1. Mở đầu

Nghiền mịn các vật liệu cứng không chỉ đơn thuần là giảm kích thước “cơ học” của vật liệu từ kích thước ban đầu đến một độ mịn nhất định, đây là quá trình cơ lý phức tạp. Trong quá trình nghiền, các hiện tượng liên quan đến hoạt động bề mặt đóng một phần quan trọng; có cơ chế hoạt động làm tăng năng suất nghiền và cải thiện tính chất xi măng.

Mặc dù có nhiều phát triển công nghệ và thiết bị nghiền trong sản xuất xi măng, nhưng máy nghiền bi vẫn được sư dụng phổ biến, đối với máy nghiền bi hiệu quả của phụ gia trợ nghiền được chứng minh rõ ràng. Bên cạnh đó, số lượng phụ gia trợ nghiền tiêu thụ đã tăng lên đáng kể vì trong các tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật, ví dụ: TCVN 6260:2009; TCVN 9501:2013; EN 197-1, quy định dải hàm lượng các phụ gia khoáng và tỷ lệ phần trăm cho phép pha trong xi măng nhiều hơn.

2. Nghiền xi măng

Hiệu quả năng lượng trong một máy nghiền bi là rất thấp (khoảng 5%), vì hầu hết năng lượng được chuyển thành nhiệt và tiếng ồn, do dó nhiệt độ bên trong máy nghiền tăng từ 80 đến 100°C.

Nhiệt độ cục bộ thậm chí có thể cao hơn do va đập của bi nghiền lên vật liệu nghiền. Bên trong máy nghiền là hỗn hợp của vật liệu nghiền (clinker, thạch cao và các loại phụ gia khoáng). Các vật liệu này có tính chất và khả năng nghiền khác nhau. Hiển nhiên là clinker vẫn là vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất. Các nghiên cứu cho thấy:

- Clinker mới ra lò sẽ khó nghiền hơn clinker đã được lưu trữ trong thời gian 2 - 3 tuần (Hệ số khả năng nghiền Towarow: 0,9-1,15);

- Khả năng nghiền giảm khi tỷ lệ silica (SiO₂) tăng lên;

- Khả năng nghiền tỷ lệ thuận với tỷ lệ phần trăm oxit Al₂O₃ và Fe₂O₃;

- Khả năng nghiền tỷ lệ thuận với tỷ trọng của clinker;

- Khả năng nghiền tăng tuyến tính với hàm lượng khoáng aliit;

- Khả năng nghiền được cải thiện bằng cách tăng hàm lượng đá vôi;

- Giảm nếu hàm lượng khoáng belit tăng (theo Towarow, hệ số nghiền thay đồi từ 1,10 - 0,70 tương ứng với 5% hoặc 40% khoáng belit);

- Không bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất kiềm, MgO va CaO tự do.

Nghiên cứu lý thuyết về đường kính bi nghiền tối đa cho cấp liệu vào máy nghiền sẽ không phải lưu tâm, nhưng có thề nói rằng đường kính bi nghiền khoảng giữa 100 và 110 mm ngày nay rât ít được sử dụng, xu hướng công nghệ hiện đại là thiết kế máy nghiền bi có đường kính lớn.

Các quy luật sau đây là cơ sở của mọi quá trình nghiền:

- Hiệu quả tối đa xảy ra khi cấp liệu nghiền lấp đầy tất cả các khoảng trống giữa những bi nghiền.

- Murdalier cho rằng tỷ lệ thép/clinker (s/c) nên nằm trong khoảng từ 8,1 đến 10,1.

- Scherer đề cập đến một ví dụ có tỷ lệ s/c là 8,75, mặc dù một số ý kiến phản đối rằng tỷ lệ này có thể tăng lên 12 dùng cho nghiền xi măng thô hơn.

- Khối lượng của vật liệu nghiền (bi, đạn) trong một máy nghiền, không bao giờ được ít hơn 90% khối lượng cấp phối bi đạn lý thuyết, trong trường hợp có thêm vật liệu nghiền (bi đạn, tấm lót) đựợc sử dụng, một nửa trong số chúng nên có kích thước lớn hơn và một nửa còn lại có kích thước nhỏ hơn.

Khi các máy nghiền dạng vận hành thích hợp, có tiếng bi rơi liên tục trong ngăn thư nhất: không quá ồn (quá nhiều vật liệu sẽ cản trở bi nghiền làm việc hiệu quả) hoặc quá ồn (quá ít vật liệu, tỷ lệ s/c là rất cao). Sau khi máy nghiền đã được ngừng đột ngột, việc lấy mẫu vật liệu được thực hiện dọc theo trục của máy nghiền trên bề mặt của vật liệu nghiền và phân tích cỡ hạt sẽ cung cấp cơ sở cho việc đánh giá quá trình nghiền.

Khoảng cách giữa các mẫu được lấy phải không được lớn hơn 1,0m. Trong trường hợp của máy nghiền chu trình kín các đường cong nghiền kết quả sẽ phẳng hơn đối với máy nghiền chu trình hở.

3. Ảnh hưởng của độ mịn và phân bố cỡ hạt đến cường độ cơ học

Bề mặt riêng lớn thì hoạt tính thủy lực của các khoáng clinker lớn hơn và do đó độ mịn Blaine càng cao, xi măng đóng rắn nhanh hơn.

Tuy nhiên, giá trị độ mịn Blaine đưa ra và không phải là một giá trị tuyệt đối, vì độ mịn Blaine không phản ánh đầy đủ các hạt mịn mà là một thông số quan trọng cho quá trình nghiền và của các tính chất của xi măng.

Các hạt có kích thước từ 0 đến 7 micromet (µm) giúp phát triển về cường độ tuổi sớm, trong khi đó phần giữa 0 và 25µm góp phần vào cường độ ở tẩt cả các tuổi, đặc biệt là những cường độ về sau (Hình 1).
Có thể nói chắc chắn rằng điều quan trọng nhất là thành phần hoạt tính thủy lực của hạt xi măng phải nhỏ hơn 40µm. Các hạt xi măng lớn hydrat rất chậm và đóng góp cho sự đóng rắn xi măng không quá quan trọng.

Do đó, hai chất kết dính được sản xuất từ các nguyên liệu thô như nhau và do đó có cùng một thành phần khoáng, có thể cung cấp cho cường độ cơ học khác nhau đáng kể mặc dù chúng có cùng độ mịn Blaine.

Khi clinker xi măng được nghiền sử dụng phụ gia trợ nghiền tạo ra một dải cỡ hạt hẹp hơn, như tỷ lệ phần trăm của các hạt rất mịn, những hạt này chỉ ảnh hưởng làm giảm thời gian đông kết. Đấy là lý do tại sao những giá trị cường độ ở độ mịn Blaine bằng nhau lại cao hơn mẫu khi nghiền không sử dụng phụ gia trợ nghiền.

Với các máy nghiên chu trình kín cũng đã đựợc ghi nhận rằng xi măng nghiền với lượng tuần hoàn nhiều thường chứa số lượng cả hai cỡ hạt siêu mịn và thô ít hơn. Ở một số quy mô nào đó, phụ gia trợ nghiền buộc các máy nghiền làm việc với một dòng vật liệu tuần hoàn cao hơn.
(Còn nữa)