Bài Giảng Về Kỹ Thuật Sản Xuất Chất Kết Dính

Bài giảng kỹ thuật về môn học kỹ thuật sản xuất chất kết dính, trình bày ngắn gọn nội dung chính, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp học viên chuyên ngành.

• Tác giả: Ngô Trương Ngoc Mai
• Trường học: Trường Đại Học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Kỹ Thuật Sản Xuất Chất Kết Dính
• Loại tài liệu: bài giảng
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: PHÂN LOẠI CHẤT KẾT DÍNH
• 1.1. PHÂN LOẠI THEO TÍNH NĂNG SỬ DỤNG
• 1.2. PHÂN LOẠI TRÊN CƠ SỞ THÀNH PHẦN GỐC
• 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT CHẤT KẾT DÍNH
• 2.1. NGUYÊN LIỆU
• 2.2. KỸ THUẬT SẢN XUẤT CÁC CHẤT KẾT DÍNH
• 2.2.1. Vôi nghiền
• 2.2.2. Chất kết dính vôi sét hoạt hóa
• 2.2.3. Vôi - xỉ than
• 2.2.4. Vôi – bazan xốp
• 2.3. BIỆN PHÁP BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG CHẤT KẾT DÍNH
• 2.3.1. Bảo đảm thành phần hóa
• 2.3.2. Cân đúng tỉ lệ đã khống chế
• 2.3.3. Trộn đều mới đem nghiền
• 2.3.4. Nghiền thật mịn
• 2.3.5. Phụ gia hoạt tính trước khi sản xuất phải thật khô
• 2.3.6. Chế độ nung vôi
• 2.4. LĨNH VỰC SỬ DỤNG
• 3. CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND
• 3.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN (ĐẶC TRƯNG THÀNH PHẦN CỦA CLINKER XMP)
• 3.1.1. Thành phần hóa
• 3.1.2. Thành phần khoáng của clinker xi măng

Tóm tắt

I. Quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất chất kết dính bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, nguyên liệu chính như đá vôi, đất sét và các phụ gia được lựa chọn kỹ lưỡng. Sau đó, các nguyên liệu này được nung ở nhiệt độ cao để tạo ra clinker. Clinker sau đó được nghiền mịn và trộn với thạch cao để tạo thành xi măng Portland. Quy trình này không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn tối ưu hóa hiệu suất sản xuất. Việc kiểm tra chất lượng nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng là rất cần thiết để đảm bảo rằng các tiêu chuẩn an toàn và chất lượng được đáp ứng.

1.1 Nguyên liệu sản xuất

Nguyên liệu chính để sản xuất chất kết dính bao gồm đá vôi canxi, đá dolomite và đất sét. Đá vôi canxi là nguồn cung cấp chính cho canxi, trong khi đất sét cung cấp các oxit cần thiết như Al2O3. Việc lựa chọn nguyên liệu phù hợp là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Các loại đá vôi khác nhau có thể chứa các tạp chất khác nhau, do đó cần phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo rằng chúng đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết cho sản xuất. Đá dolomite cũng được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong sản xuất xi măng và các loại chất kết dính khác.

II. Đặc tính chất kết dính

Các đặc tính chất kết dính của sản phẩm rất đa dạng và phụ thuộc vào thành phần hóa học cũng như quy trình sản xuất. Chất kết dính có thể được phân loại theo tính năng sử dụng, như chất kết dính thủy lực và chất kết dính không thủy lực. Chất kết dính thủy lực có khả năng đóng rắn trong môi trường nước, trong khi chất kết dính không thủy lực chỉ có thể đóng rắn trong không khí. Tính năng này rất quan trọng trong xây dựng, nơi mà các điều kiện môi trường có thể thay đổi. Việc hiểu rõ về các tính năng chất kết dính giúp các kỹ sư và nhà thiết kế lựa chọn loại chất kết dính phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.

2.1 Tính năng chất kết dính

Tính năng của chất kết dính bao gồm khả năng chịu nước, độ bền và khả năng kết dính. Các yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm trong các ứng dụng xây dựng. Chất kết dính có độ bền cao thường được ưa chuộng trong các công trình lớn, nơi mà yêu cầu về độ bền và an toàn là rất cao. Ngoài ra, khả năng kết dính cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến khả năng liên kết giữa các vật liệu khác nhau. Việc nghiên cứu và phát triển các loại chất kết dính mới với tính năng cải tiến là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành công nghiệp xây dựng.

III. Ứng dụng chất kết dính

Các ứng dụng chất kết dính rất phong phú và đa dạng. Chúng được sử dụng trong xây dựng, sản xuất gạch không nung, và nhiều lĩnh vực khác. Chất kết dính vôi có thể thay thế một phần xi măng trong sản xuất gạch, giúp tiết kiệm chi phí và giảm thiểu tác động đến môi trường. Ngoài ra, chất kết dính cũng được sử dụng trong sản xuất bê tông, nơi mà yêu cầu về độ bền và khả năng chịu nước là rất cao. Việc áp dụng các công nghệ mới trong sản xuất chất kết dính cũng giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu lãng phí.

3.1 Thị trường chất kết dính

Thị trường chất kết dính đang ngày càng phát triển với nhu cầu cao từ ngành xây dựng. Các sản phẩm như xi măng Portland và các loại chất kết dính khác đang được ưa chuộng nhờ vào tính năng vượt trội và khả năng ứng dụng đa dạng. Sự phát triển của công nghệ sản xuất cũng giúp cải thiện chất lượng và giảm giá thành sản phẩm. Các nhà sản xuất cần nắm bắt xu hướng thị trường và nhu cầu của khách hàng để phát triển các sản phẩm mới, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành xây dựng.

Nội dung chính

BÀI GIẢNG MÔN HỌC: KỸ THUẬT SẢN XUẤT CHẤT KẾT DÍNH (MSMH: CN251)

Tổng quan về giáo trình (250-300 từ)

Bài giảng môn học Kỹ thuật sản xuất chất kết dính (Mã số môn học: CN251) do nhóm cán bộ giảng dạy gồm Ngô Trương Ngọc Mai và Nguyễn Việt Bách biên soạn năm 2007, trực thuộc Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ. Tài liệu này được thiết kế như một học phần chuyên ngành cốt lõi trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Công nghệ Hóa học và Kỹ thuật Vật liệu vô cơ.

Mục tiêu học tập của giáo trình là cung cấp cho người học hệ thống kiến thức toàn diện về cơ sở hóa lý, nguồn nguyên liệu, công nghệ nung luyện và cơ chế đóng rắn của các hệ chất kết dính vô cơ. Sinh viên sau khi hoàn thành học phần có khả năng:

1. Phân loại và nhận định tính chất của các loại chất kết dính bền không khí và chất kết dính thủy lực.
2. Nắm vững bản chất thành phần hóa, cấu trúc mạng tinh thể và các dạng chuyển hóa pha thù hình của khoáng clinker xi măng Portland (XMP).
3. Thành thạo các thuật toán và phương pháp giải tích để thiết lập đơn phối liệu 2, 3, 4 cấu tử (có hoặc không có sự tham gia của tro nhiên liệu) nhằm sản xuất clinker đạt các môđun chất lượng định trước.

Cấu trúc giáo trình gồm 3 chương chính, tiếp cận từ phân loại đại cương, công nghệ sản xuất các chất kết dính gốc vôi – phụ gia hoạt tính, đến kỹ thuật công nghệ sản xuất xi măng Portland. Điểm đặc thù của tài liệu là tính định lượng cao, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết khoáng vật silicat với các bài toán tính toán công nghệ cụ thể phục vụ trực tiếp cho hoạt động sản xuất công nghiệp.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi (500-600 từ)

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc nội dung của bài giảng được tổ chức tuần tự theo 3 chương với logic phát triển từ cơ bản đến phức tạp:

• Chương 1: Phân loại chất kết dính: Hệ thống hóa phân loại dựa trên tính năng sử dụng (chất kết dính bền không khí như vôi tôi, vôi nghiền, thạch cao; chất kết dính thủy lực như vôi thủy, xi măng Roman, xi măng Portland) và phân loại theo thành phần gốc (các chủng loại XMP pha phụ gia xỉ lò cao 30–70%, puzouland 20–40%, tro than 10–20%, carbonate 15–30%; các loại chất kết dính gốc vôi: vôi carbonate, vôi – sét hoạt hóa mác 60–200 $\text{kg/cm}^2$, vôi – tro xỉ than mác 40–50 $\text{kg/cm}^2$, vôi – xỉ lò cao mác 20–35 $\text{kg/cm}^2$).
• Chương 2: Kỹ thuật sản xuất chất kết dính: Phân tích nguồn nguyên liệu đá carbonate (phân nhóm A–G theo hàm lượng $\text{CaCO}_3$, $\text{MgCO}_3$, tạp chất sét và cấu trúc mạng canxit, aragonit, phaterit, vaterit), đá dolomite, phụ gia puzolan thiên nhiên và nhân tạo (đất sét nung 600–800°C hình thành metakaolinite), xỉ lò cao (đánh giá qua môđun kiềm tính $M_0$, môđun hoạt tính $M_a$). Trình bày sơ đồ công nghệ sản xuất vôi nghiền, vôi sét hoạt hóa, vôi xỉ than, vôi bazan xốp, các biện pháp kiểm soát chế độ nung (900–1200°C), độ mịn nghiền và phạm vi ứng dụng trong gạch không nung mác 35–150.
• Chương 3: Kỹ thuật sản xuất xi măng Portland: Phân tích sâu thành phần hóa và thành phần khoáng clinker ($\text{C}_3\text{S}$, $\text{C}_2\text{S}$, $\text{C}_3\text{A}$, $\text{C}_4\text{AF}$); các hệ số đặc trưng ($K_H$, $n$, $p$, $m$); phương pháp đại số tính toán đơn phối liệu nung clinker; quy trình công nghệ 3 giai đoạn (chuẩn bị phối liệu, nung clinker trong lò quay/lò đứng, nghiền clinker với thạch cao điều chỉnh thời gian đông kết và phụ gia hoạt tính).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết nền tảng trên các nguyên lý hóa học silicat và nhiệt động học chất rắn:

• Thành phần khoáng clinker: Pha Allite ($\text{C}3\text{S}$, công thức thực tế $\text{C}{54}\text{S}_{16}\text{AM}$, chiếm 45–60%); pha Bellite ($\beta\text{-C}_2\text{S}$, chiếm 20–30%); pha Cellite ($\text{C}4\text{AF}$ theo nghiên cứu của Brownmillerite, chiếm 10–18%); pha Aluminat ($\text{C}3\text{A}$, chiếm 7–15%); các khoáng chứa kiềm ($\text{KC}{23}\text{S}{12}$, $\text{NaC}8\text{A}3$) và các oxit tự do ($\text{CaO}{\text{td}}$, $\text{MgO}{\text{td}}$ dạng periclaz).
• Cơ chế chuyển pha thù hình: Sự biến đổi của $\text{C}_2\text{S}$ qua các dạng $\alpha \rightarrow \alpha' \rightarrow \beta \rightarrow \gamma$. Trong đó, $\beta\text{-C}_2\text{S}$ là dạng giả bền; sự chuyển đổi sang $\gamma\text{-C}_2\text{S}$ dưới 525°C đi kèm hiện tượng tăng thể tích 10% gây hiện tượng tả clinker (bột hóa), đòi hỏi kỹ thuật làm lạnh nhanh hoặc đưa vào các oxit ổn định ($\text{Al}_2\text{O}_3, \text{Fe}_2\text{O}_3, \text{MgO}, \text{Cr}_2\text{O}_3$).
• Hệ thống môđun và hệ số công nghệ:
  • Hệ số bão hòa vôi: $$K_H = \frac{\text{CaO} - (1,65\text{Al}_2\text{O}_3 + 0,35\text{Fe}_2\text{O}_3)}{2,8\text{SiO}_2}$$ (giá trị tiêu chuẩn: 0,85–0,95).
  • Môđun silicat: $$n = \frac{\text{SiO}_2}{\text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Fe}_2\text{O}_3}$$ (giá trị tiêu chuẩn: 1,7–3,5).
  • Môđun aluminat: $$p = \frac{\text{Al}_2\text{O}_3}{\text{Fe}_2\text{O}_3}$$ (giá trị tiêu chuẩn: 1,0–3,0).
  • Môđun thủy lực: $$m = \frac{\text{CaO}}{\text{SiO}_2 + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Fe}_2\text{O}_3}$$ (giá trị tiêu chuẩn: 1,7–2,4).

Kỹ năng phát triển

Thông qua nội dung bài giảng, người học được rèn luyện các nhóm kỹ năng chuyên môn:

• Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Thiết lập và giải hệ phương trình tuyến tính nhiều ẩn để cân bằng vật chất phối liệu từ 2 cấu tử (đá vôi – đất sét), 3 cấu tử (bổ sung xỉ pirit hoặc quặng sắt) và 4 cấu tử (bổ sung diatomit/trepen), có tính đến hàm ẩm tự nhiên và lượng tro than xâm nhập từ nhiên liệu đốt ($B \times A \times n / 100$).
• Kỹ năng phân tích và kiểm soát chất lượng: Đánh giá chỉ tiêu nguyên liệu thô qua thành phần oxit, xác định mức độ hoạt tính của xỉ than, xỉ lò cao thông qua môđun kiềm tính $M_0$ và tỷ lệ pha thủy tinh ($C \times M_0$), kiểm soát $\text{CaO}{\text{td}}$ và $\text{MgO}{\text{td}} < 4,5%$ để chống nở thể tích.
• Kỹ năng công nghệ: Lựa chọn thông số công nghệ thích hợp cho từng phương pháp sản xuất (phương pháp ướt, phương pháp khô, lò quay, lò đứng), kiểm soát nhiệt độ nung đất sét hoạt tính (600–800°C), nung đá vôi (1100–1200°C) và nung clinker (1450°C).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập (300-350 từ)

Giáo trình áp dụng phương pháp tiếp cận quy nạp kết hợp diễn dịch kỹ thuật, đi từ việc khảo sát tính chất lý - hóa học của các khoáng đơn lẻ đến việc mô hình hóa các quá trình công nghệ tổng hợp phức tạp trong lò nung và máy nghiền.

Trọng tâm sư phạm của bài giảng được xây dựng xung quanh các bài toán và ví dụ số liệu thực tế chi tiết:

• Ví dụ tính phối liệu 2 cấu tử không tro: Thiết lập tỷ lệ giữa đá vôi canxi ($87,6%$) và đất sét ($12,4%$) ứng với $K_H = 0,88$, từ đó kiểm tra lại các môđun $n = 2,73$ và $p = 1,82$.
• Ví dụ tính phối liệu 3 cấu tử có sử dụng xỉ pirit: Điều chỉnh đồng thời hai hệ số $K_H = 0,9$ và $n = 2,3$, xác định chính xác tỷ lệ phối liệu khô ($86,8%$ đá vôi, $11,83%$ đất sét, $1,37%$ xỉ pirit) nhằm bù đắp lượng oxit sắt thiếu hụt.
• Ví dụ tính phối liệu 4 cấu tử từ thành phần khoáng mục tiêu: Quy đổi trực tiếp từ hàm lượng khoáng thiết kế ($\text{C}_3\text{S} = 55%$, $\text{C}_2\text{S} = 20%$, $\text{C}_3\text{A} = 8%$, $\text{C}_4\text{AF} = 14%$) về hàm lượng 4 oxit chính để tính tỷ lệ nguyên liệu tương ứng.
• Ví dụ tính phối liệu có tính đến tro than: Tính toán lượng tro bám vào clinker dựa trên suất tiêu hao nhiên liệu than cám ($Q = 7000\text{ kcal/kg}$, $B = 25,5\text{ kg/100 kg clinker}$) và độ tro than ($A%$), từ đó điều chỉnh thành phần phối liệu đã nung về dạng phối liệu tự nhiên có kể đến độ ẩm ($W%$) và lượng mất khi nung (MKN).

Phương pháp đánh giá kết quả học tập tập trung vào khả năng tính toán chuẩn xác bảng cân bằng vật chất phối liệu, kiểm soát các chỉ số sai số của $K_H, n, p$, và khả năng giải thích nguyên nhân các sự cố công nghệ (như vôi sống, clinker bị tả, xi măng không ổn định thể tích). Hướng dẫn tự học yêu cầu người học tự giải lại các hệ phương trình tuyến tính với các bộ số liệu phân tích hóa học khác nhau của các mỏ đá vôi và đất sét thực tế.

---

Điểm nổi bật và cập nhật (250-300 từ)

Bài giảng Kỹ thuật sản xuất chất kết dính thể hiện rõ các định hướng công nghệ và giải pháp kỹ thuật gắn liền với thực tiễn sản xuất công nghiệp vô cơ:

• Tận dụng phụ phẩm và phế thải công nghiệp: Giáo trình đề cập cụ thể phương án sử dụng các nguồn nguyên liệu thứ cấp như xỉ hạt lò cao từ luyện gang, tro xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện đốt than, xỉ pirit từ sản xuất axit sulfuric, và bùn nephelin từ công nghiệp sản xuất nhôm ($50\text{--}55%\text{ CaO}$, $5\text{--}30%\text{ SiO}_2$). Việc tích hợp các phế thải này giúp tiết kiệm nhiệt năng nung luyện và giải quyết bài toán môi trường.
• Làm rõ cơ chế hoạt tính khoáng sét: Phân tích sự khác biệt bản chất giữa phụ gia puzolan gốc tro núi lửa (hoạt tính do $\text{SiO}_2$ vô định hình tạo bởi sự làm lạnh nhanh) và phụ gia sét nung non lửa ở 600–800°C. Hoạt tính hút vôi ($> 70\text{--}100\text{ mg CaO/g}$) của đất sét nung được xác định chủ yếu do sự hình thành pha metakaolinite khi mạng tinh thể caolinit mất nước hóa học mà chưa bị phá vỡ hoàn toàn.
• Kiểm soát biến tính pha rắn: Đưa ra cơ chế chi tiết về sự phân hủy và chuyển dạng của khoáng $\text{C}_3\text{S}$ ($< 1250^\circ\text{C}$ phân hủy thành $\text{C}2\text{S} + \text{CaO}{\text{td}}$, $> 1900^\circ\text{C}$ nóng chảy) và kỹ thuật làm lạnh nhanh clinker để giữ lại cấu trúc giả bền ở nhiệt độ phòng.
• Xu hướng công nghệ sản xuất: Đánh giá ưu nhược điểm giữa phương pháp ướt và phương pháp khô, nhấn mạnh xu thế chuyển dịch sang công nghệ sản xuất xi măng Portland phương pháp khô trong lò quay nhằm tối ưu hóa tiêu hao nhiệt năng và nâng cao công suất thiết bị.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình (200-250 từ)

Tài liệu được biên soạn phục vụ cho các nhóm đối tượng cụ thể trong đào tạo và nghiên cứu chuyên ngành:

• Sinh viên đại học: Giáo trình là tài liệu học tập bắt buộc cho sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Công nghệ Hóa học, Công nghệ Vật liệu vô cơ, Kỹ thuật Vật liệu Xây dựng.
• Điều kiện tiên quyết: Người học cần hoàn thành các học phần kiến thức cơ sở bao gồm: Hóa học đại cương, Hóa học vô cơ, Hóa lý (nhiệt động học dung dịch rắn và giản đồ pha), Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa học (các quá trình đập, nghiền, phân loại, trao đổi nhiệt).
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng bài giảng làm đề cương chi tiết để giảng dạy học phần Kỹ thuật sản xuất chất kết dính (MSMH: CN251), xây dựng hệ thống bài tập lớn, đề thi tự luận, và hướng dẫn đồ án môn học thiết kế xưởng sản xuất xi măng/vôi.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu cung cấp các công thức giải tích chuẩn xác và bảng thành phần oxit khoáng vật mẫu, phục vụ việc tra cứu, kiểm tra chất lượng phối liệu và vận hành hệ thống nung clinker tại các nhà máy sản xuất xi măng, cơ sở sản xuất gạch không nung và vữa xây dựng.

---

Câu hỏi thường gặp (250-300 từ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu phù hợp cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Hóa học, Kỹ thuật Vật liệu Xây dựng, giảng viên giảng dạy ngành Công nghệ silicat và các kỹ sư kiểm soát chất lượng tại nhà máy sản xuất xi măng, vôi và vật liệu không nung.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần nắm vững kiến thức Hóa học vô cơ (các phản ứng tạo silicat, aluminat), Hóa lý (giản đồ pha nhiệt độ cao, cân bằng hóa học), và các nguyên lý cơ bản của môn Quá trình & Thiết bị (nghiền, nung, lắng, lọc, trao đổi nhiệt).

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Giáo trình tập trung chuyên sâu vào giải thuật toán học tính toán phối liệu clinker từ 2 đến 4 cấu tử, đồng thời giải quyết bài toán thực tế khi phối liệu có sự tham gia của tro nhiên liệu than cám và phụ gia xỉ khoáng công nghiệp.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên bám sát quy trình: Nắm vững điều kiện bền nhiệt động của từng khoáng clinker ($\text{C}_3\text{S}, \text{C}_2\text{S}, \text{C}_3\text{A}, \text{C}_4\text{AF}$), ghi nhớ các công thức tính $K_H, n, p, m$, và tự giải các bài toán phối liệu mẫu từ bảng phân tích oxit thành phần thô trước khi đối chiếu kết quả.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu liên kết trực tiếp với các sổ tay tra cứu nhiệt năng than đá, tiêu chuẩn kỹ thuật về xi măng Portland, bảng thành phần hóa học khoáng sét Việt Nam và các hướng dẫn tính toán thiết bị lò quay/lò đứng trong công nghệ silicat.

---

Kết luận (150 từ)

Bài giảng Kỹ thuật sản xuất chất kết dính (MSMH: CN251) của Bộ môn Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết hóa học silicat, các quy trình công nghệ sản xuất chất kết dính gốc vôi và xi măng Portland. Giáo trình đóng vai trò là tài liệu học thuật định lượng, cung cấp các thuật toán tính toán phối liệu chuẩn xác có xét đến tro nhiên liệu và phụ gia công nghiệp. Lộ trình tiếp cận kiến thức khuyến nghị cho người học là nghiên cứu tuần tự từ phân loại tính năng, phân tích cơ chế hóa lý khoáng clinker đến thực hành giải các bài toán cân bằng vật chất phối liệu và làm chủ quy trình công nghệ thiết bị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 PHÂN LOẠI CHẤT KẾT DÍNH Có nhiều cách phân loại khác nhau, tuy nhiên thường dùng là: 1.1 PHÂN LOẠI THEO TÍNH NĂNG SỬ DỤNG: Trong xây dựng cơ bản, người ta thường chia làm 2 loại: + Chất kết dính sử dụng trong môi trường không khí - chất kêt dính bền không khí: chỉ sử dụng để xây những công trình trên mặt đất. Gồm có các loại như: vôi tôi, vôi nghiền, chất kết dính thạch cao. + Chất kết dính thủy lực: được sử dụng ngay cả trong môi trường không khí khô, không khí ẩm, môi trường ẩm và nước. Bao gồm: chất kết dính trên cơ sở có thành phần chủ yếu lúc nghiền là vôi và phụ gia hoạt tính, vôi thủy, xi măng La Mã (đá dolomite pha sét) và các chủng loại xi măng porland (XMP).2 PHÂN LOẠI TRÊN CƠ SỞ THÀNH PHẦN GỐC: 1.1 Xi măng porland các loại: trên cơ sở xi măng porland làm gốc lúc nghiền pha thêm phụ gia tạo nên xi măng porland + phụ gia lúc nghiền.

+ Xi măng porland thường: không pha phụ gia nào trừ thạch cao làm phụ gia điều chỉnh tốc độ ninh kết. + Xi măng porland - xỉ lò cao (gọi tắt là xi măng porland xỉ): lúc nghiền ngoài thạch cao còn pha thêm 30-70% xỉ hoạt hoá lò cao. + Xi măng porland – puzouland: lúc nghiền có pha thêm 20-40% phụ gia hoạt tính thiên nhiên hay nhân tạo (trepen, đất sét nung hoạt hóa, đá bazan xốp, …). + Xi măng porland – tro xỉ than: pha thêm 10-20% tro xỉ than lúc nghiền.

+ Xi măng porland – carbonate: pha thêm 15-30% đá carbonate canxi hay đá dolomite lúc nghiền (nếu thay đá bằng cát thạch anh thì được gọi là xi măng porland cốt liệu mịn). + Xi măng porland màu các loại: * Khi nghiền pha thêm quặng màu thiên nhiên (như màu đỏ, vàng, đen). 1 * Xi măng xanh, đen, vàng do pha vào phối liệu, khi nung làm clinker nhuộm màu.2 Chất kết dính gốc từ vôi các loại: + Vôi tôi: chủ yếu là vôi canxi do nung đá vôi tạo nên. + Vôi canxi, vôi thủy, vôi dolomite nghiền mịn làm vữa vôi khô có thể vận chuyển xa được.

+ Vôi carbonate (vôi nghiền): lúc nghiền pha thêm 10-20% đá vôi sống hay lúc nung vôi lõi còn sống đem nghiền tạo nên trong thành phần vôi nghiền chứa nhiều đá sống thành vôi carbonate. + Chất kết dính vôi, xỉ lò cao hoạt hóa tuỳ thành phần có thể gọi là xi măng vôi, xỉ lò cao, xi măng xỉ không chứa clinker, xi măng sulfate-xỉ lò cao. Tùy loại vôi có thể gọi thêm đúng thành phần như sau: * Chất kết dính vôi canxi - xỉ lò cao. * Vôi dolomite - xỉ lò cao.

* Chất kết dính vôi – sét hoạt hóa, bao gồm: Vôi canxi – sét hoạt hóa Vôi dolomite – sét hoạt hóa Vôi thủy – sét hoạt hóa Vôi đá dầu – sét hoạt hóa: tạo thành từ việc pha vào vôi đá dầu đã nghiền (sau khi đã nung ở nhiệt độ > 12000C) từ 30-40% đất sét hoạt hóa sẽ cho ta chất kết dính mác cao mang tên gọi là Kulerơmit. Sét hoạt hoá: là các loại gạch, ngói, đất sét nung non lửa tạo nên, trước đây gọi là vôi - đất puzouland đã hoạt hóa hay gọi tắt là vôi – puzouland (về bản chất vẫn là vôi + đất nung ở 600-8000C) Vôi đá dầu: là đá carbonate chứa dầu hay các tạp chất cháy khi nung ở nhiệt độ lớn hơn 12000C. * Chất kết dính vôi – tro xỉ than: Vôi can xi – tro xỉ than 2 Vôi dolomite – tro xỉ than Vôi thủy – tro xỉ than Vôi đá dầu – tro xỉ than Tro xỉ than: bản chất thành phần như sét hoạt hóa, ngoài ra còn tùy thiết bị đốt than, thiết bị tháo xỉ làm cho xỉ than có một phần mang tính chất xỉ hạt xốp nhẹ. Bảng chất lượng các loại chất kết dính gốc từ vôi Loại vôi Mác (kg/cm2) Vôi tôi 10 Vôi nghiền 25 – 30 Vôi carbonat 30 – 45 Vôi – sét hoạt hóa 60 – 160 – 200 Vôi – tro xỉ than 40 – 50 Vôi thủy 25 – 45 Vôi xỉ lò cao 20 – 35 3 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT SẢN XUẤT CHẤT KẾT DÍNH 2.1 NGUYÊN LIỆU: Ta chỉ xét những nguyên liệu chính để sản xuất chất kết dính như: + Đá vôi canxi, đá dolomite, đá vôi sét, đá dầu,… + Đất sét có thể hoạt hóa thành phụ gia hoạt tính (gọi là sét hoạt hóa).1 Đá carbonate: gồm đá vôi canxi, đá dolomite, đá vôi sét, san hô, sò hến,….Có nhiều cách phân loại đá carbonate, có thể: ❖ Theo tạp chất chứa trong đá: Loại CaCO3 MgCO3 Tạp chất sét Tên gọi (SiO2 + R2O3) A > 93% <4% <3% đá vôi canxi sạch.

B >90% >7% <3% đá vôi canxi dolomit hóa C 7% 8 – 20% đá vôi canxi sét D >7% 8 – 20% đá vôi canxi pha sét E >30% <3% đá vôi dolomit G 8 – 20% đá dolomit - sét ❖ Trong sản xuất vật liệu xây dựng: Loại CaCO3 MgCO3 Tạp chất Ứng dụng sét A >93 4 3 Công nghệ hóa chất, vôi béo để tôi, XMP B 90 7 3 XMP và vôi loại II C 85 7 8 XMP và vôi thủy yếu D 47 45 8 Vôi dolomit nghiền E 72 8 20 XMP, vôi thủy mạnh 4 ❖ Theo cấu trúc đá: + Đá vôi thể rất cứng có Rmax> 3000 kg/cm3 + Loại cứng chắc 200  1200 kg/cm3 + Loại cứng trung bình 100  200 kg/cm3 + Loại mềm 20  200 kg/cm3 ❖ Theo kết cấu và xuất xứ, ta thấy có các loại đá vôi: + Đá vôi canxi loại tảng chắc, đặc. + Đá vôi canxi loại tổ ong xốp như đá túp. + Đá vôi canxi loại mềm như đá phấn. + Đá vôi canxi loại sò hến.

+ Đá vôi canxi loại san hô. + Đá dolomit chắc tảng. + Đá dolomit loại cát sạn vụn tơi như đá dăm hay cát mịn, cát thô. ❖ Phân tích theo bản chất CaCO3 (cấu trúc): -Canxit: phổ biến, mạng giống NaCl: trong đó Ca2+ thay cho Na+ , CO32- thay Cl-.

-Aragonit: ít gặp, mạng tinh thể hexa (gồm 2 khối đáy lục giác chồng lên nhau trong mạch cấu trúc đôi khi Ca2+ một phần bị thay thế bởi Zn2+,Pb2+ hay Zr2+) gặp trong san hô, nung 300 – 400 0C trở thành canxit. -Phaterit: kém bền vững, cấu trúc hexa. -Vaterit: carbonat canxi ngậm nước. ❖ Về màu sắc: trắng, đen, xanh đen, hơi hồng…trên bề mặt có gân trắng của canxit kết tinh hay quartzit nằm xen kẽ, có loại mịn mặt, có loại tạo những hạt các vẩy.2 Đá dolomite: Về bên ngoài trông rất giống đá vôi, do đó muốn nhận ra người ta thường dùng axit HCl nồng độ cao mới có hiện tượng sủi bọt khí mạnh.

Đá dolomite có 3 thể loại: + Loại mịn như đá dăm: tập trung vùng Mỹ Đức Hà Tây, …. 5 + Loại tảng chắc đặc như đá vôi thông thường với màu sắc trắng, hồng, xám tro bếp, xám đen. Loại này có hầu hết ở các mỏ đá vôi vùng núi đá dolomite tập trung ở Xuân Sơn Quảng Bình, núi Mật Thanh Hoá, vùng núi Tam Điệp,… + Dạng cát sạn loại to nhất  10 mm, loại nhỏ nhất vụn tơi mịn như xi măng. Loại hạt nhỏ mịn tập trung ở Lạc thủy, loại cát thô ở Mộc Châu, Sơn La,….Loại cát sạn này chủ yếu dùng đổ mặt đường và tốt nhất loại trên sàng 5 mm làm cốt liệu sản xuất gạch không nung, loại dưới sàng 3 mm làm cốt liệu thay cho cát vàng làm ngói không nung.3 Phụ gia hoạt tính: Tên gọi chung là pouzoland.

Nguồn gốc: đá phún xuất do núi lửa phun lên lạnh nhanh tạo nên đảo có tên là pouzoland. Thời cổ La Mã, người ta dùng đá lấy từ đảo này nghiền mịn pha với vôi làm vữa xây có độ bền nước cao, dùng để xây các thương cảng tiếp nhận nhiều thuyền tàu. Bản chất đá phún xuất của đảo Pouzoland là pha thủy tinh vô định hình thể phún trào axit, pha thủy tinh chủ yếu là SiO2 vô định hình ái lực mạnh với kiềm. Từ xuất xứ trên gọi chung phụ gia thủy hay phụ gia hoạt tính mang tên đảo “pouzoland”.

Loại tự nhiên gọi là phụ gia hoạt tính thiên nhiên, còn loại phải gia công nhiệt mới có độ hoạt tính gọi là phụ gia hoạt tính nhân tạo. Sau này khi các nhà bác học đi sâu nghiên cứu bản chất thành phần khoáng gốc của phụ gia thì phụ gia hoạt tính mang tên ghép có kể đến khoáng gốc của chúng như phụ gia pouzoland trepen, pouzoland diatomit, pouzoland họ khoáng sét (còn gọi là đất sét hoạt hóa),… Ở nước ta chưa tìm ra đá phún trào axit, nhưng có phún trào bazit ở Nghệ An, Bà Rịa là đá Mu Rùa xốp tổ ong thuộc loại pouzoland thiên nhiên, chỉ qua sấy khô cũng cho ta hoạt tính loại yếu. Còn loại nhân tạo là đất sét các loại nung ở 600 – 8000C thành gạch non lửa cho ta phụ gia có hoạt tính từ trung bình đến rất mạnh. Hầu hết các loại đất sét có hàm lượng Al2O3 > 15% đều có thể nung ở 600 – 8000C cho ta hoạt tính từ trung bình đến rất mạnh.

Hoạt tính hút vôi mạnh của đất sét (mgCaO/1g phụ gia) theo công trình nghiên cứu của nhiều giáo sư không phải do SiO2 hoạt tính quy định mà chủ yếu do meta caolinit có ái 6 lực hút vôi mạnh làm đất sét hoạt tính. Khi nung đất sét họ khoáng ở 600 – 800 0C chỉ mới mất nước hóa học làm tơi xốp mạng cấu trúc caolinit chứ chưa phá vỡ hết cấu trúc để tách ra Al2O3 và SiO2. Trong khi hoạt tính của phụ gia pouzoland là do SiO2 vô định hình nằm trong pha thủy tinh của tro núi lửa được làm lạnh nhanh).4 Xỉ lò cao, tro xỉ than: Xỉ và tro than là bã thải của công nghiệp luyện kim, các nhà máy nhiệt điện, cơ khí, sản xuất hơi nước,…. đốt bằng than.

Xỉ lò cao được sử dụng nhiều trong sản xuất XMP xỉ, xi măng vôi xỉ. Tro xỉ than chưa có hướng sử dụng nhiều và triệt để. Thành phần hóa, thành phần khoáng của xỉ có thể rất khác nhau tùy theo loại công nghiệp tạo ra xỉ, cách lấy xỉ…Ngoài thành phần, chất lượng xỉ chịu ảnh hưởng rất lớn của pha thủy tinh và tinh thể nằm trong xỉ. * Thành phần hóa của xỉ nằm trong giới hạn: CaO: 30 – 35%: làm tăng độ hoạt tính thủy lực của xỉ (tăng tính kết dính).

Al2O3: 8 – 24%: có lợi, tác dụng triệt để với CaO tạo cho xỉ tính kết dính mạnh. SiO2: 8 – 38%: quá nhiều SiO2 giảm độ hoạt tính của xỉ. MnO < 5%: nếu > 5% sẽ giảm độ hoạt tính của xỉ. * Các hệ số đánh giá chất lượng xỉ: 1.