Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tải bản đầy đủ - 0trang

2.1.2.



Đất sét:



Đất sét sử dụng làm thí nghiệm là đất sét được lấy từ lớp đất bốc tầng phủ khi khai

thác đá vơi mỏ Sroc con Trăn. Sét có màu nâu vàng, xám vàng trạng thái từ dẻo mềm

đến dẻo cứng; sét mịn trung bình với cỡ hạt > 0,25mm chiếm khoảng 22%, cỡ hạt 0,25

- 0,05mm khoảng 19-25%, cỡ hạt < 0,05mm chiếm 59%,[23]. Kết quả phân tích thành

phần thạch học cho thấy các khoáng vật chủ yếu là: caolinit chiếm khoảng 19%,

hydromica: 13%,còn lại hydrogơtit, clorit, vermiculit chiếm từ 6 - 8%.

Thành phần hoá học của đất sét được dùng trong nghiên cứu như trong bảng 6.

Trong đó, đất sét được chọn khá tốt, có hàm lượng SiO2 khá cao 69,87%, nhằm hạn chế

cấu tử cát như phối liệu thực tế của Nhà máy,hàm lượng nhôm là 13,97%, hàm lượng

sắt là 6,93%

Bảng 6 - Hàm lượng thành phần hóa của đất sét trong nghiên cứu

MKN



SiO2



Al2O3



Fe2O3



CaO



MgO



SO3



Na2O



K2 O



%



%



%



%



%



%



%



%



%



6,22



69,87



13,97



6,93



1,72



0,00



0,27



0,05



0,10



2.1.3.



Laterite

Lateritesử dụng trong thí nghiệm được khai thác ở mỏ Laterite Nam đồi 95, cách



nhà máy 6-7 km. Laterite được khai thác gia công ngay tại mỏ đảm bảo cỡ hạt nhỏ hơn

70mm, vận tải về nhà máy bằng ơ tơ.[23]

Laterite thường có màu nâu, đỏ, vàng, có cấu tạo hạt đậu (pisolite) kết hạch, rỗng

dạng tổ ong. Laterite dùng trong nghiên cứu có thành phần hóa học như trong bảng 7,

hàm lượng sắt oxit là 37,52%, đây là loại laterite có chất lượng trung bình.



31



Bảng 7- Hàm lượng thành phần hóa của laterite trong nghiên cứu

MKN



SiO2



Al2O3



Fe2O3



CaO



MgO



SO3



P2O5



%



%



%



%



%



%



%



%



11,56



36,09



9,56



37,52



3,72



0,00



0,00



0,00



2.1.4.



Than:

Than cám là một loại nhiên liệu hóa thạch được hình thành ở các hệ sinh thái



đầm lầy nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ khơng bị ơxi hóa và phân hủy bởi

sinh vật (biodegradation). Thành phần chính của than cám là cacbon, ngồi ra còn có

các ngun tố khác như lưu huỳnh

Than cám, là sản phẩm của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc

đen nâu có thể đốt cháy được. Than cám là nguồn nhiên liệu chính, cung cấp nhiệt cho

lò nung clanhker, cũng như là nguồn thải khí carbon dioxide lớn nhất, được xem là

nguyên nhân hàng đầu gây nên hiện tượng nóng lên tồn cầu.

Bảng 8 – Chất lượng tro than nhập

Nhiệt trị

(Kcal/kg

)

6600



Bốc



Tro



SiO2



(%)



(%)



%



19,



58,5



0



1



6,0



Al2O3 Fe2O3

%



%



26,76 6,52



Ca



Mg



O



O



%



%



1,31 1,53



SO3 Na2O K2O

%

%

%

0,0

0



0,46



3,16



Than được nhập về Nhà máy từ nhiều nguồn chủ yếu là than 3C và 4A Hòn Gai,

có chất lượng phù hợp theo quy định TCVN 9810:2015. Than được phối trộn trước khi

qua máy nghiền than, sản phẩm than mịn được phun vào lò nung clanhker, cháy và một

phần tro than được giữ lại trong sản phẩm clanhker. Than sử dụng trong đề tài là than

32



mịn được lấy từ máy nghiền than của nhà máy. Than được đốt ở nhiệt độ 850ºCnhằm

lấy tro. Tro sau khi đốt xong không có màu đen, xám đen mà có màu vàng như màu đất

sét, rất mịn. Thành phần hóa tro than như bảng 8, trong đó hàm lượng oxit silic là

58,51%, oxit nhơm là 26,76%, oxit sắt là 6,52%.

2.1.5.



Các hóa chất dùng trong phân tích:

Các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: axit, bazo, chỉ thị màu,



chất chuẩn EDTA, phù hợp theo phương pháp thử phân tích hóa học TCVN 141:2008,

và phương pháp phi tiêu chuẩn xác định magie tự do sử dụng trong mục 2.5.3 và 2.5.4.



2.2.



Quy trình thực nghiệm:

2.1.1 Khảo sát một số tính chất của đá vôi nhiều magiê:

Đá vôi

Đập (< 5mm)



Nghiền (20s, 30s, 40s, 50s)



Sàng 45µm



Phân tích hố học



Định lượng



Phân tích hố học



Biện giải và kết luận



Hình 9 – Sơ đồ thực nghiệm khảo sát khả năng nghiền của đá vơi

Do khơng có điều kiện phân tích cấu trúc của đá vơi bằng các phương pháp thạch

học tại nhà máy, nên phương pháp này nhằm đánh giá gián tiếp sự phân bố của

33



MgCO3hoặc Ca(MgCO3)2trong đá vôi (dạng hạt mịn & phân bố đều, hay hạt thô &

phân bố không đều, hay ở dạng các mạch MgCO3hoặc Ca(MgCO3)2) và sự có mặt của

MgCO3hoặc Ca(MgCO3)2có gây khó nghiền cho đá vôi hay không.

2.2.1.



Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng MgO và độ mịn của phối liệu đến khả

năng nung, thành phần khoáng của clanhker:

Các nguyên liệu sử dụng trong q trình thực nghiệm gồm có đá vơi sạch ít



MgO, đá vơi giàu MgO, đất sét, laterite, tro than với thành phần được nêu như 2.1.

Bài phối liệu lẫn tro than được tính tốn trên cơ sở LSF = 95,5,M/F =1,35, có

tham khảo bài tính phối liệu đã được chạy ở Nhà máy. Phối liệu clanhker của Nhà máy

hiện tại là LSF từ 95 đến 96, với độ mịn phối liệu là 12% đến 13%.

Mỗi nguyên liệu dự định sử dụng đều được đập nhỏ qua máy kẹp hàm đến qua

sàng 5mm và sấy đến khối lượng không đổi ở 115oC. Sau khi làm nguội các nguyên

liệu trên, được tạo thành các mẫu phối liệu nghiên cứu (được tính tốn, cấp phối tỷ lệ

đá vơi, đất sét, laterite, tro than theo mục 2.3). Tiến hành chuẩn bị mẫu thí nghiệm như

hình 11 biểu diễn sơ đồ thực nghiệm được thực hiện trong đề tài.

Trong nghiên cứu chọn 3 bài M4, M5, M6, có cùng LSF, và tỷ lệ M/F, như trình

bày trong mục 2.3. Mỗi mẫu nghiên cứu được nghiền mịn thời gian khác nhau, sàng

qua sàng 90µm, được sót sàng 12±0,2%, 4±0,2%. Lượng trên sàng, được thu lại, xác

định thành phần hóa học 8 thành phần C, S, A, F, M, N, K, và . Vậy hệ thống mẫu

nghiên cứu được ký hiệu là: M4-4, M4-12, M5-4, M5-12, M6-4, M6-12.



34



Đá vôi



Đá vôi nhiều magiê



Đất sét



Laterite



Than



Đập



Đập



Đập



Đập



Nung



Đ.lượng



Đ.lượng



Đ.lượng



Đ.lượng



Đ.lượng



Nghiền mịn sao cho bột liệu có sót sàng 4% và 12%



Trộn



Nước





Vê viên

Sấy

Nung (950oC)

Nung (1400, 1450, 1500oC)

Thời gian



Nghiền

Phân tích Ctd



XRD



Tính BI



Biện giải và kết luận

Hình 10 – Sơ đồ thực nghiệm khảo sát khả năng nung và thành phần khống clanhker



35



Sau đó, các mẫu trên được trộn đều với nước đến độ ẩm 20%(85 phần phối liệu

+ 15 phần nước), ủ phối liệu trong bịch cho đồng nhất ẩm khoảng 1 giờ. Cuối cùng

đem ve viên nhỏ, đường kính khoảng 2-5mm, cho vào tủ sấy sấy khô ở nhiệt độ 115 ±

5 ºC đến khối lượng khơng đổi và sau đó tiến hành thí nghiệm xác định khả năng nung

của clanhker.

Mẫu sau khi sấy khô, được đưa vào chén bạch kim (chiếm khoảng 2/3 thể tích

chén) rồi nung trong lò thí nghiệm ở 950 oC trong 30 phút, sau đó được chuyển qua lò

nung (được ổn định ở nhiệt độ 1400oC, 1450oC và 1500oC) và lưu ở các nhiệt độ này

trong 30 phút. Mẫu sau khi nung, được lấy ra khỏi lò nung trong vòng 1-2 giây, được

đặt cẩn thận lên viên gạch chịu lửa, làm lạnh nhanh bằng máy sấy tóc (chỉnh chế độ

quạt) trong vòng 2 phút, sau đó bảo quản khơ tuyệt đối bằng cách đặt trong bình hút

ẩm.

Số lượng và khối lượng viên clanhker nung đủ cho phân tích các chỉ tiêu: phân

tích XRD, phân tích hóa học, và CaO tự do, MgO tự do.



2.3.



Phương pháp tính tốn phối liệu có lẫn tro than:



Bước 1: Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu đầu: [3]

Nguyên tắc: nếu tổng thành phần hóa học của nguyên liệu chưa đủ 100% thì

xem như trong ngun liệu có ngun tố chưa phân tích được, bổ sung vào cho được

100%. Hay nếu tổng lớn hơn 100%, phải quy đổi về 100%.

Trong bài tính phối liệu có lẫn tro than, thì sau khi qui đổi về 100%, lại tiếp tục

tính chuyển về nguyên liệu chưa nung, sang thành phần nguyên liệu đã nung để thuận

lợi cho việc tính tốn (nghĩa là trừ đi lượng mất khi nung).

Trong các bài phối liệu, lượng tro than lẫn vào được cố định là 2,55% (tính tốn

với nhiệt lượng than trung bình là 6670 Kcal/kg, và dựa vào số liệu nhiệt tiêu tốn than

thực tế của Nhà máy là 850 kCal/kg clanhker), nhằm loại bỏ sự ảnh hưởng thành phần

hóa học của tro than.

36



Bước 2: (cho bài phối liệu có tro than):

Chuyển thành phần hóa của nguyên liệu sống về thành phần hóa của nguyên

liệu sau nung, bằng cách lấy các thành phần oxit nhân với hệ số K (K = 100/(100MKN))

Bước 3: chọn hệ số chế tạo clanhker (LSF, SR, AR)

Trong nghiên cứu, chọn 3 phối liệu có MgO trong clanhker khác nhau, lẫn tro

than (hàm lượng tro than được cố định là 0,25%), với M khác nhau, bài 1 với M

khoảng 4% ký hiệu là M4, bài 2 với M khoảng 5% ký hiệu là M5, bài 3 với M khoảng

6% ký hiệu là M6; cố định hệ số LSF, M/F. Các phối liệu clanhker được thiết kế

vớiLSF = 95,5 vàM/F = 1,35

Đây là hàm mục tiêu, được thiết kế trong bảng tính như sau:

Bảng 9 – Bảng tính hàm mục tiêu phối liệu clanhker

GIỚI HẠN DƯỚI

95,5

1,35

3,80 / 4,80 / 5,80



MỤC TIÊU

LSF

M/F

M(***)



GIỚI HẠN TRÊN

95,5

1,35

4,20 / 5,20 / 6,20



KẾT QUẢ

W1

W2

W3



Trong đó, các hàm mục tiêu được diễn giải như sau:

W1 = LSF =100 = 95,5

W2= = 1,35

Ghi chú: M(***) là ký hiệu M4, M5, M6 trong các bài phối liệu số 1, số 2, số 3, số 4

Đối với bài phối liệu số 1, được thiết kế M4 khoảng 4%, hàm mục tiêu cho giới hạn M

là:

3,8 ≤ W4 = U5 = M4 ≤ 4,2

W2 = M4/F= U5 /U3 = 1,35



37



Đối với bài phối liệu số 2, được thiết kế M5 khoảng 5% hàm mục tiêu cho giới hạn M

là:

4,8 ≤ W4 = U5 = M5 ≤ 5,2

W2 = M5/F= U5 /U3 = 1,35

Đối với bài phối liệu số 3, được thiết kế M khoảng 6%, hàm mục tiêu cho giới hạn M

là:

5,8 ≤ W4 = U5 = M6 ≤ 6,2

W2 = M6/F= U5 /U3 = 1,35

Bước 4: Lập phương trình và tính các hệ số của phương trình bằng cơng cụ Solver,

Exell 2010, theo như bảng 10. Trong đó các cấu tử 1, 2, 3, 4,5 lần lượt là đá vơi sạch,

đá vơi có hàm lượng MgO cao.

Bảng 10 – Bảng tính thành phần nguyên liệu trong phối liệu clanhker



1

2

3

4

5

CLANHKE



MKN



S



A



F



C



M



SO3 Thành



%



%



%



%



%



%



%



phần



0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00



A1

A2

A3

A4

A5

U1



B1

B2

B3

B4

B5

U2



C1

C2

C3

C4

C5

U3



D1

D2

D3

D4

D5

U4



E1

E2

E3

E4

E5

U5



F1

F2

F3

F4

F5

U6



%

X

Y

Z

T

K

100%



R



Thiết lập các phương trình tính như sau:

A1X + B1X+ C1X+ D1X+ E1X+ F1X = U1



(1)



38



A2Y+ B2Y+ C2Y + D2Y + E2Y + F2Y = U2



(2)



A3Z+ B3Z + C3Z+ D3Z + E3Z + F3Z = U3



(3)



A4T+ B4T+ C4T+ D4T+ E4T + F4T = U4



(4)



A5T + B5T+ C5T+ D5T+ E5T + F5T = U5



(5)



X + Y + Z + T + K = 100%



(6)



Trong đó:

X là % đá vôi sạch M0 đã nung (cấu tử 1)

Y là % đá vơi có hàm lượng MgO cao (M4, M5, M6) đã nung (cấu tử 2)

Z là % đất sét đã nung (cấu tử 3)

T là % laterite đã nung (cấu tử 4)

K là % tro than (cấu tử 5)

Bước 5: tính tỷ lệ phần trăm nguyên liệu sống (bột liệu) [3]

Từ thành phần phần trăm X, Y, Z, T, U nguyên liệu đã nung được giải bằng công

cụ Solver, excel 2010, với tất cả hàm mục tiêu trên, chuyển về nguyên liệu chưa nung

XO, YO, ZO, TO, UO, ta có

phần khối lượng

phần khối lượng

phần khối lượng

phần khối lượng

phần khối lượng

Sau đó đổi phần khối lượng ra phần trăm, đây là số liệu định lượng các nguyên

liệu đá vôi, đất sét, laterite, tro than trong các phối liệu M4, M5, M6



39



Trong đó:

(MKN)X: là lượng mất khi nung của cấu tử X, tính bằng %

(MKN)Y: là lượng mất khi nung của cấu tử Y, tính bằng %

(MKN)Z: là lượng mất khi nung của cấu tử Z, tính bằng %

(MKN)T: là lượng mất khi nung của cấu tử T, tính bằng %

(MKN)K: là lượng mất khi nung của cấu tử K, tính bằng %

Bước 6: Kiểm tra lại các hệ số LSF, SR, AR, M, M/F đã đặt ra, và tính tốn thành phần

các khống có trong clanhker.[13]

C3S =

C2S =

C3A =

C4AF =

Pha lỏng tại 1400ºC =

Pha lỏng tại 1450ºC=



2.4.



Thành phần nguyên liệu trong các mẫu nghiên cứu:

Các phối liệu được thiết kế với bài số 1 là hàm lượng MgO khoảng 4%, bài số 2



là hàm lượng MgO khoảng 5%, bài số 3 là hàm lượng MgO khoảng 6%. Thành phần

nguyên liệu, và các hệ số chế tạo mẫu như trong bảng 11, trong đó đá vơi sạch sử dụng

khoảng từ 27,86% đến 29,80%. Các loại đá vơi có hàm lượng MgO cao như là ĐV4,

ĐV5, ĐV6 được sử dụng từ 53,13% đến 55,93%, khoảng gấp đôi lượng đá vôi sạch

cần sử dụng. Các bài phối liệu được thiết kế cùng hệ số LSF là 95,5 và cùng tỷ lệ M/F

là 1,35. Hệ số SR, AR trong các mẫu M4, M5, M6 khơng thể tính tốn giống nhau do

khi cố định tỷ lệ M/F trong các mẫu M4, M5, M6 thì hàm lượng sắt tăng dần trong các

mẫu M4, M5, M6, do đó các hệ số AR, SR cũng thay đổi theo.

40



Bảng 11 - Thành phần nguyên liệu trong mẫu nghiên cứu

M4



M5



M6



Đá vôi sạch



27,86 %



29,80%



Đá vôi 4 (ĐV 4)



55,93 %



-



Đá vôi 5 (ĐV 5)



-



53,13%



Đá vôi 6 (ĐV 6)



-



-



Đất sét



14,30 %



13,71%



Laterite



0,27 %



1,74%



Tro than



1,64 %



1,63%



LSF



95,5



95,5



95,5



SR



2,33



2,31



2,01



AR



1,97



1,43



1,34



Hàm lượng M thiết kế



4,15



5,08



6,11



Tỷ lệ M/F



1,35



1,35



1,35



2.5.



Các phương pháp thực nghiệm, nghiên cứu:



2.5.1.



Độ mịn qua sàng:



29,28%



53,48%



Xác định độ mịn của bột liệu, của đá vơi tại Phòng Thí nghiệm của Nhà máy xi

măng Tây Ninh qua sàng 45µm, 90µm, theo tiêu chuẩn TCVN 4030:2003. Mỗi mẫu

được đo 3 lần, kết quả là giá trị của 3 lần đo.

2.5.2.



Phương pháp phân tích magie oxit tự do (phương pháp phi tiêu chuẩn):

Nguyên tắc: Magie oxit tự do trong clanhker xi măng được tách ra khỏi



clanhker dưới dạng muối qua phản ứng tạo phức với muối amoni nitrat như sau

phương trình

MgO + 4NH4NO3 -> Mg(NO3)2(NH4)2 +2NH3 + H2O

41



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×