Ở những bài trước chúng ta đã tìm hiểu về xi măng và những ứng dụng của chúng, ta cũng đã điểm qua các thương hiệu xi măng thông dụng trong xây dựng như Cẩm Phả, Nghi Sơn, Thăng Long, Vicem Hà Tiên,... Nhưng chắc hẳn nhiều người sẽ thắc mắc không biết xi măng được sản xuất như thế nào, từ nguyên liệu gì, công nghệ ra sao, ... Bài viết sau đây sẽ giúp giải đáp cho những thắc mắc đó cho các bạn nhé!
Nguyên liệu sử dụng trong quy trình sản xuất xi măng
Quy trình sản xuất xi măng sử dụng rất nhiều nguyên liệu, những nguyên liệu chính được sử dụng là đá vôi và đất sét, kết hợp và trộn cùng với các nguyên liệu phụ như quặng sắt, đá cao silic,… từ đó giúp cân bằng các thành phần hóa học trong hỗn hợp nguyên liệu, đảm bảo chất lượng và tính nhất quán của xi măng.
Đá vôi chính là nguyên liệu quan trọng nhất trong sản xuất xi măng, chiếm khoảng 80% tổng khối lượng nguyên liệu. Đá vôi cung cấp canxi cacbonat (CaCO3), là thành phần chủ yếu tạo ra clinker – thành phần chính trong xi măng. Quá trình khai thác đá vôi thường diễn ra ở các mỏ đá lớn. Đá vôi được nghiền mịn, trộn theo tỉ lệ sau đó được đốt nóng với nhiệt độ 1450oC để tạo thành clinker và trải qua quá trình nghiền mịn sau đó để tạo nên xi măng.
Đất sét chính là nguyên liệu quan trọng thứ hai. Đất sét cung cấp các oxit nhôm (Al2O3) và oxit silic (SiO2), hai thành phần quan trọng khác trong việc tạo ra clinker. Đất sét thường chiếm khoảng 20% trong tổng khối lượng nguyên liệu.
Các nguyên liệu phụ như quặng sắt hay đá cao silic tuy chiếm tỉ trọng nhỏ, nhưng vai trò của chúng trong cải thiện chất lượng xi măng là rất lớn. Quặng sắt cung cấp oxit sắt (Fe2O3), một thành phần cần thiết để điều chỉnh tính chất của xi măng, giúp cải thiện độ bền và tính chất cơ học của sản phẩm cuối cùng, hay Silic giúp cải thiện tính chất cứng của xi măng và làm tăng khả năng chịu lực.
Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng
Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng là phương pháp truyền thống, được sử dụng từ lâu đời. Mặc dù công nghệ này hiện nay ít phổ biến hơn so với công nghệ lò quay khô, nhưng vẫn có một số nhà máy sử dụng do chi phí đầu tư ban đầu thấp và quy trình sản xuất đơn giản hơn. Quá trình sản xuất theo công nghệ này bao gồm các giai đoạn chính như sau:
Mặc dù công nghệ lò đứng có chi phí đầu tư ban đầu thấp và quy trình sản xuất đơn giản, nhưng hiệu suất năng lượng và chất lượng sản phẩm thường không cao bằng công nghệ lò quay khô. Tuy nhiên, ở một số vùng nông thôn hoặc các khu vực thiếu nguồn năng lượng ổn định, công nghệ lò đứng vẫn được áp dụng do tính khả dụng và chi phí thấp.
Xi măng là một vật liệu xây dựng quan trọng và không thể thiếu trong ngành xây dựng hiện đại, góp phần tạo nên sự bền vững và chắc chắn cho các công trình. Quy trình sản xuất xi măng, từ khai thác nguyên liệu thô đến sản phẩm cuối cùng, đòi hỏi sự chính xác và tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng và an toàn.
Việc nắm rõ quy trình sản xuất xi măng không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sản phẩm này mà còn tạo điều kiện để áp dụng các cải tiến và công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.
Giai đoạn 4: Giai đoạn trong lò nung luyện clinker
Hỗn hợp nguyên liệu sau khi tiền nung được đưa vào lò quay (rotary kiln) để nung luyện ở nhiệt độ cao, khoảng 1400-1500°C. Ta cần cấp liệu cho lò nung, yêu cầu công nghệ của phần công đoạn này là rút bột liệu sống từ đáy silô đồng nhất cấp đều đặn và ổn định năng suất (tấn/giờ) theo kế hoạch vận hành lò nung.
Trong lò quay, các phản ứng hóa học xảy ra mạnh mẽ, tạo ra các khoáng chất chính trong clinker như tricalcium silicate (C3S), dicalcium silicate (C2S), tricalcium aluminate (C3A), và tetracalcium aluminoferrite (C4AF). Khi nguyên liệu rơi xuống phần thấp nhất của lò nung thì sẽ hình thành lên sỉ khô.
Tiêu chuẩn với nguyên liệu
Tiêu chuẩn kỹ thuật của đá vôi:
Tiêu chuẩn kỹ thuật của đất sét:
Giai đoạn 2: nghiền, phân chia theo tỷ lệ và trộn lẫn
Nguyên liệu thô sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy. Tại phòng thí nghiệm của nhà máy sẽ tiến hành phân tích, phân chia tỉ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét. Trước khi bắt đầu nghiền nguyên liệu.Theo tỉ lệ thông thường thì 80% đá vôi và 20% đất sét.
Tiếp theo sau khi phòng thí nghiệm phân tích nguyên liệu xong mới đến nhiệm vụ của nhà máy. Tại nhà máy chính sẽ nghiền hỗn hợp dựa vào các con lăn và bàn xoay. Bàn xoay quay liên tục dưới con lăn và con lăn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp. Con lăn sẽ nghiền hỗn hợp thành bột mịn là đảm bảo yêu cầu. Sau khi nghiền thành bột mịn thì hỗn hợp này được lưu giữ trong hệ thống đường ống lớn của nhà máy.
Những nguyên liệu được nghiền hoàn chỉnh sẽ được đưa vào buồng trước khi nung. Buồng này sẽ chứa một chuỗi các buồng xoay trục đứng, nguyên liệu thô được đẩy qua đây và vào trong lò nung. Buồng trước nung này sẽ tận dụng nhiệt tỏa ra từ lò, giúp tiết kiệm năng lượng và làm cho nhà máy thân thiện với môi trường hơn.
Nguồn nguyên liệu tạo nên xi măng
Trước hết ta đi tìm hiểu nguồn nguyên liệu giúp tạo nên xi măng được lấy từ đâu nhé:
Hầu hết các nhà máy xi măng được xây dựng tại các vùng núi đá vôi màu mỡ với nguồn nguyên liệu được các nhà khoa học nghiên cứu rất kỹ và đánh giá là nơi có nguồn tài nguyên thích hợp để làm ra những sản phẩm xi măng chất lượng tốt nhất, tiết kiệm chi phí vận chuyển nguyên liệu và giúp giảm giá thành của xi măng.
Những nguyên liệu thô cần thiết để sản xuất xi măng đó là: canxi, silic, sắt, và nhôm. Những nguyên liệu thô này được tách từ các núi đá vôi sau đó thông qua băng chuyền được vận chuyển tới các nhà máy. Ngoài ra còn rất nhiều chất phụ gia khác được dùng để sản xuất xi măng như: đá phiến, vảy thép cán, tro bay và bô xít với số lượng ít.
Sau đây là sơ đồ cụ thể về quy trình sản xuất xi măng:
Quy trình sản xuất qua 6 giai đoạn
Giai đoạn 5: Làm mát và nghiền thành phẩm
Clinker sau khi ra khỏi lò quay được làm mát trong thiết bị làm mát (cooler) bằng không khí hoặc nước. Quá trình làm mát giúp clinker đạt độ cứng và độ bền cao, đồng thời giảm nhiệt độ clinker xuống mức an toàn để nghiền. Clinker sau khi làm mát được nghiền mịn cùng với một lượng nhỏ thạch cao (để điều chỉnh thời gian đông kết) trong các máy nghiền bi hoặc máy nghiền đứng. Quá trình nghiền này tạo ra bột xi măng mịn, sẵn sàng cho các ứng dụng trong xây dựng.
Giai đoạn 1: Khai thác và tách chiết nguyên liệu thô
Trước khi được vận chuyển tới nhà máy thì những khối đá lớn được nghiền nhỏ có kích thước tương đương với kích thước của viên sỏi. Xi măng có hỗn hợp cát và đất sét với tỉ lệ nhỏ. Và đương nhiên trong cát và đất sét thì có thể đáp ứng nhu cầu về silic, sắt và nhôm.
Đá vôi và đất sét được khai thác tại mỏ theo quy trình chặt chẽ, vận chuyển về trạm đập. Sau khi được đập với kích thước phù hợp, nguyên liệu thô được vận chuyển về kho chứa và đồng nhất sơ bộ bằng các thiết bị cào và đánh đống. Tại đây, nguyên liệu được rải đống để đồng nhất sơ bộ, giảm độ ẩm tới đạt yêu cầu trước khi đưa vào silo đồng nhất.
Vùng nguyên liệu đá vôi rộng lớn
Vận chuyển nguyên liệu về nhà máy sau khi đã nghiền nhỏ
Giai đoạn 2: Nghiền và phân chia theo tỉ lệ, trộn lẫn
Trong giai đoạn này, Các nguyên liệu thô từ quặng sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy, phòng thí nghiệm sẽ tiến hành phân tích để chia tỷ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét trước khi bắt đầu nghiền. Thông thường sẽ chia theo tỷ lệ 80% đá vôi và 20% đất sét.
Sau đó, tiến hành nghiền hỗn hợp với sự trợ giúp của các con lăn quay và bàn xoay. Bột liệu sau khi nghiền được trộn lẫn với các nguyên liệu phụ như quặng sắt và đá cao silic theo tỉ lệ nhất định. Quá trình này giúp cân bằng các thành phần hóa học, đảm bảo chất lượng clinker sau này. Hỗn hợp nguyên liệu sau khi trộn lẫn được đồng nhất và chuẩn bị cho giai đoạn nung.
