Nguyên liệu phụ gia và nhiên liệu để sản xuất xi măng poóc lăng

Mục lục
Trang
mở đầu
Phần I - Tổng quan.......................................................................................
Chơng I: Giới thiệu chung về Xi măng............................................
I. Tóm tắt lịch sử phát triển của nghành công nghiệp sản xuất xi măng...............
II. các loại xi măng....................................................................................
II.1. Xi măng poóc lăng thờng..............................................................................
II.2. Xi măng poóc lăng hỗn hợp .........................................................................
III. Nguyên liệu phụ gia và nhiên liệu để sản xuất xi
măng poóc lăng...........................................................................................
III.1. Nguyên liệu dùng để sản xuất xi măng.......................................................
III.1.1. Các loại đá chứa cacbonnat......................................................................
III.1.2. Đất sét.......................................................................................................
III.1.3. Các loại phụ gia điều chỉnh trong sản xuất xi măng.................................
III.2. Các yêu cầu kỹ thuật, chất lợng phối liệu để sản xuất xi măng...................
III.3. Nhiên liệu dùng trong công nghiệp sản xuất xi măng.................................
IV. Clinker.......................................................................................................
IV.1. Thành phần hoá học của clinker..................................................................
IV.1.1. Oxyt canxi (CaO).....................................................................................
IV.1.2. Oxyt nhôm (Al2O3)...................................................................................
IV.1.3. Oxyt silíc (SiO2).......................................................................................
IV.1.4. Oxyt sắt (Fe2O3).......................................................................................
IV.1.5. Oxyt magiê (MgO)..................................................................................
IV.1.6. Oxyt kiềm (K2O và Na2O)........................................................................
IV.2. Thành phần khoáng của cliker xi măng.......................................................
IV.3. các hệ số đặc trng cho thành phần clinker.................................................
V. Quy trình công nghệ sản xuất xi măng trong công nghiệp .............................
V.2. Quá trình nung, ủ Clinker.............................................................................
V.3. Quá trình nghiền và đóng bao xi măng ........................................................
VI. Qúa trình đóng rắn của xi măng....................................................................

VII. Một số chỉ tiêu để đánh giá chất lợng của xi măng.......................................
Chơng II: những đặc trng cơ bản của quá trình nghiền xi
măng...................................................................................................................
I. Nghiền xi măng.................................................................................................
I.1. Máy nghiền xi măng ......................................................................................
I.2. Bi đạn trong máy nghiền.................................................................................
I.3. Tấm lót ..........................................................................................................
II. Công suất tiêu thụ của máy nghiền .................................................................
III. §èi tỵng nghiỊn..............................................................................................
1


III.1. Clinker.........................................................................................................
III.2. Thạch cao.....................................................................................................
III.3. Các phụ gia khác.........................................................................................
IV. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình nghiền.....................................................
Chơng III: vấn đề bảo quản xi măng..................................................
I. Độ kết khối của vật liệu ....................................................................................
II. §é hót Èm cđa vËt liƯu  .................................................................................
III. BiÕn tính bề mặt cho hệ đa phân tán...............................................................
Chơng IV: Phụ gia trợ nghiền trongsản xuất xi măng...........
I. Chất trợ nghiền..................................................................................................
II. Một số phụ gia trợ nghiền trong sản xuất xi măng..........................................
Phần II cơ sở khoa học của nghiên cứu...........................................
I. Cơ chế trợ nghiền của phụ gia trợ nghiền bảo quản..........................................
II. Cơ chế bảo quản của phụ gia trợ nghền bảo quản............................................
III. Chất hoạt động bề mặt....................................................................................
III.1 Chất hoạt động bề mặt anion........................................................................
III.2 Chất hoạt động bề mặt cation.......................................................................
III.3 Các chất hoạt động bề mặt lỡng tính............................................................

III.4 Các chất hoạt động bề mặt không ion...........................................................
IV. Nguyên liệu thử nghiệm và điều kiƯn nghiªn cøu..........................................
IV.1. Nguyªn liƯu thư nghiƯm..............................................................................
IV.1. Phèi liƯu.......................................................................................................
IV.1.2. Phơ gia thí nghiệm tính năng trợ nghiền..................................................
IV.2. Điều kiện nghiên cứu..................................................................................
Phần III...............................................................................................................
Phơng pháp nghiên cứu.............................................................................
I.1. Phơng pháp đánh giá hiệu quả trợ nghiền .....................................................
I.1.1 Đánh giá dựa trên kích thớc hạt ..................................................................
I.1.2 Đánh giá dựa trên thời gian nghiền .............................................................
I.1.3 Đánh giá dựa trên độ mịn của xi măng.......................................................
II. Phơng pháp đánh giá tính bảo quản.................................................................
II.1. Đánh giá độ kỵ nớc của xi măng khi dùng chất trợ nghiền bảo quản...........
II.2. Đánh giá mức độ hút ẩm của xi măng dùng trợ nghiền bảo quản................
III. Đánh giá độ linh động của xi măng có chất trợ nghiền bảo quản..................
IV. Đánh giá tốc độ suy giảm chất lợng của xi măng..........................................
V. Đánh giá độ ổn định của xi măng....................................................................
VI. Xác định cờng độ chịu nén ( mác xi măng) của xi măng...............................
VII. Xác địn thời gian đông kết............................................................................
2


phần IV...............................................................................................................
kết quả thực nghiệm và nhận xét.....................................................
I. Thực nghiệm......................................................................................................
II. Kết quả.............................................................................................................
II.1. Hiệu quả trợ nghiền.......................................................................................
II.2. Hiệu quả bảo quản.......................................................................................
II.2.1 Độ hút hơi ẩm............................................................................................

II.2.2. Độ kỵ nớc...................................................................................................

3


mở đầu
Để đáp ứng đợc nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng, con ngời luôn mong
muốn phát triển nền kinh tế của mình. Trong đó ngành công nghiệp đóng vai trò
đầu tàu trong nhiệm vụ phát triển nền kinh tế đó. Trong các ngành công nghiệp
thì ngành công nghiệp sản xuất xi măng đối với nhiều nớc là một trong những
ngành công nghiệp mũi nhọn, đặc biệt là đối với nớc ta là một nớc đang trong
quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc thì nhu cầu về xây dựng cơ bản
là rất lớn do đó nhu cầu về sử dụng xi măng cũng tăng theo.
Tổng sản lợng xi măng ở nớc ta hàng năm sản xuất đạt khoảng 20 triệu
tấn/năm, trong khi đó nhu cầu của thị trờng khoảng 25 30 triệu tấn. Chính vì
thế hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu thêm clinker và xi măng để đáp ứng
đợc nhu cầu đó. Nớc ta có một trữ lợng đá vôi rất lớn trải dài từ bắc vào nam đây
là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất xi măng, vì vậy việc phải nhập clinker
và xi măng là khó có thể chấp nhận đợc trong những năm tới. Để làm đợc điều
này thì bên cạnh việc chúng ta đầu t sửa chữa, nâng cấp các nhà máy cũ, xây
dựng thêm các nhà máy mới thì cũng cần chủ động nghiên cứu nhằm tìm ra các
giải pháp để nâng cao năng suất hiện có của thiết bị.
Trong công nghiệp sản xuất xi măng ở nớc ta, từ phơng pháp ớt, phơng pháp
bán khô, phơng pháp khô, đại đa số các nhà máy sử dụng máy nghiền bi trong
quá trình gia công và nghiền xi măng. Công đoạn này là công đoạn tiêu tốn
nhiều năng lợng điện, vật t, thiết bị và nhân công. Việc nghiên cứu tìm ra các
giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao năng suất quá trình nghiền, giảm bớt các tiêu
hao năng lợng, vật t và phụ tùngluôn luôn đluôn luôn đợc các nhà khoa học quan tâm,
nghiên cứu từ nhiều năm nay.
Quá trình nghiền xi măng là quá trình làm cho vật liệu nghiền trở thành cỡ

hạt mịn (<0,1mm) dới tác động của các lực va đập cơ học. Hiệu quả của quá
trình này phụ thuộc vào bản chất, tính chất liên kết hoá lý của vật liệu, tính chất
của công nghệ, khả năng làm việc của thiết bị.
Sử dụng phụ gia trợ nghiền làm tăng năng suất máy nghiền là một trong các
giải pháp hữu hiệu, đem lại hiệu quả kinh tế, nó đợc ứng dụng rất nhiều trong
các máy nghiỊn bi. ChØ víi mét lỵng rÊt nhá phơ gia khoảng 0,006- 0,08% so với
khối lợng clinker có thể làm tăng năng suất máy nghiền lên 10 20% hoặc có
thể cao hơn nữa. Vấn đề là làm thế nào để tìm ra và nghiên cứu chế tạo đợc loại
phụ gia có hiệu quả nhất.
Trên thế giới từ những năm 50 của thế kỷ trớc việc nghiên cứu và sử dụng
chất trợ nghiền đà đợc ứng dụng rộng rÃi và cho hiƯu qu¶ cao.
4


ë níc ta, tõ tríc tíi nay ®· cã mét số trung tâm nghiên cứu chất trợ nghiền
cho quá trình nghiền xi măng đà đem lại hiệu quả rõ rệt nh: Công ty Bách khoa,
Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng Bộ xây dựngluôn luôn đ
Trong phạm vi đề tài này em: Nghiên cứu, khảo sát, ứng dụng thử một số
chất trợ nghiền có nguồn gốc hữu cơ đối với quá trình nghiền xi măng, ảnh hởng
của chúng đến năng suất máy nghiền, đến một số tính chất cơ, lý, hoá của xi
măng từ đó đánh giá và so sánh để tìm ra đợc chất trợ nghiền cã hiƯu qu¶ nhÊt.

5


Phần I
Tổng quan
Chơng I: Giới thiệu chung về Xi măng
I. Tóm tắt lịch sử phát triển của nghành công nghiệp sản xuất xi măng
Ngành công nghiệp xi măng ở Việt đà ra đời cách đây hơn 100 năm, dấu mốc

đầu tiên là nhà máy xi măng Hải phòng do thực dân Pháp xây dựng. Các năm
tiếp theo chúng ta liên tục xây dựng các nhà máy xi măng khác nh: Xi măng Sài
sơn của tổng cục hậu cần, xi măng Cầu đớc Nghệ an, xi măng 3/2 Thanh hoá,
Hà tiên I...Tuy nhiên chúng đợc xây dựng trong thời kỳ đất nớc ta còn chiến
tranh nên ngay từ đầu đà mang tính chắp vá, không đồng bộ về thiết bị do đó
không những chất lợng xi măng không đợc đảm bảo mà còn không đáp ứng đợc
nhu cầu cuả xà hội. Đầu thập kỷ 80 ngành công nghiệp xi măng nớc ta đà có bớc
tiến mạnh mẽ với sự ra đời của các nhà máy xi măng lò quay nh xi măng Bỉm
Sơn, xi măng Hoàng Thạch với công suất mỗi nhà máy là 1.000.000tấn/năm và
nhiều nhà máy xi măng lò đứng khác. Các năm trở lại đây sản lợng xi măng liên
tục tăng, năm 1990 sản xuất đợc 2.608.127 tấn, năm 1995 sản xuất đợc
6.000.000, năm 2000 sản lợng xi măng đạt khoảng 20.000.000 tấn. Dự kiến tăng
trởng tiêu thụ xi măng từ 2000 - 2005 sẽ tăng 9 11%, từ 2005 2010 tăng trởng bình quân sẽ là 5 7% và dự kiến đến năm 2010 sẽ sản xuất đợc khoảng
44.000.000 tấn.
II. các loại xi măng
Xi măng là chất kết dính thuỷ lực đợc sản xuất từ hai nguyên liệu chủ yếu là
đá vôi và ®Êt sÐt nung ®Õn nhiÖt ®é 1450 0C sau ®ã đợc làm lạnh và nghiền mịn.
Có nhiều loại xi măng khác nhau tuy nhiên phổ biến hiện nay là hai loại: Xi
măng poóc lăng thờng và xi măng poóc lăng hỗn hợp.

6


I.1. Xi măng poóc lăng thờng
Đợc phát minh vào năm 1812, đây là chất kết dính thuỷ lực đợc tạo ra bằng
cách nghiền mịn clinker xi măng poóc lăng với thạch cao và các phụ gia khác.Và
thờng đợc kí hiệu là PC, nó đợc ứng dụng rất rộng rÃi trong ngành xây dựng.
2. Xi măng poóc lăng hỗn hợp
Xi măng poóc lăng hỗn hợp đợc chế tạo bằng cách nghiền clinker xi măng
poóc lăng với thạch cao và các phụ gia khác. Nó khác xi măng poóc lăng thông

thờng là ë tû lƯ phơ gia. Theo tiªu chn ViƯt nam, trong xi măng poóc lăng hỗn
hợp chỉ đợc phép pha tối đa 40 % phụ gia hoạt tính và phụ gia trơ trong đó phụ
gia trơ không quá 20% và có ký hiệu là PCB.
III. Nguyên liệu phụ gia và nhiên liệu để sản xuất xi
măng poóc lăng.
III.1. Nguyên liệu dùng để sản xuất xi măng
Để sản xuất xi măng Poóc lăng ngời ta dùng các loại nham thạch trầm tích nh đá
vôi, đất sét, các loại nguyên liệu nhân tạo nh xỉ lò cao và các phụ gia.
III.1.1. Các loại đá chứa cacbonnat.
Hàm lợng thành phần chứa cacbonnat trong hỗn hợp nguyên liệu xi măng là
rất lớn, do đó tính chất hoá lý của thành phần này gây ảnh hởng quyết định đến
việc chọn công nghệ sản xuất xi măng và các thiết bị dùng cho sản xuất.
Đá vôi: là nguyên liệu cơ bản để sản xuất clinker xi măng, đá vôi cung cấp
CaO cho phối liệu, độ cứng của đá vôi là do độ tuổi địa lý của nó quyết định, độ
cứng của đá vôi nằm trong khoảng 1,8-3, màu đá vôi phụ thuộc vào tạp chất, tuỳ
theo tạp chất là Fe, Cr. Đá vôi sạch thờng có màu trắng. Theo tiêu chuẩn Việt
nam TCVN 6072:1996, đá vôi sử dụng làm nguyên liệu phải thoả mÃn: hàm lợng
CaCO3  85%, MgCO3  5%, Na2O + K2O  1%. Ngoài ra còn có các loại đá
khác nhng ít đợc sử dụng ở nớc ta nh: đá phấn, đá mắc nơ, chúng là các nham
thạch trầm tích và có độ cứng bé hơn đá vôi. Hầu hết các nhà máy, xí nghiệp xi
măng nớc ta đều dùng nguyên liệu là đá vôi canxi. Khi chọn đấ vôi làm xi măng
tốt nhất chọn đá vôi sét có tạp chất sét trên 20% phân tán đều và thành phần đá
thiên nhiên xấp xỉ phối liệu sản xuất clinker là phản ứng nhanh nhất, công nghệ
đơn giản
Thành phần đá vôi ở một số cơ sở sản xuất xi măng ở nớc ta
Thứ
tự

Nhà máy, xi nghiệp
xi măng

Thành phần hoá học
MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
7

MgO


1
2
3
4
5
6
7
8
9

Xi măng Bỉm sơn
Xi măng Hoàng thạch
Xi măng Hồng gai
Xi măng Mỹ đức
Xi măng Hải phòng
Xi măng Hà tiên
Xi măng Nguyên bình
Xi măng Sài sơn
Xi măng Cầu đớc

42,40
42,30

42,30
42,34
42,40
42,00
42,74
42,73
42,60

0,30
0,30
0,20
1,15
0,20
3,20
0,02
0,15
0,68

0,10
0,20
0,24
0,20
0,10
0,10
0,21
0,76
0,24

0,10
0,20

0,10
0,10
0,10
0,02
0,16
0,20

54,30
54,60
54,40
52,90
54,60
53,20
53,10
53,10
53,80

0,60
0,60
0,30
2,84
0,60
1,40
3,92
1,18
2,20

III.1.2. Đất sét
Đất sét là một loại nguyên liệu quan trọng khác dung cho việc sản xuất xi
măng, thành phần cơ bản là các silicat nhôm ngậm nớc, nó cung cấp SiO2,

Al2O3, Fe2O3 cho phối liệu sản xuất xi măng. Khoáng sét chủ yếu có trong hầu
hết các loại đất sét là Caolinit, môngtơmổilonit và thuỷ mica. Theo tiêu chuẩn
Việt Nam TCVN 6071 : 1996, hỗn hợp sét đợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất
xi măng phải có các hàm lợng ô xýt n»m trong kho¶ng sau:
SiO2 = 55 - 70%.
Al2O3 = 10 - 24%.
Na2O + K2O  3%.
ë níc ta ®Êt sét phân bố khắp nơi, có trữ lợng lớn, ngoài ra ở một số nơi còn sử
dụng đất sét ruộng hoặc đất phù sa. Những loại đất này thờng có hàm lợng SiO2
thấp, hàm lợng Al2O3 cao hơn tuy nhiên có thể sử dụng phụ gia để bổ sung.
Thành phần đất sét của một số cơ sở sản xuất xi măng
Thứ Nhà máy, xi nghiệp
tự
xi măng
MKN
1 Xi măng Bỉm sơn
7,20
2 Xi măng Sài sơn
12,60
3 Xi măng Hồng gai
4 Xi măng Hải phòng 8,10
5 Xi măng Núi voi
6,10
6 Xi măng Hữu lũng 7,10
7 Xi măng Bố hạ
6,70

Thành phần hoá học
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
64,1 16,20 5,80

59,7 19,50 5,90
64,4 19,40 2,80 0,10
60,2 15,90 6,80 2,70
62,54 16,85 7,60 1,80
64,26 15,50 6,67
63,40 16,50 7,30 1,40

MgO
0,70
1,60
-

III.1.3. Các loại phụ gia điều chỉnh trong sản xuất xi măng
Các loại phụ gia dùng để điều chỉnh đợc đa vào hỗn hợp nguyên liệu khi các
thành phần hoá học của nó không đáp ứng đợc yêu cầu đà quy định, tuỳ theo sự
thiếu hụt các ô xít mà ngời ta cho thêm các phụ gia nh: Ô xít magiê, c¸c chÊt
kiỊm, lu hnh, c¸c clorua, c¸c florua, phèt pho, s¾t...

8


- Phụ gia cao silíc là loại phụ gia có chứa nhiều oxyt silíc, đợc sử dụng để điều
chỉnh modul silicát trong trờng hợp nguồn đất sét có hàm lợng SiO2 thấp. Các
phụ gia cao silíc thờng sử dụng là đất đá có chứa hàm lợng SiO2 > 80% hay có
thể là cát mịn.
- Phụ gia cao sắt là loại phụ gia có chứa nhiều oxyt sắt đợc sử dụng ®Ĩ ®iỊu
chØnh modul alumin¸t cho phèi liƯu. C¸c phơ gia cao sắt thờng sử dụng là: Xỉ
pirít Lâm thao chứa 55 68% Fe2O3, quặng sắt (Thái nguyên, Quảng ninh)
chứa 65 68% Fe2O3luôn luôn đ
- Phụ gia cao nhôm đợc sử dụng để điều chỉnh modul aluminát trong trờng hợp

nguồn đất sét chứa quá ít Al2O3. Phụ gia cao nhôm hay sử dụng là quặng bôxít
có chứa 44 58% Al2O3 hay cịng cã thĨ sư dơng cao lanh hoặc tro xỉluôn luôn đ
Bên cạnh đó còn có các loại phụ gia khác nh:
- Phụ gia khoáng hoá thờng đợc sử dụng trong nhà máy xi măng lò đứng nhằm
làm giảm nhiệt độ phân huỷ nguyên liệu ban đầu thành các ô xýt có hoạt tính
cao. Phụ gia khoáng hoá thờng đợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay là hợp chất
của florua nh CaF2 tinh khiết hay khoáng thiên nhiên, các phế thải công nghiệp
phân phốt phát dới dạng phôt pho thạch cao, thạch cao thiên nhiên hay cao
nung...
- Thạch cao: dùng làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết cho xi măng, hàm
lợng thạch cao tuỳ thuộc vào yêu cầu, tính chất của sản phẩm và công suất của
nhà máy.
- Ngoài ra để sản xuất các loại xi măng khác nhau, ngời ta trộn clinke với một
số phụ gia hoạt tính thiên nhiên hay nhân tạo nh: xỉ lò cao, quặng màu thiên
nhiên, tơrepen...hàm lợng của các loại phụ gia này tuỳ thuộc vào yêu cầu và
chủng loại xi măng.
Thành phần hoá học của một số phụ gia điều chỉnh phối liệu
Thứ
tự

Tên phụ gia

1
2
3
4
5

Đất cao silic Pháp cổ
Quặng zít phong hoá

Xỉ pirít Lâm thao
Bô xít Cao bằng
Bô xít Lạng sơn

Thành phần hoá học
MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
91,80 3,26 1,30
0,70
89,70 3,20 2,00
0,80
4,03 18,76 3,52 65,54 2,50
13,80 0,40 50,00 25,50 0,50
10,10 4,20 59,00 25,40 0,40

MgO
0,16
0,30
0,35
0,78
0,23

III.2. Các yêu cầu kỹ thuật, chất lợng phối liệu để sản xuất xi măng
Để có đợc chất lợng xi măng nh thiết kế thì clinker phải đảm bảo thành phần
hoá học, phải định lợng tơng đối chuẩn xác tỷ lệ các cấu tử nguyªn liƯu cÊp cho
9


máy nghiền theo kết quả tính phối liệu. Yếu tố đảm bảo thành phần hoá học vô
cùng quan trọng vì nếu sai khác sẽ gây nên khó nung hay sự cố lò không cho ta
thànhphần khoáng mong muốn.

Đảm bảo độ mịn của phối liệu sản xuất clinker : Độ mịn yêu cầu của phối
liệu từ 8 10% còn lại trên sàng có đờng kính lõ sàng là 0,08mm. ở các nhà
máy xi măng lò đứng do ta tự sản xuất theo thiết kế độ mịn cho phép 12%. Nếu
phối liệu không đáp ứng đợc độ mịn yêu cầu thì khi nung nó khó kết khối, hàm
lợng vôI tự do cao, clinker không chín hết, phản ứng tạo C 3S khó trong clinker
hàm lợng C2S tăng lên làm lạnh chậm làm cho clinker bị rời do C2S.
Đảm bảo độ đồng nhất: Nếu phối liệu không đồng nhất, nơi nhiều đá vôi sinh
ra vôi tự do cao, nơi thiếu đá vôi sẽ có nhiều C 2S sinh ra tơi rời và hay dính chảy
tạo nên dính cục sự cố tả trong lò gây nên hiện tợng bí gió khó nung, chất lợng
clinker xi măng không đồng đều ảnh hởng xấu đến chất lợng xi măng.
Đảm bảo độ ẩm của phối liệu khi ra khỏi máy nghiền khoảng 1 2% đối với
phơng pháp khô và phơng pháp bán khô.Nếu quá khô viên liệu sẽ nhỏ và bở, nếu
quá ớt viên liệu lớn quá cỡ dẻo lúc rơi vào gầu nạp liệu dính bết vào nhau. Liệu
khô hay ẩm thất thờng ảnh hởng đến chế độ nhiệt của lò nung làm cho lò không
ổn định hay sinh ra sự cố, clinker lúc quá già, lúc lại sống.
III.3. Nhiên liệu dùng trong công nghiệp sản xuất xi măng.
Chất lợng nhiên liệu ảnh hởng trực tiếp đến quá trình nung, vì vậy phải lựa
chọn nhiên liệu đảm bảo đáp ứng đợc nhu cầu luyện clinker.
Nhiên liệu trong các nhà máy xi măng dùng để:
- Vận hành lò: đối với phơng pháp khô là 83%, phơng pháp ớt 96%
- Sấy nguyên liệu: đối với phơng pháp khô là 11%, phơng pháp ớt là 1%
Trong công nghiệp sản xuất xi măng nhiên liệu đợc sử dụng ở ba dạng: rắn,
lỏng, khí.
+ Nhiên liệu rắn
Đây là nhiên liệu đợc dùng phổ biến nhất hiện nay ë níc ta mµ chđ u lµ
than. Than chøa khoảng 60 90% là các bon còn lại là hyđrô, ôxy, nitơ...có
nhiệt lợng riêng từ 5300 7400kCa/kg. Đặc biệt khi than cháy thì để lại một lợng tro chiếm khoảng 10 30%, thành phần của tro than gần giống với đất sét
đà nung do đó nó cũng đợc coi nh một nguyên liệu và cần khống chế theo đúng
tỷ lệ. Khi sử dụng than làm nhiên liệu thì cần phải sấy và nghiền nhỏ rồi phun
vào lò (đối với lò quay) hoặc nghiền cùng phối liệu (đối với đứng). Hiện nay ở nớc ta các nhà máy xi măng sử dụng than cám 4A và 3 để làm nhiên liệu, trữ l10

ỵng than ë níc ta cịng lín vµ chÊt lỵng khá tốt để làm nhiên liệu sản xuất xi
măng đặc biệt là than khai thác ở vùng mỏ Hòn gai Quảng ninh.
Bảng đặc trng của các loại than dùng nung cliker
Loại than
Độ tro A(%)
Chất bốc V (%)
QH (Kcal/kg)
Na dơng
< 36
4200
30
Fin A
7,5
8
7852
Cám 3
<15
6-8
>6740
Cám 4A
15 - 20
6-8
5360
+ Nhiên liệu lỏng
Thờng đợc sử dụng là dầu, trong thành phần hoá học dầu có 85 90% các
bon, 5 -10% hyđrô, có nhiệt lợng cao, không có tro. Tuy nhiên cần phải có thiết
bị đốt, hầm sấy và bộ lọc dầu vì vậy ở Việt nam ít dùng loại nhiên liệu này.
+ Nhiên liệu khí

Phần lớn nhiên liệu dạng khí sử dụng trong công nghiệp xi măng là khí đốt
thiên nhiên chứa thành phần chính là: Mêtan, Etan. Khi đốt khí cũng không có
tro và thiết bị đốt thì đơn giản hơn nhiều so vơi thiết bị đốt nhiên liệu dạng lỏng.
Tuy nhiên ở nớc ta do việc khai thác khí nhiên liệu còn gặp nhiều khó khăn nên
nhiên liệu loại này ít đợc dùng.
IV. Clinker
Là sản phẩm sau khi nung hỗn hợp phối liệu làm cho nó kết khối và có
thành phần khoáng xác định nh: Can xi aluminat, Alumôferit can xi, Can xi
silicát. Clinker là thành phần chủ yếu quyết định đến tính chất của xi măng.

11


IV.1. Thành phần hoá học của clinker.
Hàm lợng những oxyt trong clinker đều ảnh hởng đến quá trình hình thành các
khoáng và chất lợng của xi măng. Do đó tỷ lệ các oxyt cần đợc khống chế chặt
chẽ khi đa các nguyên liệu đầu vào.
Đối với clinker xi măng hàm lợng các oxyt thờng nằm trong các giới hạn sau:

CaO = 58 – 67
MgO = 0,5 – 5 Al2O3 = 4 – 8
Fe2O3 = 2 – 5
SO3 = 0,1 – 0,5 K2O = 0,1 – 0,3
Na2O = 0,1 – 0,3
SiO2 = 18 - 26
TiO2 = 0,1 – 0,3
IV.1.1. Oxyt canxi (CaO).
Oxyt canxi nã tham gia ph¶n øng víi tÊt c¶ các oxyt Fe 2O3, Al2O3, SiO2 để tạo
thành các khoáng chính của clinker. Clinker chứa nhiều CaO tạo thành nhiều
khoáng C3S làm cho xi măng phát triển cờng độ nhanh, mác sẽ cao nhng xi măng

có nhiều CaO trong clinker sẽ kém bền trong môi trờng nớc và các môi trờng
xâm thực khác. Nếu canxi nằm ở dạng tự do sẽ làm cho đá xi măng bị nở thể tích
phá vỡ cấu kiện xây dựng.
IV.1.2. Oxyt nhôm (Al2O3).
Oxyt nhôm nó chủ yếu phản ứng với Cao và Fe2O3 tạo khoáng họ aluminat
canxi và alumôphêrit canxi. Ximăng chứa nhiều Al 2O3, ninh kết và đóng rắn
nhanh nhng toả nhiệt lớn kém bền trong môi trờng sunfat và nớc, không bền ở
nhiệt ®é cao.
IV.1.3. Oxyt silÝc (SiO2).
Oxyt silÝc t¸c dơng chđ u với CaO để tạo khoáng silicat canxi (C 2S và C3S).
Khi quá nhiều SiO2 thì xi măng sẽ đóng rắn chậm , cờng độ ban đầu thấp và ít
toả nhiệt khi đóng rắn, bền trong môi trờng xâm thực.
IV.1.4. Oxyt sắt (Fe2O3).
Oxyt sắt nó phản ứng với CaO và Al2O3 tạo thành các khoáng canxi alumôferit
nóng cháy ở nhiệt độ thấp. Xi măng chứa nhiều Fe 2O3 sẽ làm giảm mác của xi
măng tốc độ đóng rắn chậm, tạo nhiều chất chảy gây bám dính lò, khó nung, nhng lại bền trong môi trờng sulfát. Tuy nhiên nếu hàm lợng này quá thấp sẽ không
đủ chất nóng chảy, khó phản ứng tạo thành khoáng.
IV.1.5. Oxyt magiê (MgO).

12


Oxyt magiê nó tạo thành dung dịch rắn với khoáng C 3S làm tăng hoạt tính
của khoáng này, hàm lợng này lớn sẽ tạo khoáng pêriclaz phản ứng chậm với nớc, gây nở thể tích và phá vỡ cấu trúc xi măng.
IV.1.6. Oxyt kiềm (K2O và Na2O).
Oxyt kiềm là các tạp chất có hại do đất sét đa vào, làm giảm cờng độ của xi
măng nếu hàm lợng lớn hơn 1% chúng sẽ gây ra sự ăn mòn. Trong xi măng thờng có khoảng 0,5 1% oxyt kiềm.
Ngoài các oxyt trên trong xi măng còn có một số oxyt khác nh: TiO2, P2O5,
SO3...tuy nhiên chúng ảnh hởng không đáng kể đến chất lợng của xi măng.
IV.2. Thành phần khoáng của cliker xi măng.

Bốn loại oxyt chính CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 phản ứng tạo nên hai loại
khoáng chính trong clinker
- Khoáng silicat canxi
3CaO.SiO2 ký hiệu C3S gọi là alit
2CaO.SiO2 ký hiệu C2S gọi là bêlit.
Bản chất khoáng silicat canxi theo giản đồ hai cấu tử CaO - SiO2 có 4 loại:
+ Vôlastônít - CaO.SiO2 và giả Vôlastônít - CaO.SiO2.
+ Octôsilicat canxi gồm có 4 loại thù hình , , và - C2S .
Dạng - C2S kém bền và tồn tại ở nhiệt độ trên 675 0C. Nếu lu lâu ở nhiệt
độ 6750C thì - C2S chuyển thành - C2S làm nở thể tích làm cho clinker tự tả
thành bột mịn. Ngời ta phải ổn định để - C2S không chuyển thành - C2Skhi
đó xi măng mới đóng rắn và phát triển cờng độ.
+ Răngkinít C3S2 là hỗn hợp không bền trong quá trình phản ứng, nó bị phân
huỷ và để tạo thành C2S và bÃo hoà C2S thành C3S.
+ Alít 3CaO.SiO2 là khoáng cơ bản nhiều nhất trong clinker, nó tạo cho xi măng
poóc lăng có cờng độ cao, đóng rắn nhan, toả nhiệt nhiều khi đóng rắn, tuy nhiên
lại không bền trong môi trờng sulfát.
- Khoáng aluminat canxi
3CaO.Al2O3 ký hiƯu C3A
4CaO.Al2O3.Fe 2O3 ký hiƯu C4AF gäi lµ xêlit
- Khoáng aluminat canxi.
+ C3A chiếm khoảng 4 15% là chất trung gian mầu trắng, là khoáng quan
trọng cùng với alít tạo ra cờng độ ban đầu của đá xi măng. Xi măng chứa nhiều

13


C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn làm cho xi măng không bền trong môi trờng
sulfát.
+ Xêlit (C4AF) có thành phần chiếm khoảng 10 15%. Khoáng này nóng chảy

ở nhiệt độ 12500C và trở thành pha lỏng tạo môi trờng cho phản ứng tạo thành
khoáng C3S. Khi có khoáng trong xi măng làm cho xi măng có cờng độ thấp,
thời gian đông kết chậm, ít toả nhiệt khi đóng rắn và bền trong môi trờng sulfát.
Ngoài các khoáng chính trên trong clinker còn chứa pha thuỷ tinh là chất lỏng
nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh cliker. Nếu quá trình làm lạnh nhanh thì
pha thuỷ tinh nhiều thì khi đóng rắn xi măng sẽ toả nhiệt nhiều.
IV.3. các hệ số đặc trng cho thành phần clinker
Nh đà biết thành phần clinker gồm 4 oxyt chính là CaO, SiO 2, Al2O3, Fe2O3
chóng cã quan hƯ víi nhau t¹o nên các hệ số đặc trng:
a. Hệ số bÃo hoà vôi theo công thức Kin và Jun
KH

CaO 1,65 A 0,35F 0,7 SO3
2,8SiO2

b. Hệ số môđun silicat
n

SiO2
Al 2 O3  Fe2 O3

14


c. Môđun aluminat
p

Al 2 O3
Fe2 O3

Khi nung 4 oxyt trên ở nhiệt độ 14500C tạo nên 4 khoáng chính là:
3CaO.Al2O3, 2CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe 2O3 và 4 khoáng trên liên
hệ với nhau qua các hệ số đặc trng cho thành phần clinker xi măng.
Hệ số bÃo hoà vôi
KH

C 3 S 0,885C 2 S
C 3 S 1,33C 2 S

Môđun silicat
C 3 S  1,33C 2 S
n
1,434C 3 A  2,046C 4 AF

Môđun aluminat
1,15C 3 A
p
0,64
C 4 AF

Bảng so sánh tính chất xi măng phụ thuộc vào các hệ số KH, n và p
TT Hệ số
Trị số
Cờng độ chịu nén, uốn sau 28
KH, n,p nghiên cứu
ngày (kG/cm2)
Cờng độ nén
Cờng độ uốn
1
2

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

KH

N

P

1,0
0,96
0,91
0,86
0,82
4,0
3,0
2,5
1,7
3,0
2,0
1,0

291
264
269
273
183
203
273
259
267
231
251
255

25,56
29,56
26,7
26,22
23,94
24,42
27
26,88
27,78
24,41
27
27

Qua bảng trên ta rút ra kết luận:
Xi măng từ clinker có hệ số KH cao cờng độ chịu nén cũng tăng cao nhng cờng độ chịu uốn giảm xng. HƯ sè KH = 0,86 – 0,96 cêng ®é thùc tÕ xÊp xØ
nhau, HÖ sè KH = 0,86 – 0,96 là chuẩn đối với cliker xi măng poóc lăng. Gi¶m
hƯ sè KH xng tõ 0,86 – 0,82 thùc tÕ là sản xuất xi măng mác thấp, cờng độ

giảm khá mạnh.
Môđun silicat trong giới hạn 1,7 2,5 đối với clinker thông thờng ít ảnh hởng đến cờng độ xi măng. Hệ số n giảm đồng thời tăng cả cờng ®é nÐn vµ uèn.
15


Môđun aluminat ảnh hởng đến cờng độ không lớn lắm nhng theo quy luật nh
môđun n, nếu giảm p cờng độ nén và uốn đều tăng lên.
V. Quy trình công nghệ sản xuất xi măng trong công nghiệp
Hiện nay ở nớc đang áp dụng 3 loại dây truyền công nghệ sản xuất xi măng
chính:
- Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng ( phơng pháp bán khô).
- Công nghệ sản xuất xi măng lò quay phơng pháp ớt.
- Công nghệ sản xuất xi măng lò quay phơng pháp khô.
Trong hai loại hình công nghệ sản xuất xi măng, xi măng lò quay chiếm 84%
tổng sản lợng sản phẩm xuất ra. Các công ty xi măng lò quay có công suất lớn,
dây truyền thiết bị hiện đại, vì vậy có chất lợng xi măng tốt, mác cao. Ngợc lại
các công ty xi măng lò đứng có kết cấu đơn giản, công nghệ của một số khâu
còn thủ công nên năng xuất và chất lợng còn bị hạn chế.
V.1 Quá trình gia công nguyên liệu và nhiên liệu
Các phối liệu đá vôi, đất sét, thạch cao, các loại phụ gia, than luôn luôn đđ ợc gia công
sơ bộ đến kích thớc và độ ẩm yêu cầu sau đó đợc định lợng và nghiền mịn thành
phối liệu.
Đối với công nghệ sản xuất xi măng theo phơng pháp khô và bán khô : Phối
liệu đa vào nghiền không chỉ có :đá vôi , đất sét, phụ gia điều chỉnh mà nhiên
liệu than cũng đợc nghiền mịn và phun vào lò trong quá trình nung.
Đối với công nghệ sản xuất xi măng theo phơng pháp ớt thì bột phối liệu đợc
trộn với nớc và nghiền trong máy nghiền bi ớt.
V.2. Quá trình nung, ủ Clinker
Công đoạn nung Clinker là công đoạn rất quan trọng và quyết định đến chất lợng sản phẩm. Phối liệu sau khi đà đợc nghiền mịn đợc đa vào nung trong lò
nung. Đối với lò quay phơng pháp ớt thì bột liệu đi vào lò ở dạng bùn pát, với

phơng pháp khô thì bột liệu sau khi nghiền đợc đi qua hƯ thèng xyclon tro ®ỉi
nhiƯt nh»m gia nhiƯt phèi liƯu trớc khi vào lò nhiệt độ phối liệu lúc này lên tới
7000C nh vậy phối liệu trớc khi vào lò ở dạng bột khô và đợc nung trong lò quay
tại dôn nung khoảng 1350 1450 0C. Sau khi nung xong Clinker đợc làm nguội
nhanh bằng nớc và không khí sau đó vận chuyển vào silô chứa. Với hệ thống lò
nung clinker theo phơng pháp bán khô sử dụng lò đứng hoặc lò quay thì phối
liệu trớc khi nạp vào lò đợc trộn đến độ ẩm 12 14% và đợc vê thành viên có
kích thớc 8 12mm sau đó mới đa đi nung.
Quá trình nung phối liệu trong lò dới tác dụng của nhiệt độ cao các cấu tử
trong phối liệu sẽ phản ứng với nhau tạo thành các khoáng chính có trong thành
phần clinker xi măng đó lµ: 3CaO.Al2O3 ( C3A ), 2CaO.SiO2 ( C2S ), 3CaO.SiO2 (
C3S ) và 4CaO.Al2O3.Fe2O3 ( C4AF ). Để tăng nhanh quá trình nung clinker các
biện pháp có hiệu quả hay đợc dùng nh: Dùng chất khoáng hoá, giảm độ ẩm của
bùn pát, hồi lu bụi trở lại lò quay, dùng thiết bị làm lạnh, tăng tốc độ quay của lò
nung, sử dụng thiết bị đốt nhiên liệu hiện đại cháy hoàn toàn cho nhiệt lợng tối
đa.
16


Sau khi qua giai đoạn làm lạnh, nhiệt độ clinker trong khoảng 50 150 0C
clinker đợc ủ trong kho hoặc silo chứa trong khoảng 10 15 ngày để CaO tự do
còn lại trong clinker phản ứng với nớc trong không khí tạo thành Ca(OH) 2 nở thể
tích làm cho clinker dễ nghiền và xi măng không nở nữa, nh vậy sẽ làm tăng chất
lợng của xi măng.
V.3. Quá trình nghiền và đóng bao xi măng
Clinker đợc phối trộn với các loại phụ gia xi măng nh đá bazan, đá vôi, thạch
cao...theo công thức phối trộn tuỳ thuộc vào yêu cầu và tính chất của xi măng mà
công thức phối trộn sẽ khác nhau. Thông thờng pha thêm 3 4% thạch cao để
điều chỉnh thời gian đông kết và khoản 15 20% phụ gia khác để tăng sản lợng
và cải thiện tính chất của xi măng. Độ nghiền mịn thờng đạt 12% lợng còn lại

trên sàng 008 hoặc bề mặt riêng 2900 3200cm 2 /g rồi qua thiết bị phân ly,
phần cha đạt độ mịn cho quay lại vào máy nghiền. Sau khi nghiền xong xi măng
đợc gầu tải đa vào các silo chứa và đợc đảo trộn để đồng nhất tránh hiện tợng
vón cục. Xi măng sau đó đợc đóng bao ( thông thờng bao có trọng lợng 50kg )
rồi đợc các xe chuyên chở ®i tiªu thơ.

17


Đá vôi

Than

Đất sét

Phụ gia
CaF2,Na2SiF

Xỉ pyrit
Apatit

6

Đập búa

Máy sấy

Máy sấy

Kẹp hàm

Trộn nghiền

Máy phân ly

Làm ẩm, vê viên

Nung clinker(lò đứng)

ủ clinker
Thạch cao, phụ gia

Trộn

Máy nghiền xi măng

Máy phân ly

Đóng bao

Xi măng
Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng lò đứng

18

Máy sấy


Đá vôi

Đất sét

Đập
D

Cán

Sấy

Đảo trộn

Trộn nghiền khô
Nghiền ớt
Làm ẩm

Đập, nghiền

Nung clinker

Làm lạnh

ủ clinker

Đập sấy

Nghiền

Đóng bao

Xi măng

Sơ đồdây chuyền công nghệ sản xuất xi măng lò quay

19


VI. Qúa trình đóng rắn của xi măng.
Tính chất đặc biệt của xi măng là khả năng tham gia phản ứng với nớc tạo
thành chất kết dính có lực kết dính đủ mạnh không những chỉ có những hạt vật
chất riêng biệt tạo thành phản ứng với nớc mà còn có khả năng dính kết trên bề
mặt sản phẩm mới víi c¸c vËt thĨ chøa trong võa tiÕp xóc víi chúng (nh gạch,
đá, sắt, thép, cát...).
Quá trình đóng rắn xảy ra rất phức tạp trải qua nhiều quá trình hyđrat của các
khoáng, có nhiều thuyết để giải thích sự đóng rắn của xi măng theo quan điểm
vật lý nh: thuyết Lơxatơlie, thuyết Bai cốp, thuyết Mikhaêlic...Để đơn giản ta coi
quá trình đóng rắn gồm các giai đoạn sau:
- Hoà trộn xi măng với nớc.
- Thực hiện hyđrat các khoáng trong xi măng.
- Thực hiện các quá trình vật lý liên kết chặt chẽ các hạt sản phẩm.
VII. Một số chỉ tiêu để đánh giá chất lợng của xi măng
Trong xây dựng, chất lợng của xi măng đợc đánh giá bởi các chỉ tiêu nh sau:
- Thành phần khoáng: thông thờng đợc đánh giá theo tỷ lệ khoáng C3S : C2S
hoặc theo hệ số p (Môđun aluminat).
- Hàm lợng vôi tự do: thể hiện nung clinker xi măng kết khối tốt hay xấu, các
hệ số chọn chuẩn hay không chuẩn. Nó đánh giá về khả năng ổn định thể tích
của xi măng.
- Độ mịn của xi măng(S): Xi măng nghiền mịn sẽ ảnh hởng tới lợng nớc tiêu
chuẩn, tốc độ ninh kết và đóng rắn, xi măng nghiền càng mịn thì mác của nó
càng cao. Đánh giá độ mịn bằng phơng pháp tỷ diện (bề mặt riêng cm2/g). Xi
măng thờng S = 2500-3500 cm2/g.
- Khèi lỵng thĨ tÝch (  ): Phụ thuộc vào thành phần khoáng và độ mịn của xi

măng. Xi măng thờng = 1400-1700g/l.
- Lợng nớc tiêu chuẩn: còn gọi là độ dẻo tiêu chuẩn là lợng nớc cần thiết cho
vào xi măng tính theo phần trăm để thực hiện quá trình ban đầu của sự đóng rắn.
Lợng nớc tiêu chuẩn của xi măng phụ thuộc vào độ mịn, thành phần khoáng và
loại phụ gia hoạt tính. Đối với xi măng poóclăng thờng lợng nớc tiêu chuẩn 24
29%
- Tốc độ ninh kết: Đây là đặc tính quan trọng của xi măng nó phụ thuộc vào
thành phần khoáng của clinker, nhiệt độ môi trờng, độ mịn. Xi măng thờng tốc
độ ninh kết bắt đầu không quá 45 phút, kết thúc không muộn hơn 12 giờ
- Mác của xi măng: Mác của xi măng là cờng độ chịu nén của mẫu vữa 1 xi
măng 3 cát tiêu chuẩn sau thời gian bảo dỡng kể từ ngày tạo mẫu lµ 28 ngµy(kG/
20