nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh

Bộ Xây dựng
Viện VLXD

Bộ Xây dựng
Viện VLXD

Bộ Xây dựng
Viện VLXD

Bộ xây dựng
Viện Vật liệu xây dựng
235, Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ:

Dự án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nớc

nghiên cứu hoàn thiện công nghệ
sản xuất mêta cao lanh
M số: KC-06 Da16 CN
KS. Trần Quốc Tế

5945
12/7/2006

Hà Nội, 2006
Bản quyền 2006 thuộc Viện VLXD.
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trởng
Viện VLXD trừ trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu.

Bộ xây dựng
Viện Vật liệu xây dựng
235, Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ:
Dự án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nớc

nghiên cứu hoàn thiện công nghệ
sản xuất mêta cao lanh
M số: KC-06 Da16 CN

KS. Trần Quốc Tế

Hà Nội, 2006
Bản thảo viết xong 03/2006

Tài liệu này đợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện dự án cấp Nhà nớc,
mã số KC-06.DA 16 CN


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

danh sách những ngời tham gia thực hiện dự án
TT

Họ và tên

Học vị

Chức vụ

Chức danh

Cơ quan
công tác

1

Trần Quốc Tế

Kỹ s

Nghiên cứu viên

Chủ nhiệm
dự án

2 Nguyễn Văn Huynh Thạc sỹ Nghiên cứu viên
3

Trịnh Minh Đạt

Thạc sỹ Nghiên cứu viên

Th ký

Viện

khoa học

Vật liệu

Chủ trì

xây dựng

đề mục
4

Đào Quốc Hùng

Thạc sỹ Nghiên cứu viên

Chủ trì
đề mục

5

Vũ Thị D

Kỹ s

Nghiên cứu viên

Chủ trì
đề mục

6

Nguyễn An Thái

Kỹ s

Phó giám đốc

Tham gia

Xí nghiệp

thực hiện

Sứ Lâm
Đồng

7

Phạm Thế Đông

Cử nhân Trởng phòng RD Tham gia

Công ty Cổ

thực hiện

phần Nam
Việt

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Bảng giải thích các chữ viết tắt, đơn vị đo và từ khóa

1. Các chữ viết tắt:
- Mêta cao lanh :

MK

- Silicafume :

SF

- Tro bay :

FA

- Phụ gia công nghệ dạng bột : SFC
- Polyvinylalcohol:

PVA

- Amiăng ximăng:

AC

- Polyvinylalcohol xi măng:

PVA/C

- Ximăng:

XM

- Tỷ lệ Nớc: ximăng

N/XM

- Mất khi nung:

MKN

2. Đơn vị đo:
- ppm:

Một phần triệu

3. Từ khóa:
Mêta cao lanh, ximăng sợi hữu cơ, vữa không co, bê tông chất lợng cao.

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN


Bảng giảI thích Các chữ viết tắt, đơn vị và từ khoá

1. Các chữ viết tắt:
Me ta cao lanh

MK

Silicafume

SF

Tro bay

FA

Tro trấu

RHA

Phụ gia khoáng

PGK

Modul độ lớn của cốt liệu nhỏ

Mn

Phụ gia công nghệ dạng bột

SFC

Polyvinylalcohol

PVA

Amiăng ximăng

AC

Ximăng

XM

Tỷ lệ Nớc : Ximăng

N/XM

Mất khi nung

MKN

2. Đơn vị đo:
Ppm

Một phần triệu

3. Từ khoá:
Mêta cao lanh, ximăng sợi hữu cơ, vữa không co, bê tông chất lợng cao.


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Mục lục
Trang
Tóm tắt

1

Lời mở đầu

2

Chơng I: Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc

4

1.1. ở nớc ngoài

4

1.1.1. Các tính chất và ứng dụng của cao lanh trong công nghiệp

4

1.1.2. Các loại hình công nghệ chế tạo mêta cao lanh

7

1.2. Trong nớc

12

1.3. Kết luận chơng

14

Chơng II: Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ

15

2.1. Nguyên liệu cao lanh

15

2.1.1. Nguồn cao lanh ở Việt Nam

15

2.1.2. Yêu cầu đối với cao lanh nguyên liệu

16

2.2. Thiết bị

17

2.2.1. Thiết bị nung

17

2.2.2. Thiết bị nghiền

21

2.3. Nghiên cứu hoạt tính MK từ cao lanh A Lới và Trại Mát

22

2.4. Nghiên cứu sản xuất thử

23

2.4.1. Nghiên cứu nung MK trong lò con thoi

23

2.4.2. Nghiên cứu nghiền MK trên máy nghiền công nghiệp

26

2.5. Tính toán hiệu quả kinh tế

28

2.5.1. Tính giá thành sản phẩm

28

2.5.2. Khái toán đầu t

29

2.5.3. Tổng hợp các nhu cầu cho dây chuyền 1.000 tấn/năm

31

2.6. Kết luận chơng

31

Chơng III: Nghiên cứu ứng dụng MK

32

3.1. ứng dụng MK trong sản xuất sản phẩm xi măng sợi hữu cơ

32

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

i


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

3.1.1. ứng dụng MK trong SXTN tấm lợp và tấm phẳng PVA/C

32

3.1.2. ứng dụng MK trong SXTN tấm phẳng ximăng sợi rơm

40

3.1.3. ứng dụng MK trong SXTN tấm lợp và tấm phẳng PVA/C khi thay

40

thế một phần sợi PVA bằng bông bazan
3.2. ứng dụng MK trong chế tạo vữa không co

42

3.3. ứng dụng MK trong chế tạo bê tông cờng độ cao

43

3.4. Kết luận chơng

51

Kết luận chung và kiến nghị

52

Lời cảm ơn

53

Tài liệu tham khảo

54

Phụ lục I: Danh mục các sản phẩm của dự án
Phụ lục II: ý kiến nhận xét của các đơn vị sử dụng sản phẩm của Dự án
Phụ lục III: Một số kết quả kiểm định chất lợng sản phẩm của Dự án

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

ii


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Tóm tắt

Dự án này nhằm nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia mê ta
cao lanh. ứng dụng chính của phụ gia là để làm phụ gia công nghệ dạng bột
trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phơng pháp xeo.
Căn cứ các kết quả nghiên cứu đã đạt đợc và những nội dung khoa học
còn tồn tại của giai đoạn RD, dự án đã nghiên cứu mở rộng thêm nguồn
nguyên liệu cao lanh, thử nghiệm nung và nghiền cao lanh trên thiết bị công
nghiệp.
Sản phẩm sản xuất thử đã thể hiện sự ổn định về mặt công nghệ và chất
lợng, đáp ứng yêu cầu làm phụ gia công nghệ dạng bột trong sản xuất các
sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phơng pháp xeo.
Một quy trình công nghệ sản xuất phụ gia mêta cao lanh đã đợc thiết
lập. Một bản hớng dẫn sử dụng phụ gia mêta cao lanh trong sản xuất các
sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phơng pháp xeo và bê tông chất lợng
cao đã đợc biên soạn.
Đã chuẩn bị vật t, nguyên liệu để sản xuất 400 tấn sản phẩm và đã sản
xuất 300 tấn, đã tiêu thụ 180 tấn, số còn lại sẽ phải kéo dài sang năm 2007.

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

1

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Lời Mở đầu
Trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ, theo phơng pháp xeo
không thể thiều thành phẩm phụ gia bột siêu mịn, đợc gọi là phụ gia công
nghệ dạng bột (sheet-forming component - SFC). Loại SFC dùng phổ biến nhất
là silicafume (SF), những năm gần đây ngời ta đã quan tâm đến Mêta caolanh
(MK).
Theo quyết định 115/QĐ/TTg ngày 01/ 8/ 2001 của Thủ tớng Chính
phủ, từ năm 2004, ở nớc ta sẽ ngừng sản xuất tấm lợp amiăng-ximăng (A/C)
và thay thế bằng vật liệu lợp mới. Để thực hiện quyết định này, Bộ Khoa học Công nghệ đã giao nhiệm vụ cho Viện Công nghệ - Bộ Công nghiệp triển khai
nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu công nghệ và thiết kế thiết bị sản xuất tấm lợp
không amiăng - Mã số KC-06-15. Bộ Xây dựng đã giao cho Viện VLXD triển
khai đề tài: Nghiên cứu công nghệ thích hợp sản xuất vật liệu tổ hợp xi măngpolime cốt sợi vô cơ - hữu cơ sử dụng trong xây dựng nhà ở và công trình vùng
đất yếu và vùng có động đất Mã số RDN-05-01.
Kết quả của 2 đề tài đã chỉ ra khả năng sản xuất các sản phẩm xi măng
sợi hữu cơ dựa trên hệ thống thiết bị xeo tấm lợp A/C có bổ xung thêm một số
thiết bị phụ trợ. Riêng phụ gia SFC, nếu phải sử dụng SF nhập ngoại thì sẽ đẩy
giá thành của sản phẩm mới lên cao. Do đó, Bộ KH-CN đã giao nhiệm vụ cho
Viện VLXD triển khai dự án sản xuất thử nghiệm KC-06 DA16.CN: Hoàn
thiện công nghệ sản xuất mêta caolanh trên cơ sở kết quả nghiên cứu đề tài
RD cấp Bộ năm 1997-1998: Nghiên cứu công nghệ sản xuất mêta cao lanh làm
phụ gia trong chế tạo bê tông chất lợng cao - Mã số RD-97.25 để tiến tới tổ
chức sản xuất SFC trong nớc phục vụ cho phát triển sản xuất các sản phẩm xi
măng - sợi hữu cơ.
Tuy nhiên, đến tháng 7/2004, xuất phát từ điều kiện thức tế, nên Thủ
tớng Chính phủ đã có QĐ 113/QĐ/TTg ngày 20/7/ 2004, cho phép các doanh
nghiệp sản xuất tấm lợp A/C đợc tiếp tục sử dụng sợi amiăng có kiểm soát,
đồng thời khuyến khích các nhà khoa học và các doanh nghiệp nghiên cứu đa
dạng hoá sản phẩm tấm lợp bằng các loại sợi khác.

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

2


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Sự thay đổi này đã làm cho dự án sản xuất thử nghiệm: Hoàn thiện công
nghệ sản xuất mêta cao lanh gặp khó khăn rất lớn trong việc tiêu thụ khối
lợng sản phẩm sản xuất thử nghiệm theo hợp đồng giao nhiệm vụ giữa Bộ KHCN với Viện Vật liệu xây dựng cũng nh sự phát triển tiếp tục của sản phẩm
này.
Trớc tình hình đó, dự án đã tìm các hớng khác để tiêu thụ sản phẩm
nh bê tông đầm lăn, bê tông đúc sẵn cờng độ cao, vữa xây dựng đặc chủng,...
Các đối tợng này có nhiều triển vọng sử dụng khối lợng lớn nhng tại thời
điểm kết thúc dự án thì khối lợng tiêu thụ còn rất nhỏ.
Bởi vậy, báo cáo tổng kết của dự án tập trung vào các nội dung hoàn
thiện công nghệ, xây dựng qui trình sản xuất và hớng dẫn sử dụng mêta
caolanh trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ, trong vữa và bê tông.
Phần tiêu thụ 400 tấn sản phẩm, có thể sẽ phải kéo dài thêm sang 2007.
Dự án đã tạo ra 2 sản phẩm mới: Quy trình công nghệ sản xuất mêta cao
lanh và Hớng dẫn sử dụng mêta cao lanh trong sản xuất các sản phẩm xi măng
sợi hữu cơ, bê tông chất lợng cao.
Dự án đã có một số đóng góp mới về giải pháp công nghệ: đã sử dụng
mêta cao lanh làm phụ gia công nghệ dạng bột trong sản xuất các sản phẩm
ximăng sợi hữu cơ đã đợc thí nghiệm trên dây chuyền công nghiệp. Đã chỉ ra
khả năng thay thế các phụ gia công nghệ dạng bột phải nhập ngoại, góp phần
chủ động trong cung cấp phụ gia, giá thành sản phẩm thấp hơn.
Toàn bộ các nội dung hoàn thiện đã đợc thực hiện trong 24 tháng, bắt
đầu từ 01/2004 và kết thúc vào 12/2005 với tổng kinh phí là 2.350 triệu đồng,
trong đó hỗ trợ từ ngân sách SNKH 800 triệu đồng, tỷ lệ thu hồi là 80% kinh

phí hỗ trợ.
Các kết quả nghiên cứu của dự án cũng đã đợc công bố trong một số
thông tin trong nớc.

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

3


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Chơng I
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc

1.1. ở nớc ngoài
1.1.1. Các tính chất và ứng dụng của caolanh trong công nghiệp.
Thành phần khoáng cơ bản của cao lanh là caolinit. Các tính chất vật lí và
hoá học của caolinit quyết định tới lĩnh vực sử dụng của khoáng này trong công
nghiệp. Các tính chất vật lí và hoá học lại phụ thuộc vào điều kiện địa chất đã
hình thành nên cao lanh, tổng thành phần khoáng vật của mỏ cao lanh. Số lợng
mỏ cao lanh trên thế giới có rất nhiều nhng các mỏ có giá trị thơng mại
thờng rất ít.
Cao lanh có màu trắng hoặc gần trắng. Trong mạng cấu trúc tinh thể có ít
nhóm thế, nên điện tích lớp rất nhỏ, phản ứng trao đổi bazơ thấp. Các tinh thể
caolinit có dạng giả lục giác xếp chồng giống nh một quyển sách lớn hoặc một
chồng tài liệu (hình 1.1).
Trên hình 1.2 là ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Cấu trúc
tinh thể của caolinit đợc thể hiện rất rõ.
Kích thớc hạt và sự phân bố kích thớc hạt có tầm quan trọng bậc nhất
quyết định đến sự ứng dụng của caolinit trong công nghiệp (hình 1.3).

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của caolinit [1]

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

4


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hình 1.2: ảnh hiển vi điện tử quét thể hiện cấu trúc tinh thể của caolinit [2].

Hình 1.3: Phân bố cỡ hạt và ứng dụng của caolinit [1].
Một tính chất quan trọng khác là độ nhớt tơng đối thấp ở tỉ lệ hàm rắn
cao, nên cao lanh ứng dụng rất hiệu quả trong sản xuất giấy.
Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

5


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Những ứng dụng truyền thống của caolanh đợc tóm tắt trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các ứng dụng truyền thống của cao lanh.
- Tráng phủ giấy

- Chất độn cho nhựa

- Chất độn trong keo dán

- Chất độn giấy

- Chất độn mực in

- Chất độn trong véc ni

- Chất độn sơn

- Xúc tác dầu mỏ

- Chất độn trong dợc
phẩm

- Một thành phần nguyên - Một thành phần nguyên - Chất độn trong mỹ
liệu trong ceramic

liệu sản xuất sợi thuỷ tinh

- Chất độn cao su

phẩm
- Sàng phân tử

ở các nớc công nghiệp phát triển, lĩnh vực sử dụng cao lanh nhiều nhất
là sản xuất giấy, trên 50% sản lợng, tiếp đến là ceramic và vật liệu chịu lửa,
sản xuất sơn, cao su, chất dẻo.
Trong khoảng đầu thập niên 90 thế kỷ trớc đến nay, mức độ tiêu thụ cao
lanh trong sản xuất sợi thuỷ tinh tăng đáng kể vì cao lanh cung cấp cả silic và
nhôm, là 2 thành phần thiết yếu để tạo nền sợi thuỷ tinh.
ứng dụng mới của cao lanh là cao lanh gia nhiệt ở các khoảng nhiệt độ

nung khác nhau: 650-8000C: mêta cao lanh; 1000-10500C: tiền mulit.
Cả hai sản phẩm cao lanh gia nhiệt này đang đợc ứng dụng ngày càng
tăng trong sản xuất giấy và sơn cao cấp, thay thế một phần bột màu ôxit titan
(TiO2) vốn đang bị khan hiếm dần trên thế giới.
Trong lớp tráng phủ giấy, có thể thay thế tới 60% bột màu oxit titan, còn
trong sản xuất sơn, có thể thay thế tới 25%, trong khi giá của caolanh nung tinh
khiết chỉ khoảng 20% giá của bột màu ôxit titan. Hiện tại, ấn Độ là nớc đang
đi đầu về lĩnh vực sản xuất cao lanh nung ở dải nhiệt độ 1000-10500C ứng dụng
trong nớc và xuất khẩu [3].
Mêta cao lanh thờng đợc biết đến nh là một phụ gia trong sản xuất
chất kết dính cấp thấp ở nhiều nớc đang phát triển từ thập kỷ 60 của thế kỷ 20
[4,5,6,7], nhng phải đến thập kỷ 90 thì mêta cao lanh mới đợc chế biến, nâng
cao giá trị gia tăng khi sử dụng làm phụ gia khoáng hoạt tính cao trong sản xuất
bê tông chất lợng cao và xi măng - sợi [8,9,10,11,12].
Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

6


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

1.1.2. Các loại hình công nghệ chế tạo Mêta cao lanh
Chế độ gia công nhiệt cao lanh bao gồm hai tham số chính là nhiệt độ
nung và thời gian nung. Hai tham số này lại phụ thuộc vào phơng pháp nung
(gia công nhiệt).
Dới đây trình bày một số phơng pháp nung.
1.1.2.1. Công nghệ gia nhiệt trong lò đứng
Phơng pháp sản xuất MK bằng lò đứng đợc sử dụng rộng rãi tại ấn Độ
từ thập kỷ 70 của thế kỷ trớc.
Nguyên liệu đợc nạp vào thiết bị dới dạng hỗn hợp cao lanh và than

vụn (có thành phần: 48% tro, 31% các bon và 20% chất bốc).
Quá trình nung đợc tiến hành ở nhiệt độ 700 0C, thời gian lu là 3h,
nhiệt độ nung đợc điều chỉnh nhờ cặp nhiệt điện và quạt khí cũng nh tốc độ
nạp liệu.
ở ấn Độ đã đa vào vận hành loại lò đứng có công suất 10 tấn/ngày.
Trên hình 1.4 là sơ đồ lò đứng để sản xuất MK.
Phơng pháp nung bằng lò đứng có u điểm là công nghệ không phức
tạp, đầu t thiết bị không lớn, thích hợp với các nớc đang phát triển.
Nhợc điểm của lò đứng là sản xuất gián đoạn, sản phẩm sau khi nung
phải đem nghiền mới có thể đạt đợc độ mịn yêu cầu. Ngoài ra việc khống chế
nhiệt độ ở vùng nung tơng đối khó khăn, đòi hỏi ngời điều khiển phải có kinh
nghiệm. Vì thế chất lợng sản phẩm MK sản xuất theo phơng pháp nung bằng
lò đứng không ổn định.

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

7


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hình 1.4: Sơ đồ lò đứng để sản xuất MK [6]
1.1.2.2. Công nghệ gia nhiệt trong lò tầng sôi
Công nghệ sấy tầng sôi có thể sử dụng hiệu quả để nung cao lanh. Sản
phẩm MK đợc sản xuất theo công nghệ này đạt độ đồng nhất và độ tinh khiết
cao hơn lò đứng. Với quy mô sản xuất pilot ngời ta đã chế tạo thiết bị với công
suất 1,5 kg/ phút [13].
Lò tầng sôi có một số u việt sau:
+ Thời gian gia nhiệt ngắn (chỉ vài phút).
Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

8


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

+ Hiệu quả sử dụng nhiệt của phơng pháp rất cao, có thể tiết kiệm tới
50% chi phí nhiên liệu (dầu) so với phơng pháp sấy quay hoặc các phơng
pháp khác.
+ Thiết bị gọn nhẹ, sử dụng mặt bằng ít. Với công suất 2 tấn/ ngày chỉ
cần một thiết bị có tiết diện ngang 152x152 mm (6x6 inch), chiều cao xấp xỉ
610 mm (20 ft).
+ ít phải duy tu, bảo dỡng thiết bị.
+ Việc chế tạo, vận hành thiết bị tơng đối đơn giản không có yêu cầu gì
đặc biệt về tay nghề của công nhân (tuy nhiên xin lu ý là mặt bằng so sánh là
các nớc tơng đối phát triển).
+ Thiết bị vận hành liên tục, năng suất cao, chất lợng đồng đều.
+ ấn Độ đã đa vào vận hành loại lò tầng sôi có công suất khoảng 20 ữ
30 tấn /ngày. Trên hình 1.5 là ảnh chụp lò tầng sôi của ấn độ.

Hình 1.5: Lò tầng sôi nung cao lanh [13]
Tuy nhiên hiện tại ở Việt Nam cha có một thiết bị nào hoạt động theo
nguyên lý này. Vì vậy việc đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cha thực hiện
đợc.
1.1.2.3. Công nghệ gia nhiệt trong lò tia chớp
Công nghệ sấy theo kiểu tia chớp đã đợc ứng dụng tơng đối rộng rãi
trong sản xuất sơn bột và một số polyme bột.

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

9


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Trong những năm gần đây ở Pháp một nhóm nghiên cứu đã vận dụng
công nghệ sấy tia chớp để gia nhiệt cao lanh chế tạo MK và đã ứng dụng ở quy
mô công nghiệp đó là nung bằng "lò tia chớp".
Một số u điểm nổi bật của công nghệ này là:
+ Thời gian lu đặc biệt ngắn, chỉ vài chục giây. Trong khi phơng pháp
lò đứng thời gian lu là vài giờ còn phơng pháp tầng sôi cũng phải mất vài
phút.
+ Sản phẩm MK sau khi nung không phải nghiền trong khi các phơng
pháp khác đều phải tiến hành công đoạn nghiền sau nung. Nh vậy giảm đợc
chi phí năng lợng nghiền.
+ Độ mịn của sản phẩm MK cao.
+ Hoạt tính của sản phẩm cao.

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý Lò tia chớp [14]
Ghi chú:

(1) Đầu đốt trung tâm
(2) 06 đầu đốt phụ
(3) Vật liệu đã đợc gia nhiệt sơ bộ
(4) Sản phẩm

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

10

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

(5) Khí thứ cấp
(6) Khí nóng
(7) Khí sơ cấp
(8) Phun không khí
(9) Nhiên liệu
(10) Không khí pha loãng
(11) Lu lợng kế
(12) Đờng ống chữ U
(13) Xyclon
(CC) Khoang đốt
Công ty Malet (Cộng hòa Pháp) đã đa vào vận hành lò tia chớp để sản
xuất MK với công suất 800 kg/h (hình 1.6). Thiết bị này cơ động, có thể di
chuyển đến sát nơi tiêu thụ để sản xuất MK.

Hình 1. 6: ảnh chụp hệ thống thiết bị nung MK kiểu tia chớp công suất
800 kg/h [14]

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

11


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

1.2.

Trong nớc

ở nớc ta, cao lanh là nguồn khoáng sản rất phong phú, suốt thập kỷ 70

và một số năm đầu của thập kỷ 80, nhiều nhà khoa học trong nớc đã nghiên
cứu chế tạo MK từ cao lanh Thạch Khoán, Tam Dơng làm nguyên liệu sản
xuất Zeolít, Phụ gia cho sơn Silicát. Tuy nhiên vấn đề nghiên cứu chế tạo MK
để sử dụng trong các loại vật liệu trên cơ sở chất kết dính xi măng với vai trò là
một phụ gia khoáng hoạt tính cha đợc quan tâm nhiều.
Năm 1997 Bộ Xây dựng có giao cho Viện Vật liệu xây dựng thực hiện đề
tài: Nghiên cứu sản xuất mê ta cao lanh sử dụng trong chế tạo bê tông chất
lợng cao. Có thể nói đây là công trình đầu tiên và duy nhất ở Việt Nam cho
đến nay đặt vấn đề nghiên cứu chế tạo mê ta cao lanh từ nguồn nguyên liệu cao
lanh trong nớc. Đề tài đã tập trung nghiên cứu ảnh hởng của các tham số
công nghệ chủ yếu tới hoạt tính của sản phẩm mê ta cao lanh nh: độ tinh khiết
của cao lanh nguyên liệu, chế độ gia công nhiệt, các phơng pháp nghiền. Đề
tài đã đạt đợc những kết quả sau:
+ Khẳng định sự cần thiết phải tinh lọc cao lanh nguyên khai trớc khi sử
dụng làm nguyên liệu trong chế tạo MK;
+ Đã tìm đợc chế độ gia công nhiệt tối u trong điều kiện nung theo
phơng pháp gián đoạn, tức là nung ở trạng thái tĩnh;
+ Đã đa ra đợc chế độ nghiền sản phẩm theo phơng pháp nghiền bi có
sử dụng phụ gia trợ nghiền;
+ Sản phẩm MK thu đợc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của ASTM C
618-91, có hiệu quả tơng đơng với Silicafume ở dạng nén đợc bán trên thị
trờng tại thời điểm cuối những năm 1990.
Các chỉ tiêu chất lợng chính của phụ gia MK trong giai đoạn RD đợc
trình bày trong các bảng 1.2, 1.3 và 1.4.

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

12

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của MK (giai đoạn RD)
TT

Tên chỉ tiêu

Mức đạt đợc

1

MKN

1,37

2

SiO2

53,22

3

Fe2O3

0,80

4

Al2O3

41,63

5

K2O

0,82

6

Na2O

0,11

7

SO3

0,00

Bảng 1.3: Phân bố cỡ hạt của MK (giai đoạn RD)
TT

Kích thớc hạt (àm)

Phân bố % thể tích

1

5,0

46,28

2

10

62,89

3

20

77,22

4

45

91,46

Bảng 1.4: So sánh chỉ tiêu chất lợng của MK (giai đoạn RD) với mức
quy định của ASTM C 618.91
TT
1

2

3

4

Chỉ tiêu
Thành phần hóa học
SiO2+Al2O3+Fe2O3
SO3
MKN
Na2O
Tính chất vật lý
Độ mịn qua sàng 45 àm
Lợng cần nớc
Hoạt tính cờng độ
- 7 ngày
- 28 ngày
Hoạt tính puzolan với vôi, 7 ngày

Đơn vị

Mức
Đề tài
ASTM C618

%

%
%
%

N/mm2

95,65
0
1,37
0,65

70
4
10
1,5

91,46
97

66
115

100
100
10,2

75
75
5,5

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

13

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Tuy nhiên, các kết quả nêu trên mới ở quy mô phòng thí nghiệm, phạm vi
khảo sát còn hẹp :
- Đề tài mới nghiên cứu sử dụng duy nhất cao lanh Thạch Khoán để chế
tạo MK. Để phổ biến công nghệ vào sản xuất cần phải nghiên cứu đánh
giá thêm khả năng sử dụng các mỏ cao lanh ở các địa phơng khác;
- Phơng pháp nghiền bi với việc sử dụng phụ gia trợ nghiền tuy đạt đợc
độ mịn chấp nhận đợc nhng năng suất thấp, giá thành cao. Để sản xuất
ở quy mô lớn cần phải nghiên cứu lựa chọn phơng pháp nghiền quy mô
công nghiệp hoặc ít ra cũng tiệm cận với quy mô công nghiệp;
- Đề tài mới chỉ đánh giá ảnh hởng của phụ gia MK đến một số tính chất
cơ lý của bê tông. Cha nghiên cứu sử dụng MK trong sản xuất các sản
phẩm xi măng sợi hữu cơ, vữa đặc chủng và bê tông chất lợng cao,
những lĩnh vực yêu cầu phải sử dụng tới các phụ gia khoáng hoạt tính cao
nh SF, MK, RHA (tro trấu)...
Để đa sản phẩm phụ gia MK vào sử dụng trong thực tế sản xuất các sản
phẩm này, cần phải hoàn thiện các nội dung cơ bản nêu trên thông qua dự
án sản xuất thử nghiệm để chứng minh tính ổn định về công nghệ và chất
lợng sản phẩm khi sản xuất khối lợng lớn trên thiết bị sản xuất quy mô
công nghiệp và cách sử dụng có hiệu quả MK trong chế tạo một số sản
phẩm gốc xi măng mà nổi bật là các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo
phơng pháp xeo.
1.3.

Kết luận chơng

- Đã tập hợp các thành tựu về tình hình nghiên cứu sản xuất và sử dụng cao

lanh, cao lanh gia nhiệt ở nớc ngoài. Công nghệ mới nhất để chế tạo
MK đạt chất lợng cao là gia nhiệt trong lò tia chớp.
- Nghiên cứu sản xuất và sử dụng MK ở trong nớc còn ít đợc quan tâm.
Các thông số công nghệ rút ra trong giai đoạn RD cũng nh những đánh
giá về ảnh hởng của MK tới tính chất của vữa, bê tông còn rất hạn chế.
Việc thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm để hoàn thiện công nghệ là cần
thiết.
Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

14


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Chơng II
Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ
2.1.

Nguyên liệu: Cao lanh.

2.1.1. Nguồn cao lanh ở Việt Nam.
Nớc ta có nguồn cao lanh rất phong phú, phân bố ở hầu khắp các địa
phơng.
Theo số liệu thống kê (bảng2.1) cho thấy: Tổng trữ lợng caolanh của
Việt Nam khoảng 900 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở vùng Đông Bắc (209 triệu
tấn), Tây Nguyên (233,4 triệu tấn), Đông Nam Bộ (274,9 triệu tấn), ít nhất là
vùng Tây Bắc và Đồng Bằng Sông Cửu Long.
Bảng 2.1: Phân bố, trữ lợng các mỏ cao lanh lớn theo vùng [15].
TT

Vùng

1

Tây Bắc

2

Đông Bắc

3

Đồng bằng Sông Hồng

4

Số mỏ

Trữ lợng (triệu tấn)
9

1,8

43

209

3

5,5

Bắc Trung Bộ

31

85

5

Nam Trung Bộ

22

86

6

Tây Nguyên

34

233,4

7

Đông Nam Bộ

57

274,9

8

ĐB Sông Cửu Long

4

2,3

203

898,5

Cộng

Hiện tại, cao lanh ở nớc ta đang đợc gia công chế biến để sử dụng chủ
yếu trong sản xuất gốm sứ, vật liệu chịu lửa ở trong nớc, ngoài ra một tỷ lệ
nhỏ đợc sử dụng trong các ngành sản xuất giấy, sơn và xuất khẩu. Nhu cầu cao
lanh giai đoạn 2005-2010 sử dụng trong các lĩnh vực nh sau: sản xuất gạch ốp
lát: 1.104.000 tấn, sứ vệ sinh: 26.000 tấn, vật liệu chịu lửa: 72.200 tấn [15].
Để làm nguyên liệu sản xuất MK lợng sử dụng cao lanh quá nhỏ so với
các lĩnh vực khác nên ngoài mỏ Thạch Khoán dự án chỉ chọn thêm 02 mỏ khác

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

15


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

để mở rộng nguồn nguyên liệu có thể sử dụng để sản xuất sản phẩm mới này.
Đó là: cao lanh A Lới (Thừa Thiên Huế) và cao lanh Trại Mát (Lâm Đồng).
2.1.2. Yêu cầu đối với cao lanh nguyên liệu
Trong giai đoạn RD, sau khi lấy cao lanh Thạch Khoán đã qua lọc của
Công ty khai thác và chế biến khoáng sản Phú Thọ đề tài đã tinh lọc tiếp bằng
việc sử dụng thêm phụ gia hóa học. Thành phần chính thu đợc là caolinit
(bảng 2.2).
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của cao lanh Thạch Khoán qua tinh lọc:
TT

Thành phần

Hàm lợng (%)

1

MKN

14,09

2

SiO2

44,86

3

Al2O3

37,72

4

K2O

0,11

5

Na2O

0,10

Trong thực tế sản xuất, để thu đợc cao lanh lọc đạt độ tinh khiết lý
tởng nh vậy là rất khó. Tuy nhiên, hiện nay các cơ sở gia công chế biến cao
lanh đã đầu t công nghệ hiện đại để lọc cao lanh. Sản phẩm cao lanh lọc đạt
đợc độ tinh khiết khá cao (bảng 2.3).
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của cao lanh lọc của một số cơ sở
TT

Thành phần hóa học , %

Cơ sở sản xuất

MKN

1

SiO2

Al2O3

Fe2O3

12,60

45,50

35,94

0,95

14,35

50,08

33,48

0,63

14,0

50,1

32,7

0,82

14,6

46,44

37,1

0,96

Loại 1

-

51

33

1,0

Loại 2

-

53

30

1,7

Công ty khai thác chế biến khoáng sản Phú Thọ
(Thạch Khoán): 15.000 T/năm

2

Công ty gạch men sứ Thừa Thiên Huế (A Lới):
7.000 T/năm, dự kiến mở rộng 50.000 T/năm

3

Xí nghiệp Hiệp Tiến (Bảo Lộc, Lâm Đồng):
30.000 T/năm

4

Xí nghiệp Sứ (Trại Mát, Lâm Đồng): 15.000
T/năm

5

TCVN 6301:1997 Nguyên liệu để sản
xuất SP gốm xây dựng Caolanh lọc
Yêu cầu kỹ thuật

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

16


Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Từ bảng 2.3 có thể thấy, cao lanh lọc của các cơ sở chế biến nêu trên đều
đạt đợc loại 1 theo tiêu chuẩn TCVN 6301:1997. Với hàm lợng caolinit trong

cao lanh lọc nh vậy đáp ứng đợc yêu cầu cho sản xuất phụ gia MK.
Trong nghiên cứu hoàn thiện của dự án, chúng tôi sử dụng trực tiếp cao
lanh lọc của các cơ sở chế biến cao lanh, không tinh lọc lại bằng phụ gia hóa
học nh giai đoạn RD đã làm.
2.2. Thiết bị.
2.2.1. Thiết bị nung
2.2.1.1. Lò M10 (Phòng thí nghiệm TT.VLHC&HPXD):
Lò M10 (LB Đức), dung tích lò: 8 dm3, gia nhiệt bằng điện, nhiệt độ nung cao
nhất: 1000 0C để nghiên cứu mẫu nhỏ.
2.2.1.2. Lò con thoi (Xởng thực nghiệm, Viện Vật liệu xây dựng):
a) Đặc điểm của phơng pháp nung bằng lò con thoi.
+ Thiết bị tơng đối đơn giản, phù hợp với trình độ hiện tại của Việt
Nam, có thể tự chế tạo trong nớc.
+ Đầu t ban đầu thấp, phù hợp với sản xuất ở quy mô vừa và nhỏ. Công
suất thích hợp nhất là 5 10 tấn/ ca tơng đơng 1.000 2.000 tấn sản
phẩm/năm.
+Thời gian lu dài, thờng là vài giờ. Sản xuất gián đoạn.
+ Sản phẩm MK sau khi nung phải nghiền. Nh vậy làm tăng chi phí
năng lợng nghiền.
b) Mô tả thiết bị.
Khái quát :
+ Mô hình: Lò con thoi không thông suốt có 2 xe, 1 cửa, trần phẳng, hút
khí thải qua xe lò, kênh khí thải đi ngầm dới nền lò.
+ Lò đốt bằng dầu nhẹ, dùng mỏ đốt cao tốc tự điều chỉnh nhiên liệu không khí, dầu đợc biến bụi bằng không khí do quạt cao áp cung cấp.
+ Dầu đợc cấp vào lò qua hệ thống bơm cao áp, van điều áp duy trì áp
suất ổn định trớc khi vào mỏ đốt, phần dầu thừa đợc hồi trở về bể chứa.

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

17

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

+ Khí thải đi qua hệ thống trao đổi nhiệt thu hồi không khí nóng đa vào
lò để đốt cháy nhiên liệu qua hệ thống phân phối khí thứ cấp. Khí thải sau bộ
trao đổi nhiệt đợc quạt hút thổi vào ống khói.
Chuyển vận của xe bên ngoài lò đợc thực hiện bằng tời kéo và xe phà.
Lò có hệ thống tự động điều khiển toàn bộ chu trình nung theo chơng
trình đã định, đồng thời cũng có thể điều khiển thủ công.
ở chế độ tự động, các dữ liệu về hoạt động của lò nh nhiệt độ, áp lực,
lu lợng đợc thu thập và truyền về trung tâm điều khiển, hiển thi trên màn
hình, trung tâm này thực hiện việc xử lý và đa ra các lệnh tác động vào bộ
phận thừa hành làm thay đổi chế độ làm việc của hệ thống. Các thông số hoạt
động của lò đợc ghi lại trong máy tính và cho phêp in ra để kiểm tra và điều
chỉnh.
Kết cấu lò
+ Móng lò đợc thiết kế với tải trọng khoảng 4 tấn/m2. Móng kênh khói
đi ngầm dới đất ở độ sâu 1,3 mét đợc đổ bằng bê tông cốt thép M200.
+ Khung lò bằng thép hình đợc chế tạo sẵn và lắp dựng trớc trên các vị
trí móng xác định. Nóc lò đợc treo trên hệ thống giàn thép hình và các móc
neo.
+ Cửa lò kiểu trục đứng, 1 cánh, đóng mở thủ công bằng quay quanh trục
chính ở cạnh và quay tự do quanh trục tâm, khi đóng cửa lò đợc ép sát tờng lò
nhờ các vô lăng.
+ Vỏ lò bằng thép tấm dày 2mm đợc cắt thành từng phần tơng ứng với
vị trí lắp đặt các chi tiết phụ trợ và đợc hàn vào khung giằng tờng lò.
+ Đờng ray trong và ngoài lò có khẩu độ 1,4 m đợc đặt trên tà vẹt
bằng thép chữ U trên nền bê tông, đầu lò có đờng ray nối liền lò nung với lò
sấy và đợc bố trí xe phà đẩy tay.

Mô tả các bộ phận thiết bị.
1. Hệ thống đốt nhiên liệu
Bao gồm tuyến cung cấp dầu và cung cấp không khí.
Tuyến cung cấp dầu bao gồm bơm dầu, đờng ống, bình lọc dầu, van chặn, van
điều áp, mỏ đốt và bộ đánh lửa điện.
Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN

18