Đang tải... (xem toàn văn)
Việt Nam là nước có trữ lượng quặng bôxit thuộc vào loại lớn trên thế giới, ước tính khoảng 5,5 tỷ tấn, tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên, đặc biệt là tỉnh Đắk Nông, trữ lượng lên tới 3,4 tỷ tấn. Dây chuyền sản xuất nhôm đầu tiên ở nước ta được công ty Hóa chất cơ bản Miền Nam đưa vào hoạt động tại nhà máy Hóa chất Tân Bình (TP. Hồ Chí Minh). Hiện nay, dự án khai thác và chế biến quặng Tân Rai (Lâm Đồng) và Nhân Cơ (Đắk Nông) đang được triển khai. Theo báo cáo quy hoạch phân vùng thăm dò khai thác chế biến, sử dụng quặng giai đoạn 20152017 và tầm nhìn đến 2025 của Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam (TKV), thì mỗi năm Việt Nam sẽ sản xuất 6,0 – 8,5 triệu tấn nhôm ôxit và 0,2 – 0,4 triệu tấn nhôm kim loại. Tại Tây Nguyên sẽ xây dựng khoảng 6 nhà máy nhôm và 1 nhà máy điện phân nhôm. Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án Nhân Cơ cho thấy: Lượng nước thải và bùn đỏ lên tới 11 triệu m3năm và cả đời dự án phải thải ra 80 90 triệu m3 bùn đỏ 31. Như vậy cần phải có những hồ chứa bùn đỏ dung tích rất lớn, nguy cơ ô nhiễm môi trường là rất cao. Do đó, bã thải bùn đỏ ở Tây Nguyên cần phải có những giải pháp xử lí phù hợp.
LỜI CẢM ƠN Đề tài hoàn thành mơn Hóa Vơ cơ, khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Ngọc Tuyền, dành nhiều thời gian công sức tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Khoa học Huế, Ban chủ nhiệm khoa Hóa, Phòng thí nghiệm Vật liệu - khoa Vật lý tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu suốt thời gian qua Xin cảm ơn tất q Thầy Cơ giáo khoa Hóa học, đặc biệt Thầy Cơ mơn Hóa Vô cho ý kiến quý báu, điều kiện thuận lợi trình học tập thực đề tài Xin cảm ơn ban giám đốc nhà máy hóa chất Tân Bình, nhà máy xi măng Long Thọ giúp đỡ tơi hồn thành tốt đề tài Cuối tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè anh chị em động viên, ủng hộ tinh thần tạo điều kiện thuận lợi cho đường học tập Huế, tháng 12 năm 2015 Mai Quang Hoàng i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i X-Ray Fluorescence vi MỞ ĐẦU vii Chương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu bùn đỏ .2 1.1.1.Thành phần bùn đỏ 1.2 Giới thiệu q trình sản xuất nhơm theo quy trình Bayer .3 1.3 Các phương pháp xử lí bùn đỏ nhà máy 1.4.1 Trên giới .5 1.4.2.Trong nước 1.5 Giới thiệu đất sét .6 Bảng 1.3 Thành phần hóa học đất sét theo TCVN Bảng 1.5 Các tiêu lí gạch đặc nung .7 1.6 Tiêu chuẩn Việt Nam gạch nung .8 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu 2.1.1 Xác định đặc trưng nguyên liệu 2.1.2 Nghiên cứu tổng hợp gạch nung từ bùn đỏ đất sét .9 2.2 Thực nghiệm 2.2.1 Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 2.2.2 Tổng hợp mẫu gạch 10 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 11 2.3.1 Phương pháp kiểm tra tính chất lý gạch .11 2.3.1.1 Phương pháp xác định độ bền nén (TCVN 6355-1:1998) 11 2.3.1.2 Phương pháp xác định độ hút nước (TCVN 6355-3:1998) 11 2.3.1.3 Phương pháp xác định khối lượng thể tích (TCVN 6355-5:1998) .12 2.3.1.4 Phương pháp xác định độ kiềm tan .12 2.3.1.5 Phương pháp xác định độ co nung 13 2.2.3 Các phương pháp đặc trung vật liệu .13 2.2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X ( X-ray diffraction, XRD) 13 2.2.3.2 Phương pháp phổ huỳnh quang tia X (XFS: Xray Fluorescence Spectroscopy) 15 2.2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt .15 2.2.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 19 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 ii 3.1 Đặc trưng nguyên liệu 20 3.1.1 Đất sét 20 3.1.1.1 Thành phần pha đất sét 20 3.1.1.2 Thành phần hóa học đất sét 21 Bảng 3.1 Thành phần hóa học đất sét .21 3.1.1.3 Giản đồ TG – DSC Đất sét 22 3.1.2 Bùn đỏ 23 3.1.2.1 Thành phần pha bùn đỏ 23 3.1.2.2 Thành phần hóa học bùn đỏ 24 Bảng 3.2 Thành phần hóa học bùn đỏ 24 3.1.2.3 Giản đồ TG – DSC bùn đỏ .25 3.1.2.4 Hình thái bùn đỏ 26 3.2 Nghiên cứu sản xuất gạch nung từ bùn đỏ đất sét 26 3.2.1 Chuẩn bị phối liệu 26 Bảng 3.3 Thành phần phối liệu mẫu khảo sát 26 3.2.2 Tạo hình nung sản phẩm .27 3.3.1.2 Khối lượng thể tích .31 Bảng 3.5 Khối lượng thể tích mẫu gạch 31 3.3.1.3 Độ co sau nung 33 Bảng 3.6 Độ co nung mẫu gạch 33 3.3.1.4 Độ hút nước 34 Bảng 3.7 Độ hút nước mẫu gạch .34 Bảng 3.8 Giá trị pH mẫu gạch 36 3.3.2.Các đặc trưng 36 3.3.2.1 Thành phần pha 37 3.3.2.2 Vi cấu trúc mẫu 37 KẾT LUẬN .39 iii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên Trang 1.1 Thành phần bùn đỏ 1.2 Thành phần hóa học bùn đỏ 1.3 Thành phân hóa học đất sét 1.4 Kích cỡ hạt đất sét 1.5 Chỉ tiêu lí gạch đặc nung 1.6 Tiêu chuẩn Việt Nam gạch đặc đất sét nung 10 1.7 Tiêu chuẩn Việt Nam gạch bê tông 10 3.1 Thành phần hóa học đất sét 23 3.2 Thành phần hóa học bùn đỏ 25 3.3 Thành phần phối liệu mẫu khảo sát 28 3.4 Cường độ bền nén mẫu gạch 31 3.5 Khối lượng thể tích mẫu gạch 32 3.6 Độ co nung mẫu gạch 34 3.7 Độ hút nước mẫu gạch 35 3.8 Giá trị pH mẫu gạch 37 3.9 Giá trị cường độ bền nước, pH độ phóng xạ 37 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Bùn đỏ 1.2 Quy trình bayer sản xuất nhơm 1.3 Đất sét 2.1 Sơ đồ nhiễu xạ tia X 16 2.2 Phổ huyfng quang tia X 17 2.3 Sơ đồ thiết bị DTA 18 2.4 Sơ đồ thiết bị phân tích trọng lượng TG 20 2.5 Sơ đồ thiết bị SEM 21 3.1 Giản đồ XRD đất sét 22 3.2 Giản đồ TG-DSC đất sét 24 3.3 Giản đồ XRD bùn đỏ 25 3.4 Giản đồ TG-DSC bùn đỏ 27 3.5 Ảnh SEM bùn đỏ 28 3.6 Máy ép tạo hình viên gạch 29 3.7 Sản phẩm sau tạo hình 29 3.8 Sơ đồ sản xuất gạch nung 30 3.9 Cường độ bền nén mẫu gạch 31 3.10 Khối lượng thể tích mẫu gạch 33 3.11 Độ co nung mẫu gạch 34 3.12 Độ hút nước mẫu gạch 36 3.13 Giản đồ XRD mẫu gạch 48 3.14 Ảnh SEM mẫu gạch nung 39 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt MKN Loss on ignition Mất nung Mpa Mega pascal RM Red Mud Bùn đỏ SEM Scanning Electron Microscopy Hiển vi điện tử quét XRD X – ray Diffraction Nhiễu xạ tia X XRF X-Ray Fluorescence Huỳnh quang tia X vi MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hằng năm, ngành công nghiệp sản xuất nhôm giới thải khoảng 50 – 80 triệu bùn đỏ Theo thống kê, sản xuất ôxit nhôm thường thải khoảng 0,3 – 2,5 bùn đỏ Hiện nay, nhà máy sản xuất ôxit nhôm giới, lượng bùn đỏ thải chủ yếu chứa hồ tự nhiên nhân tạo Do hàm lượng kiềm tan bùn đỏ lớn với có mặt kim loại nặng lượng vết nguyên tố phóng xạ nên việc lưu chứa phế thải hồ thời gian dài tiềm ẩn nhiều nguy gây ô nhiễm nguồn nước đe doa môi trường sinh thái xung quanh [21] Ngày 04/10/2010 cố vỡ hồ chứa bùn đỏ nhà máy Alumina Ajka, Hungary với 1,1 triệu m3 bùn đỏ có pH = 13 làm người chết, 122 người bị thương, tràn khu vực rộng 40 km lan đến cửa sông Danube (một sơng châu Âu) [33] Sự cố khơng gây chết người, ảnh hưởng đến sống hàng ngàn hộ dân cư lâu dài mà hàng chục năm để khơi phục lại hệ sinh thái Việt Nam nước có trữ lượng quặng bơxit thuộc vào loại lớn giới, ước tính khoảng 5,5 tỷ tấn, tập trung chủ yếu Tây Nguyên, đặc biệt tỉnh Đắk Nông, trữ lượng lên tới 3,4 tỷ Dây chuyền sản xuất nhôm hydrôxit nước ta cơng ty Hóa chất Miền Nam đưa vào hoạt động nhà máy Hóa chất Tân Bình (COPHATA), TP Hồ Chí Minh Hiện nay, dự án khai thác chế biến quặng boxit Tân Rai (Lâm Đồng) Nhân Cơ (Đắk Nông) triển khai Theo báo cáo quy hoạch phân vùng thăm dò khai thác chế biến, sử dụng quặng bơxit giai đoạn 20152017 tầm nhìn đến 2025 Tập đồn Than Khống sản Việt Nam (TKV), năm Việt Nam sản xuất 6,0 – 8,5 triệu nhôm ôxit 0,2 – 0,4 triệu nhôm kim loại Tại Tây Nguyên xây dựng khoảng nhà máy nhôm ôxit nhà máy điện phân nhôm Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án bôxit Nhân Cơ cho thấy: Lượng nước thải bùn đỏ lên tới 11 triệu m 3/năm đời dự án phải thải 80 -90 triệu m3 bùn đỏ [31] Như cần phải có hồ chứa bùn đỏ dung tích vii lớn, nguy nhiễm mơi trường cao Do đó, bã thải bùn đỏ Tây Nguyên cần phải có giải pháp xử lí phù hợp Mặt khác, ngành sản xuất gạch nung truyền thống, năm tiêu tốn lượng đất sét khổng lồ Nhu cầu sử dụng gạch nung tăng nhanh qua năm, góp phần vào tăng trưởng kinh tế đất nước Theo thống kê từ Vụ Vật liệu xây dựng, kể từ năm 2010 trung bình năm nước sử dụng 25 tỷ viên gạch, dự đoán năm 2015 sử dụng 30 tỷ viên đến năm 2020 số 42 tỷ viên Tuy nhiên, để sản xuất tỷ viên gạch cần tiêu tốn 1,5 triệu m đất sét (tương đương 75 đất canh tác), 150 ngàn than, thải 0,57 triệu CO [29] Nếu tiếp tục sử dụng đất sét làm nguyên liệu toàn phần cho trình sản xuất gạch chẳng chốc cạn kiệt đất sét, đất canh tác bị thu hẹp, ảnh hưởng đến an ninh lương thực nhiễm mơi trường Do cần có biện pháp chuyển hướng sản xuất hiệu kịp thời Để giảm nguy tác động bùn đỏ đến môi trường khả tận dụng nguôn bã thải bùn đỏ Giảm lượng đất sét sử dụng gạch nung mà nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu sử dụng bã thải bùn đỏ để sản xuất gạch nung dùng làm vật liệu xây dựng” viii Mục tiêu đề tài Tìm điều kiện thích hợp để sản xuất gạch nung từ bã thải bùn đỏ đất sét, sản phẩm có tiêu lý đạt yêu cầu vật liệu xây dựng Nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu điều kiện thích hợp để chế tạo gạch nung từ bùn đỏ đất sét: tỷ lệ phối liệu: bùn đỏ/đất sét; nhiệt độ nung; thời gian lưu Xác định tiêu lý đặc trưng sản phẩm gạch nung từ bùn đỏ: Cường độ bền nén; độ hút nước; khối lượng thể tích; khối lượng riêng Chương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu bùn đỏ Bùn đỏ chất thải từ trình sản xuất nhơm theo cơng nghệ Bayer Thành phần bùn đỏ gồm hỗn hợp nhiều chất rắn với ôxit kim loại Fe 2O3, Al2O3, SiO2, Na2O, K2O… lượng vết phóng xạ [21] Bùn có màu đỏ chứa nhiều ơxit sắt, bên cạnh bùn đỏ chứa hàm lượng lớn NaOH Chính điều làm cho bùn đỏ có pH lớn, dao động từ 10,5 – 13,5 Đây thành phần có hại khơng dễ dàng phân hủy Chính mà việc tái sử dụng bùn đỏ khó khăn nguy gây nghiễm mơi trường lớn khơng có biện pháp xử lí kịp thời hiệu Hình 1.1 Bùn đỏ 1.1.1.Thành phần bùn đỏ Theo kết nghiên cứu thành phần bùn đỏ sau: Bảng 1.1.Thành phần bùn đỏ [25] Thành phần Hàm lượng (%) Đất sét (75 μm) 43,0 29 3.3 Xác định tính chất gạch nung Các mẫu gạch sau nung nhiệt độ 850 0C, 9000C, 9500C tiến hành xác định tính chất lí: cường độ bền nén, độ hút nước, khối lượng thể tích, độ co sau nung, độ thải kiềm Sau chọn mẫu tốt nhất, tiếp tục khảo sát đặc trưng: thành phần pha, hình thái để đánh giá chất lượng sản phẩm 3.3.1 Các tính chất lí gạch nung 3.3.1.1 Cường độ bền nén Cường độ bền nén mẫu gạch sau nung thiêu kết xác định theo TCVN 6355-1 : 1998 Mẫu đo Phòng Cơng nghệ nhà máy xi măng Long Thọ, Huế Kết trình bày bảng 3.4 hình 3.9 Bảng 3.4 Cường độ bền nén mẫu gạch Cường độ bền nén (Mpa) Ký hiệu mẫu Hàm lượng bùn đỏ % 8500C 9000C 9500C R0 5,3 4,5 25,7 R10 10 5,9 5,3 11,1 R20 20 6,2 6,7 21,6 R30 30 6,9 7,8 45,7 R40 40 7,4 6,3 44,6 R50 50 7,3 9,9 47,2 R60 60 6,2 6,5 20,5 C êng ® é nÐn (MPa) STT 50 950 C 40 TCVN 1451-1998 30 20 900 C 10 850 C 0 10 20 30 40 50 Hàm l ợ ng bù n đ ỏ (%) Hình 3.9 Cường độ bền nén mẫu gạch 30 60 Từ kết thu được, nhận thấy: cường độ bền nén mẫu nung nhiệt độ 8500C, 9000C thấp, chứng tỏ gạch chưa thiêu kết Khi tăng nhiệt độ nung lên 9500C, cường độ bền nén mẫu tăng mạnh Mặt khác, cường độ bền nén phụ thuộc vào hàm lượng bùn đỏ Khi tăng hàm lượng bùn đỏ phối liệu từ 10 đến 50%, cường độ bền nén mẫu gạch tăng lên Tuy nhiên, tiếp tục tăng hàm lượng bùn đỏ lên 60% cường độ bền nén giảm mạnh Theo chúng tôi, tăng hàm lượng bùn đỏ đồng thời làm tăng hàm lượng kiềm, thúc đẩy trình thiêu kết sản phẩm Tuy nhiên, hàm lượng bùn đỏ lớn (60%), lượng đất sét giảm làm giảm mạnh hàm lượng SiO2, Al2O3 Tỉ lệ pha tinh thể pha lỏng giảm mạnh làm cho cường độ sản phẩm giảm Đối chiếu với TCVN 1451 : 1998 cường độ bền nén tối thiểu gạch 35 Mpa Theo số liệu mẫu gạch có hàm lượng bùn đỏ 30-50%, nung 950 0C có cường độ bền nén đạt TCVN Trong mẫu R50 có cường độ tốt 47,2 Mpa Điều chứng tỏ phế thải bùn đỏ nguồn nguyên liệu thay tỉ lệ đất sét thành phần phối liệu để sản xuất gạch nung thích hợp 3.3.1.2 Khối lượng thể tích Khối lượng thể tích đại lượng để đánh giá mức độ thiêu kết gạch Khi trình thiêu kết xảy thể tích viên gạch giảm khối lượng thể tích tăng lên Kết xác định khối lượng thể tích trình bày bảng 3.5 hình 3.10 Bảng 3.5 Khối lượng thể tích mẫu gạch Khối lượng thể tích (g/cm3) STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng bùn đỏ % 850oC 900oC 950oC R0 1.757 1.721 1.972 R10 10 1.572 1.648 1.950 R20 20 1.573 1.570 2.036 R30 30 1.619 1.653 1.981 R40 40 1.570 1.669 1.952 R50 50 1.645 1.705 1.950 R60 60 1.479 1.643 2.054 31 o 950 C 2.0 Khèi l ỵ ng thĨ tÝch (g/cm ) 2.1 1.9 1.8 1.7 o 900 C 1.6 1.5 o 850 C 1.4 10 20 30 40 50 60 Hµm l ỵ ng bï n ® (%) Hình 3.10 Khối lượng thể tích mẫu gạch Từ kết thu được, chúng tơi nhận thấy: Khối lượng thể tích mẫu nung nhiệt độ 8500C, 9000C thấp, dao động từ 1,5 – 1,7g/cm 3, chứng tỏ gạch chưa thiêu kết, lỗ rỗng nhiều Khi tăng nhiệt độ nung lên 950 0C, khối lượng thể tích tăng mạnh, dao động từ 1,9 -2,1 g/cm Mặt khác, Khối lượng thể tích phụ thuộc vào hàm lượng bùn đỏ Khi tăng hàm lượng bùn đỏ phối liệu từ 10 đến 20%, khối lượng thể tích mẫu gạch tăng lên, tiếp tục tăng hàm lượng bùn đỏ phối liệu từ 20 đến 50%, khối lượng thể tích mẫu gạch giảm liên tục Tuy nhiên, tiếp tục tăng hàm lượng bùn đỏ lên 60% khối lượng thể tích tăng lên Theo chúng tơi, tăng hàm lượng bùn đỏ làm tăng hàm lượng kiềm, đồng thời tăng hàm lượng pha lỏng, lấp đầy lỗ trống bên mẫu gạch đó, làm giảm thể tích mẫu gạch nên khối lượng thể tích tăng mẫu R20 R60 Tuy nhiên, mẫu R30-R50 khối lượng thể tích lại giảm Điều giải thích phân hủy khống hematite có thành phần bùn đỏ làm giảm khối lượng mẫu Fe2O3→ Fe3O4 + O2 Đối chiếu với TCVN 1451 : 1998 khối lượng thể tích gạch 1,6 g/cm Theo số liệu mẫu gạch có hàm lượng bùn đỏ 10-60%, nung 950 0C có khối lượng thể tích đạt TCVN Điều chứng tỏ phế thải bùn đỏ nguồn 32 nguyên liệu thay tỉ lệ đất sét thành phần phối liệu để sản xuất gạch nung thích hợp 3.3.1.3 Độ co sau nung Độ co nung tiêu chí đánh giá độ ổn định thể tích viên gạch, phụ thuộc vào số lượng kích thước lỗ trống, hàm lượng pha lỏng pha khí tạo thành trình nung Độ co nung tỉ lệ nghịch với số lượng, kích thước lỗ trống tỉ lệ thuận với pha khí Kết xác đinh độ co nung trình bày ởbảng 3.6 hình 3.11 Bảng 3.6 Độ co nung mẫu gạch Độ co nung (%) STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng bùn đỏ % 850oC 900oC 950oC R0 0.0 0.9 15.0 R10 10 0.0 2.5 17.0 R20 20 0.0 1.0 18.0 R30 30 0.0 3.1 22.8 R40 40 3.6 6.6 23.4 R50 50 2.0 9.3 25.0 R60 60 1.1 9.8 26.3 30 25 o 950 C § é co (%) 20 15 10 o 900 C o 850 C -5 10 20 30 40 50 Hàm l ợ ng bù n ® (%) Hình 3.11 Độ co nung mẫu gạch 33 60 Từ kết thu được, nhận thấy: Độ co nung mẫu gạch nhiệt độ 8500C, 9000C thấp, chứng tỏ gạch chưa thiêu kết Khi tăng nhiệt độ nung lên 9500C, độ co nung mẫu tăng mạnh Mặt khác, độ co nung phụ thuộc vào hàm lượng bùn đỏ Khi tăng hàm lượng bùn đỏ phối liệu từ 10 đến 60%, độ co nung mẫu gạch tăng lên Theo chúng tơi, tăng hàm lượng bùn đỏ đồng thời làm tăng hàm lượng pha nóng chảy lấp đầy lỗ rỗng bên mẫu gạch, thúc đẩy trình thiêu kết sản phẩm, làm cho mẫu gạch sít đặc lại Theo số liệu mẫu gạch có hàm lượng bùn đỏ 10-60%, nung 950 0C có độ co nung lớn, chứng tỏ mức độ thiêu kết cao Tuy nhiên lại không ổn định thể tích Do đó, muốn sản xuất mẫu gạch có độ ổn định thể tích cần tính tốn lượng dư phối liệu phù hợp 3.3.1.4 Độ hút nước Các mẫu xác định độ hút nước theo TCVN 6355-4 :1998 Kết thu trình bày ởbảng 3.7 hình 3.12 Bảng 3.7 Độ hút nước mẫu gạch Độ hút nước(%) STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng bùn đỏ % 850oC 900oC 950oC R0 bị vữa 22.9 12.3 R10 10 26.3 23.0 11.5 R20 20 28.4 23.4 12.6 R30 30 27.6 25.2 14.7 R40 40 28.9 27.1 16.1 R50 50 30.0 26.8 18.3 R60 60 31.2 27.5 21.8 34 o 850 C § é hót n í c (%) 30 o 900 C 25 o 950 C 20 TCVN 1451-1998 15 10 10 20 30 40 50 60 Hàm l ợ ng bù n đỏ (%) Hình 3.12 Độ hút nước mẫu gạch Từ kết thu được, nhận thấy: Độ hút nước mẫu nung nhiệt độ 8500C, 9000C lớn, chứng tỏ gạch chưa thiêu kết Khi tăng nhiệt độ nung lên 9500C, độ hút nước mẫu giảm mạnh Mặt khác, độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng bùn đỏ Khi tăng hàm lượng bùn đỏ phối liệu từ 10 đến 60%, độ hút nước mẫu gạch tăng lên Theo chúng tôi, tăng hàm lượng bùn đỏ đồng thời tăng hàm lượng kim loại nặng sản phẩm gạch làm giảm độ dẽo phối liệu gây khó khăn việc nén ép, sản phẩm xuất nhiều vết nức làm ảnh hưởng đến mức độ thiêu kết sản phẩm Đối chiếu với TCVN 1451 : 1998 độ hút nước gạch 16% Theo số liệu mẫu gạch có hàm lượng bùn đỏ 10-50%, nung 950 0C có độ hút nước đạt TCVN Điều chứng tỏ phế thải bùn đỏ nguồn nguyên liệu thay tỉ lệ đất sét thành phần phối liệu để sản xuất gạch nung thích hợp 3.3.1.5 Độ thải kiềm độ phóng xạ Các mẫu sản xuất từ điều kiện thích hợp tiến hành kiểm tra độ thải kiềm theo TCVN 6355:1998 Độ phóng xạ phân tích thiết bị RIKEN KEIKE RD-2E, Nhật Bản, theo phương pháp đo thường quy Kỹ thuật Viện Sức khỏe nghề nghiệp mơi trường – Bộ Y tế, Phòng phân tích mơi trường, Khoa sức khỏe nghề nghiệp – Trung tâm Y tế dự phòng Thừa Thiên Huế Kết trình bày bảng 3.8 3.9 35 Bảng 3.8 Giá trị pH mẫu gạch Độ thải kiềm (pH) STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng bùn đỏ % 850oC 900oC 950oC R0 6,99 6,67 6,70 R10 10 6,66 6,69 6,78 R20 20 7,69 6,73 6,74 R30 30 7,07 7,06 6,80 R40 40 7,08 7,20 6,9 R50 50 7,43 7,36 6,9 R60 60 7,85 7,80 7,63 Bảng 3.9 Giá trị độ thải kiềm độ phóng xạ Gạch xây nung Gạch gạch bê tông M15 Độ bền nước (Mpa) pH Độ phóng xạ (µSv/h) Độ bền nước (Mpa) pH Độ phóng xạ (µSv/h) 41,5 7,65 0,3 - 8,5 - Từ kết thu được, nhận thấy: độ thải kiềm mẫu gạch nung nhiệt độ 8500C, 9000C, 9500C ổn định, khơng có biến đổi lớn Dao động từ 6,5 đến 7,8 Theo chúng tôi, nung nhiệt độ cao, hàm lượng kiềm bị hòa tan nằm cấu trúc tinh thể sản phẩm Kết cho thấy, độ phóng xạ sản phẩm gạch nung thấp mức độ phóng xạ vỏ trái đất (0,3-0,5 µSv/h) Theo số liệu mẫu gạch có hàm lượng bùn đỏ 10-60%, nung 950 0C có độ thải kiềm từ 6,7 đến 7,6 Gíá trị an toàn với sứ khỏe người Điều chứng tỏ phế thải bùn đỏ nguồn nguyên liệu thay tỉ lệ đất sét thành phần phối liệu để sản xuất gạch nung thích hợp 3.3.2.Các đặc trưng Sau khảo sát tính chất lí gạch nung Chúng tơi nhận thấy mẫu R50 có chất lượng tốt nhất.Do chúng tơi chọn mẫu R50 để tiếp tục nghiên cứu đặc trưng Bảng 3.9 Các tính chất lý mẫu gạch nung R50 36 Nhiệt độ nung (0C) Cường độ bền nén (Mpa) Độ hút nước (%) Độ co nung (%) Khối lượng thể tích (g/cm3) Độ kiềm tan pH 950 47,2 18,3 25 1,95 6,9 3.3.2.1 Thành phần pha Để xác định thành phần pha tinh thể mẫu R50, sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kết trình bày hình 3.12 Q: Quartz Q 200 Cps C êng ®é nhiƠu x¹ H: Hematite H Q H Q Q 950 C 900 C 850 C 10 20 30 40 50 60 70 80 o Gãc nhiƠu x¹ , 2θ ( ) Hình 3.13 Giản đồ XRD mẫu gạch Từ giản đồ XRD, nhận thấy: thành phần pha tinh thể mẫu gạch nung chủ yếu hematite (Fe 2O3), loại khống có bùn đỏ Ngoài ra, pic đặc trưng quartz xuất rõ rệt, loại khoáng chủ yếu nằm nguyên liệu đất sét ban đầu.Các pic đặc trưng pha mullite khơng thấy xuất hiện, pha tồn trạng thái vi tinh thể vơ định hình So sánh với giản đồ XRD đất sét bùn đỏ, thấy pic nhiễu xạ đặc trưng pha goethite gibbsite khơng xuất hiên Điều giải thích khoáng phân hủy nung gạch tồn trạng thái vơ định hình 3.3.2.2 Vi cấu trúc mẫu Để quan sát vi cấu trúc bên gạch, tiến hành đập vỡ viên gạch quan sát bề mặt mãnh vỡ sát hiển vi điện tử quét (Scanning Electron 37 Microscope - SEM) Mẫu đo Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Kết trình bày hình 3.12 Hình 3.14 Ảnh SEM mẫu gạch nung Từ kết SEM, nhận thấy: cấu trúc bên gạch đặc sít, khơng xuất lỗ rỗng có kích thước lớn bất thường bên vật liệu Các hạt vật liệu sau thiêu kết gắn kết với nhau,kích thước hạt dao động từ 0,3 -0,6 µm, kích thước lỗ trống dao động từ 0,2 -0,6 µm Chính điều làm cho cường độ bền nén mẫu cao 38 KẾT LUẬN Qua trình thực đề tài, rút số kết luận sau: Đã tìm điều kiện thích hợp để sản xuất gạch nung từ bã thải bùn đỏ Tân Bình Thành phố Hồ Chí Minh đất sét Hương Thủy - Thừa Thiên Huế: - Tỷ lệ phối liệu bùn đỏ/đất sét: 50/50 (theo khối lượng); - Độ ẩm phối liệu: 15%; - Lực ép tạo hình: 250 kG/cm2; - Nhiệt độ nung: 9500C; - Thời gian lưu: 1,0 Đã xác định tính chất lý gạch sau nung, sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng tương đương gạch nung M200 theo TCVN 1451:1998: - Cường độ bền nén: 47,2 Mpa; - Độ hút nước: 18,3%; - Độ co sau nung: 25%; - Khối lượng thể tích: 1,95 g/cm3; - Độ thải kiềm: pH = 6,9; - Độ phóng xạ: 0,3 µSv/h Đã xác định số đặc trưng sản phẩm gạch nung Thành phần pha tinh thể chủ yếu Hematite (Fe2O3) Quartz (α-SiO2) Cấu trúc bên gạch đặc sít, khơng xuất lỗ rỗng có kích thước lớn bất thường, hạt vật liệu sau thiêu kết gắn kết với nhau, kích thước dao động từ 0,3 -0,6 µm 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phạm Ngọc Nguyên (2004), Giáo trình Kỹ thuật phân tích vật lý, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Phan Văn Tường (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh [3] S.S Amritphale, A Anshul, N Chandra, N Ramakrishnan (2007), “Anovel process for making radiopaque materials using bauxite - Red mud”, Journal of the European Ceramic Society, 27, p.1945-1951 [4] M Ochsenkuhn-Petropulu, Th Lyberopulu, KM Ochsenkuhn, G Parissakis (1996), “Recovery of lanthanides and yttrium from red mud by selective leaching”, Analytica Chinica Acta, 319, p 249-254 [5] Jiakuan Yang, Bo Xiao (2008), “Development of unsintered construction materials from red mud”, Construction and Building Materials, 22, p 22992307 [6] Jiakuan Yang, Dudu Zhang, Jian Hou, Baoping He, Bo Xiao (2008), “Preparation of glass-ceramics from red mud in the aluminium industries”, Ceramics international, 34, p 125-130 [7] Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao (2009), “Application of Bayer red mud for iron recovery and building material”, Journal ò Hazardous Materials, 161, p 476-478 [8] S Agatzini-Leonardou, P Oustadakis, PE Tsakiridis, Ch Markopoulos (2008), “Titanium leaching from red mud by diluted sulfuric acid”, Journal of Hazardou Materials, 157, p 579-586 [9] Pan Zhibua, Li Dongxu, Yu Jian, Yang Nanru (2003), “Properties and microstructure of the hardened alkali-activated red”, Cement and Concrete Research, 33, p 1437-1441 [10] PE Tsakiridis, S Agatzini-Leonardou, P Oustadakis (2004), “Red mud addition in the raw meal for the production of”, Journal Hazardous Materials, B116, p 103-110 [11] Valeria FF Barbosa, Kenneth J.D Mackenzie, Clelio Thaumaturgo (2000), “Synthesis and characterisation of materials based on inorganic”, international 40 Inorganic Materials, 2, p 309-317 [12] J Pera, R Boumaza, J Ambroise (1997), “Development of a Pozzolanic Pigment From Red mud”, Cemen and Concrete Research, 27, p 1513-1522 [13] Ali Tot, Nadile Danaoglu, Culsin Arslan, Yunus Cengeloglu (2009), “Removal of fluoride from water by using granular red mud Batch and”, Jounal of Hazardous Materials, 164, p 271-278 [14] Hongtao He, Qinyan Yue, Yuan Su, Baoyu Gao, Jingzhou Wang, Hui Yu (2012), “Preparation and mechanism of the sintered bricks produced from Yellow River silt and red mud”, Jounal of Hazardous Materials, 203-204, p 53-64 [15] Vincenzo M.Sglavo, Stefano Mảuina, Alexia Conci, Antonio Salviati, Giovanni Carturan, Giorgio Cocco (2000), “Bauxite ‘red mud’ in the ceramic industry Part production of clay-based ceramics”, Jounal of the Eyropean Ceranic Society, 20, p 245-252 [16] Lianyang Zhang (2013), “Production of bricks from waste materials – A review”, Construction and Building Materials, 47, p 643-655 [17] L Pérez-Willarejo, F.A Corpas-Lglesias, S Martinez-Martinez, R Artiaga, J Pascual-Cosp (2012), “Manufacturing new ceramic materials from clay and red mud derived from the aluminium industry”, Construction and Building Materials, 35, p 6256-6625 [18] Anuj kumar Sanjay kumar (2013), “Development of paving blocks from synergistic use of red mud and fly ash using geopolymerization”, Construction and Building Materials, 38, p 865-871 [19] J Davidovits (1994), “High-Alkali Cements for 21st Century Concretes In Concrete Technology, Past, Present and Future”, Proceedings of V Mohan Malhotra Symposium, 144, p 383-397 [20] J.I.Goldstein, C.E.Lyman, D.E.Newbury,E Lifshin, P.Echlin, L.Sawyer, D.C.Joy, J.R.Michael (2003), “ScanningElectronMicoscopyandX-RayMicroanalysis”, PlenumPublishers,NewYork, USA [21] H He, Q Yue, Y Su, B Gao, Y Gao, J Wang, H Yu (2012), “Preparation and mechanism of the sintered bricks produced from Yellow River silt and red mud”, Journal of Hazardous Materials, 203-204, p 53-61 [22] W Liu, J Yang, B Xiao (2009), “Application of Bayer red mud for iron recovery and building material production from alumosilicate residues”, Journal of Hazardous Materials, 161, p 474-478 41 [23] N Yalcin, V Sevinc (2009), “Utilization of bauxite waste in ceramic glazes, Ceramics International”, 26, p 485-493 [24] J Yang, B Xiao (2008), “Development of unsintered construction materials from red mud wastes produced in the sintering alumina process”, Construction and Building Materials, 22, p 2299 - 2307 [25] J He, Y Jie, J Zhang, Y Yu, G Zhang (2013), Synthesis and characterization of red mud and rice husk ash-based geopolymer composites, Cement & Concrete Composites, Dept of Civil and Environmental Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA 70803, USA, p 108-118 Internet [26] http://en.wikipedia.org/wiki/Boxite [27] http://www.dupreminerals.com/vi/products/precision-casting/mullite-55 [28] http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB%87_Bayer [29] http://www.nhandan.com.vn/mobile/_mobile_khoahoc/_mobile_moitruong/ite m/26273302.html [30] http://gachkhangminh.vn/vn/tin-tuc/tin-tuc-su-kien/ong-le-van-toi-vu-truongvu-vat-lieu-xay-dung-bo-x_103_340_55.newsd [31] http://www.phudien.vn/kien-thuc/gach-tuynel/yeu-cau-ki-thuat-dat-set-de-san[32] [33] [34] [35] xuat-gach-ngoi-nung.html https://vi.wikipedia.org/wiki/B%C3%B9n_%C4%91%E1%BB%8F https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BA%A5t_s%C3%A9t http://vi.wikioedia.org/wiki/Sự_cố_nhà_máy+alumin+Ajka http://vi.wikipedia.org/wiki/Bùn_đỏ PHỤ LỤC 42 43 ... động bùn đỏ đến môi trường khả tận dụng nguôn bã thải bùn đỏ Giảm lượng đất sét sử dụng gạch nung mà nghiên cứu đề tài Nghiên cứu sử dụng bã thải bùn đỏ để sản xuất gạch nung dùng làm vật liệu xây. .. PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu 2.1.1 Xác định đặc trưng nguyên liệu - Nghiên cứu đặc trưng bùn đỏ - Nghiên cứu đặc trưng đất sét 2.1.2 Nghiên cứu tổng hợp gạch nung từ bùn đỏ đất sét Nghiên. .. xuất thép từ bùn đỏ chuyển giao công nghệ cho công ty cổ phần thép Thái Hưng để sản xuất công nghiệp [28] Các nghiên cứu tận dụng bùn đỏ để sản xuất vật liệu xây dựng chưa có ứng dụng thực tế