Bài giảng Cơ sở kỹ thuật của quá trình sản xuất XMP

CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XMP NGUYÊN LIỆU PHỐI LIỆU NUNG THÀNH CLINKER NGHIỀN CLINKER + PHỤ GIA Quy trình sản xuất tổng quát XMP PP KHÔ PP ƯỚT * Quá trình nghiền, trộn: khô (Bột-W=1-2%; Viên-W=12-16%)  đá vôi, đất sét có W=10-15%  thành phần và cấu trúc đồng nhất * Quá trình nghiền, trộn: ướt (W=30-50%)  đá vôi, đất sét: mềm, có W lớn (đất sét dạng huyền phù) Chi phí nhiên liệu = 1,5-2 lần PP HỖN HỢP Gồm 3 giai đoạn: + Chuẩn bị hỗn hợp phối liệu + Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker + Nghiền clinker và phụ gia thành XMP CƠ SỞ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT Tính chất lý học và thành phần hóa của nguyên liệu Ðiều kiện cung cấp điện năng và nhiệt năng Ðiều kiện trang thiết bị Tính chất khí hậu địa lý nơi sản xuất Khả năng và quy mô mở rộng sản xuất CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN QT sản xuất đơn giản, nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị Nâng cao sản lượng, chất lượng, hạ giá thành Tiêu tốn nhiệt năng, điện năng, nguyên vật liệu thấp Nâng cao trình độ cơ khí hóa và tự động hóa Ðảm bảo vệ sinh và an toàn lao động Nhóm nguyên liệu cung cấp CaO (chủ yếu là đá vôi) Nhóm khoáng sét (cung cấp Al2O3, Fe2O3 và SiO2) Các loại phụ gia: phụ gia điều chỉnh, phụ gia thủy hoạt tính, phụ gia lười (phụ gia đầy), phụ gia bảo quản,… Thường cho vào trong giai đoạn nghiền clinker Nguyên liệu Khai thác, vận chuyển và gia công đá vôi Trong thiên nhiên thường tồn tại dưới dạng:  * Ðá vôi: 90-100% CaCO3 * Ðá vôi mergel: 75-90% CaCO3 * Ðá mergel: 40-70% CaCO3Thành phần đá vôi: CaCO3  MgO (<5%) và R2O (<1%). Ðá vôi sau khai thác (kích thước 600-1000mm) Máy đập hàm (để đạt kích thước 150-300mm) Máy đập búa (để đạt kích thước 5-25mm) Kho chứa Đá vôi sử dụng phải thoả mãn (TCVN 6072 : 1996) CÁC PHỐI LIỆU CÓ CHỨA CaO KHÁC ĐỂ SX XMP Bùn Nephelin (phế liệu ngành SX nhôm): tăng năng suất lò đến 20% và giảm chi phí nhiên liệu 20-25%,thành phần hóa nằm trong giới hạn: SiO2 5-30% Al2O3 2-5% Fe2O3 3-5% CaO 50-55% R2O 1,5-3% Xỉ lò cao (phế liệu ngành SX gang): có thành phần giống như clinker XMP nhưng chỉ khác hàm lượng các oxit: SiO2 8-38% Al2O3 8-24% MgO 1-18% CaO 40-50% MnO 1-3% Khai thác, vận chuyển và gia công đất sét Là những alumosilicat có thành phần hóa học rất khác nhau (kaolinite, monmorillonite, halloysite,… ) Trong đất sét SX XMP ngoài thành phần chủ yếu là SiO2 và Al2O3 còn có thể chứa Fe2O3, SO3, R2O trong giới hạn cho phép Mỏ đất sét (lộ thiên hay ngầm dưới nước) Loại bỏ những lớp đất màu, mùn, sỏi,… Chuyển về kho chứa Ðối với nhà máy có năng suất lớn, đất sét mềm, tơi và SX theo PP ướt:  khai thác bằng cơ khí thủy lực  năng suất cao và hiện đại nhất. SX theo phương pháp ướt lò quay Ðất sét sau khi khai thác Máy cán trục Máy bừa bùn Ðất sét (w=60 -70%) Bể chứa Nghiền ướt cùng đá vôi SX theo phương pháp khô lò quay Ðất sét sau khi khai thác Máy cán trục/ Máy thái đất Máy sấy nghiền liên hợp (chung với đá vôi) Ðất sét w<10% GIA CÔNG ÐẤT SÉT THEO PP SX Đất sét sử dụng phải thoả mãn (TCVN 6071 : 1995) Các loại phụ gia Phụ gia thủy hoạt tính: * Nâng cao tính bền nước của XMP * Tăng sản lượng XMP, hạ giá thành sản phẩm. Có 2 dạng: * Phụ gia thủy thiên nhiên: nham thạch trầm tích hoặc nham thạch phún xuất (puzouland, diatomite, trepen, opoka,...) * Phụ gia thủy nhân tạo: là những phế liệu của công nghiệp (xỉ lò cao hoạt hóa, xỉ tro nhiên liệu, phế liệu công nghiệp phèn nhôm, đất sét nung non…). Phụ gia điều chỉnh: điều chỉnh tốc độ ninh kết của XMP (thạch cao, CaCl2, NaCl,…) Phụ gia lười (phụ gia đầy): * Tăng sản lượng * Hạ giá thành sản phẩm (phải khống chế hàm lượng  đảm bảo chất lượng sp) (đá vôi, cát, đất sét,…). Phụ gia bảo quản: * Pha thêm một lượng nhỏ vào lúc nghiền  tạo màng mỏng xung quanh hạt xi măng  giảm khả năng hydrat hóa và carbonat hóa trong thời gian bảo quản. (dầu lạc hoặc dầu thực vật…) Nhiên liệu Rắn (thường dùng than đá lửa dài nhiều chất bốc hay than angtơraxit lửa ngắn ít chất bốc) Lỏng (dầu hỏa hay mazut) Khí (khí thiên nhiên) Độ mịn: * 5 – 8% trên sàng 4900 lỗ/cm2: + Hệ số KH = 0,87 – 0,89 + n = 2  xi măng đạt mác 300 – 400. Phối liệu * 5 – 8% trên sàng 10.000 lỗ/cm2: + Hệ số KH = 0,9 – 0,95 + n=2,5  xi măng đạt mác 700 – 800 Khuấy trộn và điều chỉnh: * Phương pháp ướt lò quay: độ ẩm (36 – 42%), thành phần hóa, khuấy trộn chống lắng đảm bảo độ đồng nhất  bể chứa  lò nung. * Phương pháp khô lò quay: Phối liệu bột mịn  hệ thống silo (điều chỉnh đảm bảo độ đồng nhất và điều chỉnh độ ẩm, thành phần hóa)  hệ thống silo chứa  cyclon trao đổi nhiệt (w=0,5 – 1%). NUNG CLINKER XMP Nung trong lò quay (có hoặc không có hệ thống gia nhiệt trước) Nung trong lò đứng QUÁ TRÌNH HÓA LÝ KHI NUNG LUYỆN CLINKER Gồm các giai đoạn: Sấy khô hỗn hợp phối liệu (mất nước lý học) Dehydrate hóa khoáng sét (mất nước hóa học) Decarbonate hóa đá vôi Phản ứng tỏa nhiệt ở trạng thái rắn Phản ứng kết khối có mặt pha lỏng Làm lạnh clinker Các giai đoạn trên xảy ra nối tiếp nhau hoặc đồng thời 1. Sấy khô hỗn hợp phối liệu: + Giai đoạn tách ẩm bên ngoài + Nước tự do bay hơi + Phối liệu đóng thành cục rồi vỡ vụn ra. * Xảy ra ở vùng sấy, t0 ~ 1000C. 2. Dehydrate hóa khoáng sét: + Giai đoạn đốt nóng vật liệu khô + Khử nước của khoáng sét. * Xảy ra tại vùng đốt nóng: - Kaolinite: 450-7000C Al2O3.2SiO2.2H2O  2SiO2.Al2O3 + H2O meta kaolinite - Monmorillonite: 600-7000C; 800-9000C - Illinite: 450-7000C; 850-9000C 3. Decarbonate hóa đá vôi: + Giai đoạn đốt nóng phối liệu + Phân hủy đá carbonate nhưng chưa hoàn toàn, + Phân hủy meta kaolinite + Xảy ra phản ứng trạng thái rắn giữa CaO, CaCO3 với các khoáng sét  CA, 1 phần C2S, β-C2S * Xảy ra ở vùng canxi hóa, t0 ~ 900-10000C 2SiO2.Al2O3 SiO2 + Al2O3 CaCO3  CaO + CO2 MgCO3  MgO + CO2 9000C 4. Phản ứng tỏa nhiệt ở trạng thái rắn: * Xảy ra tại vùng phóng nhiệt, nhiệt độ 1100-13000C. CaO + Al2O3  CaO.Al2O3 CaO.Al2O3 + 2CaO  3CaO.Al2O3 CaO + Fe2O3  2CaO.Fe2O3 2CaO.Fe2O3 + CaO.Al2O3 + CaO  4CaO.Al2O3.Fe2O3 2CaO + SiO2  2CaO.SiO2 5. Phản ứng kết khối có mặt của pha lỏng: + Gđ quan trọng nhất trong quá trình tạo khoáng clinker. + Các khoáng dễ chảy như C3A, C4AF, C2F và các tạp chất dễ chảy khác bị chảy lỏng ra (ở giai đoạn đầu kết khối-13000C) + Toàn bộ SiO2 + CaO  C2S + C2S + CaO  C3S (nhiệt độ khoảng 14500C). * Xảy ra ở vùng kết khối, nhiệt độ 1300-14500C. C2S + CaO  C3S 6. Làm lạnh clinker: + Giai đoạn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của Clinker. + Ở 14500C, làm lạnh nhanh + Từ 1450 – 13000C, trong clinker còn 1 lượng pha lỏng và vẫn tiếp tục tạo khoáng C3S và tách tinh thể β-C3S khỏi pha lỏng. + < 13000C, một phần tái kết tinh pha tinh thể (C3S, C2S, C3A, C4AF, MgO, CaOtự do) còn 1 phần đông cứng thành pha thủy tinh clinker. Làm lạnh nhanh, tinh thể → có lợi cho quá trình đóng rắn, nhất là MgOtự do và CaOtự do. + Làm lạnh nhanh cũng tránh β-C2S → γ – C2S và C3S ít bị phân hủy thành C2S và CaOtự do, chất lượng tốt hơn. * Xảy ra ở vùng làm nguội (nhiệt độ khoảng 10000C) cấu trúc và thành phần của clinker hoàn toàn được hình thành và hoàn thiện hơn. PHÂN BỐ NHIỆT ÐỘ TRONG HỆ THỐNG LÀM NGUỘI, VẬN CHUYỂN, NGHIỀN CLINKER VÀ ÐÓNG BAO XMP LÀM NGUỘI VÀ VẬN CHUYỂN CLINKER LÀM NGUỘI CLINKER Clinker sau khi ra khỏi lò nhiệt độ khoảng 1000-12000C được làm nguội đến 50-2000C nhờ hệ thống làm nguội, có thể: * Máy ống quay * Máy làm nguội kiểu ghi: tốc độ làm nguội lớn nhất, vận tốc dịch chuyên của clinker lớn, có thể làm nguội clinker xuống đến nhiệt độ 80-1200C. ……. MÁY LÀM NGUỘI KIỂU GHI 1-Buồng làm nguội; 2-Lò nung; 3-Ống cấp nhiên liệu; 4-Khí làm sạch bụi; 5-Ống hút; 6-Màn xích; 7-Máy đập; 8-Máng chảy; 9-Băng chuyền chuyển clinker; 10-Băng chuyền dọn clinker vung vãi; 11-Thanh di động; 12-Ghi di động; 13-Ghi cố định; 14-Thanh cố định; 15-Tấm chắn ngăn cách; 16-Bộ phận truyền động ghi di động; 17-Cấp khí; 18-Bộ phận truyền động băng chuyền dọn clinker vung vãi; 19-Cấp khí mạnh CHUẨN BỊ CLINKER XMP * Sau khi ra khỏi lò, clinker được ủ 10-15 ngày để: - Làm nguội đến nhiệt độ thường để đảm bảo hiệu quả nghiền. - CaO tự do tác dụng với hơi nước trong không khí  ổn định thể tích trong quá trình đóng rắn sau này và giúp clinker giòn dễ nghiền. Bên cạnh đó còn có thể phun nước dạng sương mù vào clinker mới ra lò  rút ngắn thời gian ủ, giảm diện tích kho. * Trước khi nghiền thường đập sơ bộ trong máy nghiền búa hay hàm đến kích thước 3-5 mm để: - Tăng năng suất máy nghiền - Tránh được ách tắc sự cố khi nghiền NGHIỀN CLINKER XMP Nghiền clinker XMP + phụ gia  XMP, thường được thực hiện trong các máy nghiền bi Có thể nghiền theo: * Chu trình hở * Chu trình kín: sơ đồ công nghệ gọn gàng, độ mịn XMP cao, năng suất máy nghiền cao, vệ sinh công nghiệp tốt đồng thời tiêu hao ít điện năng. The end!Thanks for listening!