Quy trình sản xuất xi măng tiêu chuẩn hiện nay

Xi măng là yếu tố cốt lõi trong mọi công trình xây dựng, là thứ mà được các chủ thầu quan tâm, quyết định rất nhiều tới chất lượng của dự án. Đối với doanh nghiệp, việc lựa chọn xi măng chất lượng cao không chỉ đảm bảo tính bền vững mà còn tối ưu hóa chi phí và tiến độ thi công. Vậy quy trình sản xuất xi măng như thế nào sẽ đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của ngành xây dựng? Hãy cùng khám phá quy trình sản xuất xi măng tiêu chuẩn hiện nay.

1. Nguyên liệu sử dụng trong quy trình sản xuất xi măng

Quy trình sản xuất xi măng sử dụng rất nhiều nguyên liệu, những nguyên liệu chính được sử dụng là đá vôi và đất sét, kết hợp và trộn cùng với các nguyên liệu phụ như quặng sắt, đá cao silic,… từ đó giúp cân bằng các thành phần hóa học trong hỗn hợp nguyên liệu, đảm bảo chất lượng và tính nhất quán của xi măng.

Đá vôi chính là nguyên liệu quan trọng nhất trong sản xuất xi măng, chiếm khoảng 80% tổng khối lượng nguyên liệu. Đá vôi cung cấp canxi cacbonat (CaCO3), là thành phần chủ yếu tạo ra clinker – thành phần chính trong xi măng. Quá trình khai thác đá vôi thường diễn ra ở các mỏ đá lớn. Đá vôi được nghiền mịn, trộn theo tỉ lệ sau đó được đốt nóng với nhiệt độ 1450oC để tạo thành clinker và trải qua quá trình nghiền mịn sau đó để tạo nên xi măng.

Đất sét chính là nguyên liệu quan trọng thứ hai. Đất sét cung cấp các oxit nhôm (Al2O3) và oxit silic (SiO2), hai thành phần quan trọng khác trong việc tạo ra clinker. Đất sét thường chiếm khoảng 20% trong tổng khối lượng nguyên liệu.

Các nguyên liệu phụ như quặng sắt hay đá cao silic tuy chiếm tỉ trọng nhỏ, nhưng vai trò của chúng trong cải thiện chất lượng xi măng là rất lớn. Quặng sắt cung cấp oxit sắt (Fe2O3), một thành phần cần thiết để điều chỉnh tính chất của xi măng, giúp cải thiện độ bền và tính chất cơ học của sản phẩm cuối cùng, hay Silic giúp cải thiện tính chất cứng của xi măng và làm tăng khả năng chịu lực.

2. Các tiêu chuẩn trong quy trình sản xuất xi măng

2.1. Tiêu chuẩn với nguyên liệu

Tiêu chuẩn kỹ thuật của đá vôi:

• CaO: ≥ 48%
• MgO: ≥ 5%
• SiO2: ≥ 8%
• Lượng đất lẫn: ≤ 10%
• Kích thước đá khai thác: ≤ 1200 mm
• Kích thước đá sau đập: không quá 5%, lớn hơn 25 mm (độ sót sàng 25 * 25: ≤ 5%)

Tiêu chuẩn kỹ thuật của đất sét:

• SiO2: 55 ÷ 80%
• Al2O3: 7 ÷ 18%
• Fe2O3: ≥ 3%
• Mất khi nung: ≤ 12%
• Độ ẩm: ≤ 12%
• Kích thước đá khai thác: ≤ 800 mm (600 Kg)
• Kích thước đá sau máy đập búa: không quá 5% và lớn hơn 75 mm
• Kích thước sau máy cán trục: ≤ 25 mm, không quá 5% và lớn hơn 25 mm

2.2. Tiêu chuẩn trong quy trình sản xuất xi măng

Hiện nay có rất nhiều các tiêu chuẩn sản xuất để có thể đảm bảo được chất lượng của các loại xi măng được kiểm định và đánh giá khắt khe từ các chuyên gia, đáp ứng các tiêu chuẩn trong ngành xây dựng, mang đến sự an toàn và tuổi thọ cho các công trình.

Sau đây là các tiêu chuẩn sản xuất xi măng hiện nay:

Tiêu chuẩn TCVN 6260:2009:

• Đây là tiêu chuẩn xi măng poóc lăng hỗn hợp, quy định các yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử cho xi măng poóc lăng hỗn hợp.
• Chỉ tiêu kỹ thuật:
  • Cường độ nén 28 ngày: ≥ 32.5 MPa.
  • Độ mịn: ≥ 2800 cm²/g.
  • Độ dẻo tiêu chuẩn: ≤ 30%.

Tiêu chuẩn ASTM C150/C150M:

• Tiêu chuẩn quốc tế của ASTM cho xi măng poóc lăng, áp dụng cho các loại xi măng được sản xuất và sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.

• Chỉ tiêu kỹ thuật:
  • Cường độ nén 28 ngày: ≥ 42.0 MPa.
  • Hàm lượng kiềm: ≤ 0.60%.
  • Hàm lượng tricalcium silicate (C3S): ≥ 50%.

Tiêu chuẩn EN 197-1:

• Tiêu chuẩn của Châu Âu cho xi măng poóc lăng và các loại xi măng khác, quy định các yêu cầu về thành phần và đặc tính kỹ thuật.
• Chỉ tiêu kỹ thuật:
  • Cường độ nén 28 ngày: ≥ 32.5 MPa.
  • Độ mịn: ≥ 3000 cm²/g.
  • Độ dẻo tiêu chuẩn: ≤ 27%.

Tiêu chuẩn JIS R 5210:

• Tiêu chuẩn Nhật Bản cho xi măng poóc lăng, áp dụng cho xi măng sử dụng trong các công trình xây dựng tại Nhật Bản.
• Chỉ tiêu kỹ thuật:
  • Cường độ nén 28 ngày: ≥ 42.5 MPa.
  • Độ mịn: ≥ 3300 cm²/g.
  • Hàm lượng magiê oxit (MgO): ≤ 5.0%.

Tiêu chuẩn GB 175-2007:

• Tiêu chuẩn Trung Quốc cho xi măng poóc lăng thông dụng, quy định các yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử cho xi măng.
• Chỉ tiêu kỹ thuật:
  • Cường độ nén 28 ngày: ≥ 32.5 MPa.
  • Độ mịn: ≥ 3200 cm²/g.
  • Độ dẻo tiêu chuẩn: ≤ 26%.

TẢI MIỄN PHÍ: BỘ TÀI LIỆU PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁCH THỨC QUẢN LÝ DỰ ÁN HIỆU QUẢ

3. Quy trình sản xuất xi măng chất lượng

Quy trình sản xuất xi măng gồm 6 giai đoạn như sau:

3.1. Giai đoạn 1: Khai thác và tách chiết nhiên liệu thô

Quá trình sản xuất xi măng bắt đầu với việc khai thác và tách chiết nhiên liệu thô, trong đó đá vôi và đất sét là hai nguyên liệu chính. Đá vôi và đất sét được khai thác từ các mỏ lớn bằng cách sử dụng các thiết bị nổ mìn và máy xúc để lấy nguyên liệu từ lòng đất.

Sau khi khai thác, đá vôi và đất sét được vận chuyển về nhà máy, nơi chúng sẽ trải qua quá trình đập và nghiền thô để giảm kích thước, giúp dễ dàng vận chuyển và xử lý trong các giai đoạn tiếp theo. Sau khi được đập với kích thước phù hợp, nguyên liệu thô được vận chuyển về kho chứa và đồng nhất sơ bộ bằng các thiết bị cào và đánh đống. Tại đây, nguyên liệu được rải đống để đồng nhất sơ bộ, giảm độ ẩm tới đạt yêu cầu trước khi đưa vào silo đồng nhất.

Sau các công đoạn trên, nguyên liệu được vận chuyển về nhà máy. Tại nhà máy sẽ bổ sung thêm các nguyên liệu thô, phụ liệu khác để phân chia tỉ lệ hợp lí và chuẩn bị cho quá trình sản xuất về sau.

3.2. Giai đoạn 2: Nghiền và phân chia theo tỉ lệ, trộn lẫn

Trong giai đoạn này, Các nguyên liệu thô từ quặng sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy, phòng thí nghiệm sẽ tiến hành phân tích để chia tỷ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét trước khi bắt đầu nghiền. Thông thường sẽ chia theo tỷ lệ 80% đá vôi và 20% đất sét.

Sau đó, tiến hành nghiền hỗn hợp với sự trợ giúp của các con lăn quay và bàn xoay. Bột liệu sau khi nghiền được trộn lẫn với các nguyên liệu phụ như quặng sắt và đá cao silic theo tỉ lệ nhất định. Quá trình này giúp cân bằng các thành phần hóa học, đảm bảo chất lượng clinker sau này. Hỗn hợp nguyên liệu sau khi trộn lẫn được đồng nhất và chuẩn bị cho giai đoạn nung.

3.3. Giai đoạn 3: Trước khi nung

Những nguyên liệu được nghiền hoàn chỉnh sẽ được đưa vào buồng trước khi nung. Hỗn hợp nguyên liệu sau khi trộn lẫn được đưa vào tháp trao đổi nhiệt (preheater) và calciner để tiền nung. Quá trình tiền nung giúp loại bỏ các tạp chất hữu cơ và nước tự do trong nguyên liệu, chuẩn bị cho quá trình nung trong lò quay. Trong quá trình trao đổi nhiệt, hỗn hợp nguyên liệu được trao đổi nhiệt với khí nóng từ lò nung, giúp nâng cao nhiệt độ nguyên liệu lên khoảng 800-900°C. Quá trình này làm giảm năng lượng tiêu thụ trong lò nung và tăng hiệu suất sản xuất.

3.4. Giai đoạn 4: Giai đoạn trong lò nung luyện clinker

Hỗn hợp nguyên liệu sau khi tiền nung được đưa vào lò quay (rotary kiln) để nung luyện ở nhiệt độ cao, khoảng 1400-1500°C. Ta cần cấp liệu cho lò nung, yêu cầu công nghệ của phần công đoạn này là rút bột liệu sống từ đáy silô đồng nhất cấp đều đặn và ổn định năng suất (tấn/giờ) theo kế hoạch vận hành lò nung.

Trong lò quay, các phản ứng hóa học xảy ra mạnh mẽ, tạo ra các khoáng chất chính trong clinker như tricalcium silicate (C3S), dicalcium silicate (C2S), tricalcium aluminate (C3A), và tetracalcium aluminoferrite (C4AF). Khi nguyên liệu rơi xuống phần thấp nhất của lò nung thì sẽ hình thành lên sỉ khô.

3.5. Giai đoạn 5: Làm mát và nghiền thành phẩm

Clinker sau khi ra khỏi lò quay được làm mát trong thiết bị làm mát (cooler) bằng không khí hoặc nước. Quá trình làm mát giúp clinker đạt độ cứng và độ bền cao, đồng thời giảm nhiệt độ clinker xuống mức an toàn để nghiền. Clinker sau khi làm mát được nghiền mịn cùng với một lượng nhỏ thạch cao (để điều chỉnh thời gian đông kết) trong các máy nghiền bi hoặc máy nghiền đứng. Quá trình nghiền này tạo ra bột xi măng mịn, sẵn sàng cho các ứng dụng trong xây dựng.

3.6. Giai đoạn 6: Đóng bao và vận chuyển

Cuối cùng, xi măng sau khi nghiền được chuyển đến các silo chứa để bảo quản và đồng nhất. Từ silo, xi măng được đóng bao trong các bao xi măng có trọng lượng tiêu chuẩn (thường là 50 kg) bằng các máy đóng bao tự động. Xi măng sau khi đóng bao được vận chuyển đến các kho chứa hoặc trực tiếp đến các công trình xây dựng. Quá trình vận chuyển đảm bảo xi măng không bị ẩm ướt, vón cục và duy trì chất lượng tốt nhất cho người tiêu dùng.

Trong quá trình thực hiện các giai đoạn sẽ có rất nhiều các tình huống phát sinh và cần sự phối hợp ăn ý từ các bên liên quan. Vì vậy nhu cầu về một công cụ hỗ trợ quy trình này được dễ dàng hơn là rất lớn. Và phần mềm quản lý quy trình MISA AMIS chính là một phần mềm tiêu biểu có thể giúp quá trình này trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.

AMIS Quy trình có thể trợ giúp trong quy trình sản xuất như sau:

• Quản lý quy trình sản xuất: Hướng dẫn và chuẩn hóa quy trình sản xuất xi măng, từ việc khai thác nguyên liệu đến đóng gói sản phẩm cuối cùng. AMIS Quy trình  giúp thiết lập và theo dõi các giai đoạn sản xuất, đảm bảo mọi bước đều được thực hiện đúng và hiệu quả.
• Tiết kiệm thời gian trong quá trình sản xuất: giảm thiểu giấy tờ, rút ngắn thời gian trình ký/phê duyệt, giúp cho quá trình sản xuất và vận chuyển xi măng được dễ dàng hơn

• Xử lý các tình huống phát sinh nhanh chóng: Tất cả đều được đồng bộ trên cùng 1 hệ thống, khi có phát sinh hay “nút thắt cổ chai” ở đâu đều được ghi nhận và giúp các quản lý có thể nắm được vấn đề nhanh chóng.

Dùng thử ngay MISA AMIS Quy trình để quản lý & tự động hóa mọi quy trình trong doanh nghiệp tại đây:

4. Công nghệ trong quy trình sản xuất xi măng

Trong ngành công nghiệp xi măng, công nghệ sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng. Hiện nay, có hai công nghệ chính được sử dụng rộng rãi: công nghệ sản xuất xi măng lò quay khô và công nghệ sản xuất xi măng lò đứng.

4.1. Công nghệ sản xuất xi măng lò quay khô

Công nghệ sản xuất xi măng lò quay khô là phương pháp hiện đại và tiên tiến nhất hiện nay. Quá trình sản xuất theo công nghệ này bao gồm các giai đoạn chính như sau:

• Tiền nung nguyên liệu: Nguyên liệu sau khi được nghiền mịn sẽ được đưa vào tháp trao đổi nhiệt và buồng tiền nung để loại bỏ độ ẩm và các tạp chất hữu cơ. Quá trình này giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất nung.
• Nung trong lò quay: Nguyên liệu tiền nung được chuyển vào lò quay (rotary kiln), nơi nhiệt độ được duy trì ở mức 1400-1500°C. Lò quay có cấu trúc hình trụ dài, quay quanh trục ngang, giúp các nguyên liệu được trộn đều và phản ứng hoàn toàn để tạo thành clinker.
• Làm mát clinker: Clinker sau khi nung được làm mát nhanh chóng trong thiết bị làm mát (cooler) để đảm bảo clinker đạt độ cứng và độ bền cao.
• Nghiền clinker: Clinker sau khi làm mát được nghiền mịn cùng với một lượng nhỏ thạch cao để điều chỉnh thời gian đông kết, tạo ra xi măng thành phẩm.

Công nghệ lò quay khô có nhiều ưu điểm vượt trội như tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu phát thải khí nhà kính và cải thiện chất lượng sản phẩm. Đây là công nghệ phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất xi măng hiện đại.

4.2. Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng

Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng là phương pháp truyền thống, được sử dụng từ lâu đời. Mặc dù công nghệ này hiện nay ít phổ biến hơn so với công nghệ lò quay khô, nhưng vẫn có một số nhà máy sử dụng do chi phí đầu tư ban đầu thấp và quy trình sản xuất đơn giản hơn. Quá trình sản xuất theo công nghệ này bao gồm các giai đoạn chính như sau:

• Tiền nung nguyên liệu: Nguyên liệu sau khi được nghiền mịn sẽ được đưa vào buồng tiền nung. Quá trình này giúp loại bỏ độ ẩm và các tạp chất hữu cơ, nhưng hiệu quả không cao bằng công nghệ lò quay khô.
• Nung trong lò đứng: Nguyên liệu tiền nung được chuyển vào lò đứng (vertical kiln), nơi nhiệt độ được duy trì ở mức 1200-1300°C. Lò đứng có cấu trúc hình trụ đứng, với các nguyên liệu được nạp vào từ phía trên và clinker được lấy ra từ phía dưới. Quá trình nung trong lò đứng thường tiêu tốn nhiều năng lượng hơn và không đồng đều như trong lò quay, dẫn đến chất lượng clinker không ổn định.
• Làm mát clinker: Clinker sau khi nung được làm mát tự nhiên bằng không khí trong buồng làm mát của lò đứng. Quá trình làm mát này chậm hơn so với công nghệ lò quay khô.
• Nghiền clinker: Clinker sau khi làm mát được nghiền mịn cùng với thạch cao để tạo ra xi măng thành phẩm.

Mặc dù công nghệ lò đứng có chi phí đầu tư ban đầu thấp và quy trình sản xuất đơn giản, nhưng hiệu suất năng lượng và chất lượng sản phẩm thường không cao bằng công nghệ lò quay khô. Tuy nhiên, ở một số vùng nông thôn hoặc các khu vực thiếu nguồn năng lượng ổn định, công nghệ lò đứng vẫn được áp dụng do tính khả dụng và chi phí thấp.

5. Kết luận

Xi măng là một vật liệu xây dựng quan trọng và không thể thiếu trong ngành xây dựng hiện đại, góp phần tạo nên sự bền vững và chắc chắn cho các công trình. Quy trình sản xuất xi măng, từ khai thác nguyên liệu thô đến sản phẩm cuối cùng, đòi hỏi sự chính xác và tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng và an toàn.

Việc nắm rõ quy trình sản xuất xi măng không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sản phẩm này mà còn tạo điều kiện để áp dụng các cải tiến và công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.