[2] - Sử dụng bùn đỏ làm nguyên liệu sản xuất các sản phẩm vật liệu xây dựng như: sản xuất gạch xây, tổng hợp titania và ferrotitannium, sản xuất gạch có mật độ thấp, tổng hợp bột kim lo
TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Bauxite là một dạng Laterite với hàm lượng oxit nhôm cao (trên 40% [21],
Bauxit được đặt theo tên ngôi làng Les Baux ở miền Nam nước Pháp, được phát hiện bởi nhà địa chất Pierre Berthier vào năm 1821 Quá trình hình thành bauxit liên quan đến việc nước mưa hòa tan và loại bỏ các hợp chất silica khỏi đá chứa nhôm trong điều kiện khí hậu thuận lợi.
Bauxit có thể hiện diện ở dạng rời hạt (hoặc kết dính) hay dạng khối (tảng đá xốp) được tìm thấy ở dạng thảm, túi, lớp hoặc tích tụ và hầu hết các dạng này đều lộ thiên hoặc nằm sát mặt đất
Hình 1.1: Hai d ạ ng c ủ a Bauxite t ự nhiên
Trong thành phần của Bauxit chứa các khoáng chính như sau: [9]
B ả ng 1.1: Các khoáng có trong Bauxite
Gibbsite Al2O3.3H2O Boehmite Al 2 O 3 3H 2 O : tồn tại dưới dạng γ-AlO(OH) tinh thể trực thoi Diaspore Al 2 O 3 3H 2 O : tồn tại ở dạng α-AlO(OH) tinh thể trực thoi Hematite Fe2O3
Phần I: Tổng quan Luận văn tốt nghiệp
Ilmentite FeTiO 3 Anatase TiO 2 tạo mạng 4 phương tâm khối Rutile TiO2 tạo mạng tứ phương tâm khối Brookite TiO 2 tạo mạng trực thoi
Halloysite Al2O3.2SiO2.3H2O Kaolinite Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O Quartz SiO 2
Từ bauxite ta có thể tách ra oxit nhôm, sơ đồ công nghệ như sau:
Hình 1.2 : Sơ đồ tách oxit nhôm t ừ Bauxite
Công nghệ Bayer Al(OH) 3
Bùn đỏ (Red mud) Chiếm tỉ lệ 1 – 1.5 tấn/tấn Al(OH) 3
Bùn đỏ (Red mud) Dung di ch Na OH loã ng
Tinh luyện (Tuyển nổi, làm giàu) Đất thải màu đỏ (Bùn đỏ đuôi quặng)
Phần I: Tổng quan Luận văn tốt nghiệp
Chính nhờ vào hàm lượng oxit nhôm cao nên bauxite trở thành một tài nguyên qu ý giá cho những quốc gia giàu quặng bauxite và đây là tiền đề cho việc phát triển công nghiệp sản xuất oxit nhôm ở các quốc gia này Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích to lớn mà nền công nghệp này mang lại thì cũng xuất hiện nhiều hậu quả nghiêm trọng về môi trường, sinh thái, kinh tế, … khiến các nước có nền công nghiệm sản xuất oxit nhôm từ bauxite vẫn còn đang đau đầu tìm phương án giải quyết sao cho có hiệu quả nhất
Nhưng hậu quả chính là do bùn đỏ thải ra trong quá trình sản xuất oxit nhôm từ quặng bauxite Theo như sơ đồ ở hình 1.1 thì có 2 loại bùn đỏ phát sinh ra trong suốt quá trình là bùn đỏ đuôi quặng và bùn đỏ Hai loại bùn đỏ này có tính chất hoàn toàn khác nhau và cũng có hướng xử lý khác nhau
- Bùn đỏ đuôi quặng: là phế phẩm của quá trình tinh lọc cơ học mỏ tự nhiên (không qua sử dụng hoá chất), loại bùn đỏ này không chứa xút cho nên có độ pH không cao
- Bùn đỏ sau công nghệ Bayer: đây là phế phẩm sau công đoạn Bayer, đặc điểm của nó là chứa lượng bazơ rất lớn (pH > 13.5)
Một số tác hại cụ thể mà bùn đỏ gây ra:
Ước tính cứ 1 tấn Alumina thành phẩm thải ra 3 tấn bùn đỏ trong đó bùn đỏ đuôi quặng chiếm 1-1,6 tấn Lượng bùn đỏ này chiếm diện tích lớn so với mặt bằng sản xuất Theo nghiên cứu, mỗi năm cần 1 km2 để chứa chất thải cho 1 triệu tấn Alumina thành phẩm.
- Đặc trưng của bựn đỏ là cú kớch thước nhỏ (nhỏ đến kớch cỡ àm) Do đú khi khô, các bãi trữ bùn đỏ thường là nguồn phát tán bụi vào không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc trực tiếp với bụi này lâu dài sẽ gây nên các bệnh về da, mặt, bệnh phổi silic, …
Phần I: Tổng quan Luận văn tốt nghiệp
- Nước thải từ bùn đỏ tiếp xúc với da gây hại như ăn da, gây mất độ nhờn làm da khô ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy, loét mủ ở vết rách xước trên da … (đối với bùn đỏ hình thành sau công nghệ Bayer)
- Trong bùn đỏ chứa một lượng kiềm rất lớn (có pH > 13.5), chính hàm lượng kiềm này gây thoái hoá đất trồng Đặc biệt khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài
- Lượng bùn này còn phát tán mùi hôi, hơi hoá chất làm ô nhiễm, ăn mòn các loại vật liệu (đối với bùn đỏ hình thành sau công nghệ Bayer) [2]
Với những tác hại như vậy thì hiện nay, trên thế giới, bùn đỏ đã được tính toán xử lý theo những hướng sau đây:
Để xử lý bùn thải, ban đầu người ta áp dụng biện pháp đổ bùn xuống biển hoặc đổ vào sa mạc Tuy nhiên, về sau hai biện pháp này không còn hiệu quả vì chúng gây ô nhiễm môi trường biển và không thể áp dụng với những quốc gia không có sa mạc.
- Bùn đỏ được tách để lấy phần rắn Phần rắn này sẽ được dùng để san lắp mặt đất hoặc đem thải vào sa mạc Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là thời gian đóng rắn của bùn đỏ rất chậm và bùn đỏ có thể gây sa mạc hoá đất trồng do trong phần rắn bùn đỏ vẫn có một hàm lượng NaOH [2]
- Xử lý bùn đỏ bằng cách trung hoà pH để nâng cao giá trị của bùn đỏ
Theo phương pháp này bùn đỏ có giá trị pH rất lớn sẽ được trung hoà bằng cách trộn nước biển Do trong nước biển có chứa nhiều ion Ca 2+ và Mg 2+ khi thêm vào bùn đỏ sẽ làm giảm độ pH của bùn đỏ do quá trình tạo thành của các hợp chất như [Mg(OH) 6 ], [Mg 3 Al 2 CO 3 (OH) 6 4H 2 O], [Ca2Al(OH)7.3H2O] và [Ca2All2.3H2O] Những hợp chất này lắng xuống
Phần I: Tổng quan Luận văn tốt nghiệp làm giảm độ pH của bùn đỏ Vấn đề khó khăn nhất của phương pháp này chính là sự điều khiển hàm lượng Ca 2+ , Mg 2+ trong nước để hiệu quả lắng cao nhất [2] Tuy nhiên, về sau, phương pháp giải quyết này không còn được cho phép áp dụng nữa vì gây nên ảnh hưởng xấu đến môi trường biển
- Dùng bùn đỏ như là một phụ gia trong công nghệ sản xuất gốm sứ: do trong bùn đỏ có chứa một lượng oxit sắt rất cao cho nên bùn đỏ được sử dụng làm cải thiện màu sắc của gạch và làm phụ gia trong sản xuất bột màu vô cơ Bùn đỏ còn được dùng như phụ gia giảm nhiệt độ nung Tuy nhiên, phương pháp này chỉ sử dụng một lượng bùn đỏ rất nhỏ nên không giải quyết triệt để được vấn đề [2]
- Dùng bùn đỏ làm lớp phủ bề mặt cường độ cao cho các vật liệu ceramic và kim loại Lớp phủ được tạo thành bằng cách phun Plasma bùn đỏ lên các bề mặt vật liệu cần xử lý một lớp rất mỏng Lớp phủ này có tác dụng làm tăng độ cứng và các tính chất bề mặt của sản phẩm [2]
Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài
Từ thành phần hóa học và thành phần khoáng vật của bùn đỏ đuôi quặng, có thể sử dụng bùn đỏ làm cốt liệu mịn sản xuất gạch không nung Với thành phần opal vô định hình, bùn đỏ không chỉ đóng vai trò cốt liệu mịn mà còn góp phần gia tăng độ bền cho gạch không nung.
Bên cạnh đó những tồn tại của quá trình khai thác bauxite và hiện trạng sản xuất cũng như tiềm năng phát triển của gạch không nung của nước ta hiện nay, ta nhận thấy rằng việc sử dụng nguyên liệu thải từ quá trình làm giàu Alumina từ quặng bauxite để sản xuất gạch không nung là vấn đề cần thiết và mang một nghĩa rất lớn
Sản xuất gạch không nung từ nguyên liệu bùn đỏ sẽ giải quyết được những vấn đề về môi trường, sinh thái đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế hết sức to lớn Đồng thời sử dụng nguồn nguyên liệu thải để sản xuất gạch không nung sẽ tiết kiệm một khoảng chi phí năng lượng cho việc nung sản phẩm, giảm khí thải của quá trình nung đồng thời không xâm hại đến tài nguyên đất canh tác của người dân
Ngoài ra, những khu vực khai thác bauxite thường là những vùng dân cư nghèo, công nghiệp không phát triển, đời sống người dân còn gặp nhiều khó khăn
Cho nên, nếu các nhà máy sản xuất gạch không nung được hình thành tại những vùng này thì bên cạnh việc giải quyết nguồn thải rắn phát sinh tại chỗ từ quá trình tinh lọc bauxite còn góp phần tạo công ăn việc làm, cung cấp sản phẩm tại chỗ với giá thành rẽ giúp nâng cao đời sống người dân địa phương
Vì lẽ đó, nếu đề tài thành công và được triển khai áp dụng rộng rãi thì sẽ đóng góp một phần không nhỏ vào việc giải quyết các vấn đề về kinh tế và xã hội còn tồn tại như đã nêu ở trên
Phần II: Cơ sở lý thuyết Luận văn tốt nghiệp
PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Gạch không nung
Gạch không nung là gạch được sản xuất theo công nghệ không có lò nung
Kỹ thuật tạo hình chủ yếu theo công nghệ ép, và đùn Nhìn chung, gạch không nung gồm có 2 thành phần chính:
- Cốt liệu: trong gạch không nung có 2 dạng cố liệu là dạng thô ( đá mi, sỏi, …), và dạng mịn như: bùn, đất, cát, đá bụi, …
- Chất kết dính: chất kết dính sử dụng có 2 dạng là chất kết dính tự nhiên và chất kết dính nhân tạo
Chất kết dính tự nhiên: gồm có opal vô định hình (SiO2.nH 2 O) tạo cường độ nhờ tạo liên kết dạng polymer sau một thời gian bảo dưỡng và Ca(HCO3) tạo cường độ nhờ việc hình thành đá vôi CaCO3 sau thời gian dưỡng hộ trong không khí Nhìn chung, 2 loại chất kết dính này thường phát triển cường độ chậm tuy nhiên giá thành của chúng thường thấp; đặc biệt, opal vô định hình thường có trong một số loại đất và rất tiện dụng khi ta sử dụng những loại đất này làm cốt liệu mịn khi sản xuất gạch
Chất kết dính nhân tạo như: xi măng, thạch cao, chất kết dính dùng photphat, chất kết dính nguồn gốc vô cơ (bột gạo, ri đường), vôi, thủy tinh lỏng, … Trong đó xi măng là chất kết dính phổ biến hiện nay Ưu điểm của chúng là tạo cường độ nhanh trong những ngày tuổi sớm nên thuận lợi khi dùng trong sản xuất công nghiệp, tuy nhiên nhược điểm của chúng là giá thành còn khá cao
Ngoài ra, trong một số trường hợp người dùng cũng có thể sử dụng thêm một số loại phụ gia khác Phụ gia này thường chứa các khoáng hoạt tính có tác dụng cải thiện tính chất của vật liệu composite, tăng cường liên kết giữa ma trận và cốt liệu, giúp vật liệu bền chắc hơn.
Phần II: Cơ sở lý thuyết Luận văn tốt nghiệp tính như SiO2 hoạt tính và Al2O 3 hoạt tính như: tro xỉ, diatomite, metacaolanh, …
Gạch không nung sử dụng chất kết dính trộn đều bao quanh hạt cốt liệu để sau khi đóng rắn, chất kết dính sẽ làm nhiệm vụ liên kết các hạt cốt liệu thành một khối vững chắc
Như vậy, đối với cấp phối gạch không nung, cường độ cơ học của cốt liệu càng cao càng tốt Đối với một số loại đất, đất pha cát, pha sỏi làm cốt liệu thì cỡ hạt không quá mịn
