Chất trợ nghiền giúp tăng tính kết dính của xi măng dựa trên sự phân tán của các hạt mịn. Trước kia, người ta tin rằng chất trợ nghiền cho máy nghiền vertical roller mills (VRMs) có công dụng ổn định lớp vật liệu giữa con lăn và mặt bàn bằng lực kết dính giữa các hạt. Tuy nhiên trên thực tế, chất trợ nghiền làm giảm độ phân cực của bề mặt phân cắt và lực hút giữa các hạt.
Điều này có nghĩa sự kết tụ và độ đầm nén quanh một hạt lớn hơn của các hạt mịn sẽ bị tiêu biến, giúp cải thiện hiệu quả của thiết bị phân tách. Lưu thông nội bộ các hạt mịn suy giảm đồng nghĩa với việc clinker được nghiền thô hơn. Lực ma sát giữa các hạt giảm góp phần làm tăng hiệu quả của quá trình trộn. Bằng cách này, chất trợ nghiền ổn định lớp vật liệu trên bàn nghiền, tạo điều kiện đầm nén và khử khí, tăng tốc độ sản xuất và giảm rung cho máy nghiền vertical roller mills (Xem Hình 1).
Lực kết dính giữa các hạt quyết định tính chảy/ độ lưu động của xi măng. Tính chảy/ độ lưu động của xi măng tỷ lệ thuận với kích cỡ hạt: hạt có kích cỡ càng nhỏ thì tính chảy/ độ lưu động của bột càng thấp. Chất trợ nghiền làm giảm lực bám dính giữa các hạt mà không ảnh hưởng tiêu cực đến sự ổn định của lớp vật liệu và quá trình hóa lỏng. Các máy nghiền bi nghiền lâu hơn VRM, tính chảy/ độ lưu động của xi măng lớn có thể nghiền sót hoặc không hiệu quả do nguyên liệu chảy quá nhanh qua máy nghiền. Trái ngược với máy nghiền bi, VRM tuần hoàn nội bộ rất hiệu quả, thời gian vật liệu lưu lại bên trong máy ngắn cộng thêm nhiều bước phân loại giúp tăng độ mịn của hạt sau khi ra khỏi máy.
Kết luận? Chất trợ nghiền cho VRM cải thiện tính chảy/ độ lưu động của bột xi măng thành phẩm mà không làm giảm độ ổn định của lớp vật liệu. Tác động của chất trợ nghiền phụ thuộc nhiều vào độ mịn của xi măng: Diện tích bề mặt càng cao thì lực hút càng lớn và do đó lợi ích chất trợ nghiền đem lại càng lớn.
Chất trợ nghiền tối ưu hiện vẫn được lựa chọn theo kinh nghiệm. Tuy nhiên, Sika nhận thấy cơ chế của chất trợ nghiền rút ra từ các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc các nhà máy thí điểm sẽ có ích cho việc lựa chọn.
Thử Nghiệm tại Loesche
Loesche GmbH là nhà sản xuất VRM hàng đầu cho xi măng. Loesche GmbH điều hành một trung tâm kỹ thuật để phát triển công nghệ, vật liệu mới và để tối ưu hóa các thiết đặt nhà máy. Sika đã tận dụng cơ sở tuyệt vời này để nâng cao kiến thức về cơ chế và thử nghiệm các chất trợ nghiền tiên tiến. Trong các thử nghiệm, nhà máy thí điểm đã làm việc trên mẫu máy có các thông số và kích thước như sau:
- Đường kính bàn: 36 cm
- Số con lăn: Hai
- Nguyên liệu mới, clinker: 130kg / giờ
- Tốc độ bàn nghiền: 98rpm
- Áp suất làm việc: 150bar
- Tốc độ phân tách: 650rpm
- Khí cấp: 480m3 / giờ
- Nhiệt độ (sau khi tách): 90 °C
- ΔP máy nghiền: 21mBar
- Độ mịn Mục tiêu (Độ tỷ diện Blaine): 4200cm2 / g
Sự chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra của máy nghiền (ΔP máy nghiền) là một biến số quan trọng trong quá trình thử nghiệm chất trợ nghiền. ΔP máy nghiền thể hiện tải trọng và mức nạp đầy của máy nghiền. Khi cài đặt thiết bị phân tách không đổi, việc ΔP máy nghiền tăng lên cho thấy lưu thông nội bộ cũng như độ mịn tăng lên. Khi ΔP máy nghiền càng cao, độ rung của máy nghiền tăng (8-10 mm s), đây là điều kiện thích hợp để kiểm tra tác dụng của chất trợ nghiền. Ngược lại với các thử nghiệm sử dụng máy nghiền bi, có thể nhìn thấy và kiểm tra được tác dụng của chất trợ nghiền trong VRM chỉ sau 10-20 phút.
Trước khi thêm chất trợ nghiền, chạy thử mẫu trắng để xác nhận độ tái lập (Xem Hình 2).
Bổ sung chất trợ nghiền vào băng tải vận chuyển clinker bắt đầu từ đường cơ sở này, ngay phía trước nhà máy. Rất tiếc, tại thời điểm đó không thể phun hoặc rắc chất trợ nghiền vào máy nghiền sát con lăn. Thêm mỗi chất trợ nghiền vào cho đến khi đạt được các thông số máy nghiền không đổi, trong thời gian tối đa là 20 phút. Để đảm bảo không còn sót chất trợ nghiền, cho máy nghiền tiếp tục chạy khi không có nguyên liệu. Sau 90 phút máy mới quay trở lại đường cơ sở. Các chất trợ nghiền thêm vào từ trước đã được xem xét cấu trúc hóa học cẩn thận, dựa trên kinh nghiệm vận hành VRM công nghiệp thực tế, kết hợp với các phân tử mới. Một loại hóa chất nhất định có các nhóm chức năng tương tự như chất trợ nghiền hứa hẹn đem lại kết quả thử nghiệm khả quan (Xem Hình 3 và Bảng 1).
| Nước | Mẫu Trắng | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sản lượng (kg/hr) |
132 | 123 | 149 | 139 | 150 | 148 | 151 | 147 | 126 |
| Độ rung (mm/s) | 9.2 | 8.6 | 9 | 8 | 4.5 | 3.6 | 2.6 | 2.9 | 9.1 |
| Diện tích cụ thể (Laser) (m2/kg) |
345 | 340 | 367 | 364 | 368 | 384 | 388 |
392 | 370 |
| Đầm nén(-) | 28 | 23 | 17 | 13 | 11 | 2 | 1 | 2 | 16 |
| Slope n (RRSB) x 20 (-) |
29.6 | 30.2 | 27.6 | 27 | 27.2 | 25.8 | 25 | 25.2 | 27.4 |
Table 1: Số liệu để sản xuất hình 3.
Các kết quả khả quan nhất thu được sau khi bổ sung Chất trợ nghiền số 4, 5 và 6 với cấu trúc hóa học khá tương đồng. Sản phẩm thu được sau khi bổ dung chất trợ nghiền số 5 so với mẫu trắng:
Sản lượng: +14%
Độ mịn: +12%
Độ rung: -72%
Độ đầm nén của xi măng thành phẩm, được đo hai ngày sau khi nghiền, đã giảm từ 28 xuống còn 1 vòng. Không nên xem nhẹ độ đầm nén của xi măng thành phẩm, không phải bằng vật liệu trên đường mài! Bên cạnh đó, độ đầm nén là một thuật ngữ tiêu chuẩn nhắc đến xi măng rời, ngăn ‘độ lưu động'3. Có thể coi đây là phép so sánh với ma sát tĩnh chứ không phải là ‘độ lưu động’.
Chất trợ nghiền mới cũng tác động có lợi tới sự phân bố kích thước hạt (PSD). PSD trở nên rộng hơn như minh họa trong độ dốc ‘n’ theo RRSB (Xem Hình 5). Khả năng tăng độ bền giảm khi PSD của xi măng ngày càng rộng tuy nhiên lại cải thiện khả năng thi công của vữa và bê tông.
Thử nghiệm công nghiệp với molecules số 5
Một trong những mẫu molecules (N° 5 - SikaGrind VRM-40) đã được thử nghiệm trong máy nghiền VRM thya cho loại phụ gia trợ nghiền chung (Xem bảng 2). OPC (CEM I) thu được diện thích bề mặt 4100cm2/g tỷ diện Blaine, cho số lượng và chất lượng cao hơn. Đáng chú ý hơn cả là việc giảm nhu cầu phun nước và giảm độ rung.
Ngành công nghiệp xây dựng ngày đòi hỏi sự cải tiến liên tục trong hiệu suất và độ đồng đều giữa các đặc tính xi măng. Tốc độ của phát triển cường độ chính là yếu tố quyết định, thêm vào đó là tính công tác tốt về lâu dài cũng như độ bền luôn được đòi hỏi khắc khe. Xi măng nghiền bằng VRM có các tính chất đặc biệt và khi thêm vào chất trợ nghiền sẽ đáp ứng các yêu cầu trên.
| Mẫu | SikaGrind-455 | Δ (%) | SikaGrind VRM-40 | Δ (%) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Xi măng | OPC (CEM I) | OPC (CEM I) | - | OPC (CEM I) | - |
| Lượng dùng (%) | 0.00 | 0.05 | - | 0.05 | - |
| Lượng nước thêm vào (%) | 3.8 | 2.4 | -37 | 1.8 | -53 |
| Độ rung (mm/s) | 5.1 | 4.7 | -8 | 3.9 | -24 |
| Sản xuất (t/hr) | 143 | 156 | +9 | 159 | +11 |
| Năng lượng cụ thể (kWh/t) | 38.0 | 34.9 | -8 | 34.2 | -10 |
| Diện tích về mặt (Blaine) (cm2/g) | 4110 | 4140 | +1 | 4390 | +7 |
| Slope n (RRSB) | - | 0.97 | - | 0.93 | - |
Table 2: So sánh các đặc tính của xi măng và các thông số vận hành máy VRM giữa mẫu, SikaGrind-455 và SikaGrind VRM-40.
Lợi ích Của Phụ Gia Trợ Nghiền Xi-Măng cho Máy Nghiền Vertical Roller Mills
Ảnh hưởng đến thiết bị phân tách
- Hiệu quả cao hơn, lưu thông nhanh hơn
Tác động lên lớp vật liệu
- Thô hơn
Kết quả sau khi nghiền
- Tăng ma sát bên trong
- Dễ khử oxi
- Giảm rung, ít mài mòn
- Cần ít nước hơn
Tác động năng suất sản xuất
- ΔPmáy nghiền giảm
- tăng năng suất sản xuất
- Giảm nhu cầu năng lượng
Tác động tới xi -măng
- Phân bố kích thước hạt rộng hơn
- Tăng độ lưu động
- Giảm thuỷ hóa sơ bộ
- Thời gian bắt đầu ninh kết nhanh hơn
Cải thiện cho bê tông
- Cải thiện tính công tác
- Phát triển cường độ sớm
Tài Liệu Gốc
- Mishra, R.K.; Weibel, M.; Müller, T.; Heinz, H.; & Flatt, R.J. ‘Energy-effective grinding of Inorganic solids using organic additives,’ Chimia, 2017, 71, No. 7/8.
- Patent WO 2016/055376 A1.
- ‘Sự sáng tạo trong sản xuất xi măng Pooc-lan (Portland Cement),’ PCA, 2011, pp. 744.
Tải Bài Viết
Tác giả
Matthias Dietrich
Kỹ Sư Sản Phẩm Tập Đoàn:
Phụ Gia Bê Tông
Thị Trường Bê Tông
Sika Services AG