công nghệ sản xuất xi măng pooclăng

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG
POOCLĂNG

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Phương
Sinh viên thực hiện: Nhóm 1
Lớp: 05DHHH3

Năm 2017


THÀNH VIÊN NHÓM 1

TÊN
Trần Vũ Thảo Anh
Nguyễn Bá Vi Hòa
Trần Quốc Đạt
Nguyễn Tiến Sỹ
Nguyễn Thanh Duy

MSSV
2004140007
2004140087
2004140029
2004140233
2004140051

NHIỆM VỤ

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài tiểu
luận này là thành quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dày công dạy bảo
của quý thầy cô. Em xin gửi thư viện nhà trường, đặc biệt đến cô ThS. Nguyễn Thị
Phương lời cảm ơn chân thành, người đã giúp em hoàn thành tốt bài tiểu luận này.
Với thời gian thực tập hạn hẹp và kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên không
tránh khỏi những thiếu xót, em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của quý
thầy cô.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn, kính chúc cô sức khỏe và thành đạt.


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Sinh viên thực hiện: Nhóm 1
Lớp: 05DHHH3
Nhận xét:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Điểm bằng số:

điểm bằng chữ:
TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng
năm 2016
Giáo viên hướng dẫn

(kí và ghi họ tên)


DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU


MỞ ĐẦU
Xi măng là loại vật liệu xây dựng quan tróng nhất, là vật liệu cơ bản trong xây
dựng các công trình dân dụng và công nghiệp, cũng như xây dựng cơ sở hạ tầng
của nền công nghiệp hiện đại. Xi măng Portland, còn gọi là Xi măng Portland
thường (OPC), là loại vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới, nó là
thành phần cơ bản của bê tông, vữa, hồ. Thành phần chủ yếu là clinker Portland
chiếm tỉ lệ 95 - 96% và thạch cao chiếm tỉ lệ 4-5%. Ngoài ra, khi thêm các chất phụ
khác vào thành phần của xi măng Portland (xỉ lò cao, tro than, pouzzolan tự nhiên,
v.v., nhưng hàm lượng phụ gia kể cả thạch cao không quá 40% và trong đó phụ gia
đầy không quá 20%), thì những loại xi măng Portland này gọi là xi măng Portland
hỗn hợp. Vì vậy để tìm hiểu rõ hơn về thành phần, nguyên liệu, cách tính toán phối
liệu như thế nào chúng em giải thích qua bài tiệu luận này.


MỤC LỤC


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

CHƯƠNG 1
NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG
1.1.Định nghĩa và phân loại chất kết dính vô cơ
Sự kết dính được xem như sự kết hợp lẫn nhau giữa hai vật liệu bằng những lực
liên kết, làm hai vật liệu rời trở thành một khối bền vững. lực tương tác giữa hai vật
liệu có thể là: lực cơ học (ma sát), lực hóa học( liên kết do phản ứng hóa học), những
liên kết lí học đặc biệt khác( lực hấp thụ trong hệ keo phân tán, lực van der van….)
Chất kết dính xây dựng là những chất kết dính dùng trong xây dựng gồm chất
CKD thủy lực và CKD không khí.
Chất kết dính thủy lực là những CKD có khả năng đóng rắn, tạo cường độ trong
môi trường nước( trong môi trường không khí) như XMP, XM La Mã, XM cao nhôm..
Chất kết dính không khí là những CKD có khả năng đóng rắn, tạo cường độ trong
môi trường không khí như vôi, thạch cao.
Chất kết dính kỹ thuật: các loại chất kết dính trên cơ sở thủy tính nước, một số
chất kết dính phót phát, xi măng chịu lửa, các loại vữa chịu lửa… là chất kết dính vô
cơ dùng trong lĩnh vực kỹ thuật khác.
1.2.Giới thiệu về xi măng pooclăng
Xi măng pooclăng (XMP) là bột vô cơ có tính chất kết dính thủy lực, sản phẩm
nghiền mịn của hỗn hợp clinker XMP và phụ gia thạch cao 3-5% khối lượng
clinker.
Công nghệ sản xuất CKD loại này có thể chia làm 2 phần chính:
• Sản xuất clinker XMP
• Nghiền trộn clinker với thạch cao (3-5%) và những phụ gia thích hợp khác.
1.3.Thành phần hóa và thành phần khoáng chính của clinker xi măng pooclăng
1.3.1. Thành phần hóa

clinker XMP là bán sản phẩm trong quá trình sản xuất XMP, được sản xuất bằng

cách nung kết khối hỗn hợp nguyên liệu tự nhiên như đá vôi, đất sét và quặng sắt với
thành phần tính trước. clinker ra khổi lò nung có dạng cục nhỏ (10-80mm) với thành
phần khoáng biến đổi tương đối rộng:
CaO: 62-67%
SiO2: 20-24%
Al2O3 4-7%
Fe2O3 : 2- 5%
Để tạo clinker XMP, người ta dùng 2 nguyên liệu tự nhiên chính là đá vôi và đất
sét, ngoài ra là các nguyên liệu phụ như quặng sắt, xỉ pirit, cát, đá…những nguyên liệu
này trộn với nhau theo những tỉ lệ nhất định, nung đến 1400-1450 tạo thành clinker.
ThS. Nguyễn Thị Phương

7

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Clinker lại được nghiền tiếp tục với những chất phụ gia như thạch cao tạo XMP, sản
phẩm dạng bột mịn có tính thủy lực.
1.3.2. Thành phần khoáng chính của clinker xi măng pooclăng
Nguyên liệu được pha trộn theo tỉ lệ tính trước rồi đem nung luyện ở nhiệt độ cao
nhằm tạo hợp chất chứa thành pha cần thiết. những oxit chính SiO2, Al2O3, CaO và
Fe2O3 phản ứng tạo khoáng cần thiết. một phần không phẩn ứng ở dạng tự do hoặc
nằm trong pha thủy tinh. Do nguyên liệu sản xuất clinker ở dạng tự nhiên, thành phần
hóa dao động trong khoảng lớn, các số liệu tính toán thành phần hóa phối liệu cũng
như thành phần khoáng thực của clinker không phải là những tri số cô định, mà nằm

trong một dãy giới hạn cho phép nhất định goil là các modul.
Tính chất của clinker và XMP do thành phần pha ( các loại khoáng và pha thủy
tinh) của chúng quyết định . thành phần chính của clinker XMP gồm có:
Alit(40-60)%: trong clinker XMP là dung dịch rắn cảu khoáng gốc C 3S với các
oxit khác như MgO, Cr2O3, P2O5…thực tế, alit được hiểu là C3S. Alit ở dạng thù hính
là khoáng chính tạo cường độ cho XMP. C3S đóng rắn nhanh tỏa nhiệt nhiều.
Bêlit (15-35)%: là dung dịch rắn gốc C2S với các oxit khác tương tự như trên.
Dạng thù hình cần thiết trong clinker XMP là -C2S có tính kết dính, ít tỏa nhiệt khi
đóng rắn, phát triển cường độ chậm ở giai đoạn đầu nhưng sau đó có cường độ khá
cao. Trong kỹ thuật sản xuất clinker XMP, cần làm nguội clinker rất nhanh ở khoảng
675, nhằm tránh sự biến đổi -C2S thành -C2S là khoáng không có kết dính.
Tri-canxi aluminat C3A (4-14)%, đóng rắn rất nhanh, tỏa nhhiều nhiệt, không bền
trong môi trường xâm thực. người ta phải dùng phụ gia thạch cao CaSO 4.2H2O để hạn
chế tốc độ đóng rắn của C3A.
Alumo-ferit canxi C4AF (10-18)%: dễ hào tan trong nước, ít tỏa nhiệt. đóng rắn
nhanh tạo cường độ ban đầu nhanh nhưng sau đó cường độ không cao, chịu ăn mòn
tốt.
Pha thủy tinh trong clinker (15-25)% pha lỏng cần thiết để nung luyện clinker
( clinker kết khối tốt tạo điều kiện thuận lợi tạo thành khoáng C 3S ). Khi làm
nguội nhanh pha lỏng sẽ tạo thành pha thủy tinh, clinker dễ nghiền hơn. Hoạt tính
trong pha thủy tinh trong clinker rất cao dễ hidrat hóa.
Ngoài ra, trong clinker XMP còn những khoáng khác như các sunfat kiềm
(K,Na)2SO4, CaSO4, aluminat kiềm (K,Na)2.8CaO.3Al2O3, alumo-maganat canxi
4CaO.Al2O3.Mn2O3…và một lượng oxit tự do chưa phản ứng hết trong quá trình nung
luyện.
1.3.3. Ứng dụng của clinker XMP

ThS. Nguyễn Thị Phương

8

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Vật liệu xi măng được ứng dụng rất rộng rãi do ưu điểm thi công đơn giản,
nguyên liệu ban đầu sẵn có, có tính chất cơ học tốt và tuổi thọ cao. Trong lĩnh vực xây
dựng dân dụng (lĩnh vực áp dụng chủ yếu), đây là vật liệu chính để xây cầu, nhà, kênh,
cống,v.v. Trong xử lý rác thải hạt nhân, việc xi măng hóa cho phép cố định các chất
phóng xạ một cách sâu sắc trong vi cấu trúc của vật liệu xi măng.
1.4.Nguyên liệu sản xuất xi măng pooclăng
1.4.1.

Đá Vôi CaCO3

Đá vôi có công thức hóa học là CaCO3, có ba dạng thù hình chính là canxit,
aragonhit, và vaterit. Các dạng thù hình này ảnh hưởng nhất định tới độ cứng khi
nghiền (aragonhit cứng nhất ). Dạng nguyên chất có màu trắng (đá phấn ) ,khi lẫn tạp
chất có màu xám, hồng tạp chất gây màu chủ yếu là oxit sắt.
Đá vôi có nhiệm vụ cung cấp CaCO3. Đây là oxit có hàm lượng cao nhất trong
clinker XMP. Đá vôi thường khai thác từ các mỏ lộ thiên, được nghiền tới cỡ hạt 525
mm có thể phối liệu để nghiền mịn tiếp. Yêu cầu về thành phần hóa học:
CaO: (4954)% (tính theo CaCO3 8796%).
MgO3%.
R2O1%.
Lựa chọn đá vôi thế nào hợp lí, để sản xuất xi măng?
Vôi là chất kết dính bền trong không khí và là sản phẩm nung của đá vôi.

Nguyên liệu để sản xuất vôi là các loại đá vôi thiên nhiên (giàu khoáng CaCO3)
như đá phấn, đá vôi…Thông thường dung đá vôi đặc chắc. Thành phần CaCO3 theo lý
thuyết: CaO = 56%,CO2 = 44%.
Đá vôi thiên nhiên thường lẫn một hàm lượng MgCO3 và các tạp chất sét: SiO2,
Al2O3, Fe2O3… Tùy thuộc vào tính chất khoáng, CaCO3 tồn tại trong tự nhiên dưới
nhiều dạng khác nhau:
• Calcit và aragonit: tồn tại dưới dạng khoáng, độ tinh khiết cao.
• Đá vôi, đá merget, đá phấn: tồn tại ở dạng đá, có thể lẫn một số tạp chất. Đá vôi
thiên nhiên có thể xuất phát từ nguồn gốc vô cơ( do hiện tượng phún xuất, hay quá
trình trầm tích lắng đọng của CaCO3) hoặc nguồn gốc hữu cơ (như san hô, vỏ sò, vỏ
hến…)Tùy theo loại đá vôi sử dụng, sẽ sản xuất được các loại vôi có chất lượng khác
nhau.
1.4.2.

Đá Lẫn Đất (mergel )

ThS. Nguyễn Thị Phương

9

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Đá vôi lẫn đất sét và oxit silic (SiO2 ) gọi là đá lẫn đất (mergel ) ngoài ra còn lẫn
nhiều oxit sắt . Loại đá này có thành phần trung gian giữa đá vôi và đất sét , dễ nghiền
hơn đá vôi , có màu vàng tới xám đen , được coi là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất

MVP , bởi trong đá tự nhiên đã có sẵn sự trộn lẫn đá vôi – đất sét ( tuy nhiên , nếu
dung làm phụ gia đầy , thì loại đá lẫn đất không thích hợp ). Trong tự nhiên có thể có
những loại đá lẫn đất có thành phần hóa tương tự thành phần phối liệu cho clinker
XMP. Tùy thuộc vào tỷ lệ đá vôi – đất sét trong đá có thể có những tên gọi trung gian
khác nhau . Ví dụ :
Đá vôi có hàm lượng CaCO3 : 96100%
Đá vôi lẫn đất CaCO3 :

9096%

Đá vôi lẫn nhiều đất CaCO3 : 7590%

1.4.3.

Đá lẫn đất CaCO3 :

4075%

Đất sét lẫn đá CaCO3 :

1040%

Đất sét CaCO3 :

04%

Đất Sét

Đất sét được cấu tạo từ các thành phần khoáng chính là các alumo silicat ngậm
nước với cấu trúc lớp , có thể phân thành các nhóm khoáng như sau :

Nhóm caolinhit Al2O3.2SiO2.2H2O (caolinhit, halosit )
Nhóm montmonrilonhit Al2O3.4SiO2.H2O + nH2O , baydelit Al2O3.3SiO2.nH2O
Nhóm chứa kiềm như thủy mica , illit.
Đất sét cung cấp AlO3 đồng thời SiO2, Fe2O3 . trong công nghệ sản xuất XMP ,
người ta chỉ quan tâm thành phần hóa chung ( đặc biệt Fe2O3 ) của đất sét nguyên liệu .
Yêu cầu thành phần hóa đất sét như sau :
SiO2 > 50%, Al2O3 < 20%, Fe2O3 : 710% , SO3 < 1%, R2O < 1%.
Đất sét là nguyên liệu mịn ( phần lớn hạt nhỏ hơn 10 ), vấn đề cơ bản cần giải
quyết là độ ẩm thuyết hợp , loại bỏ đất mùn sỏi đá lẫn ( nếu lẫn quá nhiều ) , trộn phối
liệu cho công đoạn gia công tiếp theo . Gia công cơ học chủ yếu là nghiền chung với
đá vôi tạo thành bùn sệt.
Hiện nay , phần lớn sản xuất theo phương pháp khô . Nếu đất sét dạng ướt , bắt
buộc phải qua công đoạn sấy khô . Đất sét được đập sơ bộ , định lượng cần thiết rồi
phối liệu với các nguyên liệu khác bằng các máy sấy nghiền liên hợp.
Lựa chọn đất sét thế nào hợp lí,để sản xuất xi măng?
ThS. Nguyễn Thị Phương

10

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Trong tự nhiên đất sét tồn tại dưới dạng nham thạch trầm tích chúng là những
alumosilicat có thành phần hóa học khác nhau:
• Kaolinit
• Montmorillonit

• Llit
ngoài ra còn các alumosilicat khác cũng có thể dùng làm nguyên liệu sản xuất
clinke XMP như: đá bọt, granit…Trong đất sét ngoài thành phần chủ yếu là SiO2 và
Al2O3 còn chứa các tạp chất khác như: Fe2O3 (7-10%), SO3 (1%), R2O (<1%). Đất
sét dùng sản xuất clinke XMP yêu cầu không chứa MgO,sunfat và có hàm lượng kiềm
nhỏ.
1.4.4.

Các Loại Quặng Chứa Sắt ( cung cấp Fe2O3 )

Phổ biến nhất là quặng pyrit sắt FeS2 , xỉ sắt (hàm lượng Fe2O3 6287% ) . Fe2O3
có tác dụng tạo pha lỏng trong quá trình nung luyện clinker. Pha lỏng tạo điều kiện kết
tinh các khoáng cần thiết của clinker XMP như C2S . C3S . Ngoài ra , Fe2O3 còn tham
gia tạo khoáng C4AF cho khoảng XMP.
Khi nung FeS2 , quá trình biến đổi vì nhiệt phức tạp , sản phẩm phân hủy trong
khoảng 3807000C là Fe2O3, Fe3O4, SO2, SO3 . Sản phẩm khí sinh ra là khí độc , lượng
khí này làm tăng mức luân chuyển khí trong lò khi nguội phản ứng với kiềm tạo muối
sunfat là nguyên nhân gây bít tắc ống trong hệ thống lò
Để thay thế quặng sắt có thể dùng boxit (hàm lượng Fe2O3 > 20% ) hoặc các loại
đất có hàm lượng sắt cao như Laterite, đất đỏ nhưng các nguyên liệu này thường
không phổ biến .
1.4.5.

Những Phụ Gia

Cát : Khi thiếu SiO2 dùng phụ gia hiệu chỉnh là cát non . Cát dùng làm phụ gia
hiệu chỉnh cần hàm lượng SiO2 > 85% , MKN < 1,5% , ẩm < 5% .
Boxit : cung cấp đồng thời Al2O3, Fe2O3, SiO2, CaO
Quặng sắt : là nguyên liệu chính cung cấp Fe2O3 giúp điều chỉnh thành phần
trong trường hợp đất thiếu Fe2O3 .

Thạch cao : công thức hóa học CaSO4.2H2O chiếm khoảng 5% khối lượng
XMP , là phụ gia làm giảm tốc độ đóng rắn . Thạch cao làm phụ gia chủ yếu thuộc

ThS. Nguyễn Thị Phương

11

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

hàm lượng khoáng C3A do C3A là khoáng có tốc độ đóng rắn cao nhất , ngoài ra còn
tăng độ bền cơ , chống thấm và dãn nở cho XM
Phụ gia khoáng hoạt tính : có thể là nguyên liệu tự nhiên như diatomit, trepel, tro
núi lửa, đất đá ong …
Do có chứa các dạng SiO2 , Al2O3 hoặc các alumo silicat có khả năng tương tác
với vôi và nước tạo các hợp chất hydro-silicat canxi và hydro-aluminat canxi có cường
độ cao có vai trò quan trọng bậc nhất trong tác dụng thủy lực .
Xỉ : trong xỉ có nhiều khoáng có tính kết dính như canxi silicat , alumo silicat , …
và thủy tinh có hoạt tính cao . Xỉ có tác dụng giảm nhiệt thủy hóa tăng cường độ cho
XM
Tro : tăng độ dẻo dai, tăng cường độ XMP, hút vôi , giảm nhiệt thủy hóa …
Nhiệt độ ảnh hưởng,nhiệt độ nào các chất phản ứng?
ở 5500C - 6000C đã bắt đầu xảy ra phản ứng giữa CaCO3¬ với SiO2, Al2O3,
Fe2O3. Vì các khoáng sét dehydrat hóa (4500C - 6000C) và phân hủy (700 - 10000C)
tạo thành oxyt, hay các hợp chất mới, có hoạt tính bề mặt lớn nên rất dễ dàng phản ứng
ở trạng thái rắn. Ở nhiệt độ này CaCO3 cũng bị phân hủy. Trước hết là sự tạo thành

các hợp chất nghèo CaO (như CaO. Al2O3), khi tiếp tục nâng cao nhiệt độ nó chuyển
thành những hợp chất giàu CaO (như C3A).CaO tự do không tồn tại ở nhiệt độ thấp, vì
CaO vừa mới tạo thành do sự phân hủy của CaCO3¬, lập tức liên kết với SiO2,
Al2O3, Fe2O3; chỉ trên 9000C mới tồn tại một lượng lớn CaO tự do.
ở 800-10000C, trong hỗn hợp phối liệu tinh thể quarz dưới ảnh hưởng của các
chất xúc tác Na2+,K+,Al+,Fe3+,…có thể chuyển thành dạng thủ hình α-Cristoblit, có
khả năng phản ứng mạnh với CaO tạo thành C2S.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến những loại khoáng nào không ?
Xi măng portland thường các khoáng chính nằm trong giới hạn sau:
C3S= 45-65% C2S=20-30%, C3A=5-15%, C4AF=5-15%
Trong quá trình nung nóng và làm lạnh sự biến đổi thù hình của C2S tinh khiết theo sơ
đồ:

ThS. Nguyễn Thị Phương

12

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Lạnh chậm 1169100C
21300C
Nóng chảy

αL’-C2S

1425100C

α- C2S

630-6800C

βH’-C2S

αH’- C2S

690100C (kết tinh thô)

Lạnh nhanh 1169100C

620-6300C

αL’-C2S

βH’-C2S

690 100C (kết tinh mịn)

780-8300C
Tổng hợp C2S 850-9000C

-C2S

-C2S không có khả năng hydrat hóa, nghĩa là không có tính chất kết dính.

1.5.Nhiên liệu sản xuất xi măng Pooc lăng

Nhiên liệu dùng cho lò nung clinke XMP có thể là nhiên liệu rắn, nhiên liệu lỏng,
hoặc nhiên liệu khí. Muốn đảm bảo năng suất lò cao thì nhiên liệu cung cấp vào lò
phải đạt các yêu cầu sau:
-

Nhiên liệu có nhiệt năng cao
Hàm lượng tro nhỏ nhất
Hiệu quả kinh tế cao

Trong các loại nhiên liệu trên, nhiên liệu khí sử dụng cho lò nung thích hợp nhất, vì có
nhiệt năng cao, không có tro nhiên liệu lẫn vào.
1.5.1. Nhiên liệu rắn

Nhiên liệu rắn chủ yếu dùng trong công nghệ sản xuất XMP là than đá.
Yêu cầu than đá dùng cho lò quay:
-

Than phải có chất bốc cao.
Tạo được ngọn lửa dài.
Tro nhiên liệu ít.
Thường sử dụng than đá có: nhiệt năng 5500 kcal/kg, chất bốc 20 – 30%, hàm
lượng tro 10 – 20%.

ThS. Nguyễn Thị Phương

13

Nhóm 1

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

* Ưu điểm:
-

Có ưu thế lớn về giá thành.
Lưu trữ và vận chuyển đơn giản hơn so với những dạng nhiên liệu khác.

* Nhược điểm: Than được dùng phải đạt yêu cầu cao về chất lượng.
1.5.2. Nhiên liệu khí

Khí tự nhiên là nhiên liệu khí phổ biến trong công nghệ xi măng. Thành phần chính
của khí tự nhiên là metan CH 4 và etan C2H6, các khí propan, butan, pentan, hecxan,…
không đáng kể. Thành phần còn lại như H 2S, khí trơ như nitơ (N2), heli (He) và
cacrbonic (CO2).
Nhiệt trị của khí tự nhiên cao: 800010000 kcal/ kg khí.
* Ưu điểm:
-

Thiết bị đốt rất đơn giản so với hệ thống thiết bị dùng than nhiên liệu.
Nhiệt độ lửa đốt khí cao hơn lửa than.
Chất lượng clinke cao do clinke không bị lẫn tro nhiên liệu.
Trước khi sử dụng không cần qua các khâu gia công như gạn, lọc.

* Nhược điểm:
- Khó khăn trong khâu vận chuyển, lưu trữ và khai thác.
1.5.3. Nhiên liệu lỏng

Trong công nghệ sản xuất XMP, nhiên liệu lỏng phổ biến nhất là mazut và chất thải
lỏng từ công nghệ lọc dầu. Mazut thu được từ sản phẩm sau khi chưng cất dầu lửa.
* Ưu điểm:
-

Ít tạp chất.
Hàm lượng tro thấp 0,1 – 0,3%.
Độ ẩm W = 1 – 4%.
Nhiệt năng khá cao 8000 kcal/kg.

* Nhược điểm:
-

Không thuận tiện khi vận chuyển, chứa đựng và bảo quản.
Trong quá trình bảo quản nhiên liệu, tạp chất có thể tăng cao có khi tới 2,5%
hàm ẩm tăng 5 – 10%.

ThS. Nguyễn Thị Phương

14

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
-

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Trước khi phun vào lò cần phải qua quá trình gia công: đốt nóng mazut để giảm

độ nhớt để dễ dàng vẫn chuyển trong đường ống và phun dễ dàng, đưa vào thiết
bị gạn lọc để loại bỏ tạp chất tránh tắc ống và vòi phun.

Như vậy, để tạo cùng một lượng nhiệt, lượng không khí tốn cho than đá là ít nhất sau
đó là mazut rồi tới khí tự nhiên ( nhưng nếu tính cả điện năng nghiền than, thiết bị…)
năng lượng chung khi dùng khí vẫn là nhỏ. Lượng không khí cần để cháy tăng dẫn đến
kết quả:
-

Nhiệt độ ngọn lửa khi dùng nhiên liệu than là cao nhất do khả năng bức xạ cảu

-

bụi than trong quá trình cháy.
Lượng khí thải khi đốt than và do đó, lượng nhiệt tốn theo khí thải cũng giảm.
Giảm năng suất lò, giảm lượng nhiệt tổn thất ra môi trường.
Năng lượng (nhiên liệu và điện năng) chiếm 30 – 40% giá thành XM. Vì vậy,

những dạng nhiên liệu khác đặc biệt từ phế thải công nghiệp được sử dụng ngày càng
nhiều, làm thay đổi nhanh chóng tỷ lệ nhiên liệu trong công nghiệp XM. Theo Hiệp
hội XM Châu Âu, nhiên liệu từ chất thải từ công nghệ dầu khí chiếm 39%, từ các phế
thải công nghiệp 10%, than 42%, nhiên liệu lỏng 7%, gaz 2%.
1.6. Phối liệu để sản xuất xi măng Pooc – lăng.
Mục đích của việc tính toán phối liệu là xác định tỷ lệ pha trộn giữa các cấu tử
nguyên liệu, bảo đảm clinke đạt chất lượng đúng yêu cầu.
Cơ sở tính toán phối liệu của phương pháp này là dựa vào các hệ số cơ bản KN,
n, p và thành phần hóa học của các cấu tử nguyên liệu đã được phân tích.
1.6.1. Nguyên tắc tính toán
1.6.1.1. Từ yêu cầu chất lượng clinke mà định các hệ số KN, p, n.

Số lượng các cấu tử (n) bao giờ cũng lớn hơn các hệ số (n-1), cụ thể như sau:
-

Nếu tính phối liệu 2 cấu tử thì sử dụng một hệ số: KN

-

Nếu tính phối liệu 3 cấu tử thì sử dụng hai hệ số KN, p hoặc KN và n.

-

Nếu tính phối liệu 4 cấu tử thì sử dụng ba hệ số: KN, p và n.

1.6.1.2. Chọn các cấu tử phụ

Nếu phối liệu 2 cấu tử thì bao giờ cũng sử dụng 2 nguyên liệu chính là đá vôi và
đất sét.
Nếu phối liệu 3 cấu tử, thì ngoài 2 nguyên liệu chính và đá vôi và đất sét, còn một
nguyên liệu phụ nữa là quặng sắt hay diatomit.
ThS. Nguyễn Thị Phương

15

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Nêu phối liệu 4 cấu tử, thì bao giờ cũng sử dụng 2 nguyên liệu chính là đá vôi,
đất sét và 2 nguyên liệu phụ nữa là quặng sắt vá trepen hay diatomit, nếu các cấu tử có
hàm lượng oxyt sắt hoặc oxyt silic nhỏ.
Khi tính toán giải các phương trình toán học, mỗi cấu tử nguyên liệu chiếm một
tỷ lệ nhất định (phần trăm hay phần trọng lượng), nếu một trong hai cấu tử phụ khi giải
ra có giá trị âm, thì loại trừ cấu tử phụ đó, xem như bài toán tính phối liệu không cần
cấu tử phụ.
1.6.1.3. Tro nhiên liệu

Tro nhiên liệu lẫn vào trong clinke XMP phụ thuộc vào phương pháp sản xuất,
loại lò, kích thước lò,...
 Đối với phương phá ướt lò quay.
- Nếu L/D = 30 – 50 lần, có mắc xích trao đổi nhiệt, tro lẫn vào clinke là
-

100%.
Nếu L/D 30 lần, có xích trao đổi nhiệt, tro lẫn vào là 80%, không có xích trao đổi

nhiệt tro lẫn vào clinke là 60%.
- Với lò quay có thiết bị cô đặc bùn (bốc hơi ẩm), tro lẫn vào 70%.
 Đối với phương pháp khô lò quay.
- Loại không có thiết bị tận dụng nhiệt khí thải, tro lẫn vào clinke là 30 – 40%.
- Loại có thiết bị tận dụng nhiệt khí thải, tro lẫn vào clinke là 100%.
- Lượng tro nhiên liệu lẫn vào clinke XMP được xác định theo công thức:
Trong đó:
P: lượng nhiên liệu tiêu tốn riêng (%).
A: hàm lượng yto có trong nhiên liệu (%).
n: lượng tro lẫn vào clinke so với tổng hàm lượng tro có trong nhiên liệu.
Để dễ dàng tính toán quy định một số kí hiệu sau:
Cấu tử

Cấu tử 1
Cấu tử 2
Cấu tử 3
Cấu tử 4
Hỗn hợp phối liệu
Clinke

SiO2
S1
S2
S3
S4
S0
S

Al2O3
A1
A2
A3
A4
A0
A

Fe2O3
F1
F2
F3
F4
F0
F

CaO
C1
C2
C3
C4
C0
C

1.6.2. Trình tự tính toán
• Phân tích thành phần hóa học của các nguyên liệu cần tính toán:

ThS. Nguyễn Thị Phương

16

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Nếu tổng thành phần hóa học của nguyên liệu chưa đủ 100% hay lớn hơn 100% ,
phải quy đổi về 100%.
Nếu bài tính phối liệu không có lẫn tro nhiên liệu, thì sau khi quy đổi về 100%,
bắt đầu tiến hành theo công thức hướng dẫn.
Nếu bài tính phối liệu có tro nhiên liệu lẫn vào, sau khi quy đổi về 100%, lại tiếp
tục tính chuyển từ nguyên liệu chưa nung, sang thành phần hóa học của nguyên liệu đã
nung để thuận lợi cho việc tính toán (nghĩa là trừ đi mất khi nung).

•

Ấn định các hệ số cơ bản KN, p, n (dựa vào số các cấu tử, vào chất lượng clinke

•
•

XMP mà định giá trị cụ thể).
Thiết lập các phương trình và tiến hành tính theo các công thức hướng dẫn.
Tính xong phải kiểm tra lại các hệ số đã ấn định ban đầu, để sai số trong phạm

vi cho phép (KN sai số 0,005%, n và p sai số 0,05%).
• Tính thành phần khoáng clinke, lượng pha lỏng trong clinke và tít phối liệu.
1.7. Tính toán theo phương thức của KIND
1.7.1. Hệ 2 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu.

Quy đổi thành phần hóa học của các nguyên liệu về 100%
Chọn số các hệ số cơ bản và ấn định giá trị các hệ số đó (KN= 0,85-0,95)
Thiết lập phương trình:
Cứ 1 phần trọng lượng cấu tử thứ hai cần phối hợp với X0 phần trọng lượng cấu
tử thứ nhất, ta có các biểu thức sau:
C0 =

X O C1 + C 2
XO +1

(1)

S0 =

X O S1 + S 2
XO +1

(2)

A0 =

X O A1 + A2
XO +1

(3)

X O F1 + F2
XO +1

(4)

F0 =

KN =

C o − (1,65 AO + 0,35FO )
2,8S O

ThS. Nguyễn Thị Phương

(5)

17

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Thay giá trị Co, So, Ao, Fo ở (1), (2), (3), (4) vào (5) và giải ta có:
(2,8S 2 + 1,65 A2 + 0,35F2 ) − C 2
C1 − (2,8S1 KN + 1,65 A1 + 0,35F1 )

XO =

(6)

Đổi ra kết quả: Xo phần trọng lượng cấu tử thứ nhất
1 phần trọng lượng cấu tử thứ hai
Đổi ra phần trăm ta có:

% Cấu tử

1=

XO
.100(%)
XO +1

% Cấu tử

2=

XO
.100(%)
XO +1

Kiểm tra lại hệ số KN, nếu sai số trong khoảng cho phép thì chấp nhận được. Tính thành phần
khoáng, hàm lượng pha lỏng trong clinke và tít phối liệu.
 Tính thành phần khoáng của clinke XMP.
-

Khoáng silicat:
%C3S = 3,8 x (3KN – 2) x S
%C2S = 8,6 x (1 – KN) x S

-

Khoáng nóng chảy:

p=

Al 2 O3
≥ 0,64
Fe2 O3

Khi

%C4AF = 3,04F
%C3A = 2,65(A – 0,64F)
p=

Al2 O3
≤ 0,64
Fe2 O3

Khi

%C4AF = 4,77A
%C3A = 1,7(F – 1,57A)
Cũng có thể tính thành phần khoáng của clinke XMP theo các công thức sau:
-

Đối với clinke XMP thường: (p >0,64)

%C3S = 4,07C – 7,6S – 6,72A – 1,43F
%C2S = 2,87S – 0,75C3S
%C3A = 2,65A – 1,69F
%C4AF = 3,04F
ThS. Nguyễn Thị Phương

18

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
-

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Đối với clinke XMP giàu oxyt sắt (p<0,64)

%C3S = 4,07C – 7,6S – 4,48A – 2,86F
%C2S = 2,87S – 0,75C3S
%C4AF = 4,47F
%C2F = 1,70F – 2,67A

 Hàm lượng % CaSO4:

%CaSO4 = 1,7SO3
 Hàm lượng pha lỏng trong clinke:

L = 1,12C3A + 1,35C4AF
 Tít phối liệu:

T = 1,785CaO + 2,09MgO
1.7.2. Hệ 3 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu:

- Qui đổi thành phần hóa học của nguyên liệu vào 100%
- Ấn định giá trị các hệ số KN, n hoặc KN, p
- Thiết lập các phương trình tính toán
Cứ 1 phần trọng lượng cấu tử thứ ba cần phối hợp với
XO phần trọng lượng cấu tử thứ nhất và
YO phần trọng lượng cấu tử thứ hai, ta có các biểu thức sau:
C0 =

X O C1 + YO C 2 + C 3
X O + YO + 1

(7)

F0 =

X O F1 + YO F2 + F3
X O + YO + 1

(8)

S0 =

X O S1 + YO S 2 + S 3
X O + YO + 1

(9)

A0 =

X O A1 + YO A2 + A3
X O + YO + 1

(10)

KN =

C o − (1,65 AO + 0,35FO )
2,8S O

(11)

n=

SO

AO + FO

ThS. Nguyễn Thị Phương

(12)
19

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
po =

AO
FO

Khoa Công Nghệ Hóa Học
(13)

Thay các vị trí của Co, Fo, Ao, So ở phương trình (7), (8), (9), (10) vào phương trình
(11), (12) hoặc (11), (13) sẽ có:
Xo[(2,8S1+1,65A1+0,35F1)-C1] + Yo[(2,8S2KN+1,65A2+0,35F2)-C2]
= C3 - [(2,8S3KN+1,65A3+0,35F3)

(14)

Và Xo[n(A1+F1)-S1] + Yo[n(A2+F2)-S2] = S3 - n(A3 + F3)

(15)

Hay Xo(pF1-A1) + Y(pF2-A2) = A3 – pF3

(15’)

Đặt a1 = (2,8S1+1,65A1+0,35F1)-C1
b1 = (2,8S2KN+1,65A2+0,35F2)-C2
c1 = C3 - [(2,8S3KN+1,65A3+0,35F3)
a2 = n(A1+F1)-S1
b2 = n(A2+F2)-S2
c2 = S3 - n(A3 + F3)
hay a2 = pF1-A1
b2 = pF2-A2
c2 = A3 – pF3
Thay a1, a2, b1, b2, c1, c2 vào phương trình (14), (15), ta có:
a1 X O + b1YO = c1

a 2 X O + b2YO = c 2

(16)

Giải hệ phương trình (16) ta có Xo, Yo, tính ra phần trọng lượng

XO =

YO =

c1b2 − c 2 b1
a1b2 − b1 a 2

a1c 2 − a 2 c1

a1b2 − b1 a 2

[Phần trọng lượng]

[Phần trọng lượng]

Đổi Xo, Yo ra phần trăm ta có:
% Cấu tử 1

=

XO
.100(%)
X O + YO + 1

% Cấu tử 2

=

YO
.100(%)
X O + YO + 1

ThS. Nguyễn Thị Phương

20

Nhóm 1

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
% Cấu tử 3

=

Khoa Công Nghệ Hóa Học

1
.100(%)
X O + YO + 1

Kiểm tra các hệ số KN, p, n
Tính thành phần khoáng, lượng pha lỏng trong cinke, tít phối liệu như bài tính hệ hai
cấu tử ở trên.
1.7.3. Hệ 4 cấu tử không lẫn tro nhiên liệu

- Qui đổi thành phần hóa học của nguyên liệu vào 100%
- Ấn định giá trị các hệ số cơ bản KN, n, p
- Thiết lập các phương trình tính toán
Cứ 1 phần trọng lượng cấu tử thứ ba cần phối hợp với
XO phần trọng lượng cấu tử thứ nhất và
YO phần trọng lượng cấu tử thứ hai, và
ZO phần trọng lượng cấu tử thứ ba, ta có các biểu thức sau:
C0 =

X O C1 + YO C 2 + Z O C 3 + C 4
X O + YO + Z O + 1

(17)

F0 =

X O F1 + YO F2 + Z O F3 + F4
X O + YO + Z O + 1

(18)

S0 =

X O S1 + YO S 2 + Z O S 3 + S 4
X O + YO + Z O + 1

(19)

A0 =

X O A1 + YO A2 + Z O A3 + A4
X O + YO + Z O + 1

(20)

KN =

C o − (1,65 AO − 0,35FO )
2,8S O

(21)

n=

SO
AO + FO

(22)

po =

AO
FO

(23)

Thay các trị số Co, Fo, Ao, So ở phương trình (17), (18), (19), (20) vào phương trình
(21) và giải ra ta có:
ThS. Nguyễn Thị Phương

21

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Xo[(2,8S1KN+1,65A1+0,35F1)-C1] + Yo[(2,8S2KN+1,65A2+0,35F2)-C2]+
Zo[2,8S3KN+1,65A3+0,35F3)-C3] = C4 - [(2,8S4KN+1,65A4+0,35F4)

(24)

Thay trị số Ao, Fo, So ở phương trình (18), (19), (20) vào (22) ta có:
Xo[n(A1+F1)-S1] + Yo[n(A2+F2)-S2] + Zo[n(A3+F3)-S3]
= S4 - n(A4 + F4)

(25)

Thay trị số Ao, Fo ở phương trình (18), (20) vào (23) ta có:
Xo(pF1-A1) + Y(pF2-A2) + Zo(pF3-A3) = A4 – pF4

(26)

Đặt a1 = (2,8S1KN+1,65A1+0,35F1)-C1
b1 = (2,8S2KN+1,65A2+0,35F2)-C2
c1 = (2,8S3KN+1,65A3+0,35F3)-C3
d1 = C4 - [(2,8S4KN+1,65A4+0,35F4)
a2 = n(A1+F1)-S1
b2 = n(A2+F2)-S2
c2 = n(A3+F3)-S3
d2 = S4 - n(A4 + F4)
a3 = pF1-A1
b3 = pF2-A2
c3 = pF3-A3
d3 = A4 – pF4
Ta có hệ 3 phương trình bậc nhất có 3 ẩn số:
a1 X O + b1YO + c1 Z O = d 1

a 2 X O + b2YO + c 2 Z O = d 2
a X + b Y + c Z = d
3 O
3 O

3
 3 O

(27)

Giải hệ phương trình (27) ta có Xo, Yo, Zo tính ra phần trọng lượng

d 1 (b2 c3 − b3 c 2 ) − d 2 (b1c 3 − b3 c1 ) + d 3 (b1c 2 − b2 c1 )
D

[Phần trọng lượng]

YO =

a1 (d 2 c3 − d 3 c 2 ) − a 2 (d1c 3 − d 3 c1 ) + a 3 (d 1c 2 − d 2 c1 )
D

[Phần trọng lượng]

ZO =

a1 (b2 d 3 − b3 d 2 ) − a 2 (b1 d 3 − b3 d 1 ) + a 3 (b1 d 2 − b2 d 1 )
D

[Phần trọng lượng]

XO =

D = a1(b2c3 – b3c2) – a2(b1c3 – b3c1) – a3(b1c2 – b2c1)

Đổi Xo, Yo ra phần trăm ta có:
ThS. Nguyễn Thị Phương

22

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
% Cấu tử 1 =

XO
.100(%)
X O + YO + Z O + 1

% Cấu tử 2 =

YO
.100(%)
X O + YO + Z O + 1

% Cấu tử 3 3 =

Khoa Công Nghệ Hóa Học

ZO
.100(%)
X O + YO + Z O + 1
1

% Cấu tử 4 = X + Y + Z + 1 .100(%)
O
O
O
Kiểm tra các hệ số KN, p, n. Tính thành phần khoáng, lượng pha lỏng trong cinke, tít
phối liệu như bài tính hệ hai cấu tử ở trên.
1.7.4. Hệ hai, ba cấu tử có lẫn tro nhiên liệu.
•

Qui đổi thành phần hóa học của nguyên liệu và tro nguyên liệu về 100%

•

Đổi thành phần hóa học của nguyên liệu chưa nung về đã nung (trừ đi mất khi
nung)

q=

•

Ấn định hệ số cơ bản.

•

Xác định hàm lượng tro lẫn vào clinke theo công thức:

P. A.n
%
100.100

(28)

a) Tính phối liệu hệ hai cấu tử có lẫn tro.

Cứ 100 phần clinke (hay phối liệu đã nung) thì có:
X phần trăm cấu tử thứ nhất đã nung
Y phần trăm cấu tử thứ hai đã nung
q phần trăm tro nhiên liệu lẫn vào
Ta thiết lập phương trình: X + Y + q = 100

(29)

C=

XC1 + YC2 + qC3
X +Y + q

(30)

F=

XF1 + YF2 + qF3
X +Y +q

(31)

ThS. Nguyễn Thị Phương

23

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
S=

A=

KN =

Khoa Công Nghệ Hóa Học

XS1 + YS 2 + qS 3
X +Y + q

(32)

XA1 + YA 2 + qA3
X +Y + q

(33)

C − (1,65 A + 0,35F )
2,8S

(34)

Thay các trị số của C, F, A, S ở phương trình (30), (31), (32), (33) vào phương trình
(34) và giải ra ta có phương trình bậc nhất hai ẩn số:
a1X +b1Y = c1

(35)

Đặt a1 = (2,8S1KN+1,65A1+0,35F1)-C1
b1 = (2,8S2KN+1,65A2+0,35F2)-C2
c1 = [C3 - (2,8S3KN+1,65A3+0,35F3)]q
Từ phương trình (29,35) có 2 hệ phương trình bậc nhất 2 ẩn số:
Ta có hệ 3 phương trình bậc nhất có 3 ẩn số:
a1 X + b1Y = c1

a 2 X + b2Y = c 2

(36)

Giải hệ phương trình (36) ta có Xo, Yo, Zo tính ra phần trọng lượng

X =

c1b2 − c 2 b1
[%]
a1b2 − a 2 b1

Y=

a1c 2 − a 2 c1
[%]
a1b2 − a 2 b1

Đổi phần trăm X, Y là nguyên liệu đã nung, về nguyên liệu chưa nung, ta có: Trong đó
(MKN)X, (MKN)Y là lượng mất khi nung có cấu tử 1 và 2.

XO =

YO =

100 X
100 − ( MNK ) X

100Y
100 − ( MNK )Y

[Phần trọng lượng]

[Phần trọng lượng]

Đổi Xo, Yo ra phần trăm.

ThS. Nguyễn Thị Phương

24

Nhóm 1


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
=

% Cấu tử 1

% Cấu tử 2

=

XO
X O + YO

Khoa Công Nghệ Hóa Học

[Phần trọng lượng]

YO
.100(%)
X O + YO

Kiểm tra các hệ số KN, p, n. Tính thành phần khoáng, lượng pha lỏng trong cinke, tít
phối liệu như các hệ số không lẫn tro ở trên
b) Tính phối liệu hệ 3 cấu tử có lẫn tro.

Cứ 100 phần clinke (hay phối liệu đã nung) thì có:
X phần trăm cấu tử thứ nhất đã nung
Y phần trăm cấu tử thứ hai đã nung
Z phần trăm cấu tử thứ ba đã nung
q phần trăm tro nhiên liệu lẫn vào
Ta thiết lập phương trình: X + Y + Z + q = 100
C=

XC1 + YC2 + ZC 3 + qC 4
X +Y + Z + q

(38)

F=

XF1 + YF2 + ZF3 + qF4
X +Y + Z + q

(39)

S=

XS1 + YS 2 + ZS 3 + qS 4
X +Y + Z + q

(40)

A=

XA1 + YA 2 + ZA3 + qA4
X +Y + Z + q

(41)

C − (1,65 A + 0,35F )
2,8S

(42)

KN =

n=

p=

(37)

S
A+ F

(43)

A
F

(44)

Thay các trị số của C, F, A, S ở phương trình (38), (39), (40), (41) vào phương trình
(42), (43) và giải ra ta sẽ có hệ 3 phương trình bậc nhất chứa 3 ẩn số:
ThS. Nguyễn Thị Phương

25

Nhóm 1