Đồ án Nghiên cứu, khảo sát, ứng dụng thử một số chất trợ nghiền có nguồn gốc hữu cơ đối với quá trình nghiền xi măng, ảnh hưởng của chúng đến năng suất máy nghiền

t nóng cháy ở nhiệt độ thấp. Xi măng chứa nhiều Fe2O3 sẽ làm giảm mác của xi măng tốc độ đóng rắn chậm, tạo nhiều chất chảy gây bám dính lò, khó nung, nhưng lại bền trong môi trường sulfát. Tuy nhiên nếu hàm lượng này quá thấp sẽ không đủ chất nóng chảy, khó phản ứng tạo thành khoáng. IV.1.5. Oxyt magiê (MgO). Oxyt magiê nó tạo thành dung dịch rắn với khoáng C3S làm tăng hoạt tính của khoáng này, hàm lượng này lớn sẽ tạo khoáng pêriclaz phản ứng chậm với nước, gây nở thể tích và phá vỡ cấu trúc xi măng. IV.1.6. Oxyt kiềm (K2O và Na2O). Oxyt kiềm là các tạp chất có hại do đất sét đưa vào, làm giảm cường độ của xi măng nếu hàm lượng lớn hơn 1% chúng sẽ gây ra sự ăn mòn. Trong xi măng thường có khoảng 0,5 – 1% oxyt kiềm. Ngoài các oxyt trên trong xi măng còn có một số oxyt khác như: TiO2, P2O5, SO3...tuy nhiên chúng ảnh hưởng không đáng kể đến chất lượng của xi măng. IV.2. Thành phần khoáng của cliker xi măng. Bốn loại oxyt chính CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 phản ứng tạo nên hai loại khoáng chính trong clinker - Khoáng silicat canxi 3CaO.SiO2 ký hiệu C3S gọi là alit 2CaO.SiO2 ký hiệu C2S gọi là bêlit. Bản chất khoáng silicat canxi theo giản đồ hai cấu tử CaO - SiO2 có 4 loại: + Vôlastônít - CaO.SiO2 và giả Vôlastônít - CaO.SiO2. + Octôsilicat canxi gồm có 4 loại thù hình , , và ’ - C2S . Dạng - C2S kém bền và tồn tại ở nhiệt độ trên 6750C. Nếu lưu lâu ở nhiệt độ 6750C thì - C2S chuyển thành - C2S làm nở thể tích làm cho clinker tự tả thành bột mịn. Người ta phải ổn định để - C2S không chuyển thành - C2Skhi đó xi măng mới đóng rắn và phát triển cường độ. + Răngkinít C3S2 là hỗn hợp không bền trong quá trình phản ứng, nó bị phân huỷ và để tạo thành C2S và bão hoà C2S thành C3S. + Alít 3CaO.SiO2 là khoáng cơ bản nhiều nhất trong clinker, nó tạo cho xi măng poóc lăng có cường độ cao, đóng rắn nhan, toả nhiệt nhiều khi đóng rắn, tuy nhiên lại không bền trong môi trường sulfát. Khoáng aluminat canxi 3CaO.Al2O3 ký hiệu C3A 4CaO.Al2O3.Fe 2O3 ký hiệu C4AF gọi là xêlit Khoáng aluminat canxi. + C3A chiếm khoảng 4 – 15% là chất trung gian mầu trắng, là khoáng quan trọng cùng với alít tạo ra cường độ ban đầu của đá xi măng. Xi măng chứa nhiều C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn làm cho xi măng không bền trong môi trường sulfát. + Xêlit (C4AF) có thành phần chiếm khoảng 10 – 15%. Khoáng này nóng chảy ở nhiệt độ 12500C và trở thành pha lỏng tạo môi trường cho phản ứng tạo thành khoáng C3S. Khi có khoáng trong xi măng làm cho xi măng có cường độ thấp, thời gian đông kết chậm, ít toả nhiệt khi đóng rắn và bền trong môi trường sulfát. Ngoài các khoáng chính trên trong clinker còn chứa pha thuỷ tinh là chất lỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh cliker. Nếu quá trình làm lạnh nhanh thì pha thuỷ tinh nhiều thì khi đóng rắn xi măng sẽ toả nhiệt nhiều. IV.3. các hệ số đặc trưng cho thành phần clinker Như đã biết thành phần clinker gồm 4 oxyt chính là CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 chúng có quan hệ với nhau tạo nên các hệ số đặc trưng: a. Hệ số bão hoà vôi theo công thức Kin và Jun Hệ số môđun silicat Môđun aluminat Khi nung 4 oxyt trên ở nhiệt độ 14500C tạo nên 4 khoáng chính là: 3CaO.Al2O3, 2CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe 2O3 và 4 khoáng trên liên hệ với nhau qua các hệ số đặc trưng cho thành phần clinker xi măng. Hệ số bão hoà vôi Môđun silicat Môđun aluminat Bảng so sánh tính chất xi măng phụ thuộc vào các hệ số KH, n và p TT Hệ số KH, n,p Trị số nghiên cứu Cường độ chịu nén, uốn sau 28 ngày (kG/cm2) Cường độ nén Cường độ uốn 1 KH 1,0 291 25,56 2 0,96 264 29,56 3 0,91 269 26,7 4 0,86 273 26,22 5 0,82 183 23,94 6 N 4,0 203 24,42 7 3,0 273 27 8 2,5 259 26,88 9 1,7 267 27,78 10 P 3,0 231 24,41 11 2,0 251 27 12 1,0 255 27 Qua bảng trên ta rút ra kết luận: Xi măng từ clinker có hệ số KH cao cường độ chịu nén cũng tăng cao nhưng cường độ chịu uốn giảm xuống. Hệ số KH = 0,86 – 0,96 cường độ thực tế xấp xỉ nhau, Hệ số KH = 0,86 – 0,96 là chuẩn đối với cliker xi măng poóc lăng. Giảm hệ số KH xuống từ 0,86 – 0,82 thực tế là sản xuất xi măng mác thấp, cường độ giảm khá mạnh. Môđun silicat trong giới hạn 1,7 – 2,5 đối với clinker thông thường ít ảnh hưởng đến cường độ xi măng. Hệ số n giảm đồng thời tăng cả cường độ nén và uốn. Môđun aluminat ảnh hưởng đến cường độ không lớn lắm nhưng theo quy luật như môđun n, nếu giảm p cường độ nén và uốn đều tăng lên. V. Quy trình công nghệ sản xuất xi măng trong công nghiệp Hiện nay ở nước đang áp dụng 3 loại dây truyền công nghệ sản xuất xi măng chính: - Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng ( phương pháp bán khô). - Công nghệ sản xuất xi măng lò quay phương pháp ướt. - Công nghệ sản xuất xi măng lò quay phương pháp khô. Trong hai loại hình công nghệ sản xuất xi măng, xi măng lò quay chiếm 84% tổng sản lượng sản phẩm xuất ra. Các công ty xi măng lò quay có công suất lớn, dây truyền thiết bị hiện đại, vì vậy có chất lượng xi măng tốt, mác cao. Ngược lại các công ty xi măng lò đứng có kết cấu đơn giản, công nghệ của một số khâu còn thủ công nên năng xuất và chất lượng còn bị hạn chế. V.1 Quá trình gia công nguyên liệu và nhiên liệu Các phối liệu đá vôi, đất sét, thạch cao, các loại phụ gia, than…được gia công sơ bộ đến kích thước và độ ẩm yêu cầu sau đó được định lượng và nghiền mịn thành phối liệu. Đối với công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô và bán khô : Phối liệu đưa vào nghiền không chỉ có :đá vôi , đất sét, phụ gia điều chỉnh mà nhiên liệu than cũng được nghiền mịn và phun vào lò trong quá trình nung. Đối với công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp ướt thì bột phối liệu được trộn với nước và nghiền trong máy nghiền bi ướt. V.2. Quá trình nung, ủ Clinker Công đoạn nung Clinker là công đoạn rất quan trọng và quyết định đến chất lượng sản phẩm. Phối liệu sau khi đã được nghiền mịn được đưa vào nung trong lò nung. Đối với lò quay phương pháp ướt thì bột liệu đi vào lò ở dạng bùn pát, với phương pháp khô thì bột liệu sau khi nghiền được đi qua hệ thống xyclon tro đổi nhiệt nhằm gia nhiệt phối liệu trước khi vào lò nhiệt độ phối liệu lúc này lên tới 7000C như vậy phối liệu trước khi vào lò ở dạng bột khô và được nung trong lò quay tại dôn nung khoảng 1350 – 14500C. Sau khi nung xong Clinker được làm nguội nhanh bằng nước và không khí sau đó vận chuyển vào silô chứa. Với hệ thống lò nung clinker theo phương pháp bán khô sử dụng lò đứng hoặc lò quay thì phối liệu trước khi nạp vào lò được trộn đến độ ẩm 12 – 14% và được vê thành viên có kích thước 8 – 12mm sau đó mới đưa đi nung. Quá trình nung phối liệu trong lò dưới tác dụng của nhiệt độ cao các cấu tử trong phối liệu sẽ phản ứng với nhau tạo thành các khoáng chính có trong thành phần clinker xi măng đó là: 3CaO.Al2O3 ( C3A ), 2CaO.SiO2 ( C2S ), 3CaO.SiO2 ( C3S ) và 4CaO.Al2O3.Fe2O3 ( C4AF ). Để tăng nhanh quá trình nung clinker các biện pháp có hiệu quả hay được dùng như: Dùng chất khoáng hoá, giảm độ ẩm của bùn pát, hồi lưu bụi trở lại lò quay, dùng thiết bị làm lạnh, tăng tốc độ quay của lò nung, sử dụng thiết bị đốt nhiên liệu hiện đại cháy hoàn toàn cho nhiệt lượng tối đa. Sau khi qua giai đoạn làm lạnh, nhiệt độ clinker trong khoảng 50 – 1500C clinker được ủ trong kho hoặc silo chứa trong khoảng 10 – 15 ngày để CaO tự do còn lại trong clinker phản ứng với nước trong không khí tạo thành Ca(OH)2 nở thể tích làm cho clinker dễ nghiền và xi măng không nở nữa, như vậy sẽ làm tăng chất lượng của xi măng. V.3. Quá trình nghiền và đóng bao xi măng Clinker được phối trộn với các loại phụ gia xi măng như đá bazan, đá vôi, thạch cao...theo công thức phối trộn tuỳ thuộc vào yêu cầu và tính chất của xi măng mà công thức phối trộn sẽ khác nhau. Thông thường pha thêm 3 – 4% thạch cao để điều chỉnh thời gian đông kết và khoản 15 – 20% phụ gia khác để tăng sản lượng và cải thiện tính chất của xi măng. Độ nghiền mịn thường đạt 12% lượng còn lại trên sàng 008 hoặc bề mặt riêng 2900 – 3200cm2 /g rồi qua thiết bị phân ly, phần chưa đạt độ mịn cho quay lại vào máy nghiền. Sau khi nghiền xong xi măng được gầu tải đưa vào các silo chứa và được đảo trộn để đồng nhất tránh hiện tượng vón cục. Xi măng sau đó được đóng bao ( thông thường bao có trọng lượng 50kg ) rồi được các xe chuyên chở đi tiêu thụ. Xi măng Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng lò đứng Trộn Than Đất sét Đập búa Kẹp hàm Xỉ pyrit Apatit Trộn nghiền Máy sấy Máy sấy Phụ gia CaF2,Na2SiF6 Máy sấy Làm ẩm, vê viên Máy phân ly Đá vôi ủ clinker Nung clinker(lò đứng) Máy nghiền xi măng Máy phân ly Thạch cao, phụ gia Đóng bao Đá vôi Đất sét ĐậpD Đảo trộn Cán Sấy Làm ẩm Trộn nghiền khô Nung clinker Làm lạnh Đập, nghiền ủ clinker Nghiền ướt Nghiền Đập sấy Đóng bao Xi măng Sơ đồdây chuyền công nghệ sản xuất xi măng lò quay VI. Qúa trình đóng rắn của xi măng. Tính chất đặc biệt của xi măng là khả năng tham gia phản ứng với nước tạo thành chất kết dính có lực kết dính đủ mạnh không những chỉ có những hạt vật chất riêng biệt tạo thành phản ứng với nước mà còn có khả năng dính kết trên bề mặt sản phẩm mới với các vật thể chứa trong vừa tiếp xúc với chúng (như gạch, đá, sắt, thép, cát...). Quá trình đóng rắn xảy ra rất phức tạp trải qua nhiều quá trình hyđrat của các khoáng, có nhiều thuyết để giải thích sự đóng rắn của xi măng theo quan điểm vật lý như: thuyết Lơxatơlie, thuyết Bai cốp, thuyết Mikhaêlic...Để đơn giản ta coi quá trình đóng rắn gồm các giai đoạn sau: Hoà trộn xi măng với nước. Thực hiện hyđrat các khoáng trong xi măng. Thực hiện các quá trình vật lý liên kết chặt chẽ các hạt sản phẩm. VII. Một số chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của xi măng Trong xây dựng, chất lượng của xi măng được đánh giá bởi các chỉ tiêu như sau: - Thành phần khoáng: thông thường được đánh giá theo tỷ lệ khoáng C3S : C2S hoặc theo hệ số p (Môđun aluminat). Hàm lượng vôi tự do: thể hiện nung clinker xi măng kết khối tốt hay xấu, các hệ số chọn chuẩn hay không chuẩn. Nó đánh giá về khả năng ổn định thể tích của xi măng. Độ mịn của xi măng(S): Xi măng nghiền mịn sẽ ảnh hưởng tới lượng nước tiêu chuẩn, tốc độ ninh kết và đóng rắn, xi măng nghiền càng mịn thì mác của nó càng cao. Đánh giá độ mịn bằng phương pháp tỷ diện (bề mặt riêng cm2/g). Xi măng thường S = 2500-3500 cm2/g. Khối lượng thể tích (): Phụ thuộc vào thành phần khoáng và độ mịn của xi măng. Xi măng thường = 1400-1700g/l. Lượng nước tiêu chuẩn: còn gọi là độ dẻo tiêu chuẩn là lượng nước cần thiết cho vào xi măng tính theo phần trăm để thực hiện quá trình ban đầu của sự đóng rắn. Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng phụ thuộc vào độ mịn, thành phần khoáng và loại phụ gia hoạt tính. Đối với xi măng poóclăng thường lượng nước tiêu chuẩn 24 – 29% Tốc độ ninh kết: Đây là đặc tính quan trọng của xi măng nó phụ thuộc vào thành phần khoáng của clinker, nhiệt độ môi trường, độ mịn. Xi măng thường tốc độ ninh kết bắt đầu không quá 45 phút, kết thúc không muộn hơn 12 giờ Mác của xi măng: Mác của xi măng là cường độ chịu nén của mẫu vữa 1 xi măng 3 cát tiêu chuẩn sau thời gian bảo dưỡng kể từ ngày tạo mẫu là 28 ngày(kG/cm2 hay N/mm2, 1 N/mm2 10 kG/cm2). Xi măng có ký hiệu P300, P400, P500...là mác xi măng 300, 400, 500...hay xi măng có cường độ chịu nén sau 28 ngày là 300, 400, 500...Mác xi măng trước hết phụ thuộc vào chất lượng clinker, độ mịn của xi măng và phương pháp thử mẫu. Chương II: những đặc trưng cơ bản của quá trình nghiền xi măng I. Nghiền xi măng Nghiền xi măng là thời gian giải quyết các thao tác cuối cùng trong quá trình sản xuất xi măng, nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của xi măng. I.1. Máy nghiền xi măng - Có rất nhiều loại máy có thể dùng để nghiền xi măng như: máy nghiền bi, máy nghiền thanh, máy nghiền rung…nhưng phổ biến hiện nay ở nước ta dùng rộng rãi là loại máy nghiền bi thùng quay. - Máy nghiền bi có thể phân loại thành nhiều loại khác nhau: + Phân loại theo cấu tạo của thùng: có các loại hình trụ, hình nón cụt. + Phân loại theo phương pháp tháo sản phẩm, có loại tháo qua trục rỗng, tháo qua sàng chắn ngang thùng, tháo qua sàng hình trụ và loại máy nghiền kèm theo thiết bị phân loại đặt riêng biệt bên ngoài. - Cấu tạo của máy nghiền bi gồm các tang quay bằng thép, có đường kính 1 – 3m, dài 10 – 15m máy được đặt nằm ngang và quay quanh trục của nó, nhờ động cơ và bánh xe truyền động. Trong các tang quay này chứa một phần bi, đạn bằng kim loại hay bằng sứ, quá trình nghiền vật liệu xảy ra khi bi, đạn trong máy nghiền chuyển động. Khi quay tang hỗn hợp bi, đạn và vật liệu nghiền được nâng lên một đoạn theo hướng quay, khi góc nâng lớn hơn góc rơi tự nhiên thì bi, đạn và vật liệu bị trượt xuống phía dưới. Như vậy vật liệu bị nghiền là do sự chà sát hay vừa đập vừa chà sát của bi, đạn với nhau hay bi, đạn với thành thùng. - Kích thước của vỏ máy nghiền. + Đối với loại máy nghiền một ngăn thì chọn + Đối với loại máy nghiền hai ngăn thì chọn + Đối với loại máy nghiền ba ngăn thì chọn Trong đó: L: Chiều dài của máy nghiền D: Đường kính của máy nghiền. I.2. Bi đạn trong máy nghiền Bi, đạn nghiền thường được chế tạo bằng thép hợp kim gồm Các bon, Măng gan, Phốt pho, Lưu huỳnh, Si líc, Crôm, Môlíp đen. Bi của máy nghiền có đường kính từ 20 – 100mm, đạn thường có kích thước từ 15 – 25 hoặc 20 – 30mm - Để xác định tổng khối lượng bi trong máy nghiền người ta có thể áp dụng các công thức thực tế: G = 4620D2L (Theo Taggarta) G = 4100D2L (Theo arenđsa_xislinski) G = 4000D2L (Sternhin) Trong đó G: Tổng khối lượng bi nghiền (kg) D: Đường kính trong của máy nghiền (m) L: Chiều dài có ích của máy nghiền (m) - Góc nâng của bi nghiền: Theo các tính toán về mặt lý thuyết cho thấy động năng của bi, đạn rơi tối đa, khi góc nâng của chung bằng 35020’. - Hệ số nạp bi, đạn trong máy nghiền: Hệ số nạp bi, đạn trong máy nghiền là tỉ số giữa tổng khối lượng bi, đạn khi xếp tự do với khối lượng làm việc của máy nghiền. Theo các tính toán thì cách nạp tối ưu phải tương ứng với h = 0,16.D. Với D: là đường kính thùng nghiền, h: là khoảng cách từ mặt bi, đạn tới mặt cắt ngang giữa thùng. Thông thường hệ số nạp bi, đạn máy nghiền là khoảng 25 – 45%. I.3. Tấm lót Để tránh va đập, vỏ máy bên trong được lót bằng những tấm lót kim loại. Tấm lót máy nghiền thường có gân trên bề mặt và được thiết kế theo các hình dạng khác nhau để làm giảm độ mòn, chiều dày tấm lót phụ thuộc vào đường kính máy nghiền và kích thước vật thể nghiền ở giới hạn 30 – 6mm. II. Công suất tiêu thụ của máy nghiền Khi nạp bi, đạn tối ưu và tần số quay hợp lý có thể công suất tiêu thụ của máy nghiền được xác định theo công thức thực nghiệm P = 12,5.G, hoặc công thức của Blank P = C.G.. Trong đó P: Công suất của máy nghiền G: Tổng trọng lượng bi nghiền C: Hệ số nạp. Đối tượng nghiền III.1. Clinker Clinker sau khi được làm lạnh xuống còn nhiệt độ 50 – 1500C không thể đưa vào nghiền ngay được vì lúc nghiền sự va đập cơ năng biến thành nhiệt năng làm cho máy nghiền nóng làm giảm khả năng nghiền đập của máy, làm tăng hệ số mòn bi đạn, tấm lót. ở nhiệt độ 50 – 1500C cho vào máy lúc đó nhiệt độ tăng lên, thạch cao CaSO4 2H2O sẽ mất nước biến thành CaSO4 0,5H2O gây nên hiện tượng ninh kết giả. Trong clinker xi măng nhất là xi măng lò đứng chứa một lượng CaO tự do và MgO tự do sẽ gây tác hại không ổn định thể tích xi măng hay sinh nứt nổ cấu kiện xây dựng. Do đó clinker ra lò bắt buộc phải ủ trong kho từ 7 – 15 ngày để: Clinker hút ẩm không khí làm cho CaO Ca(OH)2 nở thể tích phát sinh những vết nứt dạn đó sẽ dễ nghiền hơn. Trước khi đưa vào máy nghiền cliker có kích thước từ 8 – 12mm. III.2. Thạch cao Để điều chỉnh thời gian đông kết người ta thường thêm vào quá trình nghiền xi măng từ 3 – 4% thạch cao CaSO4. Thạch cao cũng được đập nghiền sơ bộ đến cỡ hạt 5 – 15mm trước khi được đưa vào máy nghiền. III.3. Các phụ gia khác - Tro xỉ: là phế thải của quá trình cháy than của nhà máy nhiệt điện, ở nước ta hay sử dụng là xỉ than nhiệt điện Phả lại. Thành phần khoáng của xỉ than nhiệt điện Phả lại chủ yếu là pha thuỷ tinh alumosicát, một số khoáng chưa bão hoà vôi như: mulit 3Al2O3.2SiO2, thạch anh SiO2, fensfat (K,Na.AlSi3O8) và một ít khoáng C2S . Thành phần hoá học của tro xỉ nhiệt điện Phả lại TT Loại mẫu Thành phần hoá học (%) MKN SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O 1 Xỉ hạt 3,0 61,4 8,3 18,3 5,3 1,0 0,1 2,0 0,28 2 Xỉ hạt lẫn 20% tro bay 7,0 60,2 7,1 18,5 1,5 0,5 0,1 2,8 0,31 - Phụ gia puzolan gồm có hai loại: Puzolan tự nhiên và Puzolan nhân tạo + Puzolan tự nhiên là các nham thạch, tro bụi của núi lửa như túp, crack, đá bọt, đá bazan. Hoạt tính của Puzolan là do SiO2 và Al2O3 có trong thành phần của nó. + Puzolan nhân tạo là sản phẩm khi nung đất sét ở nhiệt độ 8000C (gạch non). Trong thực tế các phụ gia Puzolan thường được đưa vào với tỷ lệ 8 – 12% nghiền cùng với clinker xi măng, ngoài mục đích hạ giá thành sản phẩm, tăng sản lượng, cải thiện một số tính chất củ xi măng thực tế làm cho cliker dễ nghiền hơn và tăng năng xuất máy nghiền 12 – 16%. - Ngoài các loại phụ gia nói trên, trong quá trình nghiền cliker xi măng người ta còn sử dụng đá đen, đá sít ( lớp đất, đá bóc bề mặt của các mỏ than )…nhằm tăng sản lượng và giảm giá thành xi măng. IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền - Sơ đồ nghiền, tần số quay, đường kính của máy nghiền, số lượng, loại, kích thước bi đạn, số lượng các khoang máy nghiền, tích chất của vật liệu, tỷ số L/D (Chiều dài trên đường kính), kết cấu của máy nghiền, chủng loại của tấm lót, khả năng thông gió của máy. Có 2 – 20% năng lượng do máy nghiền tiêu thụ chuyển thành công có ích để nghiền vật liệu, phần năng lượng còn lại chi phí cho cọ sát lẫn nhau của các hạt vật liệu và ma sát giữa các hạt vật liệu với các chi tiết khác của máy nghiền tạo ra tiếng ồn, tạo ra nhiệt, bị mất mát ở bộ truyền động giữa động cơ và máy nghiền. - Quá trình nghiền xi măng ngoài yếu tố công nghệ còn có các ảnh hưởng của các yếu tố khác như: + Bản chất của nguyên liệu + Kích thước của nguyên liệu + Độ ẩm của nguyên liệu Chương III: vấn đề bảo quản xi măng I. Độ kết khối của vật liệu Trong môi trường ẩm vật liệu đa phân tán dễ bị bám dính và kết khối. Khi có tác động của môi trường các hạt kết khối là do chúng dính vào nhau và có lớp tiếp xúc trung gian giữa chúng. Khả năng kết khối của các hạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: bản chất của hạt, kích thước hạt, ngoại lực tác động, môi trường tồn tại, thời gian tồn tại ở môi trường đó... Khi các hạt có độ ẩm nào đó đủ để dính lại được với nhau, đọ ẩm khi đó gọi là độ ẩm tới hạn kí hiệu Wth. Nếu độ ẩm của các hạt tăng quá Wth thì các hạt sẽ không bám vào nhau nữa, và không kết dính được. - Khả năng hấp phụ ẩm của hạt rắn theo thời gian được tính theo phương trình: Trong đó: k: hằng số tốc độ hấp phụ W: độ ẩm của các hạt ở điều kiện nhiệt độ, độ ẩm của không khí Wt: độ ẩm tức thời của vật liệu. - Độ ẩm tức thời của vật liệu Wt được tính theo công thức: Wt = k(). độ ẩm tương đối của môi trường độ ẩm tức thời của môi trường là hàm thực nghiệm xác định theo: = biến thiên khối lượng của 1 lượng hạt nhất định với độ ẩm tương đối là biến thiên khối lượng của 1 lượng hạt nhất định với độ ẩm tương đối là k = k0.pH20 k0 hằng số pH20: áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường làm việc là hàm của Nếu: > 75% vật liệu ít kết khối 50% < < 75% vật liệu có hút ẩm < 50% vật liệu hút ẩm mạnh - Tốc độ hấp phụ ẩm của vật liệu: Giả thiết hạt liệu là hình cầu có bán kính r, có độ xốp là a%, độ điền đầy của các lỗ xốp là , và dung tích hấp thụ là y thì ta có: Y = Khi ẩm hấp phụ trên một đơn vị thể tích. Y = Khi ẩm chỉ hấp phụ trên bề mặt hạt. - Để đánh giá khả năng hút ẩm của vật liệu, người ta dùng hệ số hút ẩm = k. Trong đó: k là hằng số phụ thuộc nhiệt độ độ ẩm của môi trường - Thực tế thường sử dụng công thức thực nghiệm: = 1,8.exp(0,3 + 50,2) Khi độ ẩm tương đối giảm dần tới 0 thì khả năng hút ẩm của vật liệu giảm dần. Với mỗi loại vật liệu tuỳ theo kích thước, cấu trúc và tính chất của chúng mà có độ hút ẩm khác nhau. II. Độ hút ẩm của vật liệu Độ hút ẩm của vật liệu được tính theo công thức: = a( - )aw(T – T0)at[1 – exp(-k)] Trong đó: : độ hút ẩm của vật liệu : độ ẩm môi trường : độ ẩm tức thời của vật liệu T0: nhiệt độ tới hạn k: hằng số tốc độ khuyếch tán aw, aT: là các hằng số phụ thuộc nhiệt độ, cấu trúc Khi tăng thì độ hút ẩm của vật liệu tăng lên III. Biến tính bề mặt cho hệ đa phân tán Để đánh giá hiệu quả, khả năng biến tính bề mặt của hệ đa phân tán, người ta đánh giá chúng qua hệ số hiệu quả chống kết khối : Trong đó : nồng độ chất hấp phụ lên bề mặt. , : là độ hút ẩm trước và sau khi biết tính bề mặt. Nếu càng lớn thì hiệu quả biến tính bề mặt càng lớn, khả năng chống hút ẩm lớn. < 0,3 bề mặt biến tính không có hiệu quả 0,3< < 1 bề mặt biến tính có hiệu quả 1< <10 bề mặt biến tính có hiệu quả cao >10 bề mặt biến tính có hiệu quả rất cao. - Có rất nhiều phương pháp để biến tính trong bề mặt vật liệu hạt đa phân tán: + Phương pháp gia nhiệt: Gia nhiệt vật liệu đến nhiệt độ nào đó để biến tính bề mặt vật liệu hạt. + Phương pháp hoá học: Nó sẽ tạo ra các hợp chất mới trên bề mặt vật liệu hạt. + Sử dụng chất phủ bề mặt khác chất cơ bản: Bằng cách tạo màng polymer hoặc bọc màng paraphin nhằm cách ly vật liệu với môi trường ngoài nhằm hạn chế khả năng hút ẩm của vật liệu. + Dùng chất kỵ nước (hydrophob): Chất kỵ nước có tác dụng ngăn cản nước (hơi ẩm) không cho tiếp xúc hoặc tiếp xúc nhưng không kết hợp được với hạt. Chất kỵ nước thường được sử dụng có thể là có nguồn gốc hữu cơ, vô cơ hoặc biến tính các hạt trong tự nhiên. + Dùng chất ưa nước (hydrophil): Là chất có khả năng hút nước (hơi ẩm) trong môi trường lên bề mặt của nó. Chất ưa nước hay sử dụng có thể ở dạng hữu cơ hay vô cơ hoặc các khoáng tự nhiên. - Để có thể chống lại sự kết dính của vật liệu người ta thường sử dụng bột kỵ nước từ các khoáng thiên nhiên. Hiện nay ở nước ta hay dùng là khoáng Vermiculit và Talk + Khoáng Vermiculit: là khoáng alumosilicát, thuộc nhóm thuỷ mi ca, có cấu trúc (Mg, Fe)3[(Al, Si)4)O10](OH)2.4H2O. Tinh thể có dạng vảy và dạng tấm, tính chất của nó thay đổi theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ đốt nóng tăng, khối lượng thể tích của nó giảm, khả năng hút ẩm giảm, sự bám dính vào bề mặt của hạt liệu tăng lên. Hiệu quả biến tính là lớn nhất tức là độ hút ẩm nhỏ nhất khi khoáng vermiculite nung ở nhiệt độ 10230K. + Talk: là khoáng silicát magiê, có công thức cấu trúc: Mg3[Si4O10].(OH)2. Tinh thể có hình dạng tấm lục giác hoặc vẩy, chúng có tác dụng loại trừ sự kết dính và sít đặc của vật liệu hạt khi được nghiền mịn với kích thước < 10. Tác dụng biến tính của bột kỵ nước chủ yếu là làm giảm đi sự kết dính, vón cục của hạt vật liệu làm cho hệ phân tán luôn rời rạc. Bột kỵ nước bám dính, phong toả trên bề mặt vật liệu tạo thành lớp màn ngăn cách không cho hơi ẩm xâm nhập vào hạt. Chương IV: Phụ gia trợ nghiền trong sản xuất xi măng I. Chất trợ nghiền Trong sản xuất xi măng công đoạn nghiền tiêu tốn 25 – 30% tổng lượng điện năng. Trong đó chỉ có khoảng 15% năng lượng điện sử dụng có ích cho việc nghiền mịn. Nghiên cứu sử dụng các chất trợ nghiền cho phép thu được hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật. Khi có chất trợ nghiền thì sẽ làm tăng năng suất máy nghiền, tăng độ linh động của xi măng, tăng năng suất đóng bao, vòi đóng bao, hạn chế tốc độ giảm mác xi măng trong quá trình vận chuyển, lưu kho, lưu bãi. Trong điều kiện khí hậu nước ta trung bình các loại xi măng sau hai tháng bảo quản thì cường độ nét giảm khoản 14% sau ba tháng giảm khoảng 23% và sau bốn tháng giảm 26% . Để đảm bảo an toàn xi măng lúc xuất xưởng phải có hệ số dư mác không nhỏ hơn 20% và chỉ số lưu kho không quá hai tháng. Vì vậy nghiên cứu chất trợ nghiền bảo quản có ý nghĩa rất quan trọng và cần thiết đối với ngành sản xuất xi măng ở nước ta. Chất trợ nghiền là các chất góp phần thúc đẩy quá trình nghiền ở các máy nghiền mà không làm ảnh hưởng đến tính chất, chất lượng của xi măng. Đối với máy nghiền bi nó làm cho vật liệu nghiền ít bị bám dính hơn vào bi, đạn và làm phân tán vật liệu nghiền. Chất trợ nghiền có thể pha trực tiếp vào vật liệu nghiền theo một số lượng nhất định, thông thường nên pha chất trợ nghiền khoảng 0,006 – 0,08% so với khối lượng clinker. Phần lớn các chất trợ nghiền là các chất hấp phụ mạnh bề mặt các phần tử nghiền. Chất trợ nghiền ngăn ngừa không cho các phần tử bám vào vật thể nghiền và nhờ đó nâng cao được năng suất máy nghiền. Chất trợ nghiền giảm được chi phí điện năng. Phân tán các phần tử tự do các chất trợ nghiền sẽ nâng cao năng suất của thiết bị phân không khí, vì các phần tử nhỏ không bao trùm lên các phần tử lớn. Đồng thời giảm được lượng đảo liệu và do đó các phần tử nhỏ sẽ chuyển ngay thành sản phẩm. Chất trợ nghiền không gây ảnh hưởng đáng kể tới cưòng độ xi măng, chúng có thể làm giảm cường độ ban đầu song cường độ ở 28 ngày vẫn đạt mức bình thường. Một số chất trợ nghiền hay được sử dụng trên thế giới Kí hiệu Thành phần hoá học ZEE – MILL Can xi Sunfuanátép Vinsol Resin Vinsol NVX Nhựa thông Cem – Beads Bồ hóng Tri phốt phát can xi Ca3(PO4)2 Redoil Hỗn hợp axít béo Amina xêtát Etylenikol Prôpylnicôn II. Một số phụ gia trợ nghiền trong sản xuất xi măng Phụ gia trợ nghiền là các chất được thêm vào trong quá trình nghiền xi măng hoặc nghiền nguyên liệu sản xuất cliker nhằm mục đích tăng khả năng nghiền của máy nghiền từ đó làm tăng năng suất. Có nhiều các loại phụ gia khác nhau tuỳ theo tính chất người ta phân thành: Phụ gia thuỷ hoạt tính: là các chất có trong thiên nhiên hay các sản phẩm công nghiệp của các nghành công nghiệp khác. Trong các phụ gia này có chứa các oxyt hoạt tính có khả năng phản ứng với các khoáng có trong clinker tạo thành các khoáng bền vững với nước. Phụ gia hoạt tính thêm vào để tạo ra các loại xi măng có tính chất khác nhau. ở nước ta hay dùng là xỉ nhiệt điện, đá bọt bazan ở miền trung, puzolan... Phụ gia trơ: Chủ yếu có tác dụng làm tăng sản lượng của xi măng mà ít ảnh hưởng đến chất lượng của xi măng. Các phụ gia trơ thường dùng là đá vôi, đá bazan, cát... Phụ gia công nghệ: đây là loại phụ gia có hàm lượng thêm vào rất nhỏ so với các phụ gia trên nhưng nó góp phần rất lớn vào quá trình nghiền, đóng bao và tăng thời gian bảo quản của xi măng. Phần II cơ sở khoa học của nghiên cứu I. Cơ chế trợ nghiền của phụ gia trợ nghiền bảo quản. Khi nghiền xi măng mặc dù vật liệu đưa vào nghiền như clinker, các phụ gia đã được sấy khô nhưng hàm ẩm còn tích luỹ sâu bên trong vật liệu. Trong quá trình nghiền do sự va đập, chà sát, hệ phân tán xuất hiện lực hút tích điện. Trong quá trình nghiền hơi nước vẫn tiếp tục bay ra và duy trì một khối lượng không đổi trong máy nghiền. Các hạt khi được nghiền nhỏ một phần sẽ mang điện tích dương, phần còn lại mang điện tích âm, như vậy hai hạt mang điện tích trái dấu sẽ hút nhau. Bên cạnh đó các hạt còn có điều kiện hút ẩm trở lại hình thành nên lực mao quản bám dính vào nhau, vào bi đạn tấm lót, thành vách máy nghiền. Theo thuyết các vật thể nghiền cùng va đập với nhịp xung, vật liệu nghiền sẽ bị ép vào bề mặt sần sùi của bi đạn đó cũng là một nguyên nhân gây nên hiện tượng bám dính của vật liệu nghiền trong máy nghiền. Khi các vật liệu nghiền bám dính vào nhau, vào bi đạn thành vách máy nghiền sẽ làm cản trở quá trình nghiền các hạt tiếp theo dẫn đến năng suất máy nghiền bị giảm, có khi còn xảy ra sự cố cho máy nghiền. Khi gia công vật liệu rắn bề mặt riêng của hệ có quan hệ tỷ lệ với năng lượng tự do bề mặt theo phương trình: E = S. Trong đó E: Năng lượng tự do bề mặt (J) S: Tổng diện tích bề mặt riêng (m2) : Sức căng bề mặt. (N/m2) Vì quá trình nghiền xi măng làm tăng năng lượng tự do bề mặt, nên các hạt được tạo ra có xu hướng bám dính vào nhau và kết tụ lại, bám dính vào bi đạn, tấm lót trong máy nghiền nhằm mục đích làm cho năng lượng bề mặt nhỏ nhất. Từ đó dẫn tới cản trở việc nghiền các hạt tiếp theo làm cho quá trình nghiền gặp nhiều khó khăn hơn. * Bản chất của chất trợ nghiền Các chất hoạt động bề mặt mạnh, chúng có khả năng hấp phụ rất tốt lên bề mặt các hạt vật liệu làm cho sức căng bề mặt của vật liệu nghiền giảm. Trong khi tổng diện tích bề mặt riêng không đổi do đó năng lượng tự do bề mặt sẽ giảm làm cho các hạt tơi, rời, trơn trượt lên nhau, hệ trở thành linh động hơn việc nghiền các hạt tiếp theo dễ dàng hơn từ đó nâng cao hiệu quả nghiền. Sơ đồ mô tả sự hấp phụ của chất trợ nghiền lên hạt liệu Trong quá trình nghiền các hạt rắn luôn tồn tại các vi nứt không liên tục, hạt chỉ vỡ khi có một lực va đập đủ lớn. Các khoáng trong cliker xi măng thường là các khoáng có mang điện tích dương trong khi các chất trợ nghiền lại thường mang điện tích âm . Vì vậy khi chất trợ nghiền hấp phụ vào bề mặt các hạt cliker thì chúng không chỉ bao bọc thành màng mỏng xung quanh hạt mà nó còn có khả năng xâm nhập sâu vào trong các vết vi nứt của hạt vật liệuvà hấp phụ lên thành vách vết vi nứt đó làm giảm lực tương tác giữa hai thành vách đồng thời hai thành vách vết nứt tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, tạo nên lực chẻ làm giảm độ cứng của hạt liệu do đó hạt dễ vỡ hơn, làm cho năng suất máy nghiền tăng lên. Sơ đồ mô tả sự phấp phụ của chất trợ nghiền trong các vi nứt II. Cơ chế bảo quản của phụ gia trợ nghền bảo quản Khi hấp phụ, phần ưa nước của phân tử phụ gia sẽ bám vào bề mặt hạt xi măng, phần kỵ nước thường hướng ra ngoài. Do đó hạt xi măng sẽ được phần kỵ nước bao bọc hướng ra ngoài, chính sự ngăn chặn của màng kỵ nước này và sự trung hoà làm giảm áp lực hyđrat của lớp bề mặt hạt làm cho tính háo nước của hạt xi măng yếu đi, đó chính là cơ chế tác dụng kỵ ẩm của phụ gia trợ nghiền kỵ ẩm đối với xi măng. Các chất trợ nghiền hay được sử dung hiện nay là: trietanolamin(TEA), dầu thực vật và một số axits béo ... Trong thực tế sản xuất công nghiệp người ta thường sử dụng hỗn hợp của các chất trên với các chất hoạt động bề mặt khác. Hiệu quả hoạt động bề mặt của chất hoạt động bề mặt có các nhóm chức được sắp xếp theo thứ tự sau: - NH2 > - SO3H > - COOH. III. Chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hoá học khi hoà tan trong một chất lỏng hay hấp thụ vào bề mặt rắn sẽ làm giảm sức căng bề mặt hoặc lực căng ở bề mặt tiếp xúc của chất lỏng hay vật liệu rắn đó. Chất hoạt động bề mặt có phân tử gồm hai phần: Phần phân cực và phần không phân cực thường là các hyđôcacbon chuỗi dài từ 14 đến 20 nguyên tử các bon ( nhóm kị nước ). III.1 Chất hoạt động bề mặt anion Chất hoạt động bề mặt anion là những chất hoạt động bề mặt khi được hoà tan trong nước thì cung cấp những ion mang điện tích âm và những ion này là nguyên nhân gây ra hoạt tính bề mặt, bao gồm: - Các muối của những axit béo, gọi chung là xà phòng như muối kiềm của axit béo, muối kim loại của axit béo, muối gốc hữu cơ của axit béo. - Các muối sulfat của những axit béo: Đây là những chất hoạt động bề mặt đã được sử dụng từ lâu và được dùng rộng rãi để làm gốc chế tạo các loại nước gội đầu,, các chất tẩy rửa. - Các dẫn xuất sulfonat: như các chất sulfonat của dầu hoả, các chất lignosulfonat, các chất alkylarylsulfonat. - Các chất hữu cơ có photpho: Công thức của những chất này hiện nay có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Các loại alkyl phốt phát là những chất được ứng dụng nhiều nhất làm chất nhũ hoá. III.2 Chất hoạt động bề mặt cation Chất hoạt động bề mặt cation là những chất hoạt động bề mặt tự ion hoá khi pha trong nước để cung cấp những ion hữu cơ mang điện tích dương và gây ra hoạt tính bề mặt. Tuy chất hoạt động bề mặt cation đã được điều chế từ lâu nhưng chỉ mới phát triển mạnh từ sau chiến tranh thế giới lần hai. Ngày nay chúng được phát triển mạnh trong nhiều lĩnh vực như chống ăn mòn, tác nhân chuyển quặng, dùng làm chất nhũ hoá nhưng nhất là chất làm mềm vải sợi. Lĩnh vực sử dụng của chúng đặc biệt là trên các cơ cấu mang điện tích âm. Ngoài một gốc hidrôcácbon phần lớn các phân tử này chứa một nguyên tử chất đạm nitơ mang điện tích dương, có thể là những chất hữu cơ hoặc là mạch hở hoặc là những chu kỳ phức tạp. Sự khác biệt này thường dùng để làm một chỉ tiêu phân loại bao gồm: Các muối alkylamin: Các chất hoạt động bề mặt này được sử dụng nhiều nhất để làm mềm sợi vải. Các muối amôni bậc 4 alkyl: Các phân tử loại này có khả năng diệt khuẩn rất cao, vi vậy một số được dùng làm chất sát trùng . Các muối amôni bậc 4 có chu kỳ phức tạp: Ví dụ setylpyridin bromua và setylpyridinclorua. Các amin oxyt: Mặc dù là những chất hoạt động bề mặt cation, các chất này ở giới hạn của những chất không mang điện, vì vậy có thể giống với số chất hoạt động bề mặt anion. Các chất dẫn xuất của hoá dầu : Người ta phân loại các chất dẩn xuất của hoá dầu ngược lại với bốn nhóm trên, ở đây vẫn là những chất amin và muối amoni bậc 4. Các chất dẫn xuất không có đạm: Đây là những phân tử có hoặc là một nguyên tử lư huỳnh hoặc là một nguyên tử phốt pho mang điện tích dương. III.3 Các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính Các hợp chất này cũng tương tự như các oxyt vừa có hiệu ứng kiềm vừa có hiệu ứng toan. Đây là những chất hoạt động bề mặt có hai hoặc nhiều nhóm chức năng và tuỳ theo những điều kiện của dung môi có thể ion hoá trong dung dịch nước và trao cho hợp chất hoặc tính chất anion hoặc tính chất cation. Ngoài những chất được tổng hợp băng phương pháp hoá học trong nhóm này còn có các axit amin trong các protein thực vật hay động vật bao gồm: Các dẫn xuất từ betan, các dẫn xuất từ imidazolin, các dẫn xuất của axit amin. III.4 Các chất hoạt động bề mặt không ion Các chất này có thể hoà tan được vào trong nước do trong thành phần của chúng có những nhóm hoạt động rất háo nước, ở bất cứ pH nào chúng đều có thể tác dụng với các chất hoạt động bề mặt ion. Có thể phân chúng theo kiểu liên hệ giữa các nhóm háo dầu và háo nước. Chúng có những kiểu liên hệ sau: Liên hệ kiểu este, liêu hệ kiểu ete,liên hệ kiểu amit...Ngoài ra còn có một số chất hoạt động bề mặt không ion nữa như nhựa đa phân tử alkylen oxyt, polyoxyetylen. IV. Nguyên liệu thử nghiệm và điều kiện nghiên cứu IV.1. Nguyên liệu thử nghiệm IV.1. Phối liệu Đá vôi, đá bazan, thạch cao, clinker là những nguyên liệu dùng làm phối liệu để chạy máy nghiền thí nghiệm. - Đá vôi đã được gia công sơ bộ đến cỡ hạt 10mm. - Đá bazan được gia công sơ bộ đến cỡ hạt 5mm. - Thạch cao gia công sơ bộ đến cỡ hạt 5mm. - Clinker vê viên có đường kính 5mm. IV.1.2. Phụ gia thí nghiệm tính năng trợ nghiền Các chất được đưa vào làm thí nghiệm tính năng trợ nghiền: Trietanolamin (TEA), đietylenglycol (DEG), fêcrônilin (FCL), dịch Việt trì, nước. Các hoá chất trên đều là các chất hoạt động bề mặt được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định làm thành chất có tính năng trợ nghiền. IV.2. Điều kiện nghiên cứu Máy nghiền, sàng sử dụng để nghiên cứu - Máy nghiền dùng máy nghiền bi hai ngăn loại 5kg/mẻ. - Sàng tiêu chuẩn số 09 và 008. Sàng số 09 để sàng sơ bộ mẫu khi ra khỏi máy nghiền. Sàng 008 dùng để xác điịnh độ mịn của mẫu xi măng. *Pha phối liệu chạy thử chất trợ nghiền Đá bazan 3,45% Đá vôi 3,45% Thạch cao 4,6% Clinker 88,5% Với máy nghiền có năng suất 5kg (như ở phòng thí nghiệm) thì khối lượng phối liệu cần cho vào như sau: Đá bazan 17,52g Đá vôi 17,52g Thạch cao 23g Cliker 442,5g Sau khi cân đủ trộn đều cho vào máy nghiền. Máy nghiền có hai ngăn một ngăn là mẫu có chất trợ nghiền và một ngăn là mẫu đối chứng, nên cần cân phối liệu vào mỗi bên là 5kg rồi dùng lọ phun đều chất trợ nghiền vào ngăn mẫu theo dạng mù. Còn một ngăn thì không phun sau đó cho chạy máy nghiền trong vòng 30 phút (Bấm chính xác bằng đồng hồ bấm giây). Sau đó thay tấm chắn bằng loại có lỗ rồi chạy tiếp máy trong khoảng 7 phút, rồi lấy mẫu và mẫu đối chứng cho vào túi rồi ghi nhãn, để đem đi đo độ linh động, độ kị ẩm, độ hút nước của chúng Phần III Phương pháp nghiên cứu Hiệu quả của chất trợ nghiền bảo quản được đánh giá thông qua một số chỉ tiêu như: Hiệu quả nghiền qua sàng, các chỉ số về độ linh động độ hút ẩm, độ kỵ nước các tính chất cơ lý và độ giảm chất lượng xi măng trong khi bảo quản. I.1. Phương pháp đánh giá hiệu quả trợ nghiền I.1.1 Đánh giá dựa trên kích thước hạt Hiệu quả trợ nghiền theo kích thước hạt được đánh giá dựa trên công thức: i = Trong đó: i Hiệu quả trợ nghiền dh Đường kính hạt trung bình sau khi đã nghiền mịn Dh Đường kính hạt trung bình của vật liệu trước khi nghiền. Đánh giá theo phương pháp trên kết quả sẽ không được chính xác bởi đường kính hạt vật liệu ban đầu xác định không được chính xác do đó phương pháp này ít được dùng để đánh giá. I.1.2 Đánh giá dựa trên thời gian nghiền Xét quá trình nghiền có mẫu đối chứng và quá trình nghiền có pha thêm chất trợ nghiền. Nghiền trên máy nghiền hai ngăn khi độ mịn của cả hai mẫu trên sàng R008 là như nhau khi đó ta sẽ so sánh thời gian nghiền của hai quá trình và hiệu quả nghiền sẽ được tính qua công thức: i = Trong đó: i Hiệu quả trợ nghiền T0 Thời gian nghiền của mẫu đối chứng Tc Thời gian nghiền của mẫu có phụ gia trợ nghiền. Đây là phương pháp cho kết quả rất chính xác bởi vì phương pháp này xác định thời gian rất chính xác, nên kết quả hiệu quả trợ nghiền là chính xác. I.1.3 Đánh giá dựa trên độ mịn của xi măng. Cũng xét quá trình nghiền có mẫu đối chứng và quá trình nghiền có pha thêm chất trợ nghiền trên máy nghiền hai ngăn, tuy nhiên ta nghiền trong cùng một thời gian T và đem ra sàng trên sàng N008 rồi so sánh lượng còn lại trên sàng của hai mẫu. Hiệu quả trợ nghiền được sẽ được tính theo công thức: i = 100 Trong đó: i: Hiệu quả trợ nghiền mdc: Lượng còn lại trên sàng N008 của mẫu đối chứng mtn : Lượng còn lại trên sàng N008 của mẫu sử dụng trợ nghiền. Khi đánh giá hiệu quả trợ nghiền có mầu đối chứng và mẫu trợ nghiền thì hệ số i càng lớn thì hiệu quả nghiền càng tốt. Ngược lại khi đánh giá độ nghiền mịn mà chỉ dùng một mẫu không có đối chứng thì hệ số i càng nhỏ thì hiệu quả trợ nghiền càng tốt. II. Phương pháp đánh giá tính bảo quản II.1. Đánh giá độ kỵ nước của xi măng khi dùng chất trợ nghiền bảo quản Độ kị nước của xi măng khi dùng chất trợ nghiền bảo quản được xác định như sau: Mẫu xi măng đem sấy khô ở nhiệt độ 1050C trong 3 giờ và được để nguội trong bình hút ẩm. Sau đó cho vào đĩa, dùng đũa thuỷ tinh gạt phẳng bề mặt (không nét ép mẫu). Dùng đồng hồ bấm giây xác địng chính xác thời gian từ lúc giọt nước rơi xuống chạm vào bề mặt xi măng cho tới lúc thấm khô giọt nước được nhỏ xuống từ buret cách đĩa xi măng một khoảng cách nhất định. Đo nhiều lần như vậy và lấy kết quả trung bình. II.2. Đánh giá mức độ hút ẩm của xi măng dùng trợ nghiền bảo quản. Để đánh giá mức độ hút ẩm của xi măng ta xác định như sau: Lấy hai mẫu xi măng một là đối chứng mẫu còn lại là mẫu có sử dụng chất trợ nghiền đem sấy khô chúng ở nhiệt độ 1050C trong 3 giờ và được để nguội trong bình hút ẩm. Cho chúng vào các đĩa có diện tích như nhau và cân từng đĩa rồi đặt chúng vàomột chậu nước có diện tích miệng lớn, trong chậu đặt một đĩa có chứa CuSO4. Đậy kín chậu lại và sau một khoảng thời gian nhất định sẽ tiến hành cân mỗi mẫu, cân các mẫu cho tới khi trên bề mặt xi măng xuất hiện những hạt nhỏ trên bề mặt và bề mặt hơi se lại. Với mỗi mẫu ta sẽ dựng một đồ thị về mức độ hút ẩm của xi măng. III. Đánh giá độ linh động của xi măng có chất trợ nghiền bảo quản. Độ linh động của xi măng được xác định như sau: Mẫu xi măng đem sấy khô ở nhiệt độ 1050C trong 3 giờ và được để nguội trong bình hút ẩm. Đặt côn lên mặt kính phẳng có thước đo ( Côn đo có kích thước Dt = 35mm, Dn = 63mm, h = 60mm ). Mẫu xi măng được cho đầy vào côn đo ở trạng thái bình thường ( không nén ép và rung lắc). Dùng đũa thuỷ tinh gạt phẳng bề mặt trên của côn. Rút côn nhanh và đều theo phương thẳng đứng. Xi măng sẽ toả ra đo đường kính toả này ta sẽ đo được độ linh động của xi măng. Đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình. IV. Đánh giá tốc độ suy giảm chất lượng của xi măng Các mẫu xi măng đem đóng bao để trên kệ trong kho. Sau một thời gian nhất định khoảng từ 1 đế 3 tháng đem sàng trên sàng N008 rồi lấy lượng còn lại trên sàng để xác định mức độ vón cục của xi măng. V. Đánh giá độ ổn định của xi măng. Xi măng sau khi đóng rắn yêu cầu biến đổi thể tích một cách đều đặn hoặc không biến đổi thể tích. Nếu xi măng biến đổi thể tích không đều đặn hoặc biến đổi thể tích quá lớn thì ảnh hưởng đến cường độ của xi măng. Phương pháp tiến hành thí nghiệm theo Lơsatơliê. Cân 100g xi măng đem trộn thành hồ theo lượng nước tiêu chuẩn, đặt khuôn Lơsatơliê lên một tấm kính, đổ hồ xi măng đã trộn vào đầy khuôn và giữ cho mép khuôn thật sát vào nhau. Sau đó dùng dao gạt mặt trên hồ cho sát mặt khuôn, rồi lấy tấm kính thứ hai đặt lên đó. Khi mẫu đã đổ xong đo khoảng cách giữa hai càng khuôn, rồi đem ngâm vào nước lạnh trong khoảng 24 giờ sau đó lấy mẫu ra đo khỏng cách giữa hai càng khuôn lần2. Tiếp tục cho khuôn chứa mẫu đó vào nồi đun sôi trong ba giờ rồi lại lấy ra đo khoảng cách giữa hai càng khuôn lần thứ 3. Hiệu số khoảng cách giữa lần 1 và lần 3 là độ nở của xi măng. VI. Xác định cường độ chịu nén ( mác xi măng) của xi măng Cường độ chịu nén của xi măng là khả năng chịu nén ép của mẫu xi măng 1:3 ( 1 xi măng 3 cát tiêu chuẩn) sau khi đóng rắn 3, 7 hoặc 28 ngày. Phương pháp tiến hành: Trộn mẫu bê tông theo tỷ lệ 1 xi măng 3 cát rồi đóng thành khuôn 7,07x7,07x7,07cm tạo hình bằng máy búa trọng lượng 3,5 kg. Sau 1 ngày dưỡng ẩm sẽ ngâm nước 27 ngày, sau đó đem mẫu đi thử cường độ chịu nén. VII. Xác định thời gian đông kết Lấy 400 gam xi măng rồi cho một lượng nước vừa đủ rồi cho mẫu vào khâu hình côn rồi đặt vào dụng cụ vi ca, hạ kim nhỏ xuống sát mặt hồ rồi vặn vít lại sau đó thao vít cho kim rơi nhẹ vào hồ (có thể đỡ bằng tay). Khi hồ đã đặc thì cho rơi tự do, ban đầu cứ 5 phút cho kim rơi xuống một lần sau thời gian đông đặc thì cứ 15 phút lại cho kim rơi xuống một lần đến gânf thời gian đông kết thì lại cho 5 phút rơi một lần. Thời gian bắt đầu đông kết là thời gian tính từ lúc đổ nước đến lúc kim chọc xuống xi măng còn cách tấm kim loại 0,1 – 1 mm. Thời gian kết thúc đông kết là thời gian tính từ lúc đổ nước đến lúc kim chọc xuống xi măng sâu không quá 1mm. phần IV kết quả thực nghiệm và nhận xét Thực nghiệm. Để nghiên cứu ảnh hưởng của chất phụ gia kỵ ẩm lên xi măng và hiệu quả trợ nghiền kỵ ẩm của nó ta pha các dung dịch FCL, dịch Việt trì, TEA, DEG… với nhau theo một tỷ lệ nhất định và thời gian ngâm khác nhau được các sản phẩm khác nhau. Đem pha loãng các sản phẩm trên với nước theo tỷ lệ 1/9 ta được các phụ gia trợ nghiền kỵ ẩm khác nhau. Lấy các sản phẩm phụ gia thu được để đem chạy máy nghiền ta thu được các mẫu trợ nghiền và đối chứng tương ứng, ở đây ta chỉ lấy ba mẫu đặc chưng rồi đem đo. Các mẫu sau khi ra khỏi máy nghiền ký hiệu là: M01, M1; M02, M2 ; M03, M3 (Mẫu có ký hiệu M0i là mẫu đối chứng, mẫu có ký hiệu Mi là mẫu có trợ nghiền). II. Kết quả * Đem các mẫu trên đi đo các đặc trưng cơ bản của xi măng ta có kết quả: Mẫu Cường độ chịu nén (N/mm2) Blain (Tỷ diện) cm2/g Thời gian đông kết Độ ổn định (mm) Độ linh động (mm) Bắt đầu Kết thúc C03 C28 Phút Giờ M01 27,99 44,60 4475 95 2,25 2,00 6,017 M1 29,58 44,46 4446 90 2,05 2,00 6,083 M02 27,60 40,80 4327 135 2,35 1,00 6,080 M2 28,60 41,00 4266 135 2,35 1,00 6,265 M03 27,13 43,93 4561 130 2,40 1,00 6,040 M3 26,53 43,96 4561 110 2,15 1,00 6,162 * Nhận xét: Theo bảng kết quả đo trên ta thấy các thông số đo giữa mẫu có chất trợ nghiền và mẫu không có chất trợ nghiền thay đổi đều không đáng kể và đều nằm trong giới hạn cho phép (Tiêu chuẩn Việt nam về xi măngTCVN 2682:1999). Như vậy xi măng khi có chất trợ nghiền đều không làm ảnh hưởng đến chất lượng, tính chất của nó. Mặt khác còn có những mẫu khi có chất trợ nghiền còn làm tăng tính chất của xi măng như mẫu số 2 có cường độ chịu nén sau 03, 28 ngày đều lớn hơn mẫu đối chứng. Mẫu số 1 và 3 khi có chất trợ nghiền làm cho thời gian đông kết lúc bắt đầu và kết thúc đều ngắn hơn mẫu đối chứng. II.1. Hiệu quả trợ nghiền Sau khi nghiền xong lấy các mẫu xi măng đem sàng qua sàng R09 và R008 lấy phần còn lại trên sàng đem cân từ đó ta tính được hiệu quả trợ nghiền của từng mẫu: Bảng kết quả đo Mẫu R09 (g) Hiệu quả nghiền đối với sàng R09 (%) R008 (g) Hiệu quả nghiền đối với sàng R008 (%) M01 59,40 26,40 3,50 18,57 M1 43,72 2,85 M02 52,50 60,00 2,40 12,50 M2 21,00 2,10 M03 61,00 58,03 2,50 12,00 M3 25,60 2,20 * Nhận xét: Khi mẫu có chất trợ nghiền thì lượng còn lại trên sàng luôn ít hơn khi mẫu không có chất trợ nghiền, lượng này thay đổi tuỳ theo từng chất trợ nghiền. Các mẫu có chất trợ nghiền khác nhau thì hiệu quả trợ nghiền cũng rất khác nhau. II.2. Hiệu quả bảo quản Để đánh giá hiệu quả bảo quản người ta thường dựa vào hai thông số chính đố là: Độ hút hơi ẩm và độ kỵ nước II.2.1 Độ hút hơi ẩm Sau khi đem đo các mẫu ta có kết quả sau: Mẫu số1 Thời gian t (s) 23 47 70,5 76,5 142,5 166,5 190,5 214,5 238 262,5 316,5 340,5 358,5 (M) Mẫu(TN) 0,55 1 1,1 1,15 1,67 1,85 2,05 2,21 2,3 2,65 3,15 3,51 3,55 Mẫu (ĐC) 0,37 0,95 1,25 1,3 1,85 2,25 2,25 2,73 2,75 2,95 3,55 3,9 4 Từ bảng số liệu trên ta lập được đồ thị sau: Đường cong biểu diễn độ hút ẩm của xi măng mẫu số 1 Mẫu số 2 Thời gian t (s) 22 46,5 94,25 11,85 142,5 166,5 196,5 263,5 295 319 343 367 (M) Mẫu(TN) 0,42 0,78 1,22 1,38 1,62 1,88 2,06 2,67 3,06 3,19 3,24 3,32 Mẫu (ĐC) 0,52 0,86 1,3 1,47 1,74 1,94 1,98 2,34 2,94 3,09 3,14 3,22 Từ bảng số liệu trên ta lập được đồ thị sau: Đường cong biểu diễn độ hút ẩm của xi măng mẫu số2 Mẫu số 3 Thời gian t (s) 22 46,5 94,25 11,85 142,5 166,5 196,5 263,5 295 319 343 367 (M) Mẫu(TN) 0,25 0,51 0,84 1,06 1,13 1,30 1,50 2,22 2,28 2,49 2,72 2,84 Mẫu (ĐC) 0,23 0,43 0,80 0,96 1,30 1,42 1,63 2,30 2,42 2,75 2,94 2,99 Từ bảng số liệu trên ta lập được đồ thị sau: Đường cong biểu diễn độ hút ẩm của xi măng mẫu số3 * Nhận xét: Khi mẫu có chất trợ nghiền thì ta thấy đường cong biểu diễn độ hút ẩm của chúng nằm phía dưới đường cong biểu diễn độ hút ẩm của mẫu đối chứng. Điều đó chứng tỏ rằng mẫu có chất trợ nghiền có độ hút hơi ẩm bé hơn mẫu đối chứng, mặc dù trong thời gian đầu khoảng 2 ngày chúng hút hơi ẩm có mẫu mạnh hơn tuy nhiên các ngày tiếp theo độ hút hơi ẩm luôn bé hơn so với mẫu đối chứng. Độ hút hơi ẩm của mẫu có chất trợ nghiền biến đổi đều hơn so với mẫu đối chứng. ở đây mẫu số 1 khi có chất trợ nghiền độ hút ẩm bé hơn nhiều so với mẫu đối chứng. II.2.2. Độ kỵ nước Kết quả đo độ kỵ nước của các mẫu Độ kỵ nước (s) Mẫu Có chất trợ nghiền Đối chứng 1 2,833 1,929 2 2,271 2,040 3 2,268 2,210 * Nhận xét: Qua bảng đo kết quả trên ta thấy các mẫu có chất trợ nghiền đều có độ kỵ nước lớn hơn so với mẫu đối chứng, với mẫu số 1 thì độ kỵ nước của mẫu có chất trợ nghiền lớn hơn rất nhiều so với mẫu đối chứng. Như vậy khi có chất trợ nghiền thì độ hút hơi ẩm giảm đi và độ kỵ nước của mẫu xi măng tăng lên so với mẫu đối chứng điều đó làm cho xi măng rễ bảo quản hơn, chứng tỏ chất trợ nghiền bên cạnh tính chất trợ nghiền còn có khả năng bảo quản. Tài liệu tham khảo Bùi Văn Chén: Kỹ thuật sản xuất xi măng poóclăng và chất kết dính – Trường Đại học Bách khoa Hà nội – 1984. Đinh Xuân Lộc: Nghiên cứu, ứng dụng tính chất kỵ nước của axít MDV đối với quá trình nghiền clinker và tăng thời gian bảo quản xi măng – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Hoá học - Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà nội – 2000. Nguyễn Minh Tuyển – Phạm Văn Thiêm – Chu Văn Tuấn: Nghiên cứu cấu trúc tập hợp quặng nghiền Việt nam – Tạp chí công nghiệp hoá chất số 3 – 1983. Bích Thuỷ: Phụ gia trợ nghiền kỵ ẩm để bảo quản xi măng – Tạp chí xây dựng số 11 – 2002. Nguyễn Kiên Cường: Luận văn thạc sỹ chuyên ngành công nghệ vật liệu – Nghiên cứu sử dụng phụ gia trợ nghiền vô cơ trong quá trình nghiền nguyên liệu xi măng - Trường Đại học Bách khoa Hà nội - 2001. Nguyễn Thị Thu Huyền : Luận Văn thạc sỹ ngành Công nghệ Hoá học – Nghiên cứu ứng dụng chất hoạt động bề mặt để sản xuất phụ gia trợ nghiền bảo quản cho xi măng đi từ các phế thải trong nước- 2003. Nguyễn Thị Hải Hoà: Đánh giá hiện trạng môi trường và đề xuất giảm thiểu ô nhiễm môi trường công nghiệp xi măng – Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật chuyên ngành công nghệ môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà nội - 1997. La Văn Bình: Bài giảng: Vật liệu hạt trong hệ đa phân tán - Trường Đại học Bách khoa Hà nội. Lê Thi Hảo: Nghiệm thu đề tài nghiên cứu khoa học, nghiên cứu công nghệ sản xuất phụ gia trợ nghiền kỵ ẩm để bảo quản xi măng – Thông tin xây dựng cơ bản và khoa học công nghệ xây dựng – 2002. Trần Danh Hoa: Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu ứng dụng một số phụ gia kỵ nước để nâng cao tốc độ nghiền và bảo quản xi măng trong điều kiện ẩm – Bộ xây dựng – 1988. Nguyễn Minh Tuyển – Phạm Văn Thiêm – Phan Đình Tuấn – Nguyễn Sỹ Thắng – Nguyễn Diệu Vân: Về sự biến đổi cấu trúc tập hợp hạt quặng trong quá trình nghiền – Tạp chí hoá học trang 23 số 2. Viện khoa học công nghệ vật liệu xây dựng: Báo cáo tổng kết đề tài mã số RD – 07 – Nghiên cứu kỹ thuật sản xuất và sử dụng phụ gia trợ nghiền kỵ ẩm để bảo quản xi măng - 2001. Đỗ Văn Đài – Nguyễn Trọng Khuông – Trần Quang Thảo – Võ thị Ngọc Tươi – Trần Xoa: Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học – 1972. Nguyễn Minh Tuyển – Phạm Văn Thiêm: Kỹ thuật hệ thống công nghệ hoá học – 2001. TCVN 141: 1998 Xi măng. Phương pháp phân tích hoá học TCVN 4031: 1995 Xi măng. Phương pháp xác định độ dẻo tiêu chuẩn, thời gian đông kết và tính ổn định thể tích. TCVN 6016: 1995 Xi măng. Phương pháp thử. Xác định độ bền Jurby Watertech: Đánh giá hiệu quả sử dụng phụ gia trợ nghiền Jurby Soft HC8- Plus cho quá trình nghiền clinker xi măng và sản phẩm một số loại vật liệu xây dựng khác, HC3- Plus chất phụ gia trợ nghiền và bảo quản xi măng – 2000. J.L.Moilliet, B.Collie and W. Black: Surphace activity – E.F.N Spon LTD. 1961.