Đã có nhiều phân tích, so sánh ưu – nhược điểm của hai loại máy nghiền: máy nghiền đứng (Vertical Roller Mill – VRM) và máy nghiền bi (Ball Mill – BM) về nguyên lý hoạt động, chi phí đầu tư, chế độ vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa... Tuy nhiên, việc đánh giá chất lượng sản phẩm nghiền của từng loại máy nghiền này thì lại ít được đề cập đến. Bài viết này sẽ trình bày một số điểm khác biệt về chất lượng xi măng khi được nghiền trên máy nghiền đứng và máy nghiền bi, dựa trên một số tài liệu do các hãng chuyên về thiết bị - công nghệ sản xuất xi măng trên thế giới đã từng nghiên cứu và công bố.
>> So sánh chất lượng xi măng khi nghiền bằng máy nghiền đứng và máy nghiền bi (P1)
3. Tỷ lệ mất nước của thạch cao trong xi măng (Dehydration of the gypsum added to the cement)
Quá trình nghiền sẽ sản sinh ra một nhiệt lượng đáng kể, khiến xi măng bị tăng nhiệt độ. Đồng thời, nhiệt độ của xi măng khi ra khỏi máy nghiền cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu cấp vào, chủ yếu là clinker, cũng như quá trình nghiền. Thông thường, nhiệt độ này vào khoảng 90 - 120oC. Tại dải nhiệt độ này, bắt đầu có hiện tượng mất nước của thạch cao trong xi măng. Nếu với tỷ lệ nhỏ, vấn đề mất nước của thạch cao sẽ không gây ra vấn đề gì nghiêm trọng. Nhưng nếu điều này diễn ra ở một mức độ đủ lớn, nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng xi măng. Đầu tiên là việc điều khiển thời gian ninh kết của vữa xi măng sẽ trở lên khó khăn, cường độ mẫu ép cũng bị ảnh hưởng theo hướng bị suy giảm do hiện tượng đóng rắn giả của thạch cao sẽ ngăn cản các khoáng trong xi măng tham gia phản ứng thủy lực hóa. Do đó, việc kiểm soát nhiệt độ nghiền xi măng luôn được các nhà sản xuất quan tâm.
Đối với máy nghiền bi, việc điều chỉnh nhiệt độ nghiền tương đối dễ dàng. Có thể áp dụng nhiều biện pháp để giữ cho nhiệt độ này ở mức tối ưu, tỷ lệ mất nước của thạch cao thấp nhất. Ưu tiên hàng đầu là hạ nhiệt độ của liệu cấp vào. Nếu phải dùng nguồn clinker có nhiệt độ cao, người ta sẽ cân đối sử dụng phụ gia có độ ẩm cao để hạ bớt nhiệt độ của hỗn hợp. Ngay cả khi nhiệt độ bên trong máy nghiền đã lên cao, vẫn có cách để hạ xuống, chẳng hạn như phun nước làm mát, tăng gió lưu thông qua máy nghiền hoặc mở van gió tươi tại đầu vào máy nghiền. Ở các thế hệ máy nghiền đứng, các giải pháp này khó thực hiện hơn. Do cần duy trì một nhiệt độ đủ lớn để chống bám dính, VRM nghiền xi măng đôi khi còn cần bổ sung cả nguồn nhiệt bên ngoài để sấy vật liệu. Điều này rất dễ dẫn đến xung đột với yêu cầu giữ cho thạch cao không bị mất nước. Thế nên, duy trì cho một VRM họa động ở nhiệt độ nào là tối ưu, đảm bảo được cả hai yêu cầu luôn là một bài toán khó giải hơn nhiều so với vận hành một máy nghiền bi.
![]()
Phân bố cỡ hạt của các mẫu xi măng nghiền bằng VRM và BM.
Theo một tài liệu được viết bởi Soeren Worre Joergensen, chuyên gia của hãng F.L.Smidth khi bàn về công nghệ nghiền đứng và nghiền bi, ông cho rằng, khi nghiền xi măng thành phẩm bằng máy nghiền đứng, luôn cần phải bổ sung thêm một lượng thạch cao so với nghiền bằng máy nghiền bi. Có nghĩa là, hàm lượng SO3 trong xi măng nghiền bằng VRM sẽ luôn phải cao hơn trong xi măng nghiền bằng BM. Dù không chỉ rõ con số chênh lệch này là bao nhiêu, nhưng ông Joergensen cũng nhấn mạnh rằng, có thể sẽ phải bổ sung đến mức tối đa cho phép. Trên diễn đàn của các kỹ sư ngành xi măng Ấn Độ, việc thạch cao trong xi măng bị mất nước nhiều hơn khi nghiền bằng VRM so với BM là một thực tế được nhiều thành viên thừa nhận.
Phoenix Cement - Tập đoàn sản xuất xi măng lớn ở Hoa Kỳ với nhiều dây chuyền sản xuất đã từng tiến hành đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng xi măng của tập đoàn này khi được sản xuất trên các máy nghiền khác nhau. Họ đã lấy mẫu xi măng tại 3 máy nghiền BM và 1 máy nghiền VRM để phân tích. Kết quả là, dù cả 4 mẫu đều đạt chất lượng nhưng giữa chúng có sự khác biệt đáng kể. Các mẫu xi măng nghiền bằng BM khá tương đồng nhau, và khác với mẫu xi măng nghiền bằn VRM.
Cường độ của các mẫu VRM có phần cao hơn của BM, tuy không nhiều:
![]()
Thời gian ninh kết của xi măng nghiền bằng BM luôn dài hơn VRM:
![]()
Lượng nước tiêu chuẩn trung bình của các mẫu xi măng nghiền trên BM đạt 26,2%, cao hơn một chút so với mức 26,0% của mẫu xi măng nghiền bằng VRM.
4. Hiện tượng đóng rắn sớm của các khoáng xi măng
![]()
Hiện tượng đóng rắn sớm của các khoáng xi măng có mối liên hệ mật thiết với tỷ lệ mất nước của thạch cao. Nếu trong hệ máy nghiền nào, tỷ lệ mất nước thạch cao càng lớn thì tỷ lệ đóng rắn sớm, và làm giảm cường độ về lâu dài của các khoáng xi măng càng cao. Hơi ẩm cung cấp cho quá trình đóng rắn sớm này có thể do nước từ thạch cao, nhưng cũng đến từ độ ẩm ban đầu của liệu cấp vào máy nghiền và hệ thống phun nước làm mát trong khi nghiền.
3. Tỷ lệ mất nước của thạch cao trong xi măng (Dehydration of the gypsum added to the cement)
Quá trình nghiền sẽ sản sinh ra một nhiệt lượng đáng kể, khiến xi măng bị tăng nhiệt độ. Đồng thời, nhiệt độ của xi măng khi ra khỏi máy nghiền cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu cấp vào, chủ yếu là clinker, cũng như quá trình nghiền. Thông thường, nhiệt độ này vào khoảng 90 - 120oC. Tại dải nhiệt độ này, bắt đầu có hiện tượng mất nước của thạch cao trong xi măng. Nếu với tỷ lệ nhỏ, vấn đề mất nước của thạch cao sẽ không gây ra vấn đề gì nghiêm trọng. Nhưng nếu điều này diễn ra ở một mức độ đủ lớn, nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng xi măng. Đầu tiên là việc điều khiển thời gian ninh kết của vữa xi măng sẽ trở lên khó khăn, cường độ mẫu ép cũng bị ảnh hưởng theo hướng bị suy giảm do hiện tượng đóng rắn giả của thạch cao sẽ ngăn cản các khoáng trong xi măng tham gia phản ứng thủy lực hóa. Do đó, việc kiểm soát nhiệt độ nghiền xi măng luôn được các nhà sản xuất quan tâm.
Đối với máy nghiền bi, việc điều chỉnh nhiệt độ nghiền tương đối dễ dàng. Có thể áp dụng nhiều biện pháp để giữ cho nhiệt độ này ở mức tối ưu, tỷ lệ mất nước của thạch cao thấp nhất. Ưu tiên hàng đầu là hạ nhiệt độ của liệu cấp vào. Nếu phải dùng nguồn clinker có nhiệt độ cao, người ta sẽ cân đối sử dụng phụ gia có độ ẩm cao để hạ bớt nhiệt độ của hỗn hợp. Ngay cả khi nhiệt độ bên trong máy nghiền đã lên cao, vẫn có cách để hạ xuống, chẳng hạn như phun nước làm mát, tăng gió lưu thông qua máy nghiền hoặc mở van gió tươi tại đầu vào máy nghiền. Ở các thế hệ máy nghiền đứng, các giải pháp này khó thực hiện hơn. Do cần duy trì một nhiệt độ đủ lớn để chống bám dính, VRM nghiền xi măng đôi khi còn cần bổ sung cả nguồn nhiệt bên ngoài để sấy vật liệu. Điều này rất dễ dẫn đến xung đột với yêu cầu giữ cho thạch cao không bị mất nước. Thế nên, duy trì cho một VRM họa động ở nhiệt độ nào là tối ưu, đảm bảo được cả hai yêu cầu luôn là một bài toán khó giải hơn nhiều so với vận hành một máy nghiền bi.
Phân bố cỡ hạt của các mẫu xi măng nghiền bằng VRM và BM.
Theo một tài liệu được viết bởi Soeren Worre Joergensen, chuyên gia của hãng F.L.Smidth khi bàn về công nghệ nghiền đứng và nghiền bi, ông cho rằng, khi nghiền xi măng thành phẩm bằng máy nghiền đứng, luôn cần phải bổ sung thêm một lượng thạch cao so với nghiền bằng máy nghiền bi. Có nghĩa là, hàm lượng SO3 trong xi măng nghiền bằng VRM sẽ luôn phải cao hơn trong xi măng nghiền bằng BM. Dù không chỉ rõ con số chênh lệch này là bao nhiêu, nhưng ông Joergensen cũng nhấn mạnh rằng, có thể sẽ phải bổ sung đến mức tối đa cho phép. Trên diễn đàn của các kỹ sư ngành xi măng Ấn Độ, việc thạch cao trong xi măng bị mất nước nhiều hơn khi nghiền bằng VRM so với BM là một thực tế được nhiều thành viên thừa nhận.
Phoenix Cement - Tập đoàn sản xuất xi măng lớn ở Hoa Kỳ với nhiều dây chuyền sản xuất đã từng tiến hành đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng xi măng của tập đoàn này khi được sản xuất trên các máy nghiền khác nhau. Họ đã lấy mẫu xi măng tại 3 máy nghiền BM và 1 máy nghiền VRM để phân tích. Kết quả là, dù cả 4 mẫu đều đạt chất lượng nhưng giữa chúng có sự khác biệt đáng kể. Các mẫu xi măng nghiền bằng BM khá tương đồng nhau, và khác với mẫu xi măng nghiền bằn VRM.
Cường độ của các mẫu VRM có phần cao hơn của BM, tuy không nhiều:
Thời gian ninh kết của xi măng nghiền bằng BM luôn dài hơn VRM:
Lượng nước tiêu chuẩn trung bình của các mẫu xi măng nghiền trên BM đạt 26,2%, cao hơn một chút so với mức 26,0% của mẫu xi măng nghiền bằng VRM.
4. Hiện tượng đóng rắn sớm của các khoáng xi măng
Hiện tượng đóng rắn sớm của các khoáng xi măng có mối liên hệ mật thiết với tỷ lệ mất nước của thạch cao. Nếu trong hệ máy nghiền nào, tỷ lệ mất nước thạch cao càng lớn thì tỷ lệ đóng rắn sớm, và làm giảm cường độ về lâu dài của các khoáng xi măng càng cao. Hơi ẩm cung cấp cho quá trình đóng rắn sớm này có thể do nước từ thạch cao, nhưng cũng đến từ độ ẩm ban đầu của liệu cấp vào máy nghiền và hệ thống phun nước làm mát trong khi nghiền.
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng số 1 năm 2015)
