Đồ Án Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng Poóclăng lò quay, phương pháp khô năng suất 1,6 triệu tấn PCB30/nă

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng Poóclăng lò quay, phương pháp khô năng suất 1,6 triệu tấn PCB30/năm

Mở Đầu


Xi măng (XM) là vật liệu thông dụng nhất trong ngành công nghiệp xây dựng vì chúng là chất kết dính rẻ tiền hơn so với các loại chất kết dính khác. Mặc khác khi sử dụng XM lại cho cường độ chịu nén, chịu uốn cao. XM đã có mặt trong đời sống của con người hàng nghìn năm qua và cho đến nay con người vẫn sử dụng nó trong hầu hết các công trình xây dựng.
Đất nước ta trải qua 2 cuộc chiến tranh tàn phá cơ sở hạ tầng còn thấp kém. Do vậy nhu cầu sử dụng XM ngày càng tăng khi nước ta bước vào thời kỳ đổi mới tiến tới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Hàng loạt các công trình xây dựng: thuỷ điện, cầu cống, đường xá, các công trình thuỷ lợi, nhà ở , sẽ tiêu thụ một lượng XM rất lớn. Mặc dù, sản lượng XM sản xuất trong nước ngày càng tăng nhanh nhưng vẫn không đủ nhu cầu sử dụng trong nước. Vì vậy việc tăng sản lượng XM nhằm cân đối giữa cung - cầu trong nước, một phần tham gia xuất khẩu đang là mục tiêu của ngành công nghiệp XM Việt Nam. Để góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế của đất nước đồng thời thực hiện được mục tiêu trên thì việc xây dựng các nhà máy XM là rất cần thiết.
Qua sự phân tích đánh giá tình hình nhu cầu tiêu thụ XM trong nước và được sự tín nhiệm của thày, cô trong bộ môn hóa Silicát. Em được giao đồ án với nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất xi măng Poóclăng lò quay, phương pháp khô năng suất 1,6 triệu tấn PCB30/năm ( hàm lượng phụ gia hỗn hợp là 25% ).
Nhà máy sẽ được áp dụng công nghệ tiên tiến và hiện đại, trình độ tự động hoá ở mức cao nhằm tiếp kiệm nhiên liệu, điện năng và các vật tư sản xuất, đảm bảo chất lượng clinke ra lò, đồng thời giảm bớt được lực lượng lao động trực tiếp trong nhà máy.

Bản đồ án này em hoàn thành với các nội dung sau:
1. Giới thiệu tình hình phát triển ngành công nghiệp xi măng thế giới và Việt Nam.
2. Các yêu cầu khi lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy xi măng công suất lớn (> 1 triệu tấn xi măng/ năm). Phân tích ưu nhược điểm của địa điểm xây dựng nhà máy xi măng Tam Điệp.
3. Xây dựng sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô, lò quay. Thuyết minh và nêu ưu, nhược điểm của dây chuyền công nghệ đã chọn.
4. Tính bài phối liệu.
5. Tính cân bằng vật chất của nhà máy.
6. Tính cân bằng vật chất của hệ lò nung.
7. Nhiệt lý thuyết tạo clinker và tính cân bằng nhiệt hệ thống lò.
8. Tính và chọn một số thông số chính (năng suất, công suất, kích thước ) của hệ thống lò và các thiết bị chính.


CHƯƠNG I
I. GIỚI THIỆU VỀ XI MĂNG POÓCLĂNG.
Ximăng poóclăng (XMP) là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp clinker ximăng poóclăng, khoảng 3I5% thạch cao và phụ gia công nghệ ( nếu có ).
Clinke xi măng poóclăng là sản phẩm sau khi nung đến kết khối của hỗn hợp gồm đá vôi, đất sét và một số nguyên liệu phụ (nếu cần) như quặng sắt, bô xít, sét cao si líc .
II. LƯỢC SỬ PHÁT TRIỂN CỦA XI MĂNG.
1. Sự phát triển của nghành ximăng ở nước ta:
Trong giai đoạn thực dân Pháp xâm lược cuối thế kỷ 19, để đáp ứng nhu cầu xây dựng các công trình như quân sự, cầu cống nhằm khai thác và bóc lột nước ta, nên năm 1899 chúng đã cho xây dựng nhà máy xi măng Hải Phòng, từ năm 1899¸1922 xây dựng thêm 5 hệ thống lò đứng có năng suất 12 vạn tấn, và từ năm 1928 ¸ 1939 xây thêm 5 hệ thống lò quay có năng suất 30 vạn tấn.
Sau năm 1954, miềm bắc được giải phóng, nên trong khoảng những năm 1960¸1970 ta có điều kiên xây thêm nhiều nhà máy xi măng lò đứng, còn ở miền nam cũng xây nhà máy xi măng Hà Tiên I sản suất theo phương pháp ướt.
Từ những năm 1986ư 1990 đã xây dựng thêm nhà máy ximăng Bỉm Sơn công suất 1,2 triệu tấn với 2 lò nung 1.750 tấn clinker/ngày sản suất theo phương pháp ướt, ximăng Hoàng Thạch I 1,1 triệu tấn/năm lò 3.300 tấn/ngày sản suất theo phương pháp khô, đưa tổng công suất toàn nghành xi măng lên 4.400.000 tấn/năm.
Bước vào thời kỳ đổi mới, do nhù cầu xi măng tăng mạnh nên nhà nước đã có chính sách đầu tư phát triển nghành xi măng, một loạt nhà máy xi măng được xây dựng, nhà máy xi măng Hoàng Thạch II năng suất 1,2 triệu tấn/năm, xi măng Bút Sơn 1,4 triệu tấn/năm, xi măng Hoàng Mai 1,4 triệu tấn/năm, cải tạo nhà máy xi măng Bỉm Sơn I từ ướt sang khô, đồng thời nhờ gọi được vốn đầu tư nước ngoài, liên doanh xây dựng nhà máy ChinFon Hải Phòng 1,5 triệu tấn/năm, xi măng Vân Xá 0, 5 triệu tấn/năm 2 lò, xi măng Sao Mai 1,760 triệu tấn/năm, xi măng Nghi Sơn 2,15 triệu tấn/năm với lò nung 5.800 tấn clinker/ngày.
Nhờ cải tạo được công nghệ nên đến cuối năm 2002 đã đưa tổng công suất toàn nghành xi măng lên 15 triệu tấn clinker tương ứng với 17,610 triệu tấn xi măng/năm.
Dưới đây là bảng các nhà máy xi măng đang sản suất đến năm 2002:
Bảng sổ1:Công suất các nhà máy xi măng đang sản suất đến năm 2002
TT
Tên công ty
công suất Clinke
(triệu tấn)
công suất Xi măng
(triệu tấn)
Hãng cung cấp thiết bị
I
Tổng công ty Xi măng việt nam
7, 750
8, 800

1
Xi măng Hải Phòng
0, 324
0, 400
Rumani
2
XM Bỉm Sơn
1, 650
1, 800
Liên xô
3
XM Hoàng Thạch
2, 016
2, 300
FLS. Đan Mạch
4
XM Hà Tiên
1, 240
1, 500
Vernot, Polysius
5
XM Bút Sơn
1, 260
1, 400
Cle, Technip
6
XM Hoàng Mai
1, 260
1, 400
FCB
II
XM liên doanh
4, 750
5, 810

7
XM Chin Fon Hải Phòng
1, 260
1, 500
Nhật
8
XM Sao Mai
1, 260
1, 760
Kobe Nhật
9
XM Vân Xá
0, 400
0, 500
Trung Quốc
10
XM Nghi Sơn
1, 830
2, 150
Mitsubishi Nhật
III
Xi Măng lò đứng
2, 500
3, 000
Việt nam, Trung Quốc

Tổng cộng
15, 000
17, 610

Hiện nay đang tiếp tục xây dựng 3 nhà máy xi măng mới đó là xi măng Tam Điệp, xi măng Hải Phòng mới, xi măng Sông Gianh, sản xuất theo phương pháp khô lò nung có công suất 4.000 tấn Clinker/ngày .

Bảng số 2: Các nhà máy xi măng đang xây dựmg mới
TT
Tên nhà máy
Công suất Cl (triệu tấn)
Công suất thiết kế XM
Hãng cung cấp thiết bị
1
XM Tam Điệp
1, 260
1, 400
FLS Đan Mạch
2
XM Hải Phòng mới
1, 260
1, 400
FLS Đan Mạch
3
XM Sông Gianh
1, 260
1, 400
Krupp Polysius

Tổng
3, 780
4, 200


Đến năm 2005 năng lực sản xuất xi măng toàn ngành sẽ lên 18,780 triệu tấn clinker tương ứng với 21, 810 triệu tấn xi măng trong nước sản xuất (không tính đến trạm nghiền xi măng phải nhập Clinker).
2 . Tình hình sản suất và tiêu thụ xi măng từ 1990 ¸ 2002:
Nhu cầu xi măng từ năm 1990 đến năm 2002 tăng liên tục, năm 1990 là 2,75 triệu tấn thì năm 1995 là 7,2 triệu tấn tăng 2,8 lần. Năm 1998 lên tới 10,1 triệu tấn, năm 1999 là 11,1 triệu tấn, năm 2000 là 13,621 triệu tấn, năm 2001 là 16, 748 triệu tấn, năm 2002 là 19,5 triệu tấn, tăng khoảng 7,8 lần so với năm 1990.
Bình quân trong 12 năm từ 1990 đến 2002 tốc độ tăng trưởng trong tiêu thụ ximăng đạt 18,5% năm, trong đó, trong giai đoạn từ năm 1990 đến 1995 đạt bình quân 23% năm, còn giai đoạn 1996 đến 2002 tốc độ tăng tưởng bình 15% năm.
Bảng số3: sản lượng ximăng sản suất và tiệu thụ thời kỳ 1993 đến 2002
(đơn vị triệu tấn)
Năm
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Sản lượng
4, 22
4, 62
5, 24
6, 1
7, 6
9, 53
11, 1
12, 7
14, 8
16
L.Tiêu thụ
4, 85
6, 16
7, 20
8, 2
9, 3
10, 1
11, 1
13, 6
16, 7
19, 5
Nhập khẩu
0, 53
1, 54
2, 63
1, 88
1, 46
0, 3
0, 3
0, 5
1, 33
3, 3
Tỷ lệ %
86, 9
75
72, 8
72, 8
84, 7
99, 4
99, 6
92, 9
87, 4
82, 5

3 . Sự phát triển của ngành xi măng trong tương lai:
Theo dự báo trong giai đoạn từ nay đến năm 2005 tốc độ tăng trưởng trong tiêu thụ xi măng ở nước ta vào khoảng 13 ¸15%, nhu cầu xi măng cho thị trường nội địa là 29 triệu tấn, điều đó được thể hiện ở bảng sau:
Bảng số 4: Dự báo nhu cầu xi măng 2002 ¸ 2005
Năm
2002
2003
2004
2005
Tốc độ tăng trưởng tiêu thụ %
16, 5
15
14
13
Nhu cầu ximăng (triệu tấn)
19, 5
21, 8
24, 9
28, 1

Nhu cầu xi măng 2005 là 28 triệu tấn, nhưng khả năng khai thác từ trong nước chỉ được khoảng 21 triệu tấn còn phải nhập khoảng 8 triệu tấn .
Trong giai đoạn 2006 ¸ 2010, dự báo tăng trưởng hàng năm trong tiêu thụ xi măng nước ta từ 9 ¸ 12%, và vào năm 2010 nhu cầu tiêu thụ xi măng vào khoảng 42 ¸ 45 triệu tấn tăng 1, 5 ¸ 1, 6 lần so với năm 2005. Trong giai đoạn từ năm 2011 ¸ 2015 dự báo tốc độ tăng trưởng tiêu thụ xi măng vào khoảng 5 ¸ 8%, nhu cầu xi măng sẽ là 60 ¸ 62 triệu tấn.
Trong giai đoạn từ 2016 ¸ 2020 dự báo vào khoảng 2 ¸ 3% nhu cầu xi măng sẽ vào khoảng 66 ¸ 68 triệu tấn .
Bảng số5: Tổng hợp dự báo nhu cầu xi măng từ 2005 ¸ 2020
Năm
2005
2010
2015
2020
Tốc độ tăng trưởng tiêu thụ %
13 ¸ 18
9 ¸ 12
5 ¸ 8
2 ¸ 3
Nhu cầu Xi măng (triệu tấn)
28 ¸ 29
42 ¸ 46
60 ¸ 62
66¸68

Để đáp ứng nhu cầu xi măng trên thị trường trong nước từ năm 2005 ¸ 2020 thì đòi hỏi phải xây dựng một loạt các nhà máy xi măng. Sau đây là bảng số liệu các dự án xi măng sẽ được xây dựng trong thời gian tới.

Bảng số 6: Các nhà máy xi măng sẽ đầu tư xây dựng
TT
Tên nhà máy
Côngsuất thiếtkế(tr.Tấn)
Thời gian xây dựng
Ghi chú
1
XM. TháI Nguyên
1, 5
2002 ¸ 2006
Dự án được duyệt
2
XM. Hạ Long
2, 0
2002 ¸ 2006
Dự án được duyệt
3
XM. Tuyên Quang
1, 4
2006 ¸ 2009

4
XM.Thăng Long
2, 3
2002 ¸ 2006
Dự án được duyệt
5
XM. Cẩm Phả
2, 3
2003 ¸ 2006
Dự án được duyệt
6
XM. Bình Phước
2, 0
2003 ¸ 2007
Dự án được duyệt
7
XM. Phúc Sơn
1, 8
2003 ¸2005
Dự án được duyệt
8
XM.Hoàng Thạch 3
1, 2
2003 ¸ 2005
Dự án được duyệt
9
XM. Bút Sơn 2
2, 3
2003 ¸ 2006

10
XM. Bỉm Sơn 2
2, 3
2003 ¸ 2006
Đang trình duyệt
11
XM. Chin Fon HP 2
1, 5
2005 ¸ 2008

12
XM. Thạch Mỹ
2, 5
2003 ¸ 2007
Đang lập dự án
13
XM. Hà Tiên 3
1, 2
2004 ¸ 2007

14
XM. Mỹ Đức
2, 3
2010 ¸ 2014

15
XM. Đồng Lâm
2, 3
2004 ¸ 2008

16
XM. Nghi Sơn 2
3, 0
2007 ¸ 2010

17
XM. Đồng Bánh
1, 5
2004 ¸ 2008

18
XM. Sông Gianh 2
2, 3
2007 ¸ 2010

19
XM. Hạ Long 2
3, 0
2010 ¸ 2013

20
XM. Cẩm Phả 2
3, 0
2009 ¸ 2012

21
XM. Yên Bái
1, 4
2010 ¸ 2015

22
XM. Thăng Long 2
3, 0
2008 ¸ 2012


Với các nhà máy đang và sẽ xây dựng sẽ đáp ứng đủ nhu cầu Xi măng xây dựng của nước ta trong tương lai gần đây, góp một phần vào công cuộc xây dựng đất nước.
4. Lược sử phát triển Xi măng thế giới:
Từ lâu loài ng­ười đã biết dùng các loại nguyên liệu thiên nhiên có tính kết dính để xây dựng các công trình, nh­ưng nói chung các chất kết dính này có cường độ thấp không đáp ứng đ­ược nhu cầu sử dụng ngày càng cao của con người. Mãi đến những năm 1812 ¸1825 XMP mới được phát hiện, XMP đã được phát triển qua gần hai thế kỷ nên công nghệ sản xuất ngày càng cao. Trư­ớc đây xi măng đư­ợc sản xuất chủ yếu theo phư­ơng pháp bán khô, phối liệu đ­ược vê viên trong lò đứng, phư­ơng pháp ­ướt lò quay, còn ph­ương pháp khô chỉ là thứ yếu, sản lư­ợng xi măng sản xuất theo phương pháp ­ướt chiếm 70 ¸ 80% sản lượng xi măng sản xuất ra. Ngày nay để tiết kiệm nhiên liệu, nhiệt l­ượng, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì công nghệ sản xuất xi măng theo ph­ương pháp khô chiếm vị trí chủ đạo. Hiện nay công nghệ sản xuất xi măng trên thế giới đạt đến trình độ cao, sản l­ượng tăng, chất lư­ợng tốt, phong phú về chủng loại. đứng đầu là các n­ước có nền công nghiệp tiên tiến nh­ư Mỹ, Nhật và các nư­ớc Tây âu. Khu vực Đông Nam Á hàng năm sản xuất ra một lượng xi măng cũng tương đối lớn.
Sản l­ượng xi măng của một số nư­ớc Đông Nam Á trong những năm đầu và cuối thập kỷ 90 nh­ư sau (triệu tấn).
Bảng số 7: Sản lượng ximăng của một số nước Đông Nam Á
Năm
Thái lan
Inđônêxia
Malaixia
Philipin
1990
18, 044
16, 298
6, 732
6, 6,32
1991
18, 890
16, 238
7, 738
7, 536
1998
22, 829
22, 314
11, 722
12, 888
1999
25, 700
33, 212
15, 840
13, 394
2000
26, 700
43, 983
18, 050
15, 039



Nhận xét: Sản lư­ợng xi măng tăng nhanh, sau 10 năm sản l­ượng tăng gần gấp ba như­ Indônêxa, Malaixia, Philipin. Riêng Thái Lan do chịu khủng hoảng tài chính những năm cuối của thập kỷ nên sản l­ượng tăng chậm hơn. So sánh bình quân xi măng trên một đầu ngư­ời của n­ước ta và một số nước trong khu vực (kg/ngư­ời/năm).

Bảng số 8: lượng xi măng trên đầu người của các nước trong khu vực
Năm
Hàn quốc
Malaixia
Thái lan
Philipphin
Indonexia
Việt nam
1990
772
321
330
112
87
45
1997
1205
690
655
235
140
125

Nhận xét: Bình quân xi măng trên đầu ngư­ời của nư­ớc ta còn rất thấp, chứng tỏ cùng với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu xi măng của nước ta còn tăng cao.
Năm 2003 vừa qua nước ta đã sản suất ra một lượng xi măng tương đối lớn, tuy nhiên vẫn không đáp ứng đủ nhu cầu, chính vì vậy mà trong tương lai cần phải đẩy mạnh hơn nữa việc xây dựng nhiều nhà máy xi măng để đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu.
III. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ.
Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế một nhà máy sản suất ximăng poóclăng có công suất thiết kế là 1,6 triệu trấn xi măng/năm. Do phải thiết kế nhà máy nên cần phải tính toán những phần sau:
1. Lựa chọn được địa điểm để xây dựng nhà máy.
2. Tính toán bài phối liệu.
3. Tính cân bằng vật chất cho toàn nhà máy.
4. Tính cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt cho hệ thống lò.
5. Tính và lựa chọn thiết bị cho nhà máy .
6. Thiết lập và tính toán các công đoạn phụ trợ cho sản suất.
7. Thiết lập các biện pháp an toàn lao động và kiểm tra sản xuất
IV. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA XI MĂNG
Ximăng poóclăng là chất kết dính vô cơ bền nước, là sản phẩm nghiền mịn của clinker XMP với 3¸5% thạch cao và 1% phụ gia khác (nếu cần).
Clinke XMP là sản phẩm nung đến kết khối của hỗn hợp gồm đá vôi, đất sét và một số nguyên liệu phụ(nếu cần) như quặng sắt, bôxít, sét cao silíc
V. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CLINKER.
Gồm hai nhóm oxyt.
* Nhóm chính gồm 4 oxyt: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3.
* Nhóm còn lại bao gồm các oxyt: R2O, MgO, Cr2O3, TiO2, P2O3, Mn2O3, SO3.
Mỗi oxyt dù ít hay nhiều đều ảnh hưởng tới thành phần khoáng cũng như tính chất của clinker XMP.
1.Oxyt CaO:
Hàm lượng 62 ¸ 69%.
- Oxyt caxni tác dụng với các oxyt khác tạo thành 4 khoáng chính và một số khoáng phụ
- Tạo khoáng: Oxit Can xi tác dụng với các oxit còn lại tạo ra 4 khoáng chính và một số khoáng phụ trong clinker XMP.
- Phần CaO không tham gia phản ứng tạo khoáng gọi là oxit canxi tự do hay vôi tự do.CaO tác dụng gây mất ổn định thể tích của XM.
CaOtd + H2O ®Ca(OH)2 + DV
Caotd: ít gây ứng suất nội, nhiều đủ lớn gây nứt, gẫy (do nở DV)
Nếu nhiều CaO, clinker có mác thấp đóng rắn nhanh, nhưng không bền trong môi trường xâm thực.
2. Oxit silic (SiO2):
- Hàm lượng: 17 ¸ 26%.

- Tạo khoáng: Chủ yếu tác dụng với oxit canxi tạo khoáng Silicat.
- Nếu nhiều SiO2 tạo khoang đóng rắn châm. nhưng vẵn đảm bảo mác XM và tăng độ bền trong môi trường xâm thực.
3. Oxit nhôm (Al2O3):
- Hàm lượng: 4 ¸ 10%.
- Tạo khoáng chủ yếu tác dụng với CaO, Fe2O3 tạo các khoáng Aluminat Canxi, Alumoferit Canxi.
4. Oxit sắt (Fe2O3):
- Hàm lượng: 0,1 ¸ 5%.
- Tạo khoáng: chủ yếu tác dụng với oxit canxi và oxit nhôm để tạo khoáng Alumoferit canxi.
- Nếu nhiều sắt thì thì nhiệt độ nung thấp nhưng bền trong môi trường xâm thực và môi trường băng giá nhưng cường độ về lâu về dài không cao.
Việc tăng hàm lượng: CaO, SiO2, Al2O3, đều làm cho quá trình nung luyện khó khăn hơn (nhiệt độ tăng). Oxit Fe2O3 đưa vào hợp lý thì nung luyện dễ hơn.
5. Oxit manhe (MgO):
- Hàm lượng: 0 ¸ 4%
- Hầu như tồn tại ở dạng tự do klhoáng Periclaz.
- Nếu tồn tại trong dung dịch rắn hoặc pha thuỷ tinh, tinh thể rất nhỏ không nguy hiểm còn ở dạng Periclaz nhiều nguy hiểm hơn vôi tự do
6. Oxit kiềm (R2O)
- Hàm lượng: 0,3 ¸ 2% (quy định < 1%)
- Tạo khoáng: Tham gia tạo một số khoáng chứa kiềm mà gốc là các khoáng chính của clinker XMP
- ở nhiệt độ cao một phần kiềm bay hơi tạo nên vòng tuần hoàn trong và ngoài của kiềm.
- Kiềm nhiều làm giảm cường độ của XM, XM không ổn định thể tích gây loang mầu trên các bề mặt trang trí gây ăn mòn cốt thép. Trong lò quay phương pháp khô rất nguy hiểm gây ách tắc trên đường xẩy ra phản ứng.
R2O + SO3 ® R2SO4(lỏng)®Chất nguy hiểm gây ách tắc cyclon
7. Oxit lưu huỳnh (SO3):
- Hàm lượng: 0 ¸ 1%
- Oxit SO3 tham gia tạo một số khoáng và làm giảm một số khoáng chính của clinler XM.
- Oxit SO3 dễ bị bay hơi ở vùng nhiệt độ cao sau đó dẽ dàng tác dụng với kiềm để tạo ra các hợp chất nóng chảy ở nhiệt độ thấp dẫn đến lò vận hành không ổn định (lò quay phương pháp khô có hệ thống cyclon trao đổi nhiệt)
- Nhiều SO3 làm dảm cường độ lâu dài của XM sau này.
VI. THÀNH PHẦN KHOÁNG CỦA CLINKER.
Gồm 4 khoáng chính: C3S, C2S, C3A, và C4AF.
- C3S, C2S: Khoáng silicat khó nóng chảy chiếm 75 ¸ 80%
- C3A, C4AF: Khoáng khó nóng chảy chiếm 16 ¸ 25%
Các khoáng khác: CS, C3S2, CAS2, C2AS, KC23S12, NC8A3, C2S3
Ngoài ra còn pha thuỷ tinh do phần lỏng nóng chảy và các oxit tự do CaO, MgO.
1. Khoáng C3S (Alít) thực tế là dung dịch rắn mà nền là C3S:
- Công thức hoá học: 3CaSiO2
- Hàm lượng: 40 ¸ 60% khối lượng.
- Khối lượng riêng: 3,28 g/cm3
- C3S tinh khiết chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm.Trong công nghiệp clinker XMP, C3S chỉ tồn tại dưới dạng dung dịch rắn mà nền là C3S.
- C3S bền trong vùng t = 12500C ¸ 19000C. Dưới 12500C thì C3S bị phân huỷ tạo (C2S + Ctd), trên 19000C bị nóng chảy.
- C3S có dạng lục giác đều.
- C3S đóng rắn nhanh toả nhiều nhiệt khi hydrat hoá, không bền tong môi trường xâm thực.
2. Khoáng C2S (bêlít)
- Công thức hoá học: 2CaO.SiO2.
- C2S tinh khiết chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm trong công nghiệp chỉ tồn có dung dịch rắn mà nền là C2S
- C2S có dạng thù hình: và .
- Khối lượng riêng lần lượt là: 3,04, 3,40, 3,28, 2,98 (g/cm3).
- Trong 4 dạng thù hình trên thì dạng b là quan trọng nhất trong CL XMP
* Dạng a tồn tại trong nhiệt độ t0 = 14250C ¸ 21200C
* Dạng a’ tồn tại trong t0 = 830 ¸ 14250C
* Dưới 8300C nếu làm lạnh nhanh chuyển về dạng b ngược lại làm lạnh chậm chuyển về dạng g (kèm theo tăng 10% thể tích)
* Dạng b kém bền về mặt nhiệt động (năng lượng cao) tồn tại trong vùng nhiệt độ 675 ¸ 8300C.
Trong 4 dạng thù hình: và thì khả năng kết dính và cho cường độ cao giảm dần từ dạng a ® a’® b® g
Để làm ổn định dạng b người ta thực hiện bằng hai cách:
. Làm lạnh nhanh qua vùng nhiệt độ 6750C.
. Tạo dung dịch rắn bền (bC2S)
C2S có tốc độ đóng rắn vừa phải ít toả nhiệt khi đóng rắn, bền trong môi trường xâm thực.
3. Khoáng C3A:
- Trong hệ hai cấu tử CaO và Al2O3 ta có một dãy hợp chất C3A, C5A3, C12A7, CA, CA2, CA6, trong đó chứa chủ yếu là C3A.Trong thực tế mạng lưới C3A còn hoà tan rất nhiều oxit khác.
- Công thức hoá học: 3CaO.Al2O3
- Hàm lượng: 5 ¸ 5%
- Khối lượng riêng: 3,04 g/cm3
- C3A có cấu trúc xốp phản ứng nhanh với nước toả nhiều nhiệt, không bền trong môi trường xâm thực.
4. Khoáng C4AF:
- Công thức hoá học: 4CaO.Al2O3.Fe2O3
- Hàm lượng: 10 ¸ 18%
- Khối lượng riêng: 3,77 g/cm3 (nặng nhất trong các khoáng)
- C4AF là khoáng chủ yêú trong dãy dung dịch rắn bền trong môi trường xâm thực và môi trường băng giá.
5. Khoáng khác:
Gồm hai khoáng chứa kiềm:
* KC23S2 (gốc C2S)
* NC8A3 (gốc C3A)
- Sự hình thành các khoáng chứa kiềm làm giảm các khoáng silicat:
12C3 + K ® K23C12K12 + 13C (1)
12C2S + K ® KC23S12 + C (2)
3C3A + K ® NC8A3 + C (3)
Theo phương trình (1), (2) cứ khoảng 10% oxit kali (K2O) tạo ra 20% khoáng KC23S12 và làm giảm 20% tổng khoáng C3S, C2S.
Theo phương trình (3) khoảng 1% Natri (N2O) tạo ra 10% NC8A3 và làm giảm 10% khoáng C3A. Các khoáng chứa kiềm tự phân huỷ khi có mặt CaSO4 trong khi nung
Khoáng chứa kiềm làm cho XMP đóng rắn không ổn định.
6. Các oxit tự do: CaO, MgO, SiO:
- Không nằm trong các khoáng mà nằm ở dạng tự do.
7. Pha thuỷ tinh:
- Hàm lượng 5 ¸ 10%
- Lượng và thành phần thuỷ tinh phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh, thành phần hoá của pha lỏng nóng chảy.
VII. CÁC MÔĐUN HỆ SỐ:
1. Hệ số bão hoà vôi:
1.1 Hệ số bão hoà vôi KH:
KH =
Trong đó :
C, S, A, F, lần lượt là ký hiệu của các oxit CaO, SiO, Al2O3, Fe2O3, SO3
- Công thức đơn giản (coi: Ctd­, Std và bằng 0)
KH =
- Giá trị KH = 0,85 ¸ 0,95 (thường KH = 0,82 ¸ 0,92)
- Định nghĩa: Hệ số bão hoà vôi KH là tyôs giữa lượng vôi còn lại sau khi phản ứng hết với oxit nhôm và oxit sắt để tạo khoáng C3A và C4AF trên lượng vôi tối đa cần thiết để bão hoà toàn bộ oxit silicthành khoáng C3S.
1.2 Hệ số bão hoà vôi LSF:
- Công thức đầy đủ:
LSF =
- Công thức đơn giản:
LSF =
- Giá trị: LSF = 90 ¸ 100 (thường 92 ¸ 98)
- Định nghĩa: Hệ số bão hoà vôi LSF là tỉ số giữa lượng vôi hiệu quả và lượng vôi tiêu chuẩn.
2. Môđun Silic: n (MS)
- Công thức: n(MS) =
- Giá trị: n = 1 ¸ 3, thường 2 ¸ 2,6
- ý nghĩa: n (MS) tỷ lệ
3. Môđun Alumin p (MA)
- Công thức: p (MA) =
- Giá trị: p (MA) = 1 ¸ 3, thường 1 ¸ 1,7
- ý nghĩa: p (MA) tỉ lệ với , độ nhớt pha lỏng nóng chảy.