Chuyên đề xi măng

Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm xi măng và cải tiến công nghệ nghiền XM

(21/06/2011 4:03:13 PM) Theo dự báo, nhu cầu xi măng sẽ là 45 triệu tấn vào năm 2010 và khoảng 60-70 triệu tấn vào các 5 năm tiếp theo. Việc sản xuất xi măng sẽ thực hiện trong khung cảnh hội nhập quốc tế với sự cạnh tranh cao về chất lượng sản phẩm, đồng thời trong bối cảnh giá cả nhiên liệu ngày càng trở nên đắt hơn. Vì vậy, nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nguyên vật liệu, năng lượng thực hiện bằng giải pháp công nghệ là vấn đề mà tất cả các cơ sở sản xuất đều quan tâm.

Bên cạnh đó, việc nghiên cứu xác định thành phần hạt hợp lý, đánh giá thành phần hạt xi măng thực tế của một số cơ sở sản xuất xi măng lò quay điển hình, chỉ ra giải pháp công nghệ và kỹ thuật nhằm đạt được thành phần hạt hợp lý, sẽ giúp ngành xi măng lựa chọn đầu tư, sản xuất hiệu quả hơn nữa trong sản xuất xi măng trước mắt, cũng như lâu dài là việc làm cần thiết.

ở Việt Nam, việc nghiên cứu thành phần cỡ hạt xi măng và sử dụng để nâng cao chất lượng xi măng, cho tới nay chưa được đề cập đúng mức. Việc đánh giá độ mịn của xi măng hiện nay chủ yếu dựa trên chỉ tiêu độ sót trên sàng và đo tỷ diện. Theo TCVN 6260:1997, đối với xi măng hỗn hợp PCB30 lượng sót trên sàng 008 <12% và tỷ diện >2700 cm2/g. Nhưng với TCVN 4030:2003, cơ sở để đánh giá độ mịn của xi măng là lượng sót trên sàng 009 và chỉ tiêu tỷ diện. Như vậy, về mặt chỉ tiêu chất lượng đã bị hạ thấp, trái với những yêu cầu nâng cao chất lượng xi măng của xã hội và sự tiến bộ của khoa học xi măng.

Kết quả khảo sát nhiều mẫu xi măng tại các cơ sở sản xuất cho thấy: Tuy độ mịn xác định qua sàng 0,08 tương tự như nhau và đều phù hợp với quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam, nhưng tỷ diện của chúng khác nhau khá nhiều (từ 2700 – 4000 cm2/g). Các tính chất cơ lý, đặc biệt là cường độ xi măng cũng khác nhau đáng kể.

Từ trước tới nay, các cơ sở sản xuất mới chỉ quan tâm đến sản lượng nghiền và chất lượng sản phẩm thoả mãn yêu cầu của TCVN, nhưng chưa có một thống kê hay một đề tài nghiên cứu khoa học nào đưa ra được thành phần cỡ hạt xi măng tối ưu và vì vậy, cũng chưa có cơ sở nào quan tâm nghiên cứu xem thành phần hạt sản phẩm của mình đã hợp lý chưa.

Việc nghiên cứu xác định thành phần hạt hợp lý, đánh giá thành phần hạt xi măng thực tế của một cơ sở sản xuất xi măng đưa ra giải thành phần hạt hợp lý giúp ngành xi măng nâng cao chất lượng xi măng và giảm giá thành sản phẩm.

1.      Các nghiên cứu ảnh hưởng thành phần hạt đến hoạt tính của xi măng

Tính chất của xi măng như: Hoạt tính, tốc độ đóng rắn không những được quyết định bởi thành phần khoáng của clanhke, hình dạng và kích thước các tinh thể alit, belit mà còn phụ thuộc vào độ mịn của xi măng.

Độ mịn của xi măng được đánh giá thông qua chỉ tiêu: Lượng sót trên sàng, tỷ diện và thành phần hạt.

Nghiên cứu của E.I Ved, E. F Zarôv, V.K Bôtrarôv và A. V Gôlupnitri thí nghiệm cường độ đá xi măng từ các loại xi măng có tỷ diện 5500 và 1500 cm2/g với các thời gian đóng rắn ở tuổi 7, 28 và 90 ngày trên các mẫu 2 x 2 x 2 cm có thành phần 1: 0. Kết quả cường độ ở các tuổi thể hiện trong bảng 1.



Từ bảng 1 xây dựng biểu đồ ảnh hưởng của độ mịn đến cường độ xi măng.

Khi tăng độ mịn của xi măng làm tăng đáng kể cường độ đá xi măng. độ mịn ở tỷ lệ 5500 cm2/g cường độ ở tuổi 7 ngày có cường độ tương đương với cường độ 90 ngày của xi măng ở tỷ diện 1500 cm2/g.

Xi măng được nghiền với các tỷ diện khác nhau từ 2000 đến 6200 cm2/g có thành phần hạt và tỷ diện tương ứng với mác xi măng như bảng 2.



Kết quả thí nghiệm cho rằng dải cỡ hạt 0 – 5 mm có ảnh hưởng quyết định đến cường độ tuổi 1 ngày, dải cỡ hạt 5 – 10 mm ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ tuổi 3 và 7 ngày, còn dải cỡ hạt 10 – 20 mm quyết định cường độ tuổi một tháng và muộn hơn. Từ thí nghiệm có thể nhận thấy nếu cùng một loại clanke nhưng với hàm lượng dải cỡ hạt 0 – 20 mm  thay đổi từ 45, 50, 65 và 80% có thể nhận được các loại xi măng tương ứng mác 60, 70 và 80 MPa.

Các tác giả thuộc Viện nghiên cứu khoa học xi măng Liên Xô đã nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hạt xi măng đến một số tính chất của xi măng cho thấy:

- Dải cỡ hạt < 5 mm làm giảm thời gian bắt đầu đông kết, tăng độ bền nén của xi măng đóng rắn trong điều kiện thường cũng như chưng hấp, tăng độ xốp chung và hệ số thẩm thấu, tăng biến dạng co xi măng đóng rắn trong điều kiện thường cũng như chưng hấp. Nói chung thì dải cỡ hạt này có vai trò tích cực là chủ yếu: tăng độ bền nén và tăng độ bền nứt.

- Dải cỡ hạt 30 – 60 mm có tác dụng kéo dài thời gian ninh kết của xi măng ngoài ra còn làm tăng độ xốp và độ co của mẫu giống như dải hạt mịn (< 5 mm).

- Dải cỡ hạt lớn (> 60 mm) làm tăng đáng kể độ xốp của đá xi măng bên cạnh đó lại có xu hướng làm tăng độ bền nứt, điều này có thể được coi là kết quả của sự hình thành khung trong đá xi măng với sự có mặt của dải cỡ hạt này.

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ở trên, dải cỡ hạt xi măng tối ưu về cường độ khi xi măng có thành phần hạt (theo % khối lượng) như sau:

-     Các hạt < 5 mm chiếm < 20%

-     Các hạt 5 – 20  mm chiếm 40 – 45%

-     Các hạt 20 – 40 mm chiếm 20 – 25%

-     Các hạt > 40 mm chiếm 15 – 5%

Xi măng kích thước nhỏ hơn 40 mm đóng vai trò chủ yếu đến cường độ đá xi măng. Đồng thời xi măng đa dải hạt cho cấu trúc “vi bê tông” tối ưu của đá xi măng.

Kích thước hạt xi măng nhỏ hơn 40 mm  được khẳng định qua tiêu chuẩn của Mỹ ASTM quy định độ mịn của xi măng và phụ gia theo kích thước sàng 45  mm (ASTM 430 – 96, ASTM C 150 – 99, ASTM C 595 – 00, C 1157 – 00). Trong ASTM C 959 – 00 cũng quy định độ mịn - lượng sót trên sàng 45 mm đối với phụ gia cho xi măng là < 20%.

Từ các kết quả nghiên cứu trên thấy rằng khi tăng độ mịn của xi măng tới khả năng tối đa kỹ thuật cho phép nhằm tăng hoạt tính xi măng, tăng hàm lượng phụ gia sử dụng, giảm hàm lượng clanhke, nâng sản lượng xi măng.

Tác giả thuộc Viện Nghiên cứu khoa học xi măng – Liên Xô nghiên cứu ảnh hưởng của độ mịn đến hoạt tính của xi măng trên cơ sở clanhke nhà máy Pôđônski và xỉ Rustasvski đã đi đến nhận định: Hiệu quả sử dụng clanhke tăng mạnh khi chuyển từ xi măng pooclăng (OPC) sang xi măng pooc lăng xỉ (PCB) khi tăng độ mịn của xi măng và xỉ. Việc tăng độ mịn của xi măng cho phép sản xuất tắng sản lượng tới 25%.  Trong bảng dưới đây nêu các số liệu về ảnh hưởng của độ mịn của xi măng đến hàm lượng phụ gia (xỉ) trong xi măng.



Các nghiên cứu về xi măng xỉ lò cao tại Viện Vật liệu Xây dựng cũng cho thấy nếu nghiền xi măng xỉ ở tỷ diện 3300cm2/g khi đó xỉ thay thế xi măng là 40% thì mẫu xi măng thu được cường độ bằng cường độ xi măng chưa pha phụ gia. Nhưng khi tăng độ mịn của xỏ lên 6000 cm2/g thì có thể thay thế 70% xỉ vẫn thu được xi măng có cường độ tương đương với cường độ của mẫu xi măng không gia phụ gia.

            Trên cơ sở các nhận định về dải cỡ hạt tối ưu và tăng thành phần hạt mịn của xi măng nhóm đề tài thực hiện các mẫu nghiên cứu các mẫu ở dải cỡ hạt và tỷ lệ phụ gia khác nhau. Kết quả nghiên cứu thể hiện dưới đây.

2.      Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng thành phần hạt xi măng chất lượng xi măng

2.1 Kết quả nghiên cứu tại phòng thí nghiệm

Trong nghiên cứu này sử dụng clanhke Hoàng Thạch, thạch cao, phụ gia cao silic hiện đang được sử dụng tại Công ty xi măng Hoàng thạch và mẫu nghiền công nghiệp tại nhà máy với tỷ lệ phụ gia silic là 20% (Ký hiệu HT1 và HT2).

Mẫu nghiên cứu được tạo phòng thí nghiệm sử dụng thiết bị nghiền bị gián đoạn 2 ngăn, mỗi ngăn 5 kg liệu bao gồm clanke Hoàng Thạch + thạch cao 4% + phụ gia khoáng cao silic với các tỷ lệ 0, 20, 25, 30 và 35%. Hỗn hợp được nghiền trong 100 phút với các ký hiệu mẫu tương ứng là M0, M1 – 20, M2 – 25, M3 – 30, M4 – 35. Kiểm tra dải cỡ hạt xi măng trên máy phân tích cỡ hạt laze và xác định cường độ nén của xi măng thể hiện trong bảng 4.



Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 4 cho thấy:

            - Mẫu xi măng pha 35% phụ gia (M4 – 35) có cường độ tương đương với mẫu HT 1 (tỷ lệ phụ gia 20%) ứng với hàm lượng hạt mịn của M4- 35 nhiều hơn.

            - Mẫu xi măng pha 20% phụ gia (M1 – 20) có cường độ đạt xi măng mác PCB 40. Nhưng mẫu HT1 (tỷ lệ phụ gia 20%) đạt mác xi măng PCB 30.

2.2 Kết quả mẫu xi măng lấy tại nhà máy xi măng

Qua kết quả khảo sát cho thấy, hiện nay hầu hết các nhà máy xi măng lò quay công suát lớn ở Việt Nam đều đang sản xuất xi măng pooclăng hỗn hợp mác PCB30 và PCB40 trên nền clanhke PC50 có pha thêm phụ gia khoáng trong khoảng 10 – 23%, tuy nhiên TCVN 6260:1997 cho phép lượng phụ gia sử dụng có thể lên tới 40% trong xi măng hỗn hợp. Phụ gia khoáng đang được sử dụng ở các nhà máy rất đa dạng về nguồn gốc, chủng loại và hàm lượng pha vào xi măng. Hầu hết các nhà máy đều sử dụng đồng thời từ 2 đến 3 loại phụ gia khoáng (đá silic, đá vôi, xỉ nhiệt điện, đá bazan...). Kết quả thí nghiệm dải cỡ hạt xi măng hỗn hợp được lấy của các cơ sở: Hoàng Thạch, Bút Sơn, Trung Hải, Xuân mai, Luksvaxi...nêu trong bảng sau.




Có thể rút ra kết luận: Công nghệ nghiền có nghiền sơ bộ + nghiền bi + phân ly (Bút Sơn, Luksvaxi, Nghi Sơn) và nghiền đứng + phân ly (Holcim) cho phép nghiền xi măng tới độ mịn với lượng sót trên sàng 0045 (lỗ sàng 45 mm) là £ 15%, đồng thời dải cỡ hạt 0 – 30 mm chiếm tỷ trọng cao hơn cả và tỷ diện > 3900 g/cm2.



Từ kết quả nghiên cứu bảng 5,6 một lần nữa khẳng định khi tăng dải hạt mịn trong xi măng tăng cường độ của xi măng. Mẫu xi măng có tỷ lệ hạt thô đạt mác xi măng PC 30 nhưng khi tăng tỷ lệ hạt mịn các mẫu xi măng đạt mác PCB 40.

Giải pháp nâng cao chất lượng sản phẩm xi măng

1. Tăng lượng hạt xi măng trong dải < 45 mm tăng hoạt tính và độ bền nén của xi măng.

2. Nghiền mịn xi măng cho phép nâng cao hàm lượng phụ gia sử dụng, giảm hàm lượng clanhke, đem lại hiệu quả kinh tế cũng như có tác động tích cực đến môi trường do giảm lượng CO2 phát sinh khi chế tạo clanhke.

3. Để nâng cao chất lượng và tăn sản lượng xi măng tại nhà máy hiện nay cần tăng lượng hạt mịn < 45 mm.

4. Đánh giá độ mịn của xi măng dựa trên lượng sót trên sàng 008 hay 009 là không thích hợp nên sử dụng sàng 45 mm.

5. Hiện nay trên thế giới, công nghệ nghiền xi măng phát triển theo xu hướng giảm tiêu hao năng lượng nghiền, đồng thời tăng độ mịn cao hơn. Do tiêu hao năng lượng nghiền khá lớn, khoảng 60%, để sản xuất xi măng (bao gồm cả nghiền liệu và clanhke, phụ gia) và tập trung chủ yếu ở thiết bị nghiền bi. Do vậy xu hướng cần phải cải tiến công nghệ nghiền:

   -     Sử dụng thiết bị phân ly hiệu suất cao, có khả năng làm nguội và kết hợp với cụm thiết bị thu hồi sản phẩm (việc lắp đặt thiết bị phân ly cho phép nâng công suất 10 - 25%). Sau khi tách các hạt mịn bằng máy phân ly, thì máy nghiền hoạt động hiệu quả hơn khi nghiền các hạt thô. Có thể tăng năng suất nghiền khi tăng độ mịn của vật liệu Các thiết bị phụ trợ khác như gầu nâng, máng khí động và lọc bụi. Hiệu quả chủ yếu của các giải pháp công nghệ này cho phép tăng năng suất nghiền, đồng thời giảm tiêu hao điện năng, giảm tiêu hao vật nghiền với đặc điểm chi phí đầu tư thấp.

-        Bổ sung thiết bị nghiền sơ bộ đặt tại đầu vào của máy nghiền bi, nhằm đảm bảo kích thước liệu đầu vào 0 ¸ 3 mm (tối đa 5 mm). Giải pháp này cho phép tăng năng suất nghiền (cho phép nâng công suất 15 – 25% với dải cỡ hạt chụm hơn), đồng thời làm tăng đáng kể độ mịn của sản phẩm, giảm tiêu hao năng lượng nghiền.



-  Thay thế máy nghiền bi bằng các thiết bị nghiền khác (nghiền đứng – con lăn, nghiền Horomill). Giải pháp này cho phép tăng năng suất nghiền, đồng thời làm tăng độ mịn của sản phẩm, giảm tiêu hao năng lượng nghiền.

Máy nghiền đứng xi măng



Máy nghiền Horomill





Hệ thống nghiền như trên có khả năng đáp ứng các yêu cầu về chất lượng ổn định của xi măng với các độ mịn khác nhau, với hiệu quả sử dụng năng lượng cao.

 

Đỗ Văn Khiêm

tôi cũng đồng ý với ý kiến của anh Tuấn. Riêng về chất lượng xi măng nếu chỉ phân tích về tỷ diện blaine và rate thì chưa ổn , tuy nhiên nếu suy xét thêm về sản phẩm sau xi măng ( bê tông) thì ảnh hưởng của máy nghiền cũng có đấy. Hiện tại với xi măng dùng cho bê tông chất lượng cao R3 > 800Mpa thì theo mình nghĩ máy nghiền bi với hệ thống phân ly hiệu xuất cao (4 xyclon con) thì rất hiệu quả, tuy nhiên tính về mặt điện năng tiêu tốn thì cũng khá lớn

(16/05/2013 11:12:38)


nguyên như thái bình

Tôi cũng đòng ý với ý kiến của anh tuân .Máy nghiền đứng là dùng con lăn nghiền mịn nên các hạt xi măng thường có dạng hình que.Theo để tài nghiên cứu ở trên thành phần hạt ảnh hưởng đến cường độ xi măng nên dùng máy nghiền con lăn không hợp lý với đề tài trên, máy nghiền đứng chỉ áp dụng cho nghiền liệu sống là hợp lý nhất

(14/04/2012 03:27:37)


anh tuan

Bài viết rất công phu. rất hay. Tuy nhiên việc khuyến cáo sử dụng máy nghiền đứng đặc biệt là Ho ro min: thông thường khi sử dụng máy nghiền đứng: thành phần hạt chủ yếu là dạng hình que, nên khi sử dụng xi măng thường xảy ra hiện tượng Nứt do đó thị trường không mong muốn sử dụng loại sản phẩm này.

(16/02/2012 10:33:43)


anh tuan

Bài viết rất hay, công phu. Tuy nhiên việc đề nghị sủ dụng máy nghiền đứng thì nên xem xét lại, đặc biệt là Horomill vì Khi sử dụng máy nghiền đứng: thành phần hạt chủ yếu là dạng hình que, nên khi sử dụng xi măng thường xảy ra hiện tượng Nứt do đó thị trường không mong muốn sử dụng loại sản phẩm này.

(16/02/2012 10:29:53)


ntnxm

Ông tác giả này tầm vóc thật vĩ đại, ông cải tiến cả công nghệ nghiền. Xin cho biết quý danh. Tiểu đệ xin bái phục

(25/09/2011 05:33:33)


Hà Nội

28°C

Đà Nẵng

32°C

TP.HCM

30°C

Bảng giá :

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Sơn La

1.000đ/tấn

900

Yên Bái

1.000đ/tấn

1.060

Tam Điệp

1.000đ/tấn

1.380

X18

1.000đ/tấn

900

Lương Sơn

1.000đ/tấn

935

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Cao Ngạn

1.000đ/tấn

950

Tuyên Quang

1.000đ/tấn

1.130

Thăng Long

1.000đ/tấn

1.350

Hạ Long

1.000đ/tấn

1.360

Cẩm Phả

1.000đ/tấn

1.300

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Xem bảng giá chi tiết hơn

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Xem bảng giá chi tiết hơn

Tỷ giá

Giá vàng

Tỷ giá hối đoái
Mã ngoại tệ C.Khoản
Giá Vàng tại Việt Nam
Chủng loại Mua vào Bán ra
Đơn vị: VND    Nguồn trích dẫn: Sacombank