(ximang.vn) Bài viết này dựa trên nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc trường đại học Gabes, Tunisia cùng một số cộng sự. Nội dung tập trung vào phân tích ảnh hưởng của độ mịn phối liệu và hệ số bão hòa vôi (LSF) đến khả năng nghiền clinker. Hiện nay, nâng cao khả năng nghiền clinker chính là một trong những phương pháp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng.
>> Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mịn phối liệu và Hệ số bão hòa vôi đến khả năng nghiền clinker (P2)
>> Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mịn phối liệu và Hệ số bão hòa vôi đến khả năng nghiền clinker (P3)
1. Giới thiệu
Xi măng là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp clinker, thạch cao (3 - 5%) với phụ gia hỗn hợp (tổng lượng không lớn hơn 20%). Các khoáng chính trong clinker xi măng Pooc-lăng bao gồm 42,9% - 75,4% Alite (C3S), 0,1% - 27,6% Belite (C2S), 0,4% - 10,9% Aluminate (C3A), và 0,6% - 14,4% Ferrite (C4AF).
Với thị trường xi măng bùng nổ mạnh mẽ như hiện nay, sức ép cạnh tranh giữa các đơn vị sản xuất xi măng ngày càng trở nên khốc liệt hơn bao giờ hết. Các đơn vị cần tìm ra cho mình chiến lược nhằm hạ giá thành sản phẩm và giảm tiêu thụ năng lượng trong sản xuất chính là một trong những giải pháp hữu hiệu.
Tại nhà máy sản xuất xi măng, các công đoạn tiêu thụ năng lượng chủ yếu bao gồm: nghiền nguyên liệu, nung luyện clinker và nghiền xi măng. Tổng điện năng tiêu thụ tại nhà máy xi măng xấp xỉ 110 kWh/t clinker. Trong đó, khoảng 40% năng lượng dùng cho công đoạn nghiền xi măng.
Trước khi nghiên cứu này được tiến hành, đã có một số nghiên cứu về khả năng nghiền của clinker nhưng chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của thành phần hóa học, cấu trúc và đặc tính pha clinker đến khả năng nghiền. Đặc biệt, chưa có nghiên cứu nào đi sâu vào phân tích ảnh hưởng của phối liệu đến khả năng nghiền của clinker. Vấn đề còn bỏ ngỏ này đã được nhóm tác giả làm sáng tỏ bằng việc tiến hành thay đổi liên tục độ mịn, LSF của phối liệu và đánh giá tác động đến khả năng nghiền clinker trong từng trường hợp cụ thể.
2. Phương pháp nghiên cứu
Mẫu clinker được lấy ngẫu nhiên tại nhà máy xi măng Gabes, Tunisia.
2.1. Phân tích huỳnh quang tia X (X-Ray Fluorescence analysis)
♦ Nguyên tắc của phương pháp phân tích huỳnh quang tia X (XRF):
Mẫu được đưa tới buồng phổ và được kích thích bởi chùm tia X phát ra từ ống phát tia X. Phổ tia X từ nguồn được đặc trưng bởi bước sóng phụ thuộc vào từng nguyên tố làm đối âm cực và là phổ liên tục. Sự phát xạ từ mẫu bao gồm phổ tia X của nguồn phát và phổ phát xạ của các nguyên tố trong mẫu. Để ghi lại sự phát xạ này người ta sử dụng một hệ quay góc (goniometer). Hệ quay góc này đưa ra những phổ vạch có liên quan đến các nguyên tố có trong mẫu đo. Hầu như tất cả các thiết bị XRF đều đo dưới dạng cường độ xung điện. Nồng độ các nguyên tố trong mẫu thu được dựa vào việc so sánh với các đường chuẩn được thiết lập trong máy. Tuy nhiên, để đạt được độ chính xác cao hoàn toàn phụ thuộc vào độ chính xác của các mẫu chuẩn để lập đường chuẩn.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp phân tích bằng XRF là thời gian phân tích nhanh, chuẩn bị mẫu đơn giản, có độ lặp lại và độ chính xác cao, xác định được nhiều nguyên tố.
>> Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mịn phối liệu và Hệ số bão hòa vôi đến khả năng nghiền clinker (P3)
1. Giới thiệu
Xi măng là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp clinker, thạch cao (3 - 5%) với phụ gia hỗn hợp (tổng lượng không lớn hơn 20%). Các khoáng chính trong clinker xi măng Pooc-lăng bao gồm 42,9% - 75,4% Alite (C3S), 0,1% - 27,6% Belite (C2S), 0,4% - 10,9% Aluminate (C3A), và 0,6% - 14,4% Ferrite (C4AF).
Với thị trường xi măng bùng nổ mạnh mẽ như hiện nay, sức ép cạnh tranh giữa các đơn vị sản xuất xi măng ngày càng trở nên khốc liệt hơn bao giờ hết. Các đơn vị cần tìm ra cho mình chiến lược nhằm hạ giá thành sản phẩm và giảm tiêu thụ năng lượng trong sản xuất chính là một trong những giải pháp hữu hiệu.
Tại nhà máy sản xuất xi măng, các công đoạn tiêu thụ năng lượng chủ yếu bao gồm: nghiền nguyên liệu, nung luyện clinker và nghiền xi măng. Tổng điện năng tiêu thụ tại nhà máy xi măng xấp xỉ 110 kWh/t clinker. Trong đó, khoảng 40% năng lượng dùng cho công đoạn nghiền xi măng.
Trước khi nghiên cứu này được tiến hành, đã có một số nghiên cứu về khả năng nghiền của clinker nhưng chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của thành phần hóa học, cấu trúc và đặc tính pha clinker đến khả năng nghiền. Đặc biệt, chưa có nghiên cứu nào đi sâu vào phân tích ảnh hưởng của phối liệu đến khả năng nghiền của clinker. Vấn đề còn bỏ ngỏ này đã được nhóm tác giả làm sáng tỏ bằng việc tiến hành thay đổi liên tục độ mịn, LSF của phối liệu và đánh giá tác động đến khả năng nghiền clinker trong từng trường hợp cụ thể.
2. Phương pháp nghiên cứu
Mẫu clinker được lấy ngẫu nhiên tại nhà máy xi măng Gabes, Tunisia.
2.1. Phân tích huỳnh quang tia X (X-Ray Fluorescence analysis)
♦ Nguyên tắc của phương pháp phân tích huỳnh quang tia X (XRF):
Mẫu được đưa tới buồng phổ và được kích thích bởi chùm tia X phát ra từ ống phát tia X. Phổ tia X từ nguồn được đặc trưng bởi bước sóng phụ thuộc vào từng nguyên tố làm đối âm cực và là phổ liên tục. Sự phát xạ từ mẫu bao gồm phổ tia X của nguồn phát và phổ phát xạ của các nguyên tố trong mẫu. Để ghi lại sự phát xạ này người ta sử dụng một hệ quay góc (goniometer). Hệ quay góc này đưa ra những phổ vạch có liên quan đến các nguyên tố có trong mẫu đo. Hầu như tất cả các thiết bị XRF đều đo dưới dạng cường độ xung điện. Nồng độ các nguyên tố trong mẫu thu được dựa vào việc so sánh với các đường chuẩn được thiết lập trong máy. Tuy nhiên, để đạt được độ chính xác cao hoàn toàn phụ thuộc vào độ chính xác của các mẫu chuẩn để lập đường chuẩn.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp phân tích bằng XRF là thời gian phân tích nhanh, chuẩn bị mẫu đơn giản, có độ lặp lại và độ chính xác cao, xác định được nhiều nguyên tố.
Bảng 1: Thành phần hóa và thành phần khoáng clinker
Trong đó, ký hiệu G là Clinker dùng để làm các mẫu đối chứng. F là Clinker sản xuất với phối liệu có độ mịn từ 8,5% - 14,93% trên sàng 100 µm (R100). Các mẫu clinker L có hệ số LSF từ 94,9% - 98,7%. Đặc tính của phối liệu thể hiện trong bảng 2.
Bảng 2. Đặc tính phối liệu clinker
2.2. Phân tích bằng kính hiển vi phân cực (Optical microscopy analyses)
Phân tích cấu trúc clinker bằng kính hiển vi phân cực dùng ánh sáng phản xạ, bề mặt viên clinker cần được đánh bóng tới một độ bóng nhất định. Để thực hiện cần chuẩn bị một số viên clinker có kích thước khoảng 15 - 20 mm. Sau đó, lần lượt các mẫu được cắt bằng lưỡi cưa kim cương tốc độ thấp để đạt được một mặt tương đối phẳng qua hạt clinker. Sau khi cắt, mặt phẳng được đánh bóng bằng các đĩa mài kim cương và đĩa mài bột nhôm ô-xit. Bề mặt sau khi đánh bóng được khắc bằng các dung dịch như Axit, Nital... Cuối cùng, mẫu được soi trên kính hiển vi phân cực với độ phóng đại lên đến 400X.
Phân tích cấu trúc clinker bằng kính hiển vi phân cực dùng ánh sáng phản xạ, bề mặt viên clinker cần được đánh bóng tới một độ bóng nhất định. Để thực hiện cần chuẩn bị một số viên clinker có kích thước khoảng 15 - 20 mm. Sau đó, lần lượt các mẫu được cắt bằng lưỡi cưa kim cương tốc độ thấp để đạt được một mặt tương đối phẳng qua hạt clinker. Sau khi cắt, mặt phẳng được đánh bóng bằng các đĩa mài kim cương và đĩa mài bột nhôm ô-xit. Bề mặt sau khi đánh bóng được khắc bằng các dung dịch như Axit, Nital... Cuối cùng, mẫu được soi trên kính hiển vi phân cực với độ phóng đại lên đến 400X.
Hình 1: Cấu tạo kính hiển vi phân cực điển hình.
Cấu trúc clinker cung cấp hình ảnh trực quan hơn so với các phương pháp khác. Bằng phương pháp này, có thể phân tích được hình dạng, kích thước các khoáng, phân bố pha trong clinker và có thể dự đoán được một số điều kiện vận hành trong sản xuất.
* Nhận biết các khoáng chính trong clinker
- Khoáng alite
Là dung dịch rắn của C3S với một số ô-xit như Fe2O3 (0,5 - 1,5%), Cr2O3 (0 - 1%), Al2O3 và MgO (0 - 2%), MnO2 (0 - 3%)... Ký hiệu chung của khoáng alite là C3S. Khi nghiên cứu dưới kính hiển vi phân cực khoáng alite có dạng hình sáu cạnh không đều và hình chữ nhật. Màu alite dưới kính hiển vi phân cực phụ thuộc vào dung dịch khắc sau khi đánh bóng.
Hình 2: Khoáng Alite màu xanh da trời (mũi tên), sử dụng dung dịch khắc là Nital.
Belite là dạng dung dịch rắn chứa một số tạp ô-xit Fe2O3, Cr2O3... làm cho màu sắc bị thay đổi. Belite có hiện tượng biến đổi thù hình khi giảm nhiệt độ. Dạng β-C2S tồn tại ở nhiệt độ cao hơn 675oC. Khi làm lạnh chậm ở 675oC β-C2S chuyển sang dạng γ-C2S kèm theo nở thể tích làm clinker tả thành bột.
Khi clinker được làm lạnh nhanh, belite có hình dạng tròn, oval và có dạng rìa răng cưa khi clinker được làm lạnh chậm. Nếu khắc bằng dung dịch Nital, tinh thể belite có màu nâu (hình 3).
Hình 3: Khoáng Belite màu nâu (mũi tên), sử dụng dung dịch khắc là Nital.
Các khoáng C3A và C4AF thể hiện phản xạ mờ, màu hơi xám khi quan sát bằng kính hiển vi phân cực.
Hình 4: Khoáng C3A màu xám mờ (mũi tên), sử dụng dung dịch khắc là Nital.
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng)
