Bộ xây dựng
Viện Vật liệu xây dựng
235, Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ:

Dự án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nớc
nghiên cứu hoàn thiện công nghệ
sản xuất mêta cao lanh
M số: KC-06 Da16 CN

KS. Trần Quốc Tế 5945
12/7/2006

Hà Nội, 2006

Bản quyền 2006 thuộc Viện VLXD.
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trởng
Viện VLXD trừ trờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu.
Bộ Xây dựng
Viện VLXD
Bộ Xây dựng
Viện VLXD
Bộ Xây dựng
Viện VLXD


danh sách những ngời tham gia thực hiện dự án

TT Họ và tên Học vị Chức vụ Chức danh Cơ quan
công tác
1 Trần Quốc Tế Kỹ s
N
ghiên cứu viên Chủ nhiệm
dự án
2
N
guyễn Văn Huynh Thạc sỹ
N
ghiên cứu viên Th ký
khoa học
3 Trịnh Minh Đạt Thạc sỹ Nghiên cứu viên Chủ trì
đề mục
4 Đào Quốc Hùng Thạc sỹ Nghiên cứu viên Chủ trì
đề mục
5 Vũ Thị D Kỹ s Nghiên cứu viên Chủ trì
đề mục Viện
Vật liệu
xây dựng
6 Nguyễn An Thái Kỹ s Phó giám đốc Tham gia
thực hiện
Xí nghiệp
Sứ Lâm

- Polyvinylalcohol: PVA
- Amiăng ximăng: AC
- Polyvinylalcohol xi măng: PVA/C
- Ximăng: XM
- Tỷ lệ Nớc: ximăng N/XM
- Mất khi nung: MKN

2. Đơn vị đo:
- ppm: Một phần triệu

3. Từ khóa:
Mêta cao lanh, ximăng sợi hữu cơ, vữa không co, bê tông chất lợng cao.

Bảng giảI thích Các chữ viết tắt, đơn vị và từ khoá

1. Các chữ viết tắt:
Me ta cao lanh MK
Silicafume SF
Tro bay FA
Tro trấu RHA
Phụ gia khoáng PGK
Modul độ lớn của cốt liệu nhỏ Mn
Phụ gia công nghệ dạng bột SFC
Polyvinylalcohol PVA

15
2.1. Nguyên liệu cao lanh
15
2.1.1. Nguồn cao lanh ở Việt Nam 15
2.1.2. Yêu cầu đối với cao lanh nguyên liệu 16
2.2. Thiết bị
17
2.2.1. Thiết bị nung 17
2.2.2. Thiết bị nghiền 21
2.3. Nghiên cứu hoạt tính MK từ cao lanh A Lới và Trại Mát
22
2.4. Nghiên cứu sản xuất thử
23
2.4.1. Nghiên cứu nung MK trong lò con thoi 23
2.4.2. Nghiên cứu nghiền MK trên máy nghiền công nghiệp 26
2.5. Tính toán hiệu quả kinh tế
28
2.5.1. Tính giá thành sản phẩm 28
2.5.2. Khái toán đầu t 29
2.5.3. Tổng hợp các nhu cầu cho dây chuyền 1.000 tấn/năm 31
2.6. Kết luận chơng
31
Chơng III: Nghiên cứu ứng dụng MK
32
3.1. ứng dụng MK trong sản xuất sản phẩm xi măng sợi hữu cơ
32
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN


Dự án này nhằm nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia mê ta
cao lanh. ứng dụng chính của phụ gia là để làm phụ gia công nghệ dạng bột
trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phơng pháp xeo.
Căn cứ các kết quả nghiên cứu đã đạt đợc và những nội dung khoa học
còn tồn tại của giai đoạn RD, dự án đã nghiên cứu mở rộng thêm nguồn
nguyên liệu cao lanh, thử nghiệm nung và nghiền cao lanh trên thiết bị công
nghiệp.
Sản phẩm sản xuất thử đã thể hiện sự ổn định về mặt công nghệ và chất
lợng, đáp ứng yêu cầu làm phụ gia công nghệ dạng bột trong sản xuất các
sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phơng pháp xeo.
Một quy trình công nghệ sản xuất phụ gia mêta cao lanh đã đợc thiết
lập. Một bản hớng dẫn sử dụng phụ gia mêta cao lanh trong sản xuất các
sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo phơng pháp xeo và bê tông chất lợng
cao đã đợc biên soạn.
Đã chuẩn bị vật t, nguyên liệu để sản xuất 400 tấn sản phẩm và đã sản
xuất 300 tấn, đã tiêu thụ 180 tấn, số còn lại sẽ phải kéo dài sang năm 2007.
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006


nghiệp sản xuất tấm lợp A/C đợc tiếp tục sử dụng sợi amiăng có kiểm soát,
đồng thời khuyến khích các nhà khoa học và các doanh nghiệp nghiên cứu đa
dạng hoá sản phẩm tấm lợp bằng các loại sợi khác.
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
3
Sự thay đổi này đã làm cho dự án sản xuất thử nghiệm: Hoàn thiện công
nghệ sản xuất mêta cao lanh gặp khó khăn rất lớn trong việc tiêu thụ khối
lợng sản phẩm sản xuất thử nghiệm theo hợp đồng giao nhiệm vụ giữa Bộ KH-
CN với Viện Vật liệu xây dựng cũng nh sự phát triển tiếp tục của sản phẩm
này.
Trớc tình hình đó, dự án đã tìm các hớng khác để tiêu thụ sản phẩm
nh bê tông đầm lăn, bê tông đúc sẵn cờng độ cao, vữa xây dựng đặc chủng,
Các đối tợng này có nhiều triển vọng sử dụng khối lợng lớn nhng tại thời
điểm kết thúc dự án thì khối lợng tiêu thụ còn rất nhỏ.
Bởi vậy, báo cáo tổng kết của dự án tập trung vào các nội dung hoàn
thiện công nghệ, xây dựng qui trình sản xuất và hớng dẫn sử dụng mêta
caolanh trong sản xuất các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ, trong vữa và bê tông.
Phần tiêu thụ 400 tấn sản phẩm, có thể sẽ phải kéo dài thêm sang 2007.
Dự án đã tạo ra 2 sản phẩm mới: Quy trình công nghệ sản xuất mêta cao
lanh và Hớng dẫn sử dụng mêta cao lanh trong sản xuất các sản phẩm xi măng
sợi hữu cơ, bê tông chất lợng cao.
Dự án đã có một số đóng góp mới về giải pháp công nghệ: đã sử dụng
mêta cao lanh làm phụ gia công nghệ dạng bột trong sản xuất các sản phẩm
ximăng sợi hữu cơ đã đợc thí nghiệm trên dây chuyền công nghiệp. Đã chỉ ra
khả năng thay thế các phụ gia công nghệ dạng bột phải nhập ngoại, góp phần
chủ động trong cung cấp phụ gia, giá thành sản phẩm thấp hơn.
Toàn bộ các nội dung hoàn thiện đã đợc thực hiện trong 24 tháng, bắt
đầu từ 01/2004 và kết thúc vào 12/2005 với tổng kinh phí là 2.350 triệu đồng,
Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của caolinit [1]

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
5Hình 1.2: ảnh hiển vi điện tử quét thể hiện cấu trúc tinh thể của caolinit [2].

Hình 1.3: Phân bố cỡ hạt và ứng dụng của caolinit [1].
Một tính chất quan trọng khác là độ nhớt tơng đối thấp ở tỉ lệ hàm rắn
cao, nên cao lanh ứng dụng rất hiệu quả trong sản xuất giấy.
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
6
Những ứng dụng truyền thống của caolanh đợc tóm tắt trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các ứng dụng truyền thống của cao lanh.
- Tráng phủ giấy - Chất độn cho nhựa - Chất độn trong keo dán
- Chất độn giấy - Chất độn mực in - Chất độn trong véc ni
- Chất độn sơn - Xúc tác dầu mỏ - Chất độn trong dợc
phẩm
- Một thành phần nguyên
liệu trong ceramic
- Một thành phần nguyên
liệu sản xuất sợi thuỷ tinh
- Chất độn trong mỹ

bê tông chất lợng cao và xi măng - sợi [8,9,10,11,12].
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
7
1.1.2. Các loại hình công nghệ chế tạo Mêta cao lanh
Chế độ gia công nhiệt cao lanh bao gồm hai tham số chính là nhiệt độ
nung và thời gian nung. Hai tham số này lại phụ thuộc vào phơng pháp nung
(gia công nhiệt).
Dới đây trình bày một số phơng pháp nung.
1.1.2.1. Công nghệ gia nhiệt trong lò đứng
Phơng pháp sản xuất MK bằng lò đứng đợc sử dụng rộng rãi tại ấn Độ
từ thập kỷ 70 của thế kỷ trớc.
Nguyên liệu đợc nạp vào thiết bị dới dạng hỗn hợp cao lanh và than
vụn (có thành phần: 48% tro, 31% các bon và 20% chất bốc).
Quá trình nung đợc tiến hành ở nhiệt độ 700
0
C, thời gian lu là 3h,
nhiệt độ nung đợc điều chỉnh nhờ cặp nhiệt điện và quạt khí cũng nh tốc độ
nạp liệu.
ở ấn Độ đã đa vào vận hành loại lò đứng có công suất 10 tấn/ngày.
Trên hình 1.4 là sơ đồ lò đứng để sản xuất MK.
Phơng pháp nung bằng lò đứng có u điểm là công nghệ không phức
tạp, đầu t thiết bị không lớn, thích hợp với các nớc đang phát triển.
Nhợc điểm của lò đứng là sản xuất gián đoạn, sản phẩm sau khi nung
phải đem nghiền mới có thể đạt đợc độ mịn yêu cầu. Ngoài ra việc khống chế
nhiệt độ ở vùng nung tơng đối khó khăn, đòi hỏi ngời điều khiển phải có kinh
nghiệm. Vì thế chất lợng sản phẩm MK sản xuất theo phơng pháp nung bằng
lò đứng không ổn định.


30 tấn /ngày. Trên hình 1.5 là ảnh chụp lò tầng sôi của ấn độ.

Hình 1.5: Lò tầng sôi nung cao lanh [13]
Tuy nhiên hiện tại ở Việt Nam cha có một thiết bị nào hoạt động theo
nguyên lý này. Vì vậy việc đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cha thực hiện
đợc.
1.1.2.3. Công nghệ gia nhiệt trong lò tia chớp
Công nghệ sấy theo kiểu tia chớp đã đợc ứng dụng tơng đối rộng rãi
trong sản xuất sơn bột và một số polyme bột.
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
10
Trong những năm gần đây ở Pháp một nhóm nghiên cứu đã vận dụng
công nghệ sấy tia chớp để gia nhiệt cao lanh chế tạo MK và đã ứng dụng ở quy
mô công nghiệp đó là nung bằng "lò tia chớp".
Một số u điểm nổi bật của công nghệ này là:
+ Thời gian lu đặc biệt ngắn, chỉ vài chục giây. Trong khi phơng pháp
lò đứng thời gian lu là vài giờ còn phơng pháp tầng sôi cũng phải mất vài
phút.
+ Sản phẩm MK sau khi nung không phải nghiền trong khi các phơng
pháp khác đều phải tiến hành công đoạn nghiền sau nung. Nh vậy giảm đợc
chi phí năng lợng nghiền.
+ Độ mịn của sản phẩm MK cao.
+ Hoạt tính của sản phẩm cao.

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý Lò tia chớp [14]
Ghi chú: (1) Đầu đốt trung tâm
(2) 06 đầu đốt phụ
(3) Vật liệu đã đợc gia nhiệt sơ bộ

xuất Zeolít, Phụ gia cho sơn Silicát. Tuy nhiên vấn đề nghiên cứu chế tạo MK
để sử dụng trong các loại vật liệu trên cơ sở chất kết dính xi măng với vai trò là
một phụ gia khoáng hoạt tính cha đợc quan tâm nhiều.
Năm 1997 Bộ Xây dựng có giao cho Viện Vật liệu xây dựng thực hiện đề
tài: Nghiên cứu sản xuất mê ta cao lanh sử dụng trong chế tạo bê tông chất
lợng cao. Có thể nói đây là công trình đầu tiên và duy nhất ở Việt Nam cho
đến nay đặt vấn đề nghiên cứu chế tạo mê ta cao lanh từ nguồn nguyên liệu cao
lanh trong nớc. Đề tài đã tập trung nghiên cứu ảnh hởng của các tham số
công nghệ chủ yếu tới hoạt tính của sản phẩm mê ta cao lanh nh: độ tinh khiết
của cao lanh nguyên liệu, chế độ gia công nhiệt, các phơng pháp nghiền. Đề
tài đã đạt đợc những kết quả sau:
+ Khẳng định sự cần thiết phải tinh lọc cao lanh nguyên khai trớc khi sử
dụng làm nguyên liệu trong chế tạo MK;
+ Đã tìm đợc chế độ gia công nhiệt tối u trong điều kiện nung theo
phơng pháp gián đoạn, tức là nung ở trạng thái tĩnh;
+ Đã đa ra đợc chế độ nghiền sản phẩm theo phơng pháp nghiền bi có
sử dụng phụ gia trợ nghiền;
+ Sản phẩm MK thu đợc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của ASTM C
618-91, có hiệu quả tơng đơng với Silicafume ở dạng nén đợc bán trên thị
trờng tại thời điểm cuối những năm 1990.
Các chỉ tiêu chất lợng chính của phụ gia MK trong giai đoạn RD đợc
trình bày trong các bảng 1.2, 1.3 và 1.4.

Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
13

1 5,0 46,28
2 10 62,89
3 20 77,22
4 45 91,46

Bảng 1.4: So sánh chỉ tiêu chất lợng của MK (giai đoạn RD) với mức
quy định của ASTM C 618.91
Mức
TT Chỉ tiêu Đơn vị
Đề tài ASTM C618
1 Thành phần hóa học
SiO
2
+Al
2
O
3
+Fe
2
O
3

SO
3

MKN
Na
2
O
%

4 Hoạt tính puzolan với vôi, 7 ngày N/mm
2
10,2
5,5
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
14
Tuy nhiên, các kết quả nêu trên mới ở quy mô phòng thí nghiệm, phạm vi
khảo sát còn hẹp :
- Đề tài mới nghiên cứu sử dụng duy nhất cao lanh Thạch Khoán để chế
tạo MK. Để phổ biến công nghệ vào sản xuất cần phải nghiên cứu đánh
giá thêm khả năng sử dụng các mỏ cao lanh ở các địa phơng khác;
- Phơng pháp nghiền bi với việc sử dụng phụ gia trợ nghiền tuy đạt đợc
độ mịn chấp nhận đợc nhng năng suất thấp, giá thành cao. Để sản xuất
ở quy mô lớn cần phải nghiên cứu lựa chọn phơng pháp nghiền quy mô
công nghiệp hoặc ít ra cũng tiệm cận với quy mô công nghiệp;
- Đề tài mới chỉ đánh giá ảnh hởng của phụ gia MK đến một số tính chất
cơ lý của bê tông. Cha nghiên cứu sử dụng MK trong sản xuất các sản
phẩm xi măng sợi hữu cơ, vữa đặc chủng và bê tông chất lợng cao,
những lĩnh vực yêu cầu phải sử dụng tới các phụ gia khoáng hoạt tính cao
nh SF, MK, RHA (tro trấu)
Để đa sản phẩm phụ gia MK vào sử dụng trong thực tế sản xuất các sản
phẩm này, cần phải hoàn thiện các nội dung cơ bản nêu trên thông qua dự
án sản xuất thử nghiệm để chứng minh tính ổn định về công nghệ và chất
lợng sản phẩm khi sản xuất khối lợng lớn trên thiết bị sản xuất quy mô
công nghiệp và cách sử dụng có hiệu quả MK trong chế tạo một số sản
phẩm gốc xi măng mà nổi bật là các sản phẩm xi măng sợi hữu cơ theo
phơng pháp xeo.


6 Tây Nguyên 34 233,4
7 Đông Nam Bộ 57 274,9
8 ĐB Sông Cửu Long 4 2,3
Cộng 203 898,5

Hiện tại, cao lanh ở nớc ta đang đợc gia công chế biến để sử dụng chủ
yếu trong sản xuất gốm sứ, vật liệu chịu lửa ở trong nớc, ngoài ra một tỷ lệ
nhỏ đợc sử dụng trong các ngành sản xuất giấy, sơn và xuất khẩu. Nhu cầu cao
lanh giai đoạn 2005-2010 sử dụng trong các lĩnh vực nh sau: sản xuất gạch ốp
lát: 1.104.000 tấn, sứ vệ sinh: 26.000 tấn, vật liệu chịu lửa: 72.200 tấn [15].
Để làm nguyên liệu sản xuất MK lợng sử dụng cao lanh quá nhỏ so với
các lĩnh vực khác nên ngoài mỏ Thạch Khoán dự án chỉ chọn thêm 02 mỏ khác
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
16
để mở rộng nguồn nguyên liệu có thể sử dụng để sản xuất sản phẩm mới này.
Đó là: cao lanh A Lới (Thừa Thiên Huế) và cao lanh Trại Mát (Lâm Đồng).
2.1.2. Yêu cầu đối với cao lanh nguyên liệu
Trong giai đoạn RD, sau khi lấy cao lanh Thạch Khoán đã qua lọc của
Công ty khai thác và chế biến khoáng sản Phú Thọ đề tài đã tinh lọc tiếp bằng
việc sử dụng thêm phụ gia hóa học. Thành phần chính thu đợc là caolinit
(bảng 2.2).
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của cao lanh Thạch Khoán qua tinh lọc:
TT Thành phần Hàm lợng (%)
1 MKN 14,09
2 SiO
2
44,86
3 Al

(Thạch Khoán): 15.000 T/năm
12,60 45,50 35,94 0,95
2
Công ty gạch men sứ Thừa Thiên Huế (A Lới):
7.000 T/năm, dự kiến mở rộng 50.000 T/năm
14,35 50,08 33,48 0,63
3 Xí nghiệp Hiệp Tiến (Bảo Lộc, Lâm Đồng):
30.000 T/năm
14,0 50,1 32,7 0,82
4 Xí nghiệp Sứ (Trại Mát, Lâm Đồng): 15.000
T/năm
14,6 46,44 37,1 0,96
Loại 1 -
51 33 1,0
5
TCVN 6301:1997 Nguyên liệu để sản
xuất SP gốm xây dựng Caolanh lọc
Yêu cầu kỹ thuật
Loại 2 -
53 30 1,7
Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Dự án SX TN cấp Nhà nớc. Tháng 3/2006

Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
17
Từ bảng 2.3 có thể thấy, cao lanh lọc của các cơ sở chế biến nêu trên đều
đạt đợc loại 1 theo tiêu chuẩn TCVN 6301:1997. Với hàm lợng caolinit trong
cao lanh lọc nh vậy đáp ứng đợc yêu cầu cho sản xuất phụ gia MK.
Trong nghiên cứu hoàn thiện của dự án, chúng tôi sử dụng trực tiếp cao
lanh lọc của các cơ sở chế biến cao lanh, không tinh lọc lại bằng phụ gia hóa
học nh giai đoạn RD đã làm.


Hoàn thiện công nghệ sản xuất mêta cao lanh KC.06.DA.16.CN
18
+ Khí thải đi qua hệ thống trao đổi nhiệt thu hồi không khí nóng đa vào
lò để đốt cháy nhiên liệu qua hệ thống phân phối khí thứ cấp. Khí thải sau bộ
trao đổi nhiệt đợc quạt hút thổi vào ống khói.
Chuyển vận của xe bên ngoài lò đợc thực hiện bằng tời kéo và xe phà.
Lò có hệ thống tự động điều khiển toàn bộ chu trình nung theo chơng
trình đã định, đồng thời cũng có thể điều khiển thủ công.
ở chế độ tự động, các dữ liệu về hoạt động của lò nh nhiệt độ, áp lực,
lu lợng đợc thu thập và truyền về trung tâm điều khiển, hiển thi trên màn
hình, trung tâm này thực hiện việc xử lý và đa ra các lệnh tác động vào bộ
phận thừa hành làm thay đổi chế độ làm việc của hệ thống. Các thông số hoạt
động của lò đợc ghi lại trong máy tính và cho phêp in ra để kiểm tra và điều
chỉnh.
Kết cấu lò

+ Móng lò đợc thiết kế với tải trọng khoảng 4 tấn/m
2
. Móng kênh khói
đi ngầm dới đất ở độ sâu 1,3 mét đợc đổ bằng bê tông cốt thép M200.
+ Khung lò bằng thép hình đợc chế tạo sẵn và lắp dựng trớc trên các vị
trí móng xác định. Nóc lò đợc treo trên hệ thống giàn thép hình và các móc
neo.
+ Cửa lò kiểu trục đứng, 1 cánh, đóng mở thủ công bằng quay quanh trục
chính ở cạnh và quay tự do quanh trục tâm, khi đóng cửa lò đợc ép sát tờng lò
nhờ các vô lăng.
+ Vỏ lò bằng thép tấm dày 2mm đợc cắt thành từng phần tơng ứng với
vị trí lắp đặt các chi tiết phụ trợ và đợc hàn vào khung giằng tờng lò.
+ Đờng ray trong và ngoài lò có khẩu độ 1,4 m đợc đặt trên tà vẹt