>> Hiệu quả của phụ gia trợ nghiền trong công nghiệp xi măng (P1)

4. Phụ gia trợ nghiền

4.1. Phân loại

Sự phát triển của các thành phần chất trợ nghiền với sự biến đổi phụ gia cho thấy chủ yếu từ chức năng hoạt động của chất trợ nghiền. Nhiều năm nghiên cứu quá trình nghiền trong các phòng thí nghiệm và các nhà sản xuất phụ gia trợ nghiền, cũng như kết quả của các thí nghiệm công nghiệp thực nghiệm cho phép phân loại phụ gia trợ nghiền vào cấu trúc hóa học của các hợp chất, cấu trúc cơ bản của các phân tử và tính chất hóa học - hấp phụ trong Bảng 1.

Các hợp chất liên quan đến loại các chất amin đơn thuần chỉ biến đổi kích thước hạt xi măng trung hòa điện tích phá vỡ liên kết hóa trị và xúc tác cho quá trình hydrat hóa để tăng cường độ cả trong những giai đoạn ban đầu và cuối của quá trình đóng rắn. Thành phần Glycol chủ yếu là ngăn ngừa sự kết tụ của các hạt xi măng trong quá trình nghiền và gây ảnh hưởng rất nhỏ về thay đổi trong kích thước hạt. Hiệu ứng hiệu quả nhật trên các quy trình nghiền và đóng rắn, có chất tăng cường dựa trên cơ sở chất hoạt động bề mặt. Dung dịch của chất hoạt động bề mặt thay đổi đáng kể thành phần cấp phối hạt xi măng với tăng cường kích thước các hạt nhỏ và đồng thời trung hòa điện tích bề mặt đám kết tụ dẫn đến phân chia các bề mặt hạt và xuất hiện của các ion. Dụng dịch hoạt động bề mặt chỉ có glycol đơn thuần chỉ làm thay đổi kích thước hạt của bột, nhưng tích cực ngăn ngừa kết tụ của các hạt mịn. Diethylen glycol được sử dụng rộng rãi nhất ở Nhật Bản vì chất này có hiệu quả kinh tế cao và không có tác động xấu đến chất lượng sản phẩm.

Hiệu ứng biến đồi (biến tính) được biết đến của chất hoạt động bề mặt trong quá trình hydrat hóa và tâm kết tinh thề hiện qua quá trình hóa học và vật lý tại mặt phân giới pha xi măng - chất lỏng, cấu trúc đá xi măng- lỗ rỗng (lỗ mao quản). Sự biến đổi do hiện diện của chất hoạt động bề mặt có các gốc hoạt tính khác nhau, vị trí của chúng trong phân tử mạch dài và hình dạng của phân tử polyme hoạt động bề mặt.

Độ tin cậy của nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chất trợ nghiền trong công việc này đã đạt được trong nghiên cứu tại điều kiện như nhau, nghiên cứu động học của quá trình nghiền và mẫu vật liệu chuẩn. Như vậy, máy nghiền nạp vật liệu đúng khối lượng, tiếp tục nghiền cùng một thời gian nghiền và liều lượng phụ gia bằng nhau. Clinker sử dụng cho nghiên cứu, đã được lựa chọn từ các doanh nghiệp có đủ khối lượng đề thực hiện một số quá trình nghiền và làm giảm ảnh hưởng của thành phần khoáng clinker đến kết quả.

Một trong những mục đích chính của phụ gia trợ nghiền là để tăng độ linh động của bột trong quá trình vận chuyển thông qua các đường ống xả của silo và két chứa, được gọi là tính lưu động. Trong ngành công nghiệp nội địa thì tính lưu động được xác định bằng phương pháp gián tiếp, ví dụ như thời gian nạp đầy vào xe hay tốc độ vận chuyển bằng đường ống. Độ linh động của bột được xác định bằng phương pháp theo tiêụ chuẩn Mỹ ASTM 1565-04, bản chất là sàng khối lượng xi măng đã biết qua sàng số 05 trên bàn rung Hagerman.

4.2. Tạo ra các bề mặt riêng và năng lượng cần thiết

Sự tăng diện tích bề mặt riêng có liên quan đến năng lượng cần thiết để nghiền các hạt và kết quả cũng liên quan đến thời gian nghiền. Mối quan hệ này được thể hiện bằng quy luật Rittinger mặc dù đây là xuất phát từ lý thuyết và không xem xét năng lượng tổn thất do kết tụ (vón cục) của các hạt xi măng mịn và năng lượng phá vỡ những kết tụ này.
 

Hình 2 cho thấy có sự chênh lệch thực tế từ các quy luật Rittinger và đường cong độ mịn có xu hướng để đạt được giá trị tiệm cận vượt quá một giới hạn nhất định.

Cũng có thề được nhận thấy từ Hình 2 là clinker “B” cho thấy một xu hướng kết tụ nhẹ, trong khi clinker “A” kết tụ dễ dàng hơn. Các hoạt động của vật liệu nghiền trong một máy nghiền không chỉ nghiền nhỏ các hạt clinker, nó cũng nén mạnh các hạt lại, dẫn đến sự hình thành của điện tích tĩnh điện bề mặt trái dấu. Các hạt xi măng sau đó kết tụ là kểt quả của lực hút tác động lên chúng.

Sự nén của các nhóm hạt là tính thống kê nhiều khả năng sẽ xảy ra với hạt mịn hơn so với các hạt lớn và vật liệu nghiền (bi, đạn) có đường kính lớn gây nên lực nén lớn hơn so với đường kính nhỏ.

4.3. Ứng dụng phụ gia trợ nghiền

Máy nghiền bi thường mất hiệu quả nghiền đáng kể khi nghiền mịn. Điều này là do hạt mịn từ vật liệu nghiền tích tụ và tấm lót của máy nghiền, bao phủ một lớp bột quanh vật liệu nghiền, làm giảm lực đẩy giữa các hạt. Ngoài ra, các hạt kết tụ được hòa trộn vào bột thô trong máy phân ly và tuần hoàn trong hệ thống nghiền. Phụ gia trợ nghiền ngăn ngừa kết tụ này để cải thiện hiệu quả nghiền. Các phụ gia trợ nghiền thường được thêm vào clinker với một tỷ lệ cố định từ 0,01 -  0,03% tại đầu vào của máy nghiền bi. Kết quả là năng suất nghiền được cải thiện từ 4 - 6% cho mỗi 0,01% phụ gia trợ nghiền bổ sung. Các phụ gia trợ nghiền cũng cải thiện độ phân tán và tính linh động của bột xi măng và tăng thời gian bảo quản.

Có các hợp chất khác nhau có thể sử dụng như phụ gia trợ nghiền và quá trình lựa chọn phải xem xét tổng chi phí và khả năng tác động đến chất lượng sản phẩm.

4.4. Cơ chế hoạt động của phụ gia trợ nghiền

Hoạt động phụ gia trợ nghiền bằng cách bao phủ các hạt gây kết tụ với một lợp màng đơn phân tử mà trung hòa điện tích bề mặt. Về mặt kỹ thuật, phụ gia trợ nghiền cung cấp các chất  mang điện tích cần thiết để đáp ứng những điện tích có nguồn gốc từ các nứt gãy của clinker trong quá trình nghiền, do đó làm giảm xu hướng kết tụ. Phụ gia trợ nghiền được hấp phụ tại bề mặt nứt gãy của các hạt clinker mà chưa bị phân tách, ngăn ngừa chúng tái kết hợp dưới tác động của nhiệt độ và áp lực.

Cơ chế hoạt động của trợ nghiền có thể được tóm tắt như sau:

- Loại bỏ điện tích tĩnh điện bề mặt;

- Giảm năng lượng cần thiết cho việc lan truyền của các vết nứt nhỏ bên trong các hạt;

- Các cơ chế hoạt động khác vẫn còn đang được nghiên cứu, nhằm giải thích tác dụng trợ nghiền cũng như những thuộc tính chưa được khám phá.

4.5. Bổ sung phụ gia trợ nghiền trong máy nghiền

Việc sử dụng các chất trợ nghiền dẫn đến những thay đồi trong quá trình nghiền. Ngay sau khi phụ gia trợ nghiền đã được cấp vào ngăn thư nhất, hiện tượng phổ biến sau đây đã quan sát được:

a. Tiếng ồn nghiền tăng đáng kể trong ngăn đầu tiên va giảm trong ngăn thứ hai; điều này là do sự giảm ngay lập tức của thời gian lưu trong máy nghiền, lần lượt được kết hợp với giảm tức thời dòng vật liệu tuần hoàn và tăng đáng kể mức tiêu thụ điện của gầu tải, như xác nhận hơn nữa việc đột ngột làm trống khoang máy nghiền. Dưới những điều kiện này, với một tỷ lệ s/c đã tăng lên giá trị từ 15 - 16, các máy nghiền có thể minh chứng là tạo ra xi măng được nghiền thô.

b. Có tăng mạnh nhất thời trong của dòng vật liệu tuần hoàn, tuy nhiên giảm xuống đến mức độ thấp hơn trong một vài phút.

Để khôi phục lại điều kiện bình thường và có đựợc lợi thế tối đa từ việc sử dụng chất trợ nghiền, điều chỉnh máy phân ly đã được biến đối để duy trì cùng độ mịn Blaine của xi măng, với một kết quả là tăng dòng vật liệu tuần hoàn.

c. Liên quan đến chất lượng các xi măng sản xuất có sử dụng phụ gia trợ nghiền, một cải thiện chắc chắn đã được nhận thấy khi so sánh với xi măng sản xụất không sử dụng phụ gia trợ nghiền. Thậm chí nếu các chất trợ nghiền sử dụng là một “phụ gia trợ nghiền tinh khiết”, ví dụ không có tác động chủ yếu đến chất lượng xi măng (thời gian đông kết, nước yêu cầu...), cải thiện cường độ ở độ mịn như nhau được ghi nhận nhờ có dải cỡ hạt tốt hơn, đặc biệt là ở tuổi sớm.
(Còn nữa)

VLXD.org (Theo TTKHKT Xi măng)