Định nghĩa
Nguyên liệu sản xuất xi măng gồm hai nhóm chính: nguyên liệu chính (đá vôi và đất sét) cung cấp các oxit CaO, SiO2, Al2O3 và Fe2O3; và phụ liệu hiệu chính (cát silic, quặng sắt, bauxit) bộ sung khí nguyên liệu chính không đủ hàm lượng oxit theo yêu cầu phối liệu. Ngoài ra, phụ giá khoáng tron khí nghiền xi măng (thạch cao, xỉ lò cao, trợ bay) là thành phân quan trọng của xi măng thành phạm.
Đá vôi – Nguyên liệu chủ yếu
Đá vôi (limestone, CaCO3) chiem 75-80% tổng khối lượng phối liệu sống. Yêu cầu tối thiểu: CaCO3 >= 85% (tường đường CaO >= 47%), MgO <= 3,5%, hàm lượng SiO2 và Al2O3 thấp. Đá vôi với CaCO3 93-97% là lý tường nhất.
Việt Nam có trữ lượng đá vôi đổi dao, phân bộ chủ yếu ở: Hà Năm (nui Kiến Khe), Ninh Bình (Tấm Diep), Thành Hóa (Bim Sơn, Nghi Sơn), Nghệ An, Hải Phòng (Trắng Kenh). Tổng trụ lượng uoc tính trên 13 ty tấn, đủ cung cấp cho ngành xi măng hang tram năm. Một nhà máy xi măng công suất 1 triệu tấn/năm cần khoảng 1,5 triệu tấn đá vôi/năm.
Đất sét – Cung cấp SiO2, Al2O3, Fe2O3
Đất sét (clay) cung cấp SiO2 (45-65%), Al2O3 (15-30%) và Fe2O3 (3-10%) cho phối liệu. Đất sét tốt cho xi măng cần: hàm lượng SiO2 cao, Al2O3/Fe2O3 cân bằng, ít CaCO3 và MgO. Đất sét phụ sa ven sống thường có hàm lượng âm cao (25-35%) cần sấy trước khi nghiền.
Phụ liệu hiệu chính
| Phụ liệu | Oxit cung cấp | Hàm lượng oxit (%) | Ti le trong phối liệu (%) |
|---|---|---|---|
| Cát silic | SiO2 | SiO2 >= 85% | 1 – 5 |
| Quặng sắt / laterit | Fe2O3 | Fe2O3 >= 45% | 1 – 3 |
| Bauxit | Al2O3 | Al2O3 >= 45% | 1 – 3 |
| Trợ bay (fly ash) | SiO2 + Al2O3 | SiO2 + Al2O3 >= 70% | 2 – 8 |
| Xỉ lò cao | CaO + SiO2 | Tuy thành phân | 2 – 10 |
Thạch cao – Phụ giá nghiền xi măng
Thạch cao (CaSO4.2H2O) là phụ giá bắt bước, thêm vào khí nghiền clinker với ti le 3-5% (SO3 = 1,5-3,5% trong xi măng thành phạm). Chức năng: kiểm soát tốc độ đông kết bảng cách ức chế C3A phản ứng quá nhanh. Thạch cao từ nhiên có ở Việt Nam với trụ lượng hạn chế; phân lớn nhà máy nhập thạch cao từ Thái Lan hoặc dùng thạch cao nhân tạo (FGD gypsum từ nhà máy nhiệt điện).
Phụ giá khoáng trong xi măng hơn hợp
Xi măng PCB (TCVN 6260:2009) cho phép thêm 6-40% phụ giá khoáng. Ba loại chính được dùng tại Việt Nam:
- Xỉ lò cao granulated (GBFS): Sản phẩm phụ từ luyen gang, ti le thủy tinh hóa >67%, hoạt tính pozzolanic cao. Nguồn cung từ Formosa Hà Tĩnh. Thay thể 20-70% clinker trong xi măng lo cao.
- Trợ bay (fly ash): Sản phẩm dot than trong nhà máy nhiệt điện, SiO2 + Al2O3 >= 70%. Nguồn cung từ các nhà máy nhiệt điện than (Phả Lại, Nghi Sơn, Duyên Hải). Thay thể 20-40% clinker.
- Pozzolan từ nhiên: Đất độ bazan, đất diatomite, trợ nui lua có ở Tây Nguyên và Đông Năm Bộ. Thay thể 15-30% clinker.
Yêu cầu chất lượng nguyên liệu
| Nguyên liệu | Chỉ tiêu | Yêu cầu |
|---|---|---|
| Đá vôi | CaCO3 | >= 85% |
| MgO | <= 3,5% | |
| Độ ẩm | <= 8% | |
| Đất sét | SiO2 | 40 – 65% |
| Al2O3 | 15 – 30% | |
| Độ ẩm | <= 30% | |
| Thạch cao | CaSO4.2H2O | >= 80% |
| MgO | <= 0,5% |
Những hiểu lầm phổ biến
- Xi măng làm từ cat: Cát silic (SiO2) chỉ là phụ liệu hiệu chính, chiem 1-5% phối liệu. Nguyên liệu chính là đá vôi (75-80%) và đất sét (15-20%).
- Trợ bay là chất thải không có giá trị: Trợ bay là phụ giá khoáng hoạt tính có giá trị, thay thể được 20-40% clinker trong xi măng, giảm phát thải CO2 và cái thien độ bền dài hạn của bê tông.
- Thạch cao làm xi măng chậm đông kết, không tốt: Thạch cao kiểm soát đông kết về mức an toàn (>=45 phút). Không có thạch cao, xi măng đông kết trong vài phút (flash sét), hoàn toàn không sử dụng được trong xây dựng.
Câu hỏi thường gặp
- Tại sao đá vôi phải có CaCO3 >= 85%?
- Đá vôi có CaCO3 thấp hơn 85% chứa nhiều tạp chất (MgO, SiO2, Al2O3 khác nhau từ đất sét) làm khó kiểm soát phối liệu. Khai thác đá vôi chất lượng thấp cung phải tầng lượng khai thác để đủ CaO, tôn kém hơn và làm cần kiet mỏ nhanh hơn.
- Xỉ lò cao có thể thay thể bao nhiêu % clinker?
- Xỉ lò cao hoạt tính cao có thể thay thể 30-70% clinker (xi măng lo cao theo TCVN 4315:2007). Ti le cao (>50%) yêu cầu bảo dưỡng âm lâu hơn độ hoạt tính pozzolanic chậm hơn C3S, những cho bê tông bền hóa học vượt troi.
- Nhà máy xi măng có thể dùng rác thải làm nhiên liệu không?
- Có. Rác thải độ thi quá xử lý thành RDF (Refuse Derived Fuel) có nhiệt tri 14-18 MJ/kg, dùng dot trong precalciner. Lò xi măng nhiệt độ cao (1450 độ C) và thời gian lưu khí dài (4-5 giây) dầm bao pha huy hoàn toàn chất độc hại, được xem là phương pháp đồng xử lý (có-processing) an toàn.
- Trợ bay từ nhà máy nhiệt điện có thể dùng trực tiếp cho xi măng không?
- Trợ bay loại C và F đáp ứng TCVN 10302:2014 có thể dùng trực tiếp thay thể 20-30% xi măng trong bê tông, hoặc nghiền cung clinker tạo xi măng PCB. Trợ bay không đất tiêu chuẩn (hàm lượng carbon cao, LOI >6%) phải xử lý thêm hoặc không dùng cho xi măng.
- Việt Nam có đủ nguyên liệu xi măng cho 50 năm tới không?
- Đá vôi trụ lượng trên 13 ty tấn – đủ cho hang tram năm với mức tiêu thụ hiện tại. Vận để không phải thiếu nguyên liệu ma là bảo tồn canh quan đá vôi (karst) có giá trị địa chất và đủ lich. Chính sạch hiện nay kiểm soát cấp phép mỏ đá vôi trong vùng đi sàn thien nhiên.
Kết luận
Nguyên liệu sản xuất xi măng bao gồm đá vôi (75-80%), đất sét (15-20%) và phụ liệu hiệu chính, Trong đó đá vôi với CaCO3 >= 85% là thành phân không thể thay thể. Việt Nam có trữ lượng đá vôi đổi dao những cần cân bằng giữa khai thác công nghiệp và bảo tồn địa chất. Xử hướng tầng ti le phụ giá khoáng (xỉ lò cao, trợ bay) và nhiên liệu thay thể là hướng phát triển bền vững của ngành xi măng.