ĐỒ án tốt nghiệp xử lý bùn đỏ được ứng dụng trong trong ngành công nghiệp hấp phụ và xử lý khí thải, đó là biến đổi bùn đỏ thành vật liệu có khả năng xử lý không khí ô nhiễm, đặc biệt là nguồn khí có lượng CO2 lớn

Bùn đỏ là chất thải không thể tránh khỏi trong quá trình sản xuất alumin. Bùn đỏ bao gồm các thành phần không thể hòa tan, trơ và khá bền vững trong điều kiện phong hóa như Hematite, Natrisilicat, Aluminate, Canxititanat, Monohydrate nhôm… và đặc biệt là có chứa một lượng xút, một hóa chất độc hại dư thừa từ quá trình sản xuất alumin. Trong quá trình sản xuất, các nhà sản xuất sẽ phải cố gắng tối đa để thu hồi lượng xút dư thừa để giảm thiểu chi phí tài chính và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, lượng xút dư thừa vẫn có thể gây độc hại, nguy hiểm cho con người, vật nuôi và cây trồng nếu bị phát tán ra ngoài. Hơn nữa, loại bùn này rất chậm đóng rắn và phải 20 năm lưu giữ mới có thể di chuyển trên nền bùn được. 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, không đảm bảo kỹ thuật. Cho đến nay, trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ (làm vật liệu xây dựng, chất phụ gia trong xi măng, điều chế quặng sắt…) nhưng vẫn chưa có các giải pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề này. Cách thức phổ biến về xử lý bùn đỏ vẫn là xây hồ chứa hoặc chôn cất bùn đỏ ở nơi hoang vắng, gần bờ biển, xa các vùng đầu nguồn các sông suối và các mạch nước ngầm. Như vậy, nếu các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hồ bùn đỏ không đảm bảo, nguy cơ như vỡ đập, hoặc sự cố tràn (khi lượng mưa quá lớn đột xuất) vẫn sẽ là mối nguy thường trực hàng ngày. Việc lựa chọn các phương án xử lý bùn đỏ sau thải được thực hiện tùy theo các nhà máy alumin cụ thể, tuy nhiên hiện nay phương án chôn lấp, hoàn thổ chiếm ưu thế và được áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ đang được nghiên cứu, thử nghiệm vì chi phí để thực hiện cao, hiệu quả kinh tế thấp. Hiện nay, có một phương pháp rất triển vọng để xử lý bùn đỏ được ứng dụng trong trong ngành công nghiệp hấp phụ và xử lý khí thải, đó là biến đổi bùn đỏ thành vật liệu có khả năng xử lý không khí ô nhiễm, đặc biệt là nguồn khí có lượng CO2 lớn. Việc nghiên cứu bùn đỏ là rất cần thiết, kết quả nghiên cứu là cơ sở quan trọng trong việc lựa chọn các điều kiện tối ưu cho quá trình ứng dụng bùn đỏ vào thực tế xử lý.

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương LỜI CẢM ƠN Bằng lòng trân trọng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ts Tống Thị Thanh Hương hướng dẫn, bảo tận tình, chu đáo định hướng cho em suốt thời gian làm đồ án Em xin cảm ơn thầy giáo mơn Lọc Hóa Dầu giúp đỡ tạo điều kiện cho em nghiên cứu thực đề tài Em xin cảm ơn tới anh chị bạn nhiệt tình dẫn tạo mơi trường làm việc thuận lợi chia sẻ khó khăn suốt thời gian qua Lần cuối xin cảm ơn tất người ! Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Hữu Dũng SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN STT Số hình vẽ Hình 1.1 Hình 1.2 Tên hình vẽ Sơ đồ công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp kiềm Bayer Phân bố cỡ hạt mịn thô đặc trưng bùn đỏ Trang Hình 1.3 Sơ đồ thải khơ nhiều lớp Alcoa 18 Hình 1.4 Biến hình thể lỏng/rắn bùn đỏ phụ thuộc áp lực tách 21 11 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 2.1 Hiệu suất lưu giữ số phương pháp lưu giữ bã thải bauxit Sơ đồ cơng nghệ cacbon hóa cho bã thải bauxit Sơ đồ điều chế bùn đỏ thành vật liệu hấp thụ Hình 2.2 Hệ thống xử lý CO2 48 Hình 2.3 Sự phản xạ bề mặt kim loại 49 10 Hình 3.1 54 55 55 11 Hình 3.2 Ảnh hưởng thời gian xử lý CO2 mẫu RM II-NaOH RM III-NaOH Giản đồ nhiễu xạ X-ray RM II-NaOH 12 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ X-ray RM III-NaOH 13 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ X-ray mẫu RM II-NaOH sau hấp thụ CO2 Giản đồ nhiễu xạ X-ray mẫu RM III-NaOH sau hấp thụ CO2 Ảnh SEM mẫu bùn đỏ thơ ban đầu 14 Hình 3.5 15 Hình 3.6 16 Hình 3.7 17 Hình 3.8 Ảnh SEM (a): mẫu RM II-NaOH (b): mẫu RM III-NaOH Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-pH SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 29 30 47 56 56 57 57 58 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp 18 Hình 3.9 19 Hình 3.10 20 Hình 3.11 21 Hình 3.12 22 Hình 3.13 23 Hình 3.14 24 Hình 3.15 25 Hình 3.16 26 Hình 3.17 27 Hình 3.18 GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-200oC 59 Ảnh hưởng thời gian xử lý mẫu RM III200oC Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-400oC 61 61 Ảnh hưởng thời gian xử lý mẫu RM III400oC Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-600oC 63 63 Ảnh hưởng thời gian xử lý mẫu RM III600oC Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-800oC 65 66 Ảnh hưởng thời gian xử lý mẫu RM III800oC Ảnh SEM mẫu RM III-800oC 67 Ảnh hưởng thời gian lên mẫu bùn đỏ xử lý nhiệt độ khác 69 SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 68 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN STT Số hiệu bảng Bảng 1.1 Dự báo thị trường alumin đến năm 2020 Bảng 1.2 Khai thác bauxit giới Bảng 1.3 Hợp chất hoá học số loại bùn đỏ Bảng 1.4 Hợp chất khoáng hoá số loại bùn đỏ 10 Bảng 1.5 Thành phần hóa học pha rắn bùn đỏ 12 Bảng 1.6 Thành phần điển hình bùn đỏ phần lỏng số nhà máy sản xuất nhôm Trung Quốc 34 Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 10 11 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Tên bảng Trang Các mẫu vật liệu thu từ bùn đỏ thơ Kết phân tích thành phần bùn đỏ Khả hấp thụ mẫu RM II-NaOH phụ thuộc vào thời gian Khả hấp thụ mẫu RM III-NaOH phụ thuộc vào thời gian Cấu trúc pha hợp phần mẫu bùn đỏ ổn định pH 46 52 53 53 59 12 Bảng 3.5 Cấu trúc pha RM III-200oC 60 13 Bảng 3.6 Khả hấp phụ mẫu RM III-200oC khoảng thời gian khác Cấu trúc pha RM III-400oC 60 62 16 Bảng 3.9 Khả hấp phụ mẫu RM III-400oC khoảng thời gian khác Cấu trúc pha RM III-600oC 62 64 17 Bảng 3.10 Khả hấp phụ mẫu RM III-600oC khoảng thời gian khác 64 14 Bảng 3.7 15 Bảng 3.8 o 18 Bảng 3.11 Cấu trúc pha RM III-800 C 66 19 Bảng 3.12 Khả hấp phụ mẫu RM III-800oC khoảng thời gian khác Bảng 3.13 Ảnh hưởng thời gian lên nhiệt độ khác 67 68 20 SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương MỞ ĐẦU Bùn đỏ chất thải khơng thể tránh khỏi q trình sản xuất alumin Bùn đỏ bao gồm thành phần hòa tan, trơ bền vững điều kiện phong hóa Hematite, Natrisilicat, Aluminate, Canxi-titanat, Mono-hydrate nhơm… đặc biệt có chứa lượng xút, hóa chất độc hại dư thừa từ trình sản xuất alumin Trong trình sản xuất, nhà sản xuất phải cố gắng tối đa để thu hồi lượng xút dư thừa để giảm thiểu chi phí tài bảo vệ môi trường Tuy nhiên, lượng xút dư thừa gây độc hại, nguy hiểm cho người, vật nuôi trồng bị phát tán Hơn nữa, loại bùn chậm đóng rắn phải 20 năm lưu giữ di chuyển bùn Đặc biệt, khả gây ô nhiễm nguồn nước ngầm cao lưu giữ bùn với khối lượng lớn thời gian dài, không đảm bảo kỹ thuật Cho đến nay, giới có số cơng trình nghiên cứu sử dụng bùn đỏ (làm vật liệu xây dựng, chất phụ gia xi măng, điều chế quặng sắt…) chưa có giải pháp hữu hiệu để giải vấn đề Cách thức phổ biến xử lý bùn đỏ xây hồ chứa chôn cất bùn đỏ nơi hoang vắng, gần bờ biển, xa vùng đầu nguồn sông suối mạch nước ngầm Như vậy, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hồ bùn đỏ không đảm bảo, nguy vỡ đập, cố tràn (khi lượng mưa lớn đột xuất) mối nguy thường trực hàng ngày Việc lựa chọn phương án xử lý bùn đỏ sau thải thực tùy theo nhà máy alumin cụ thể, nhiên phương án chơn lấp, hồn thổ chiếm ưu áp dụng rộng rãi, phương án chế biến bùn đỏ nghiên cứu, thử nghiệm chi phí để thực cao, hiệu kinh tế thấp Hiện nay, có phương pháp triển vọng để xử lý bùn đỏ ứng dụng trong ngành cơng nghiệp hấp phụ xử lý khí thải, biến đổi bùn đỏ thành vật liệu có khả xử lý khơng khí nhiễm, đặc biệt nguồn khí có lượng CO lớn Việc nghiên cứu bùn đỏ cần thiết, kết nghiên cứu sở quan trọng việc lựa chọn điều kiện tối ưu cho trình ứng dụng bùn đỏ vào thực tế xử lý SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương CHƯƠNG - TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan bùn đỏ 1.1.1 Tình hình sản xuất Trên giới, nhơm kim loại màu sử dụng nhiều ngành công nghiệp quan trọng chế tạo thiết bị điện, phương tiện vận tải, xây dựng, chế tạo máy, vũ khí, vật liệu bao gói, đồ đựng nước uống giải khát sản xuất đồ gia dụng Tổng tài nguyên khoáng sản bauxit giới ước đạt 75,2 tỷ tấn, phân bố chủ yếu khu vực nhiệt đới Caribe, Địa Trung Hải vành đai xung quanh xích đạo, người ta cịn tìm thấy quặng bơxít vùng lãnh thổ Úc, Nam Trung Mỹ (Jamaica, Brazil, Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi (Guinea), châu Á (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam), Nga, Kazakhstan châu Âu (Hy Lạp) Tổng lượng tiêu thụ nhôm nguyên sinh giới năm 2007 đạt 38 triệu tấn, đến năm 2012 số lên tới 47,4 triệu tấn, dự báo tăng lên 50 triệu năm 2013 đạt 74,9 triệu vào năm 2020 Trong đó, theo liệu nghiên cứu Cơ quan Thống kê Kim loại Thế giới (WBMS) sản xuất nhơm giới năm 2007 đạt 38,02 triệu tấn, năm 2008 đạt 41,9 triệu đến năm 2020 đạt 78,5 triệu Từ năm 2008 đến 2011 thị trường nhôm xảy dư thừa từ 0,1 - 1,8 triệu tấn/năm, đến giai đoạn từ 2012 đến 2020, nhơm rơi vào tình trạng thiếu hụt khoảng từ 0,3 triệu đến 2,6 triệu tấn/năm Theo đánh giá AOA VAMI RUSAL (Nga), sản lượng alumin (nhôm oxit) giới năm 2007 đạt 74,7 triệu tấn, tăng 6,9% so với năm 2006 tăng 40,1% so với năm 2000 Sự tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng alumin đạt nhu cầu nhôm tăng mạnh, đặc biệt từ nhu cầu Trung Quốc quốc gia thuộc Mỹ La tinh Cũng theo dự báo RUSAL sản lượng alumin giới giai đoạn 2008-2014 tăng khoảng 50 triệu Phần lớn alumin giao dịch thị trường Thế giới thông qua hợp đồng dài hạn, có phần nhỏ, khoảng 10% tham gia vào thị trường trôi Giá alumin thị trường dao động khoảng từ 11-15% so với giá nhơm Nhóm Broc Hunt nghiên cứu thị trường alumin giới cho dự báo dài hạn thị trường alumin đến năm 2020 theo bảng đây: Bảng 1.1: Dự báo thị trường alumin đến năm 2020 [3] SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Đơn vị: Triệu 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2020 Sản lượng 97,7 100,5 104,0 107,0 113,4 118,3 126,8 129,3 148,7 Nhu cầu 95,7 99,4 101,8 107,5 113,1 118,8 127,1 130,3 148,3 Thừa/ Thiếu 2,0 1,1 2,1 -0,5 0,3 -0,5 -0,3 -1,0 0,4 Bauxit tài nguyên khoáng sản dồi Trái đất Từ bauxit thu hồi alumin (Al 2O3), tiếp tục điện phân thu hồi aluminium (nhôm kim loại) Những khoáng vật chủ yếu bauxit là: gippsite, diaspore, boehmite biến dạng đa hình diaspore Khoảng 96% bauxit khai thác sử dụng ngành luyện kim, 4% cịn lại sử dụng ngành cơng nghiệp khác như: Sản xuất vật liệu chịu lửa, gốm sứ, vật liệu mài-đánh bóng, đá trang sức nhân tạo Hơn 90% sản lượng alumin (được gọi alumin luyện kim) sử dụng làm nguyên liệu cho trình điện phân để sản xuất nhơm kim loại, 10% cịn lại sử dụng cơng nghiệp hố chất ngành cơng nghiệp khác Nguồn quặng bauxit tồn giới ước tính khoảng 55-75 tỷ tấn, châu Phi chiếm 33%; châu Đại Dương 24%; Nam Mỹ vùng Caribê 22%; châu Á 15%; nơi khác 6% Tình hình sản xuất bauxit giới thể bảng 1.2: Bảng 1.2: Khai thác bauxit giới [3] (Đơn vị : 1000 tấn) SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp T T Quốc gia 10 11 12 13 14 15 16 Hoa Kỳ Australia Braxin Trung Quốc Hy Lạp Guinea Guyana Ấn Độ Jamaica Kazakhstan Nga Suriname Venezuela Việt Nam Các nước khác Tổng giới (làm tròn) GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Sản lượng khai thác 2007 2008 - - Trữ lượng khai thác 62400 24 800 30 000 220 18 000 600 19 200 14 600 800 400 900 900 30 150 63 000 25 000 32 000 200 18 000 600 20 000 15 000 800 400 500 900 30 800 20 000 800 000 900 000 700 000 600 000 400 000 700 000 770 000 000 000 360 000 200 000 580 000 320 000 100 000 200 000 202 000 205 000 27 000 000 Trữ lượng ban đầu 40 000 900 000 500 000 300 000 650 000 600 000 900 000 400 000 500 000 450 000 250 000 600 000 350 000 400 000 800 000 38 000 000 1.1.2 Công nghệ sản xuất alumin Trong công nghiệp, có số cơng nghệ sản xuất alumin tùy theo loại nguyên liệu chất lượng nguyên liệu Hiện tương lai, 85% alumin giới sản xuất từ quặng bauxit, 10% từ quặng nephelin alunit, 5% từ nguyên liệu khác Điều cho thấy bauxit nguồn nguyên liệu quan trọng sản xuất alumin nói riêng sản xuất nhơm nói chung Nếu ngun liệu bauxit chất lượng tốt (tỷ lệ Al 2O3/SiO2 ≥ 7), hàm lượng SiO2 thấp, áp dụng cơng nghệ Bayer Nếu bauxit chất lượng trung bình, áp dụng phương pháp kết hợp Bayer - thiêu kết song song nối tiếp Nếu bauxit chất lượng xấu, hàm lượng SiO2 cao, áp dụng phương pháp thiêu kết đơn Hiện dự báo tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin giới sản xuất cơng nghệ Bayer Q trình sản xuất alumin thực chất trình làm giàu Al 2O3, nhằm tách lượng Al2O3 bauxit khỏi tạp chất khác (các ơxít…) Alumin luyện kim chuyển hố q trình điện phân bể muối cryolite nóng chảy (Na 3AlF6) để thành nhơm kim loại SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương 1.1.2.1 Sản xuất alumin phương pháp hoả luyện Trong số phương pháp hỏa luyện, phương pháp thiêu kết bauxit với Na2CO3 có tham gia CaCO3 (gọi phương pháp soda-vôi) phương pháp kinh tế ứng dụng công nghiệp Phương pháp thiêu kết dùng để xử lý quặng bauxit có chất lượng trung bình (hàm lượng SiO cao) mà xử lý công nghệ Bayer (công nghệ thủy luyện) khơng có hiệu kinh tế Ngun lý phương pháp hỏa luyện là: Thiêu kết hỗn hợp bauxit, Na 2CO3, CaCO3 lò quay nhiệt độ 1200oC để thực phản ứng sau: Al2O3 + Na2CO3 = NaAlO2 + CO2; SiO2 + CaCO3 = CaO.SiO2 + 2CO2; NaAlO2 rắn sản phẩm từ thiêu kết, dễ tan nước Còn 2CaO.SiO không tan nước vào cặn thải (bùn thải) Phương pháp thiêu kết áp dụng độc lập kết hợp với phương pháp Bayer: song song nối tiếp 1.1.2.2 Sản xuất alumin phương pháp Bayer (phương pháp thuỷ luyện) Công nghệ Bayer Karl Bayer phát minh vào năm 1887 Khi làm việc Saint Petersburg, Nga ông phát triển từ phương pháp ứng dụng alumin cho ngành công nghiệp dệt (nó dùng làm chất ăn mịn nhuộm sợi bông), vào năm 1887, Bayer phát nhôm hydroxit kết tủa từ dung dịch kiềm dạng tinh thể tách lọc, rửa dễ dàng, kết tủa trung hịa dung dịch mơi trường axit dạng sệt khó rửa Vài năm trước đó, Louis Le Chatelier, nhà bác học Pháp lĩnh vực hoá học luyện kim phát triển phương pháp tạo alumin nung bauxit Natri cacbonat (Na2CO3), 1200°C, tạo Natri aluminat (NaAlO2)và nước, sau tạo kết tủa nhơm hydroxit, Al(OH)3, carbon dioxide, CO2, nhôm hidroxit đem lọc làm khơ Q trình không sử dụng phương pháp Bayer đời Công nghệ Bayer trở nên quan trọng ngành luyện kim với phát minh điện phân nhôm vào năm 1886 Cùng với phương pháp xử lý xyanua phát minh vào năm 1887, cơng nghệ Bayer hình thành ngành luyện kim nước đại Ngày nay, công nghệ không thay đổi tạo hầu hết sản phẩm nhôm trung gian giới Để chuyển từ bauxit thành alumin, người ta nghiền quặng trộn với đá vơi soda cốt tích, bơm hỗn hợp vào bình chứa áp lực cao, nung lên Nhơm oxit SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương bị phân giải sođa cốt tích, sau kết tủa, rửa, nung để tách nước Thành phẩm bột màu trắng mịn muối ăn mà ta gọi alumin Công nghệ Bayer phương pháp sản xuất tinh luyện quặng thơ bauxit để sản xuất quặng tinh alumin Trong bauxit có đến 30-54% alumin, Al 2O3, phần lại silica (silic đioxit), nhiều dạng oxit sắt, đioxit titan Alumin phải tinh chế trước sử dụng để điện phân sản xuất nhôm kim loại Trong quy trình Bayer, bauxit bị chuyển hóa luồng dung dịch natri hydroxit (NaOH) nóng lên tới 175°C để trở thành hydroxit nhôm, Al(OH)3 tan dung dịch hydroxit theo phản ứng sau: Al2O3 + 2OH− + 3H2O → 2[Al(OH)4]− Các thành phần hóa học khác bauxit khơng hịa tan theo phản ứng lọc loại bỏ khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ, quặng hay quặng loại quặng bauxit Chính thành phần bùn đỏ gây nên vấn đề môi trường liên quan đến đổ thải, giống loại quặng khống sản kim loại màu nói chung Tiếp theo, dung dịch hydroxit làm lạnh hydroxit nhơm dạng hịa tan phân lắng tạo thành dạng chất rắn, bơng, có màu trắng Khi nung nóng lên tới 1050°C (q trình canxit hóa), hydroxit nhơm phân rã nhiệt trở thành alumin giải phóng nước: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O Bauxit hoà tách với dung dịch kiềm NaOH Lượng Al 2O3 tách dạng NaAlO2 hoà tan tách khỏi cặn khơng hồ tan (gọi bùn đỏ mà chủ yếu ơxít sắt, ơxít titan, ôxít silic…) Dung dịch aluminat, NaAlO2, hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết cho mầm Al(OH)3 để kết tủa Sản phẩm Al(OH) cuối lọc, rửa nung để tạo thành Al2O3 thành phẩm Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ kiềm Bayer giới thiệu hình đây: Bauxit Vơ NaOH Hịa tách Cơ cốt tích hóa SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Bùn 10 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-pH Kết phân tích thành phần cấu trúc pha mẫu RM III-pH cho thấy dạng kết tinh bùn đỏ tồn dạng chủ yếu bao gồm: Dạng gibbsite, geothite, hematite, quartz, Sodium Aluminum Silicat Hydrat Dạng Gibbsite, Geothite, Hematite thành phần tạo tính chất hấp phụ bùn đỏ Kết tập hợp bảng 3.4: Bảng 3.4: Cấu trúc pha hợp phần mẫu bùn đỏ ổn định pH STT Cơng thức hóa học Al(OH)3 FeO(OH) Fe2O3 SiO2 1,08Na2O.Al2O3.1,68SiO2.1,8H2O SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 61 Dạng tồn Gibbsite Geothite Hematite Quartz Sodium Aluminum Silicat Hydrat Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương 3.3.2 Mẫu RM III-pH xử lý nhiệt độ 200oC Đặc điểm cấu trúc vật liệu xác định qua kết đo X-ray, thể rõ hình 3.9: Hình 3.9: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-200oC Kết cho ta thấy, nung mẫu RM III nhiệt độ 200 oC thành phần pha RM III không thay đổi nhiều so với ban đầu, tín hiệu pic Hematite tăng dần tín hiều pic Geothite giảm dần, thay đổi dịch chuyển pha từ dạng FeO(OH) dạng Fe2O3 tăng nhiệt độ Kết tập hợp bảng 3.5: Bảng 3.5: Cấu trúc pha RM III-200oC STT Công thức hóa học Al(OH)3 FeO(OH) Fe2O3 SiO2 1,08Na2O.Al2O3.1,68SiO2.1,8H2O SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 62 Dạng tồn Gibbsite Geothite Hematite Quartz Sodium Aluminum Silicat Hydrat Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Thực nghiệm tiến hành xử lý CO tiến hành theo sơ đồ nghiệm hình 2.2 Kết khảo sát theo thời gian tập hợp bảng 3.6 quan sát rõ hình 3.10: Bảng 3.6: Khả hấp phụ mẫu RM III-200oC khoảng thời gian khác RM III200oC Thời gian phản ứng cacbon hóa (phút) 15 30 45 Khối lượng nguyên liệu ban đầu (g) 1,0234 Khối lượng Khối lượng nguyên liệu tăng lên (g) sau hấp phụ (g) 1,0441 0,0207 1,0669 0,0435 1,0424 0,0190 % Khối lượng tăng lên 2,023 4,250 1,856 Hình 3.10: Ảnh hưởng thời gian xử lý mẫu RM III-200oC Nhận xét: Mẫu RM III nung nhiệt độ cho khả hấp phụ tốt Thời gian hấp phụ tối ưu 30 phút 3.3.3 Mẫu RM III-pH xử lý nhiệt độ 400oC Đặc điểm cấu trúc vật liệu xác định qua kết đo X-ray, thể rõ hình 3.11: Hình 3.11: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-400oC SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 63 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Kết cho ta thấy, nung mẫu RM III nhiệt độ 400 oC tín hiệu pic pha Geothite khơng xuất hiện, điều chứng tỏ tất dạng FeO(OH) chuyển dạng Fe2O3 tín hiệu pic dạng gibbsite giảm dần chuyển pha dạng Sodium Aluminum Silicat Hydrat lượng xút cịn dư bùn đỏ phản ứng với nhơm silic Kết tập hợp bảng 3.7: Bảng 3.7: Cấu trúc pha RM III-400oC STT Cơng thức hóa học Al(OH)3 Fe2O3 1,08Na2O.Al2O3.1,68SiO2.1,8H2O Dạng tồn Gibbsite Hematite Sodium Aluminum Silicat Hydrat Thực nghiệm tiến hành xử lý CO tiến hành theo sơ đồ thí nghiệm hình 2.2 Kết khảo sát theo thời gian tập hợp bảng 3.8 quan sát rõ hình 3.12: Bảng 3.8: Khả hấp phụ mẫu RM III-400oC khoảng thời gian khác RM III400oC Thời gian phản ứng cacbon hóa (phút) 15 30 45 Khối lượng nguyên liệu ban đầu (g) 0,9936 Khối lượng Khối lượng nguyên liệu tăng lên (g) sau hấp phụ (g) 1,0286 0,0350 1,0510 0,0574 1,0237 0,0301 % Khối lượng tăng lên 3,522 5,777 3,029 Hình 3.12: Ảnh hưởng thời gian xử lý mẫu RM III-400oC Nhận xét: Mẫu nung nhiệt độ cho kết hấp thụ tốt hẳn so với nung nhiệt độ 200oC nhờ tất dạng FeO(OH) chuyển dạng Fe 2O3 làm tăng hẳn tâm hấp phụ, khiến cho mẫu có khả hấp phụ tốt, thời gian hấp phụ tối ưu 30 phút 3.3.4 Mẫu RM III-pH xử lý nhiệt độ 600oC Đặc điểm cấu trúc vật liệu xác định qua kết đo X-ray, thể rõ hình 3.13: SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 64 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Hình 3.13: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-600oC Khi nung mẫu nhiệt độ 600 oC tín hiệu pic lại chủ yếu pha Hematite Sodium Aluminum Silicat Hydrat Kết tập hợp bảng 3.9: Bảng 3.9: Cấu trúc pha RM III-600oC STT Cơng thức hóa học Fe2O3 SiO2 1,08Na2O.Al2O3.1,68SiO2.1,8H2O Dạng tồn Hematite Quartz Sodium Aluminum Silicat Hydrat Thực nghiệm tiến hành xử lý CO2 tiến hành theo sơ đồ thí nghiệm hình 2.2 Kết khảo sát theo thời gian tập hợp bảng 3.10 quan sát rõ hình 3.14: Bảng 3.10: Khả hấp phụ mẫu RM III-600oC khoảng thời gian khác RM III600oC Thời gian phản ứng cacbon hóa (phút) 15 30 45 SVTH: Nguyễn Hữu Dũng Khối lượng nguyên liệu ban đầu (g) 1,0027 65 Khối lượng Khối lượng nguyên liệu tăng lên (g) sau hấp phụ (g) 1,0457 0,0430 1,0629 0,0602 1,0405 0,0378 % Khối lượng tăng lên 4,289 6,003 3,769 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Hình 3.14: Ảnh hưởng thời gian xử lý mẫu RM III-600oC Nhận xét: Tại nhiệt độ tín hiệu píc cịn pha Hematite pha Sodium Aluminum Silicat Hydrat khả hấp phụ tăng lên tới 6% khối lượng 3.3.5 Mẫu RM III-pH xử lý nhiệt độ 800oC Đặc điểm cấu trúc vật liệu xác định qua kết đo X-ray, thể rõ hình 3.15: Hình 3.15: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu RM III-800oC Khi nung mẫu nhiệt độ 800oC cịn tín hiệu pic chủ yếu pha Hematite chiếm hoàn toàn ưu phần nhỏ Sodium Aluminum Silicat Hydrat Sự hình thành Hematite sinh làm tăng tâm hấp phụ mẫu RM III dẫn đến khả hấp phụ tăng lên Bảng 3.11: Cấu trúc pha RM III-800oC STT Cơng thức hóa học Fe2O3 1,08Na2O.Al2O3.1,68SiO2.1,8H2O SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 66 Dạng tồn Hematite Sodium Aluminum Silicat Hydrat Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Thực nghiệm tiến hành xử lý CO2 tiến hành theo sơ đồ thí nghiệm hình 2.2 Kết khảo sát theo thời gian tập hợp bảng 3.12 quan sát rõ hình 3.16: Bảng 3.12: Khả hấp phụ mẫu RM III-800oC khoảng thời gian khác RM III800oC Thời gian phản ứng cacbon hóa (phút) 15 30 45 Khối lượng nguyên liệu ban đầu (g) 0,9835 Khối lượng Khối lượng nguyên liệu tăng lên (g) sau hấp phụ (g) 1,0365 0,0530 1,0567 0,0732 1,0334 0,0430 % Khối lượng tăng lên 5,389 7,442 4,373 Hình 3.16: Ảnh hưởng thời gian xử lý mẫu RM III-800oC Nhận xét : Với hình thành chủ yếu pha Hematite làm tăng tâm hấp phụ khiến cho khả hấp phụ mẫu RM III nung 800 oC tốt so với mẫu nung nhiệt độ khác thời gian hấp phụ tối ưu 30 phút Ảnh SEM thơng tin hình thái học mẫu RM III.pH nung 800 oC quan sát rõ hình 3.17: SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 67 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương Hình 3.17: Ảnh SEM mẫu RM III-800oC Quan sát hình ta thấy, kích thước hạt RM III-pH nung 800 oC có kích thước đồng đều, hạt phân bố tạo nhiều lỗ trống lưu giữ CO2 3.3.6 Tập hợp kết khảo sát khả hấp phụ CO nhiệt độ khác Như thực thí nghiệm, kết ảnh hưởng thời gian lên mẫu bùn đỏ xử lý nhiệt độ khác tập hợp bảng 3.13: Bảng 3.13: Ảnh hưởng thời gian lên nhiệt độ khác Thời gian Nhiệt độ 200 oC 400 oC 600 oC 800 oC 15phút 30phút 45phút 2,023 3,522 4,289 5,389 4,250 5,777 6,003 7,442 1,856 3,029 3,769 4,373 Và quan sát rõ hình 3.18: Hình 3.18: Ảnh hưởng thời gian lên mẫu bùn đỏ xử lý nhiệt độ khác Nhận xét: - Khả xử lý CO2 tăng nhiệt độ tăng, nhiệt độ 800 oC nhiệt độ nung thuận lợi - Thời gian tối ưu để phản ứng đạt hiệu hấp phụ cao 30 phút Với kết đạt được, ta thấy rõ khả xử lý hiệu mẫu RM-800 với khả hấp phụ CO đạt tới 7,422% thời gian tối ưu 30 phút cao so với mẫu RM II-NaOH, điều giúp đưa việc xử lý CO bùn đỏ thực tế cách hiệu SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 68 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương KẾT LUẬN Đã tìm hiểu cơng nghệ để xử lý bùn đỏ CO2 giới giúp đưa ý tưởng thực đề tài định hướng ứng dụng nhà máy Việt Nam • Đã tách phân lớp bùn đỏ dựa vào tỉ trọng khác phần nguyên liệu, từ việc tổng hợp vật liệu hấp thụ dựa phần khác đấy, đưa so sánh khả hấp thụ CO phần để ứng dụng xử lý cho phù hợp với môi trường, nhà máy bị ô nhiễm CO hay thải lượng CO2 lớn vào bầu khí • Đã khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung mẫu bùn đỏ có tỉ trọng nặng pH ổn định để xây dựng nhiệt độ nung tối ưu, thời gian hấp phụ tối ưu cho phản ứng hấp thụ CO để đưa vật liệu ứng dụng thực tế cách có hiệu nhất, nhiệt độ thuận lợi 800 oC thời gian tối ưu 30 phút • Từ kết nhận thấy hồn tồn ứng dụng bùn đỏ vào việc xử lý môi trường nhiều phương pháp khác nhau, có việc xử lý CO2 • SVTH: Nguyễn Hữu Dũng 69 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Hữu Dũng GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương 70 Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Tống Thị Thanh Hương TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Mạnh Hùng (12/2012), Luận văn Thạc sĩ Khoa Học đề tài: “Nghiên cứu thành phần tính chất bùn đỏ định hướng ứng đụng lĩnh vực môi trường” [2] Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2003), Hóa học phân tích phần 2: Các phương pháp phân tích cơng cụ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [3] Trịnh Thị Thanh, Nguyễn Trung Minh (2011) “Xử lý bùn đỏ sản xuất alumina từ bauxit’’, Trung tâm thông tin KH CN Quốc gia [4] Nguyễn Cảnh Nhã (2007) “Một số kết nghiên cứu công nghệ tuyển quặng bauxit Gia Nghĩa”, Tạp chí cơng nghệ Mỏ Số 5-2007 [5] Nguyễn Trung Minh (2010) “Hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ bauxit Bảo Lộc định hướng ứng dụng xử lý nước thải”, Tạp chí khoa học Trái Đất [6] Dỗn Đình Hùng, Nguyễn Trung Minh (2011) “Nghiên cứu vật liệu hấp phụ Zn(II) dạng cột hạt vật liệu BVNQ chế tạo từ đuôi thải quặng bauxit Bảo Lộc.”, Tạp chí khoa học Trái Đất [7] Nguyễn Cảnh Nhã (2005) “Tài nguyên bauxite Việt Nam số kết bước đầu khả nâng cao chất lượng bauxit laterit miền nam Việt Nam” Tuyển tập báo cáo hội nghị KHCN tuyển khoáng toàn quốc lần thứ II Hà nội 11/2005 [8] Dương Thanh Sủng, Nguyễn Văn Ban (1985) “Phương pháp đánh giá chất lượng công nghệ alumin quặng bauxit” Tuyển tập cơng trình số 4/1985 Kim loại màu Việc Luyện kim màu [9] Trịnh Thị Thanh (2007) Độc hại môi trường sức khỏe người, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [10] Giải pháp kinh nghiệm phục hồi khu vực mỏ khai thác bảo tồn sinh thái khai thác bauxit sản xuất alumin, Craig Walkemeyer, Giám đốc - Các dự án Australia châu Á, 4/2009 [11] Bùn đỏ - chất thải độc hại nhà máy alumin nguy gây ô nhiễm môi trường, Phạm Đăng Địch, 2009 SVTH:Nguyễn Hữu Dũng Lớp: Lọc Hóa Dầu A- K53 ... bùn đỏ ứng dụng trong ngành công nghiệp hấp phụ xử lý khí thải, biến đổi bùn đỏ thành vật liệu có khả xử lý khơng khí nhiễm, đặc biệt nguồn khí có lượng CO lớn Việc nghiên cứu bùn đỏ cần thiết,... NaOH ép viên Vật liệu hấp thụ Vật liệu hấp thụ RM II RM III Hấp thụ CO2 Hình 2.1: Sơ đồ điều chế bùn đỏ thành vật liệu hấp thụ 2.3 Nghiên cứu khả xử lý CO2 bùn đỏ 2.3.1 Đánh giá khả hấp thụ Mỗi... chỗ Bùn đỏ khô bùn đỏ xử lý vơi sử dụng để xây dựng đập Đập đắp cao bùn đỏ xử lý Hàm lượng kiềm hòa tan bùn đỏ phải giảm đến mức 0,5% Một lớp sét lớp bùn đỏ xử lý ổn định trơi xuống đáy Lớp có khả