năm trở lại đây không ngừng tăng
trưởng. Theo dự báo nhu cầu sử dụng xi măng từ nay đến năm 2020. Tăng
hàng năm 3,6% năm đó là động lực quan trọng thúc đẩy ngành công nghiệp
xi măng phát triển.
Ở Việt Nam trong những năm qua ngành xi măng đóng góp một phần
không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam, trung bình từ 10% 12% GDP.
Theo thống kê từ vụ Vật liệu xây dựng, sản lượng xi măng tiêu thụ trong 5
tháng đầu năm 2015 ướt đạt 27,19 triệu tấn, tăng 1% so với cùng kì năm
2014 và đạt 37,7% kế hoạch năm 2015.
Vì thế Chính phủ xác định xi măng là ngành phát triển chiến lược nhằm hỗ
trợ phát triển kinh tế.
Do đó nghiên cứu quy trình sản xuất xi măng và hướng phát triển mới
là bước đi quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu kết dính.
Từ những lí do trên nên em chọn nhà máy Xi Măng Luks Thừa Thiên
Huế để làm bài báo cáo thực tế này.

5


GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY HỮU HẠN XI MĂNG LUKS

I.

Công ty Hữu hạn Xi măng Luks được thành lập vào năm 1992 tại Tú

Hạ, Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế và chính thức cung ứng sản phẩm từ
năm 1997. Công suất 2,4 triệu tấn/năm với công nghệ lò quay nạp liệu khô
tiên tiến.
Sản phẩm của công ty( Tính đến tháng 8/2015) mang nhãn hiệu Kim
Đỉnh bao gồm: Xi măng PCB 30, xi măng PCB 40, PC 40, PCSR 40, TYPE II,
TYPE V và các mác bê tông thương phẩm.

Công ty áp dụng hệ thống quản lý chất lượng tiên tiến để sản xuất và
cung ứng sản phẩm được tổ chức Quacert chứng nhận:
•
•

Hệ thống quản lý chất lượng sản phẩm ISO 9001: 2008
Hệ thống quản lý an toàn sức khỏe nghề nghiệp: OHSAS 18001 :

•

2007
Hệ thống quản lý môi trường: ISO 14001 : 2004.
nh : dòng
phẩm
xi măng
Sản phẩm của Hì
công
ty sửsản
dụng
trong
các Luks.
công trình dân dụng( nhà ở,

đường xá, trường học...) và công trình trọng điểm( Hệ thống giao thông
đường bộ, hệ thống cảng biển, nhà máy thủy điện, nhiệt điện…)

6


QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLANK TẠI NHÀ MÁY
2.1 Khái niệm và định nghĩa.
II.

Xi măng Portland là vật liệu kết dính thủy lực, khi trộn với nước sẽ tạo
hồ dẽo có tính kết dính và đóng rắn trong môi trường không khí, môi trường
nước. Hồ dẽo trong quá trình đóng rắn sẽ phát triển cường độ.
Xi măng Portland là sản phẩm nghiền mịn của clinker với thạch cao
thiên nhiên, đôi khi còn pha một vài loại phụ gia khác nhau để cải thiện một
số tính chất của xi măng nhằm tăng sản lượng, hạ giá thành.
2.2 Các loại mác xi măng
Thường sử dụng phổ biến là PC và PCB.
PC viết tắt của Portland cement. Được sản xuất bằng cách nghiền
chung clinker với thạch cao thiên nhiên (3 – 5%) và phụ gia. Tổng hàm
lượng phụ gia không vượt quá 15% trong đó phụ gia hoạt tính không vượt
qua 10%.
Xi măng Portland gồm có các mác: PC 30, PC 40, PC 50, PC 60.
PCB viết tắt của Portland cement blended. Được sản xuất bằng cách
nghiền chung hoặc nghiền riêng. Tổng hàm lượng phụ gia không vượt quá
40%, trong đó phụ gia đầy không vượt quá 20%. Phụ gia công nghệ không
vượt quá 1%.
Xi măng Portland hỗn hợp gồm có mác sau: PCB 30, PCB 40.
Ngoài ra còn có các loại xi măng sản xuất theo yêu cầu riêng của môi
trường như xi măng bền sulfat (PCSR 40, TYPE II, TYPE V)

7


2.3 Sơ đồ sản xuất của nhà máy
Nguyên liệu
Đất sét
Đá vôi
Phối liệu
Lò nung
Nhiên liệu

Clinker
Nghiền trộn
Phụ gia
Thạch cao
Xi măng
Đóng bao
Kiểm định chất lượng

III

SẢN XUẤT CLINKER XI MĂNG POOLANK
Quá trình sản xuất clinker xi măng gồm 3 giai đoạn:
8


•

3.1

Gai đoạn 1: gia công, đồng nhất nguyên, nhiên liệu và chuẩn bị phối

liệu.
• Giai đoạn 2: Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker và làm lạnh clinker.
• Giai đoạn 3: Gia công, ủ và nghiền clinker với các phụ gia khác.
Nguyên liệu, nhiên liệu sản xuất clinker xi măng.
3.1.1 Nguyên liệu
Thường sử dụng hỗn hợp hai nguyên liệu chính là đất sét và đá vôi,
ngoài ra còn kết hợp với các nguyên liệu phụ nữa như quặng bôxit, quặng
sắt, diatomit…
3.1.1.1 Đá vôi
Thành phần

chính

là

canxi

cacbonat

(CaCO 3),

magie

cacbonat(MgCO3) và một số tạp chất khác.
Theo TCVN 6072 – 1996 đá vôi dùng làm nguyên liệu sản xuất xi
măng portland phải thỏa mãn yêu cầu về hàm lượng các chất là:
•

•
•

CaCO3 > 85%
MgCO3 < 5%
Na2O + K2O < 1%

3.1.1.2 Đất sét
Thành phần chính là SiO2, Fe2O3, Al2O3 và các tạp chất lẫn theo như
cát, sỏi, mùn hữu cơ.
Theo TCVN 6072 – 1996 đất sét làm nguyên liệu sản xuất xi măng
portland có hàm lượng các chất là:
•
•
•
•

SiO2: 55 – 75%
Fe2O3: 5 – 10%
Al2O3: 14 – 20%
Na2O + K2O: 2 – 2,5%

3.1.2 Nhiên liệu
Nhà máy xi măng luck sử dụng nhiêu liệu rắn là than đá để cung cấp
nhiệt lượng cho quá trình nung clinker.
3.2

Chuẩn bị, gia công đồng nhất sơ bộ nguyên liệu, nhiên liệu

9

Hình : Silo chứa liệu

Việc chuẩn bị nguyên liệu và hỗn hợp phối liệu là một khâu quan trọng
trong sản xuất clinker, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Để
nâng cao chất lượng sản phẩm thì cần phải đẩm bảo về thành phần hóa, độ
mịn, độ ẩm, độ đồng nhất, hình dạng và kích thước.

Đá vôi được khai

thác tại các mỏ đá bằng cách cho nổ mìn, đập nhỏ đến kích thước từ 600800mm sau đó vận chuyển về nhà máy và được bảo quản trong các nhà
lán.
Tại nhà máy, đá vôi được đập nhỏ đến kích thước 60 – 80mm bằng máy
đập hàm, rồi dùng máy đập búa để đập đến kích thước 5-25mm rồi đưa vào
các silo chứa.
Đất sét được khai thác tại các mỏ được vận chuyển về nhà máy, sau
đó nghiền nhỏ chứa trong các nhà lán hoặc silo chứa.
Để nâng chất lượng sản phẩm, người ta tiến hành đồng nhất nguyên
liệu đất sét và đá vôi trong các nhà nón.
3.3

Quá trình hóa khi nung clinker

10


Hình : Xyclôn phối liệu

Nhà máy xi măng Luks sản xuất xi măng theo phương pháp khô lò

quay.
Sau khi đã tính toán và định tỷ lệ phối liệu, hỗn hợp nguyên liệu được
đưa vào máy nghiền để đảm bảo độ đồng nhất cao rồi dẫn đến máy sấy.
Khi bột phối liệu ra khỏi máy sấy được đưa lên hệ thống silo khuấy trộn
bằng khí nén để đồng nhất và điều chỉnh độ ẩm, tít và thành phần hóa. Sau
đó chuyển sang hệ thống silo chứa rồi đưa vào hệ thống xyclon trao đổi
nhiệt, vào lò nung.
•

Quá trình xảy ra trong lò nung
Vùng sấy: Nhiệt độ 2000C. Đất sét mất một phần tính dẻo, hật vật liệu có
kích thước tương đối nhỏ.
0
• Vùng đốt nóng: Nhiệt độ 200 – 650 C
ở 450 – 5000C chủ yếu là mất nước hóa học của đất sét, khi đó đất sét mất
hoàn toàn tính dẻo tạo thành metacaolinit, cường độ hạt phối liệu giảm.
Al2O3.2SiO2 → Al2O3.2SiO2 + H2O – Q
•

Vùng phân giải: Nhiệt độ 650 – 11000C

ở nhiệt độ 600-8000C đất sét bị phân hủy thành Al 2O3 và 2SiO2 đá vôi phân
hủy thành CaO.
Al2O3.2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 – Q
11


CaCO3→CaO + CO2 – Q
Khoảng 800-1000oC xảy ra phản ứng ở trạng thái rắn, Al 2O3 tác dụng với
CaO tạo thành các khoáng aluminat canxi. Khi tang dần nhiêt độ thì tạo

thành các khoáng có độ base cao như C5A3,C3A3.
Al2O3 + CaO → Al2O3.CaO

CA

3Al2O3 + 5CaO → 3Al2O3.5CaO

C5A3

Al2O3 + 3CaO → Al2O3.3CaO

C3A

C3A là khoàng đống rắn nhanh nhất khi đóng rắn toa nhiều nhiệt, cường độ
bann đầu phát triển cao nhưng không bên nước bằng các khoáng silicat.
C5A3 không bền , chuyển dần thành C 3A và CA . khoáng C5A3 có quá trình
ninh kết rất nhanh và cường độ ban đâu phát triển cao hơn C 3A.
Khoảng 900oC Fe2O3 tác dụng với CaO tạo thành C2F
Khoảng 800-900oC CaO phản ứng vơi SiO2 tạo thành khoáng C2S.
•

Vùng phản ứng tỏa nhiệt: Nhiệt độ 1200 – 1350 0C

ở khoảng 1250oC C2F tham gia phản ứng với C 3A tạo thành khoáng
alumoferit canxi C4AF
C4AF tồn tại ở dạng dung dịch rắn cả C 4AF và C2F đều có tính kết dính quá
trình đống rắn chậm và cườn độ kém hơn C 3S và C3A nhưng bền nước .
Sản phẩm ra khỏi vùng này là các khoáng: C 2S, C2F, C3A, C4AF, C5A3 và 1
lượng CaO tự do, MgO, hạt vật liệu có kích thước 2 – 10mm.
•

Vùng kết khối: Nhiệt độ 1350 - 14500C

ở 1450oC các aluminat canxi , alumoferit canxi nóng chảy thành pha lỏng, ,
sản phẩm đi vào khu vực kết khối gồm: C 2S, C2F, C3A, C4AF, C5A3, MgO và
1 lượng CaO tự do, nhờ đó C2S và CaO khuếch tán vào pha lỏng tiến hành
phản ứng với nhau tạo thành khoáng alit C 3S.
•

Vùng làm lạnh: Nhiệt độ 1350 – 10000C

Một phần pha lỏng được kết tinh, còn C 2S, C3A, C4AF, MgO, CaO tự do và 1
lượng nhỏ C3S tách ra khỏi pha lỏng ở dạng tinh thể, một phần pha lỏng
đông cứng lại thành thủy tinh clinker.
12


Hình : Lò nung phối liệu và nhà nón chứa clinker

3.4 Thành phần hóa học của clinker
Chủ yếu là các ôxít CaO, SiO 2, Al2O3 và Fe2O3 chiếm 95 – 97% tổng
hàm lượng. Ngoài ra còn có một số ôxít khác như MgO, K 2O, Na2O, TiO2,
Mn2O3, SO3…
•

CaO: chiếm 63 – 67% là thành phần chính của clinker, muốn clinker có chất
lượng tốt thì CaO phải liên kết tốt với các ôxít khác, đặc biệt là liên kết với
SiO2 để tạo khoáng alit làm xi măng đóng rắn nhanh, mác cao. nếu hàm
lượng CaO tự do lớn thì làm giảm chất lượng của clinker.
Ở nhiệt độ 14500C CaO tự do bị già lửa, tạo tinh thể lớn và cấu trúc sít đặc

làm cho sản phẩm xi măng kém ổn định về thể tích vì quá trình hydrat CaO

•

tựu do kèm theo sự tỏa nhiệt và trương nở thể tích.
SiO2: Chiếm 21 – 24% tương tác với CaO tạo thành các khoáng silicat( C 2S,
C2S). nếu tăng hàm lượng SiO2 thì tổng khoáng silicat sẽ tăng. Sản phẩm
đóng rắn và phát triển cường độ trong những ngày đầu chậm do đó xi măng
bền nhiệt trong môi trường nước và môi trường sulfat.
13


•

Al2O3: 4 – 8% tương tác với CaO tạo thành các khoáng aluminat canxi C 3A,
C5A3 và tương tác với Fe2O3 tạo thành các khoáng alumoferit canxi C 4AF,
nếu tăng hàm lượng Al2O3 thì xi măng chứa nhiều C3A làm đóng rắn nhanh,
tỏa nhiều nhiệt, kém bền trong môi trường nước và môi trường sulfat. Tăng
độ nhớt pha lỏng gây cản trở quá trình tạo khoáng C 2S. mặt khác khi làm

•

lạnh thì các khoáng aluminat dễ bị phân hủy tạo CaO tự do.
Fe2O3: liên kết với CaO và Al2O3 tạo thành ferit canxi, alumoferit canxi làm
giảm nhiệt độ kết khối của clinker và độ nhớt pha lỏng. sản phẩm đóng rắn
chậm ở giai đoạn đầu, có độ bền trong môi trường nước, môi trường sulfat

•

cao, nếu tăng hàm lượng Fe2O3 thì dễ bị anô clinker trong lò quay.

MgO: tương tự như CaO là thành phần có hại trong clinker, ở nhiệt độ
14500C MgO tự do bị già lửa tạo thành khoáng periclazơ có kích thước lớn,
trơ và không có tính dính, quá trình hydrat diễn ra dài, làm sản phẩm không

•

ổn định thể tích
K2O và N2O: ở nhiệt độ cao chúng bị bay hơi một phần tan trong pha lỏng
tạo thủy tinh hay tham gia phản ứng tạo khoáng chứa kiềm. làm tốc độ
đóng rắn kém ổn định, hàm lượng lớn 0,5% khi bay hơi sẽ gây sự cố ở tháp
phân giải, đóng tảng trong các cyclon trao đổi nhiệt, các gazoxog làm trở
lực của hệ tháp tăng lên sinh ra hiện tượng dội áp suất rất nguy hiểm nhất
là sử dụng đát sét chứa nhiều lưu huỳnh.
R2O + H2SO3 = R2SO3 + H2O
3.5 Thành phần khoáng trong clinker
Gồm 4 khoáng chính là C3S, C2S, C3A, C4AF chiếm từ 95 – 98%

•

Alit: (C3S) chiếm 45 – 60% là khoáng quan trọng nhất trong clinker cho ta
cường độ cao, đóng rắn nhanh và tỏa nhiều nhiệt. alit bền trong khoảng
nhiệt độ 1200 – 19000C, khi clinker được làm lạnh qua 1200 – 1250 0C thì
C3S dễ phân hủy thành C 2S và CaO, để ngăn ngừa C 3S ta cần làm lạnh
nhanh qua nhiệt độ tới hạn này, mặt kahcs các ôxít nhôm và ôxít sắt lẫn

14


trong alit sẽ tạo thành dung dịch rắn có hoạt tính cao và cấu trúc alit bền
•

vững.
Bêlit: (C2S) chiếm 20 – 30% là khoáng quan trọng thứ hai, đóng rắn chậm,
cường độ ban đầu không cao lắm, sau một thời gian cường độ phát triển tốt

•

hơn, bền nước và nước khoáng.
Chất trung gian: nằm giữa các tinh thể alit và bêlit, đó là những alumoferit
canxi, aluminat caxi và pha thủy tinh clinker, tất cả những khoáng này khi

•

nung ở nhiệt độ cao sẽ tạo thành pha lỏng.
Các khoáng chứa kiềm: chủ yếu tồn tại ở dạng khoáng K 2O.23CaO.12SiO2
chính là khoáng C2S nhưng một phân tử CaO được thay thế bởi 1 phân tử
K2O hoặc Na2O. Các khoáng này làm tốc độ đóng rắn không ổn định.
IV

NGHIỀN CLINKER THÀNH XI MĂNG, ĐÓNG BAO
Clinker sau khi ra khỏi lò nung được chứa trong nhà vòm hoặc đưa

thẳn vào các silo chứa.
Tại đây clinke được nghiền mịn cùng với thạch cao và các loại phụ gia thích
hợp để tạo thành các mac xi măng.

15


Xi măng thành phẩm được vận chuyển theo băng tải đến máy đóng bao.

Hình Máy nghiền clinker

16


V

KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG XI MĂNG
Để kiểm tra yêu cầu kĩ thuật và chất lượng sản phẩm, người ta lấy xi

măng kiểm tra các chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm của nhà máy.
Chỉ tiêu chất lượng xi măng theo TCVN 2682 – 1999
Bảng 5.1: chỉ tiêu chất lượng của xi măng theo TCVN 2682 - 1999
Tên chỉ tiêu
Mác
PC
30
2.

3.

4.

5.
6.
7.
8.
9.

Cường độ bền nén, N/m2, không nhỏ hơn,
sau:
3 ngày 45 phút
28 ngày 8 giờ
Thời gian đông kết, phút:
Bắt đầu, không sớm hơn
Kết thúc, không muộn hơn
Độ nghiên mịn, xác định theo:
Phần còn lại trên sàng 0,08mm,
% không lớn hơn
Bề mặt riêng, phương pháp
2
Blaine, cm /g, không nhỏ hơn
Độ ổn định thể tích, xác định theo phương
pháp lechatelier, mm, không lớn hơn
Hàm lượng SO2, % không lớn hơn
Hàm lượng MgO, % không lướn hơn
Hàm lượng MKN, % không lớn hơn
Hàm lượng CKT, % không lớn hơn

PC
40

16
30

PC
50

21

40

31
50

45
375
15

12

2700

2800
10
3,5
5,0
5,0
1,5

Chỉ tiêu chất lượng xi măng theo TCVN 6260 – 1997:
Bảng 5.2: chỉ tiêu chất lượng của xi măng theo TCVN 2682 - 1999
Tên chỉ tiêu
Mác
PCB 30 PCB 40
17


Cường độ bền nén, N/m2, không nhỏ hơn, sau:
3 ngày 45 phút

28 ngày 2 giờ
4 Thời gian đông kết, phút:
Bắt đầu, không sớm hơn
Kết thúc, không muộn hơn
5 Độ nghiên mịn, xác định theo:
Phần còn lại trên sàng 0,08mm, %
không lớn hơn
Bề mặt riêng, phương pháp Blaine,
2
cm /g, không nhỏ hơn
4. Độ ổn định thể tích, xác định theo phương pháp
lechatelier, mm, không lớn hơn
5. Hàm lượng SO3, % không lớn hơn
1.

18

14
30

18
40
45
600
12
2700
10
3,5

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Giáo trình
[1]. PGS. TS Phùng Tiến Đạt, TS Trần Thị Bình, Hóa kĩ thuật đại cương
[2]. Ths. Nguyễn Dán, Công nghệ sản xuất chất kết dính vô cơ
[3]. KS. Hồ Văn Minh Hải, Chuyên đề về công nghệ sản xuất xi măng
[4]. Mai Quang Hoàng, Quá trình sản xuất xi măng lò quay
Internet
[5]. />[6]. />[7]. />[8]. />
19