Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ hỗn hợp

Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ hỗn hợp

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – KHOA MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI TẬN DỤNG BÙN ĐỎ ĐỂ SẢN XUẤT DUNG DỊCH HỖN HỢP CHẤT KEO TỤ TPHCM – 4/2004 Báo cáo thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI: TẬN DỤNG BÙN ĐỎ - CHẤT RẮN CỦA SẢN XUẤT HYDROXYT NHÔM TỪ QUẶNG BOXIT ĐỂ SẢN XUẤT DUNG DỊCH HỖN HỢP CHẤT KEO TỤ Nhóm thí nghiệm: nhóm Nơi thí nghiệm: PTNHMT Giáo viên hướng dẫn: Cô Nguyễn Thị Thanh Phượng SV thực hiện: Huỳnh Khánh An – MSSV: 90000004 Trần Thị Kim Anh 90000077 Bùi Ngọc Anh 90000022 Nguyễn Văn Bé 90000139 Lê Thị Chu Biên 90000140 Lê Minh Châu 90000207 Đỗ Thị Minh Châu 90000205 Nguyễn T Quý Châu 90000215 Nhóm Báo cáo thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ TÓM TẮT - Mục đích thí nghiệm: Xác định thành phần Fe2O3 Al2O3 bã thải bùn đỏ - Kết quả: + Bùn khô: %Fe2O3 = 34% %Al2O3 = 39,53% + Bùn lỏng: ( SO ) = 0,575 mol/l ( SO ) = 0,856 mol/l C Fe C Al Nhóm Báo cáo thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ LÝ THUYẾT 2.1 Nguồn gốc chất thải rắn bùn đỏ Bùn đỏ thải từ trình xử lý quặng boxit để sản xuất hydroxyt nhôm Lượng thải bùn khoảng 1,5 m3/tấn hydroxyt nhôm Quy trình sản xuất nhôm tiến hành qua giai đoạn sau: Quặng Boxit Nghiền mịn Phản ứng Lắng, lọc Thủy phân Rửa Bùn đỏ Al(OH)3 2.2 Thành phần bùn đỏ Bùn đỏ dạng huyền phù, kích thước hạt vào khoảng 70μm Tỷ trọng khoảng 1,7 Thành phần hóa học bã thể bảng sau: Thành phần Fe2O3 Al2O3 SiO2 TiO2 Na2O % 40 - 50 18 - 22 1-3 khoảng 2,5 0,01 - 0,03 (Số liệu tham khảo từ mẫu bùn đỏ nhà máy Hóa chất Tân Bình) 2.3 Công nghệ xử lý tận dụng chất thải rắn bùn đỏ: Bùn đỏ tận dụng lảm bột màu pha chế sơn gốm sứ Do bùn đỏ có chứa hàm lượng oxit nhôm oxit sắt cao nên tận dụng để điều chế dung dịch hỗn hợp chất keo tụ với hiệu suất thu hồi cao Hỗn hợp chất keo tụ điều chế cách hòa tan bùn đỏ dung dịch axit sunfuric đậm đặc Phương trình phản ứng sau: Fe2O3 + H2SO4 + H2O → Fe2(SO4)3.9H2O Al2O3 + H2SO4 + 15 H2O → Al2(SO4)3.18H2O Nhóm Báo cáo thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ 2.4 Phương pháp phân tích thành phần Fe2O3 Al2O3 mẫu bã thải 2.4.1 Chuẩn độ dung dịch Fe3+ dung dịch EDTA: 2.4.1.1 Phản ứng chuẩn độ: - Trong môi trường pH = 2,5: H2Y2- + Fe3+ → FeY- + H+ - Đặc điểm: + Oxy hóa toàn Fe dung dịch thành dạng Fe 3+ Có thể dùng dung dịch K2S2O8 + Dung dịch chuẩn độ có [Fe3+] ≤ 10-3 M + Sự có mặt Al3+ không gây ảnh hưởng + Phức FeY- có màu vàng nhạt + Phản ứng chậm nhiệt độ thường 2.4.1.2 Định điểm cuối: dùng thị màu kim loại HmI: Phản ứng thị: H2Y2- + FeI  FeY- + I + 2H+ Thường dùng axit salicylic hay axit sulfosalicylic 2.4.2 Chuẩn độ dung dịch Al3+ dung dịch EDTA: 2.4.2.1 Phản ứng chuẩn độ: - Trong môi trường pH = 5, thêm lượng thừa xác định dung dịch EDTA Phản ứng diễn sau: H2Y2- + Al3+ → AlY- + 2H+ Chuẩn độ lượng EDTA thừa dung dịch chuẩn M2+ pH=5 M2+ + Al3+ → MY2- + 2H+ M2+ Zn2+, Pb2+, Cu2+ Nhóm Báo cáo thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ - Đặc điểm : + Dùng cách chuẩn độ ngược phức AlY- tạo hoàn toàn nhiệt độ khoảng 800C, nên cần đun dung dịch trước chuẩn độ lượng EDTA thừa Dung dịch chuẩn độ có [Al3+] ≤ 10-3 M + Phải loại kim loại có khả tạo phức bền với EDTA : Fe3+, Cu2+, Ni2+, Pb2+, Zn2+ Cấu tử thường diện Fe 3+ Có thể loại ảnh hưởng Fe3+ cách tạo phức bền FeY- pH=2,5 2.4.2.2 Định điểm cuối: - Dùng thị màu kim loại HmI Phản ứng thị: M2+ + HmI → MI + mH+ - Chỉ thị dùng tùy dung dịch chuẩn M2+ (nếu Cu2+ dùng P.A.N) - Cần loại ion tạo phức bền với thị Để dễ nhận chuyển màu điểm cuối, dùng thêm chất thị màu pH làm màu bromocresol lục Nhóm Báo cáo thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ THỰC HIỆN THÍ NGIỆM: 3.1 Hóa chất – dụng cụ: - Máy khuấy từ gia nhiệt - Buret pipet để chuẩn độ - Cá từ - Dung dịch EDTA 0.01 M - Bình tam gíac Erlen 100 ml - Dung dịch Cu2+ 0.01 N - Phễu lọc giấy lọc - Dung dịch NH4OH ( :1 ) - Bình định mức 500 ml 100 ml - Dung dịch đệm pH=5 - Chất thị: dung dịch K2S2O8, axit salicylic 5%, bromocresol lục, P.A.N 3.2 Các bước thí nghiệm: xác định hàm lượng Fe2O3 Al2O3 bã thải 3.2.1 Bùn đỏ sấy khô: - Cân 10g bùn đỏ sấy khô cho vào erlen 100ml thêm vào 24ml nước ( tỷ lệ 70% ) - Cho vào mẫu 18ml H2SO4đđ - Phần bùn chuẩn bị đặt lên máy khuấy từ gia nhiệt 900C 2h - Sau đó, lọc nóng hỗn hợp thu rửa bã nước nóng nước rửa màu, lượng nước rửa sử dụng không 450 ml (lượng nước rửa thực tế sử dụng 350 ml) Toàn phần dung dịch thu cho vào bình định mức đến 500 ml, đậy nắp để tránh bay Lấy 10ml dung dịch thu cho vào bình định mức đến 100ml đem phân tích xác định thành phần Fe2O3 Al2O3 (%) có bã thải 3.2.2 Bùn lỏng: Lấy 1ml dung dịch cho vào bình định mức100ml, châm thêm vào bình 99 ml nước đem phân tích xác định thành phần Fe2O3 Al2O3 có bùn 3.2.3 Phân tích thành phần Fe2O3 Al2O3 bã thải: - Lấy 2ml mẫu sau pha loãng với tỉ lệ thích hợp cho vào bình tam giác, cho thêm vào: Nhóm Báo cáo thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ + giọt dd K2S2O8 + 2-3 giọt thị axit salicylic 5% để hỗn hợp có màu tím đậm, không thêm vài giọt dd NH4OH Chuẩn độ dd EDTA 0,01M dung dịch đổi màu từ tím sang vàng nhạt Ghi lại thể tích (V1ml) dung dịch sử dụng - Bình tam giác sau chuẩn độ Fe 3+ xong, cho thêm lượng thừa xác dd EDTA (V2=V1 + 3ml) Sau đó, cho thêm vào 2-3 giọt thị bromocresol lục 2-3 giọt dd NH4OH để dung dịch có màu lục + 2ml dung dịch đệm pH=5 Đặt lên bếp đun đến khoảng 800C, sau cho thêm giọt thị P.A.N 2ml mẫu giọt dd K2S2O8 Dd không màu 2-3 giọt NH4OH Dd maøu tím 2-3 giọt axit salicylic 5% Chuẩn độ dd EDTA 0,01M Dung dịch màu vàng Thêm 3ml EDTA 2-3 giọt bromocresol lục 2-3 giọt NH4OH 2ml dd đệm pH= Đun đến 800C giọt P.A.N Chuẩn độ dd CuSO4 Dd kết tủa có màu tím đậm Kết thô: 3.3.1 Bùn đỏ sấy khô: - Khối lượng bùn khô: m = 10g - Mẫu dùng để phân tích (500ml dung dịch ban đầu): pha loãng 10 lần - Thể tích mẫu phân tích: V=2ml Nhóm Báo cáo thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ - V1 = 1,7ml - V2 = 4,6ml - VCu = 1,6ml 2+ 3.3.2 Bùn lỏng: - Pha loãng 100 lần - Lượng dùng để phân tích (sau pha loãng): V=2ml - V1 = 2,3ml - V2 = 5,3ml - VCu = 2,0 ml 2+ Nhóm KẾT QUẢ 4.1 Bùn đỏ sấy khô: Thành phần Fe2O3 Al2O3 bã thải bùn đỏ: V mol l g %Fe2O3 = ( ml.0,01 160 5000ml ) .100% 2 l 1000ml mol m( g ) = 200 V1 m %Al2O3 = (V2 − VCu ) mol l g ( ml , 01 102 5000 ml ) .100% = 2 l 1000 ml mol m ( g ) 127,5 (V2 − VCu ) Với: m m =10g 2+ 2+ V1 = 1,7ml V2 = 4,6ml VCu = 1,6ml 2+ Vậy: %Fe2O3 = 34% %Al2O3 = 39,53% 4.2 Bùn lỏng: Nồng độ Fe2(SO4)3 Al2(SO4)3 bùn lỏng: V l mol mol C Fe ( SO ) = ( ml .0,01 100) / 1ml = 0,25.V1 Với: V1 = 2 1000ml l l ( V − V ) mol mol Cu C Al ( SO ) = ( ml .0,01 100) / 1ml = 0,25.(V2 − VCu ) 2 1000ml l l 2,3ml 4 2+ V2 2+ = 5,3ml VCu = 2,0ml 2+ Vậy: ( SO ) = 0,575 mol/l ( SO ) = 0,856 mol/l C Fe C Al NHẬN XÉT – BÀN LUẬN 5.1 Các sai số xảy thí nghiệm: - Do dụng cu đo - Dụng cụ thí nghiệm rửa không sạch, không sấy khô trước làm thí nghiệm - Do chủ quan người làm thí nghiệm 5.2 Ứng dụng bùn đỏ - Dùng canh tác công nghiệp - Ứng dụng công nghiệp sản xuất vật liệu gốm ximăng, sản xuất gạch, sản xuất lợp cách âm, sản xuất bột màu vô cơ… - Dùng sản xuất vật liệu xây dựng dùng làm vật liệu san lấp mặt bằng, sản xuất vật liệu composit bùn đỏ - Thu hồi kim loại nặng dùng luyện kim: thu hồi sắt, nhôm, natri aluminat - Tận dụng bùn đỏ làm nguyên liệu công nghiệp hoá chất sản xuất chất keo tụ - Ứng dụng công nghệ môi trường tận dụng xử lý bùn đỏ làm chất keo tụ cho xử lý nước thải, xử lý sunfua oxit 5.3.Tận dụng bùn đỏ sản xuất dung dịch chất keo tụ Để đạt đựơc suất lượng sản phẩm cao nhất, thông số thiết kế cần thiết bao gồm: nhiệt độ, thời gian phản ứng, lượng acid tiêu hao lượng nước bổ sung cho trình - Nhiệt độ phản ứng: nhiệt độ phản ứng thông số quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, nhiệt độ cao, tốc độ phản ứng xảy nhanh Chính nhiệt độ cao cho phép phản ứng xảy mãnh liệt, đồng thời trình lọc diễn nhanh thuận lợi - Thời gian phản ứng: thời gian phản ứng dài, hiệu suất phản ứng cao Tuy nhiên hiệu suất phản ứng tăng không đáng kể theo thời gian phản ứng Nếu nhiệt độ bồn phản ứng cao, phản ứng hoá học xảy nhanh giai đoạn đầu - Lượng acid tiêu hao: tỉ lệ acid/ bùn cao, sản lượng phèn lớn Tuy nhiên, tổng lượng phèn thu gia tăng không đáng kể hàm lượng acid tăng Do đó, suất lượng sản phẩm giảm, chi phí acid gia tăng, giảm hiệu qua kinh tế Vì vậy, tiêu tối ưu chọn suất lượng sản phẩm -Hàm lượng nước: lượng nước bổ sung có ý nghĩa quan trọng đến chất lượng sản phẩm điều chế Lượng nước liên quan đến nồng độ dung dịch thu nhiệt độ phản ứng Theo lý thuyết, nồng độ chất phản ứng dung dịch lớn tốc độ phản ứng nhanh Tuy nhiên, sản phẩm thu dạng ngậm nước phần lượng nước bị bốc sau nhiều phản ứng, nước môi trường phản ứng nên phải trì lượng nước tối thiểu cần thiết - Sự tương quan nước bổ sung tỉ trọng: để xác định cách xác lượng nước cần bổ sung cần phải khảo sát môi tương quan hàm lượng chất rắn (bùn) theo tỉ trọng Tỉ trọng huyền phù làm thông số để xác định lượng bùn khô, để từ tính lượng acid cần thiết cho điều chế phèn Ưu điểm lựa chọn tỉ trọng xác định nhanh chóng, độ xác không cao nằm phạm vi cho phép Lượng nước nhiều lượng sản phẩm thu thấp ngược lại Tuy nhiên, lượng nước phải đủ cho thời gian phản ứng, nhiệt độ cao khoảng 1000C không xảy trình kết tinh TÀI LIỆU THAM KHẢO Standard methods for examination of water and wastewater 19th edition 1995 Clair N Sawyer, Perry L McCarty, Gene F Parkin: Chemistry for environmental engineering McGraw- Hill International Edition, four edition Nguyễn Thị Bạch Tuyết, Lê Xuân Mai: Thí nghiệm hóa phân tích Trường ĐHBK TPHCM Khoa Môi Trường – ĐHBK TP.HCM, Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm xử lý chất thải, 2002 Nguyễn Văn Phước, Trịnh Bảo Sơn: Kết sản xuất thử nghiệm hỗn hợp chất keo tụ từ bùn đỏ nhà máy hóa chất Tân Bình Trần Minh Khải, Nghiên cứu công nghiệp xử lý - tận dụng bùn đỏ nhà máy hoá chất Tân Bình Luận văn cao học ngành kỹ thuật môi trường, 2001 [...]... sản xuất vật liệu composit bùn đỏ - Thu hồi các kim loại nặng dùng trong luyện kim: như thu hồi sắt, nhôm, natri aluminat - Tận dụng bùn đỏ làm nguyên liệu trong công nghiệp hoá chất như sản xuất chất keo tụ - Ứng dụng trong công nghệ môi trường như tận dụng xử lý bùn đỏ làm chất keo tụ cho xử lý nước thải, xử lý sunfua oxit 5.3 .Tận dụng bùn đỏ sản xuất dung dịch chất keo tụ Để đạt đựơc suất lượng sản. .. Do dụng cu đo - Dụng cụ thí nghiệm rửa không sạch, không được sấy khô trước khi làm thí nghiệm - Do chủ quan của người làm thí nghiệm 5.2 Ứng dụng của bùn đỏ - Dùng trong canh tác công nghiệp - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất vật liệu gốm như ximăng, sản xuất gạch, sản xuất tấm lợp cách âm, sản xuất bột màu vô cơ… - Dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng như dùng làm vật liệu san lấp mặt bằng, sản. .. tích Trường ĐHBK TPHCM 4 Khoa Môi Trường – ĐHBK TP.HCM, Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm xử lý chất thải, 2002 5 Nguyễn Văn Phước, Trịnh Bảo Sơn: Kết quả sản xuất thử nghiệm hỗn hợp chất keo tụ từ bùn đỏ nhà máy hóa chất Tân Bình 6 Trần Minh Khải, Nghiên cứu công nghiệp xử lý - tận dụng bùn đỏ của nhà máy hoá chất Tân Bình Luận văn cao học ngành kỹ thuật môi trường, 2001 ... acid/ bùn càng cao, sản lượng phèn càng lớn Tuy nhiên, tổng lượng phèn thu được gia tăng không đáng kể khi hàm lượng acid tăng Do đó, suất lượng sản phẩm giảm, chi phí acid gia tăng, giảm hiệu qua kinh tế Vì vậy, chỉ tiêu tối ưu được chọn là suất lượng sản phẩm -Hàm lượng nước: lượng nước bổ sung có ý nghĩa quan trọng đến chất lượng sản phẩm được điều chế Lượng nước liên quan đến nồng độ dung dịch thu... phải khảo sát môi tương quan giữa hàm lượng chất rắn (bùn) theo tỉ trọng Tỉ trọng của huyền phù được làm thông số để xác định lượng bùn khô, để từ đó tính được lượng acid cần thiết cho điều chế phèn Ưu điểm của sự lựa chọn này là tỉ trọng được xác định nhanh chóng, tuy độ chính xác không cao nhưng nằm trong phạm vi cho phép Lượng nước càng nhiều thì lượng sản phẩm thu được càng thấp và ngược lại Tuy... và nhiệt độ phản ứng Theo lý thuyết, nồng độ chất phản ứng trong dung dịch càng lớn thì tốc độ phản ứng càng nhanh Tuy nhiên, do sản phẩm thu được ở dạng ngậm nước và một phần lượng nước bị bốc hơi sau nhiều giờ phản ứng, ngoài ra nước còn là môi trường phản ứng nên phải duy trì lượng nước tối thiểu cần thiết - Sự tương quan giữa nước bổ sung và tỉ trọng: để xác định một cách chính xác lượng nước cần ... – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI: TẬN DỤNG BÙN ĐỎ - CHẤT RẮN CỦA SẢN XUẤT HYDROXYT NHÔM TỪ QUẶNG BOXIT ĐỂ SẢN XUẤT DUNG DỊCH HỖN HỢP... nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ LÝ THUYẾT 2.1 Nguồn gốc chất thải rắn bùn đỏ Bùn đỏ thải từ trình xử lý quặng boxit để sản xuất hydroxyt nhôm Lượng thải bùn khoảng... thí nghiệm – Tận dụng bùn đỏ để sản xuất dung dịch hỗn hợp chất keo tụ THỰC HIỆN THÍ NGIỆM: 3.1 Hóa chất – dụng cụ: - Máy khuấy từ gia nhiệt - Buret pipet để chuẩn độ - Cá từ - Dung dịch EDTA 0.01