Làm thế nào để sản xuất gạch chịu lửa cao cấp từ xỉ than chất lượng thấp?
Tái chế xỉ than chất lượng thấp để sản xuất gạch nung là một giải pháp kinh tế tuần hoàn có lợi nhuận cho các khu vực khai thác mỏ. Tuy nhiên, nhiều dự án nhà máy gạch mới xây dựng gặp phải những thất bại lớn về chất lượng do người vận hành bỏ qua khâu đánh giá nguyên liệu thô và sử dụng thiết bị hoặc quy trình nung không phù hợp. Để chuyển đổi xỉ than chất lượng thấp thành gạch đặc, gạch rỗng và khối rỗng đạt tiêu chuẩn, cần phải thực hiện các biện pháp kiểm soát kỹ thuật có hệ thống trong suốt quá trình kiểm tra nguyên liệu thô, nung đốt trong, ép đùn, cấu hình nung sấy và loại bỏ khuyết tật.
Phân tích đặc tính nguyên liệu thô là bước đầu tiên trước khi đầu tư vào dây chuyền sản xuất gạch nung tự động hoàn toàn . Cần tiến hành đầy đủ các thử nghiệm hóa học và vật lý, cộng với các thí nghiệm nhiệt nung đối với mẫu xỉ than. Phạm vi thử nghiệm bao gồm thành phần hóa học, giá trị nhiệt lượng, chỉ số dẻo, hệ số nhạy cảm với sấy khô, phân bố kích thước hạt, độ cứng, độ co tuyến tính khi sấy khô, độ co tuyến tính khi nung, khoảng nhiệt độ nung, độ hấp thụ nước sau nung, thử nghiệm nổ vôi và thử nghiệm kết tủa muối. Phân tích thành phần khoáng chất sẽ được thực hiện khi cần thiết.
Chỉ có dữ liệu thử nghiệm mới có thể xác nhận xem xỉ than có phù hợp để sản xuất gạch hay không, xác định loại gạch mục tiêu và hướng dẫn lựa chọn hệ thống chuẩn bị nguyên liệu , máy móc tạo hình và lò nung hầm . Không bao giờ được phép khởi công xây dựng nhà máy gạch chỉ dựa trên phán đoán kinh nghiệm.
Lưu ý đặc biệt khi thử nghiệm chỉ số dẻo: nghiền tất cả các mẫu thử xuống dưới 1 mm và sử dụng máy thử kết hợp giới hạn dẻo lỏng. Kích thước hạt ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất dẻo. Ví dụ, mẫu đá phiến nghiền nhỏ hơn 1 mm cho chỉ số dẻo là 7,2; cùng loại đá phiến đó nếu nghiền nhỏ hơn 0,5 mm sẽ đạt chỉ số dẻo là 11,2. Kích thước hạt thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 1 mm mô phỏng kích thước mục tiêu sản xuất thực tế là 2 mm. Các hạt lớn hơn sẽ cản trở đầu dò và tạo ra kết quả thử nghiệm sai lệch.
Hiện không có tiêu chuẩn quốc gia chuyên biệt nào cho việc đo giá trị nhiệt lượng của than đá thải. Ngành công nghiệp áp dụng thống nhất phương pháp thử nghiệm GB/T 213-2003 về giá trị nhiệt lượng của than đá . Không sử dụng các công thức tính toán thực nghiệm trong công nghiệp, vì chúng không phù hợp với nguyên liệu than đá thải.
Gạch nung từ xỉ than được sản xuất bằng công nghệ đốt trong. Giá trị nhiệt lượng của xỉ than quyết định phần lớn toàn bộ quy trình sản xuất. Khi giá trị nhiệt lượng đạt khoảng 450 × 4,17 kJ/kg, nguyên liệu xỉ than nguyên chất có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu sản xuất gạch bằng phương pháp đốt trong mà không cần thêm nhiên liệu. Giá trị nhiệt lượng tối đa cho phép đối với nguyên liệu 100% xỉ than là 600 × 4,17 kJ/kg.
Trong điều kiện đốt cháy quá mức bên trong, bạn phải điều chỉnh các thông số quy trình và kéo dài thời gian nung. Cần có một lò nung đường hầm tùy chỉnh dài hơn, được trang bị cửa lò hai lớp ở đầu vào và đầu ra. Các hệ thống phụ trợ bao gồm thu hồi nhiệt thải, tái đánh lửa khí thải, điều chỉnh van khí thải, mạch khí tuần hoàn, hỗ trợ đốt cháy làm mát nhanh, cung cấp khí cưỡng bức từ bên ngoài, làm mát cân bằng đáy lò và giải phóng nhiệt dư thừa phải được lắp đặt. Các hệ thống này cho phép đốt cháy chậm các vật liệu dễ cháy dư thừa bên trong thân gạch thô , tạo ra sản phẩm cuối cùng có cường độ nén trên MU20.
Nếu giá trị nhiệt lượng của xỉ than không đủ, hãy trộn thêm than thô hoặc than trung bình có chất lượng phù hợp. Không nên thêm nhiên liệu bên ngoài lò nung do lượng khí thải dạng hạt cao hơn. Nếu giá trị nhiệt lượng quá cao, hãy trộn thêm các vật liệu làm gạch không cháy như đá phiến, đất sét hoặc xỉ than đã nung. Nếu không có vật liệu trộn, hãy áp dụng phương pháp sàng lọc, tách khí, tuyển nổi hoặc xử lý khử cacbon ở nhiệt độ thấp, và điều chỉnh giá trị nhiệt lượng tổng hợp gần 450 × 4,17 kJ/kg.
Hầu hết các loại đá thải than kém chất lượng đều có dạng khối lớn với chỉ số dẻo thấp (ngoại trừ quặng giàu montmorillonite), gây trở ngại cho quá trình ép đùn ướt. Năm giải pháp kỹ thuật đã được chứng minh có thể giải quyết những thách thức về độ dẻo thấp:
- Tối ưu hóa độ mịn khi nghiền: nghiền nguyên liệu xuống dưới 2 mm đối với gạch đặc và gạch rỗng tiêu chuẩn; nghiền xuống dưới 1 mm đối với các sản phẩm thành mỏng có tỷ lệ rỗng cao. Nghiền lại các hạt quá cỡ xuống 0,5 mm và trộn lại để tối ưu hóa sự phân bố hạt và cải thiện độ dẻo tổng thể.
- Sử dụng máy đùn chân không công suất lớn, chịu tải nặng. Máy đùn chân không sản xuất gạch hiện đại cung cấp áp suất đùn trên 4,0 MPa, độ ẩm tạo hình thấp tới 13%. Nó có thể tạo ra các sản phẩm gạch thô chất lượng tốt ngay cả với nguyên liệu có chỉ số dẻo giảm xuống còn 5.
- Kết hợp các chất phụ gia có độ dẻo cao như bùn, đá phiến hoặc đất sét. Đảm bảo định lượng chính xác và trộn đồng nhất. Đối với các vật liệu có sự chênh lệch mật độ lớn, sử dụng máy nghiền trục lăn và máy trộn đĩa để trộn kỹ hơn bên cạnh các máy trộn thông thường.
- Trang bị hệ thống gia nhiệt bằng hơi nước cho máy trộn bùn trước khi ép đùn chân không. Hơi nước có thể được cung cấp từ nồi hơi thu hồi nhiệt thải nối với lò nung đường hầm . Bùn được xử lý bằng hơi nước sẽ có độ dẻo tốt hơn, giảm tải cho máy ép đùn và rút ngắn chu kỳ sấy khô phôi thô.
- Thực hiện tinh chế bùn chân không kép. Bùn được nhào trộn chân không sơ cấp trong máy trộn chân không trước khi vào máy đùn gạch chính. Quá trình khử khí nhiều giai đoạn giúp tăng độ dẻo của bùn, tăng mật độ khối lượng bùn thô và cải thiện độ bền cơ học cũng như chất lượng bề mặt của gạch ướt.
Phương pháp nung xếp chồng một lần đòi hỏi phải xếp nhiều lớp gạch tươi lên xe lò, điều này dễ tạo ra các vết lõm đen trên bề mặt tiếp xúc. Ngoài quy trình nung chậm ở nhiệt độ thấp, hãy rải một lớp cát mỏng lên trên mỗi viên gạch ướt để tăng cường lưu thông không khí giữa các lớp. Hoặc thay đổi kiểu xếp từ xếp thẳng đứng sang xếp nằm ngang, để các vết lõm xuất hiện trên bề mặt cắt và không ảnh hưởng đến mặt gạch nhìn thấy được.
Xỉ than kém chất lượng chứa các thành phần khoáng chất có hại, gây ra hiện tượng vỡ vôi và kết tinh muối trên bề mặt than.
- Hiện tượng nứt vỡ do vôi bắt nguồn từ tạp chất canxit và đá vôi. Trong quá trình nung, chúng chuyển hóa thành vôi sống CaO. Sau khi ra khỏi lò, vôi sống hấp thụ độ ẩm môi trường và chuyển thành vôi tôi với sự giãn nở thể tích mạnh, phá hủy cấu trúc gạch. Nghiền nguyên liệu thô thành các hạt có kích thước dưới 2 mm và làm bão hòa gạch nóng vừa ra khỏi lò bằng nước có thể tránh hiệu quả hiện tượng nứt vỡ do vôi.
- Hiện tượng kết tủa muối trên bề mặt gạch (efflorescence) xuất phát từ các muối hòa tan như magie sulfat và natri sulfat được tạo ra trong quá trình nung. Các muối này di chuyển cùng nước vào bên trong gạch và kết tủa thành bột tinh thể màu trắng trên bề mặt gạch sau khi nước bay hơi. Để cải thiện độ mịn của nguyên liệu thô và kéo dài thời gian nung & giữ nhiệt, cần chuyển hóa các muối hòa tan thành silicat không tan trong nước để ngăn chặn hiện tượng kết tủa muối.
Mặt cắt ngang lõi đen là đặc trưng của gạch than đá đốt trong. Có hai nguyên nhân chính: nhiệt độ nung và thời gian giữ nhiệt không đủ dẫn đến quá trình đốt cháy bên trong không hoàn toàn; nhiệt độ tăng nhanh gây ra hiện tượng thiêu kết bề mặt sớm và khử thiếu oxy bên trong gạch. Cần điều chỉnh độ dốc gia nhiệt và kéo dài thời gian nung ở nhiệt độ thấp, đảm bảo đủ oxy thâm nhập vào bên trong gạch thô, giảm hiện tượng gạch lõi đen do nung quá nhiệt và loại bỏ các khuyết tật lõi đen do nung chưa đủ nhiệt.
Đối với các loại than đá cấp thấp đặc biệt có đặc tính hóa học, vật lý và khoáng chất độc đáo, các giải pháp quy trình tùy chỉnh có thể được áp dụng để sản xuất các sản phẩm gạch nung chất lượng cao.