Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay

Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HOÁ HỌC *****&&& ***** BÙI THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU ĐÓNG RẮN TỪ TRO BAY KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa vô Người hướng dẫn khoa học PGS TS LÊ XUÂN THÀNH HÀ NỘI - 2011 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa LỜI NÓI ĐẦU Qua thời gian làm việc nghiêm túc, tìm tòi, nghiên cứu em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy PGS.TS Lê Xuân Thành, trưởng môn công nghệ hợp chất vô cơ, Viện Kĩ Thuật Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em suốt trình làm khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo bạn đồng nghiệp Khoa Hoá học Trường Đại học Sư phạm Hà nội Em xin chân thành cảm ơn tất thầy giáo, cô giáo phụ trách phòng thí nghiệm khoa Hóa học trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận Mặc dù có nhiều cố gắng xong khóa luận em không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn, để khóa luận em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Bùi Thị Trang Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Khóa luận “Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay ” hoàn thành hướng dẫn trực tiếp thầy PGS.TS Lê Xuân Thành Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu khóa luận trung thực, không trùng với khóa luận khác công bố Nếu sai, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2011 Sinh viên Bùi Thị Trang Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu tro bay 1.1.1 Nguồn cung cấp 1.1.2 Công nghệ xử lí tro bay thu hồi than chưa cháy 1.1.3 Đặc tính tro bay 1.1.4 Phân loại tro bay 1.1.5 Ứng dụng tro bay 1.2 Giới thiệu chất kết dính 1.2.1 Thủy tinh lỏng5 1.2.2 Đất sét 1.2.3 Các chất trợ chảy 1.3 Tổng quan lí thuyết vật liệu đóng rắn 1.3.1 Vai trò công nghệ vật liệu 1.3.2 Sự phát triển công nghệ vật liệu 1.3.3 Vật liệu hóa phẩm xây dựng 1.3.4 Vấn đề vật liệu 10 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị sử dụng 12 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 12 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu Bùi Thị Trang – K33D – Hóa 12 2.2.2 Phương pháp đo độ xốp vật liệu sau nung 12 2.2.3 Phương pháp xác định mođun silica thủy tinh lỏng 2.3 Các phương pháp phân tích 13 14 2.3.1 Phương pháp đo độ bền nén 14 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 15 2.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại 16 2.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 17 2.3.5 Phương pháp phổ tán xạ lượng (EDS) 18 Chương 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 21 3.1 Xác định cỡ hạt, thành phần hóa học dạng khoáng tro bay 21 3.2 Nghiên cứu biến tính keo thủy tinh lỏng 24 3.2.1 Xác định mođun silica thủy tinh lỏng (kí hiệu TL0) 3.2.2 Biến tính thủy tinh lỏng 24 25 3.3 Chế tạo vật liệu đóng rắn không nung từ tro bay thủy tinh lỏng 3.3.1 Sử dụng thủy tinh lỏng TL0 25 25 3.3.2 Sử dụng thủy tinh lỏng TL1, TL2, TL3 26 3.4 Khảo sát ảnh hưởng số chất phụ gia tới đặc tính sản phẩm 28 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Trữ lượng tro bay số nhà máy nhiệt điện Việt Nam Bảng 1.2 Thành phần oxit có tro bay số nhà máy Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc máy đo độ bền nén 14 Hình 2.2 Sự nhiễu xạ tia X bề mặt tinh thể 15 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên tắc máy chụp ảnh SEM 18 Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu tro bay 21 Hình 3.2 Phổ EDS tro bay 22 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố tro bay 22 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X tro bay 23 Bảng 3.2 Mođun silica số thủy tinh lỏng 25 Bảng 3.3: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay thuỷ tinh lỏng TL0 25 Bảng 3.4: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay thuỷ tinh lỏng TL1 27 Bảng 3.5: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay thuỷ tinh lỏng TL2 27 Bảng 3.6: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay thuỷ tinh lỏng TL3 27 Bảng 3.7a: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia đất sét - mẫu không nung 28 Bảng 3.7b: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia đất sét - mẫu có nung 29 Bảng 3.8a: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia ZnO – mẫu không nung 30 Bảng 3.8b: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia ZnO - mẫu có nung 30 Bảng 3.9a: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia Na2SiF6 – mẫu không nung 31 Bảng 3.9b: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia Na2SiF6 – mẫu có nung Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 32 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa MỞ ĐẦU Ngày vấn đề ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên trở nên cấp bách Do yêu cầu đặt nhà khoa học, nhà sản xuất phải tìm phương pháp để thu hồi, tái sử dụng loại chất thải, tạo sản phẩm có ích phục vụ đời sống xã hội Việc làm vừa mang hiệu kinh tế vừa có ý nghĩa lớn vấn đề bảo vệ môi trường Những năm gần đây, tro bay - phế thải nhà máy nhiệt điện đốt than trở thành mối quan tâm lớn nhà sản xuất, nhà quản lí cộng đồng Tính đến năm 2015, tổng trữ lượng thải nhà máy nhiệt điện đốt than lên tới triệu tấn/năm Với thành phần hạt có trọng lượng nhẹ, kích thước hạt nhỏ - tương đương 1/3 hạt xi măng nên tro xỉ bay tự không khí, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống, sinh hoạt nhân dân Với phát triển vũ bão khoa học công nghệ, việc thay vật liệu truyền thống vật liệu có tính ứng dụng cao giới khoa học quan tâm nghiên cứu ứng dụng sống Ở nước ta, tro bay chủ yếu dùng để làm phụ gia cho bê tông, nhiên lượng dư thừa lớn Từ nhận định trên, chọn đề tài nghiên cứu xử lý bã thải tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại theo hướng sử dụng chất kết dính phụ gia thích hợp nhằm tạo vật liệu đóng rắn dùng dân dụng công nghiệp Nội dung khóa luận: - Xác định thành phần hóa học tro bay, hàm lượng kiềm SiO2 có chất kết dính thủy tinh lỏng - Nghiên cứu chế tạo keo đóng rắn tro bay - Nghiên cứu đóng rắn tro bay hệ keo thích hợp - Xác định đặc tính sản phẩm thu Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Chương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ TRO BAY 1.1.1 Nguồn cung cấp Tro bay sản phẩm phế thải đốt than từ nhà máy nhiệt điện Ở nhà máy nhiệt điện dùng than cám khoảng 80% lượng xỉ tạo thành thoát theo đường khí thải (lượng xỉ tro bay) 20% lại tháo cửa tháo xỉ đáy lò Từ cho thấy lượng tro bay tạo nhà máy nhiệt điện lớn, không ngừng tăng lên năm gần đây, liệu tro bay thải số nhà máy nhiệt điện nước ta bảng 1.1 sau: Bảng 1.1: Trữ lượng tro bay số nhà máy nhiệt điện Việt Nam Tên nhà máy Trữ lượng tro (triệu tấn) Uông Bí 2,0 – 2,1 Phả Lại 3,8 – 4,8 Thái Nguyên 1,0 – 1,2 Việt Trì 0,9 – 1,0 Các nhà máy khác 2,3 – 3,0 Dự báo dến năm 2020 có thêm 28 nhà máy nhiệt điện đốt than vào hoạt động Lúc lượng tro bay tăng lên nhiều Bên cạnh đó, hàng loạt lò cao khu gang thép sử dụng nhiên liệu than thải lượng tro bay lớn Từ thấy tro bay chất thải rắn có khối lượng lớn, cần xử lý triệt để nhằm bảo vệ môi trường đồng thời mang lại giá trị kinh tế từ việc tái sử dụng chất thải Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa 1.1.2 Công nghệ xử lí tro bay thu hồi than chưa cháy Có nhiều công nghệ xử lí tro bay (chủ yếu để tách than chưa cháy khỏi tro) gồm có: Phương pháp học, phương pháp tĩnh điện phương pháp tuyển Cụ thể: - Trong phương pháp học, dòng khí thổi qua khí tro xyclon quay tròn phân tách tro theo nhóm kích thước khác - Phương pháp tĩnh điện dùng băng chuyền đưa tro xỉ than qua điện cực hạt tro tách lực hút tĩnh điện, để lại hạt than - Phương pháp tuyển nổi, dầu trộn với tro nước, than chưa cháy theo dầu lên tách Bất kì phương pháp xử lí chọn, cần phải cân nhắc đến khả đáp ứng lượng tạp chất biến động cao chất lượng tro nhà máy nhiệt điện Việt Nam 1.1.3 Đặc tính tro bay Tro bay loại puzzolan nhân tạo, có tính puzzolan cao, thành phần bao gồm: SiO2, Al2O3, CaO, SO3 lượng than chưa cháy hết (gọi hàm lượng nung) Tro bay thường có màu xám, có tính kiềm chịu lửa.Tro bay dạng bột mịn, thường có dạng hình cầu có cỡ nhỏ 0,075 mm Tùy thuộc vào công nghệ thu hồi, công nghệ đốt than mà thành phần oxit có tro bay nhà máy nhiệt điện khác Cụ thể: Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Bảng 1.2: Thành phần oxit có tro bay số nhà máy Nhà máy Thông số Phả Lại 1,2 Uông Bí Ninh Bình SiO2 58,4 58,5 60,7 Al2O3 26,1 28,1 27,2 Fe2O3 7,2 6,1 4,8 CaO 0,7 0,8 0,4 MgO 1,2 1,1 0,8 Na2O 0,4 0,1 0,2 K2O 4,3 2,6 4,3 SO3 0,3 - 0,3 Lượng 15-35 20-45 20-40 nung (%) 1.1.4 Phân loại tro bay Tro bay phân làm loại có đặc điểm khác nhau:  Loại C có hàm lượng CaO ≥ 5% thường 15-35% Đó sản phẩm đốt than linhit than bitum, chứa than chưa cháy, thường < 2%  Loại F có hàm lượng CaO < 5%, thu từ việc đốt than antraxit than chứa bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 2-10% 1.1.5 Ứng dụng tro bay Cùng với phát triển khoa học công nghệ, ứng dụng tro bay ngày rộng rãi: Dùng tro bay làm phụ gia bê tông làm tăng cường độ bê tông lên từ 1,5-2 lần, làm tăng độ nhớt vữa giúp bê tông chui vào khe lỗ dễ dàng, “khử vôi tự CaO” xi măng (khoảng 6%) thành phần gây “nổ” làm giảm chất lượng bê tông môi trường nước Ngoài giúp tăng độ bền, Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 10 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Độ xác EDS cấp độ vài phần trăm (thông thường ghi nhận có mặt nguyên tố có tỉ phần cỡ 3-5% trở lên) Tuy nhiên, EDS tỏ không hiệu với nguyên tố nhẹ (ví dụ B, C ) thường xuất hiệu ứng trồng chập đỉnh tia X nguyên tố khác (một nguyên tố thường phát nhiều đỉnh đặc trưng Kα, Kβ , đỉnh nguyên tố khác chồng chập lên gây khó khăn cho phân tích) Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 26 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 3.1 XÁC ĐỊNH CỠ HẠT, THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ CÁC DẠNG KHOÁNG CỦA TRO BAY Cỡ hạt tro bay xác định theo phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử hình 3.1 Thành phần hóa học tro bay xác định theo phương pháp đo phổ tán xạ lượng – đo Viện Kĩ thuật Vật lí, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Kết hình 3.2 bảng 3.1 Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu tro bay Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 27 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Hình 3.2 Phổ EDS tro bay Nguyên tố Khối lượng (%) Nguyên tử (%) O 48,64 63,80 Mg 0,78 0,68 Al 13,28 10,33 Si 28,00 20,92 S 0,52 0,34 K 2,96 1,59 Ca 0,75 0,40 Ti 0,70 0,31 Fe 4,36 1,64 Total 100 100 Bảng 3.1: Thành phần nguyên tố tro bay Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 28 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Nhận xét: Dựa vào ảnh SEM hình 3.1 ta thấy tro bay chủ yếu hạt hình cầu, có kích thước bé 10 μm Theo kết EDS ta thấy thành phần tro bay bao gồm nhiều nguyên tố, chủ yếu Si, O, Al, Fe, Ti nguyên tố khác Để biết dạng khoáng có tro bay, mẫu tro bay chụp giản đồ nhiễu xạ tia X Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội Kết phân tích nhiễu xạ tia X tro bay hình 3.3 sau: Green: Quart, SiO2, Blue: Mullit, 3Al2O32SiO2 Pink: Magnetit, Fe3O4 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X tro bay Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 29 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Nhận xét: Từ hình 3.3 ta nhận thấy thành phần khoáng chủ yếu tro bay mulit, quart magnetit SiO2 tồn hai dạng mulit quart, nhôm oxit tồn dạng muli sắt oxit tồn dạng magnetit 3.2 NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KEO THỦY TINH LỎNG 3.2.1 Xác định mođun silica thủy tinh lỏng (kí hiệu TL0)  Xác định hàm lượng SiO2 Dùng pipet lấy ml thủy tinh lỏng đem cân có m = 6,96 gam Do thủy tinh lỏng TL0, có khối lượng riêng 1,34g/ml Thêm nước đun nóng dung dịch đến khoảng 600C, cho dần axit HCl 1:1 dung dịch dư axit (pH < 1) Phản ứng xảy sau: Na2SiO3 + 2HCl = SiO2 + 2NaCl + H2O Lọc rửa kết tủa dung dịch rửa có chứa 2ml HCl 36% 1lít nước Sấy khô nung 12000C 1h Khối lượng chất rắn thu mSiO2 = 1,48 g/ 5ml TL0 tương đương với 0,24 mol SiO2 / 5ml TL0  Xác định hàm lượng kiềm Lấy 5ml thủy tinh lỏng TL0, định mức 250ml Lấy 5ml dung dịch bình định mức, thêm thị metyl đỏ, chuẩn độ dung dịch HCl 0,1N từ màu vàng sang màu dỏ da cam ngừng chuẩn độ, ghi giá trị VHCl dùng VHCl = 32,8 ml Phản ứng chuẩn độ: OH- + HCl = Cl- + H2O Số mol OH- có 5ml thủy tinh lỏng TL0: nOH- = nH+ = 0,1.32,8.10-3 250 = 0,164 mol Vậy có 0,164 / = 0,082 mol Na2O / 5ml TL0 Do modun silica có thủy tinh lỏng 0,24 / 0,082 = 2,92 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 30 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa 3.2.2 Biến tính thủy tinh lỏng Để làm tăng mođun silica, lấy 50 ml TL0 thêm 50 ml nước lượng xác định SiO2 Đun nóng dung dịch thu 600C thu dung dịch suốt (khoảng 30 phút) Kết bảng 3.2 sau: Bảng 3.2: Mođun silica số thủy tinh lỏng Mẫu TL0 TL1 TL2 TL3 Mođun silica 2,92 3,02 3,12 3,33 3.3 VẬT LIỆU ĐÓNG RẮN KHÔNG NUNG TỪ TRO BAY VÀ THỦY TINH LỎNG 3.3.1 Sử dụng thuỷ tinh lỏng TL0 Các mẫu đóng rắn theo phương pháp mục 2.1.2 Khối lượng tro bay dùng cho mẫu 10 gam Tổng thể tích thuỷ tinh lỏng nước dùng để phối trộn ml Mẫu sau đóng rắn 10 ngày mang đo khối lượng riêng độ bền nén Các kết đóng rắn tro bay sử dụng thuỷ tinh lỏng ban đầu chưa pha loãng kí hiệu TTL0 với tỉ lệ pha loãng khác bảng 3.3 sau Bảng 3.3: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay thuỷ tinh lỏng TL0 Mẫu T0.1 T0.2 T0.3 10:2:0 10:1,5:0,5 10:1:1 Khối lượng riêng (g/cm3) 1,53 1,49 1,49 Độ bền nén (kg/cm2) 105,1 150,3 163,6 Tỉ lệ tro : TL0 : nước (g:ml:ml) Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 31 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Nhận xét: Thủy tinh lỏng có tính kiềm nên có độ nhớt khả bám dính tạo thành khối chặt khít với tro bay tạo mẫu Sự đóng rắn xảy có tạo thành SiO2 cấu trúc polime đóng rắn Có thể minh hoạ điều dựa vào thuỷ phân SiO32- có thuỷ tinh lỏng sau: SiO32- + H2O ↔ SiO2 + OH- (3.1) Ion OH- có thuỷ tinh lỏng tạo theo phản ứng (3.1) có khả tương tác với cấu tử có tro bay chẳng hạn SiO2, nhôm oxit, làm tăng độ bền đóng rắn Theo số liệu bảng 3.3 khối lượng riêng mẫu khoảng 1,5 g/ cm3 Mẫu T0.1 có độ bền nén nhỏ có lẽ dư nhiều kiềm Khi giảm thể tích lỏng sử dụng, mẫu T0.2 T0.3 có độ bền nén tăng mạnh Điều la thêm nước, thúc đẩy phản ứng (3.1) xảy tốt theo chiều thuận làm tăng độ bền đóng rắn Mẫu T0.3 với tỉ lệ phối liệu tro bay : TL0 : nước ( g:ml:ml ) đóng rắn 10:1:1 có độ bền nén cao đạt 163,6 kg/cm2 Mẫu đóng rắn không nung với tỉ lệ tro bay : TL2 (g:ml) 10:2 có độ bền nén cao 157,3 kg/cm2 sau 10 ngày đóng rắn Các mẫu co ngót không đáng kể sau 10 ngày dóng rắn 3.3.2 Sử dụng thuỷ tinh lỏng TL1, TL2, TL3 Như mục 3.2.2 mẫu thuỷ tinh lỏng từ TL1 đến TL3 điều chế lấy 50 ml TL0 bổ sung 50 ml nước lượng silic đioxit cần thiết Các kết việc sử dụng TL1 đến TL3 với mức độ pha loảng khác đóng rắn đươc bảng 3.4, 3.5 3.6 sau: Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 32 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Bảng 3.4: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay thuỷ tinh lỏng TL1 Mẫu T1.1 T1.2 T1.3 10:2:0 10:1,5:0,5 10:1:1 Khối lượng riêng (g/cm3) 1,50 1,44 1,39 Độ bền nén (kg/cm2) 160,2 109,8 102,5 Tỉ lệ tro:TL: nước (g:ml:ml) Bảng 3.5: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay thuỷ tinh lỏng TL2 Mẫu T2.1 T2.2 T2.3 10:2:0 10:1,5:0,5 10:1:1 Khối lượng riêng (g/cm3) 1,45 1,41 1,38 Độ bền nén (kg /cm2) 157,3 97,4 57,9 Tỉ lệ tro: TL2.: nước (g:ml:ml) Bảng 3.6: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay thuỷ tinh lỏng TL3 Mẫu T3.1 T3.2 T3.3 10:2:0 10:1,5:0,5 10:1:1 Khối lượng riêng (g/cm3) 1,42 1,37 1,44 Độ bền nén (kg /cm2) 67,5 61,6 56,0 Tỉ lệ tro: TL3: nước (g:ml:ml) Nhận xét: Từ bảng 3.4 đến bảng 3.6 mẫu T1.1 , T2.1 T3.1 có thành phần tương tự mẫu T0.3 nhiên có mođun silica tăng dần Khối lượng riêng mẫu nhìn chung giảm mođun silica tăng dao động khoảng 1,4 đến 1,5 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 33 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Khác với dự kiến, độ bền nén không tăng mà giảm Điều có lẽ tăng mođun silica làm giảm khả tương tác kiềm tự có thuỷ tinh lỏng cấu tử SiO2 có tro bay làm giảm độ bền đóng rắn Trong bảng giảm hàm lượng thuỷ tinh lỏng độ bền nén mẫu giảm Tóm lại mẫu T0.3 ,T1.1 đến T2.1 có độ bền nén cao thay đổi từ 163 đến 157 kg/cm2 Khi pha loãng thuỷ tinh theo tỉ lệ 1:1, mẫu đóng rắn với tỉ lệ tro bay : thuỷ tinh lỏng (g:ml) 10:2 có độ bền nén cao 163 kg/cm2 sau 10 ngày đóng rắn 3.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MÔT SỐ CHÂT PHỤ GIA TỚI ĐẶC TÍNH CỦA SẢN PHẨM Các mẫu chế tạo phần 2.1.2 sử dụng TL2 làm chất kết dính Ở phần khảo sát ảnh hưởng số chất phụ gia: đất sét, ZnO, Na2SiF6 đến độ bền nén mẫu vật liệu sau 10 ngày đóng rắn không nung mẫu có nung 1h 9000C Các mẫu không nung có nung co ngót không đáng kể 3.4.1 Phụ gia đất sét Các kết sử dụng phụ gia đất sét lên độ bền nén mẫu không nung có nung bảng 3.7a 3.7b sau: Bảng 3.7a: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia đất sét - mẫu không nung Mẫu T.S.1 T.S.2 T.S.3 10:2:2 10:1,5:2 10:1:2 1,56 1,55 Độ xốp (%V) 3,97 Độ bền nén (kg/cm2) 79,6 Tỉ lệ tro: sét:TL2 (g:g:ml) Khối lượng riêng (g/cm3) T.S.4 T.S.5 10:0,5: 10:0,3: 2 1,54 1,47 1,49 3,06 2,15 1,58 1,66 87,9 156,7 132,5 157,3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 34 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Nhận xét: Khi thêm đất sét trơn trượt nên mẫu dễ đóng rắn hơn, lực ma sát nhỏ Các mẫu có khối lượng riêng khoảng 1,5 g/cm3 Sự có mặt đất sét làm tăng độ xốp mẫu Mặc dù dễ đóng rắn hơn, đất sét làm giảm độ bền nén mẫu.Tuy nhiên mẫu T.S.5 với tỉ lệ tro bay: sét:TL2 ( g:g:ml) 10:0,3:2 không làm giảm độ bền nến Mẫu có độ bền nén đạt 157,3 kg/cm2 Bảng 3.7b: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia đất sét - mẫu có nung Mẫu S.S.1 S.S.2 S.S.3 S.S.4 S.S.5 10:2:2 10:1,5:2 10:1:2 10:0,5:2 10:0,3:2 1,39 1,39 1,38 1,38 Độ xốp (%V) 25,15 22,54 26,74 22,81 21,22 Độ bền nén (kg/cm2) 175 191 183 230 248 Tỉ lệ tro: sét:TL2 (g:g:ml) Khối lượng riêng (g/cm3) 1,38 Nhận xét : Các mẫu sau nung có khối lượng riêng nhỏ độ xốp cao mẫu không nung nung làm nước mẫu Các mẫu sau nung có độ bền nén cao mẫu không nung, tương tác Na2O có thuỷ lỏng SiO2 tro bay xảy triệt để nung Tương tự mẫu không nung, độ bền nén mẫu nung tăng giảm hàm lượng sét Mẫu S.S.5 với tỉ lệ phối liệu tro bay: sét:TTL2 (g:g:ml) 10:0,3:2 có độ xốp 21% độ bền nén cao đạt 248 kg/cm2 3.4.2 Phụ gia ZnO Ảnh hưởng phụ gia ZnO đến độ bền nén mẫu vật liệu - mẫu không nung mẫu có nung bảng 3.8a 3.8b Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 35 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Bảng 3.8a: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia ZnO – mẫu không nung Mẫu Tỉ lệ tro: ZnO:TL2 (g:g:ml) Khối lượng riêng (g/cm3) Độ xốp (%V) Độ bền nén (kg/cm2) T.Z.1 10:0,2:2 T.Z.2 T.Z.3 T.Z.4 T.Z.5 10:0,15:2 10:0,1:2 10:0,05:2 10:0,03:2 1,476 1,519 1,489 1,519 1,471 3,50 3,50 3,35 2,46 2,17 134,4 122,9 126,1 116,8 97,4 Nhận xét: Các mẫu có khối lượng riêng khoảng 1,5 g/cm3 Sự có mặt ZnO làm tăng nhẹ độ xốp mẫu Độ xốp giảm lượng ZnO giảm dần Phụ gia ZnO có khả tương tác với kiềm thuỷ tinh lỏng làm tăng độ bền đóng rắn mẫu Các mẫu T.Z.1 đến T.Z.5 có độ bền nén giảm hàm lượng ZnO giảm Mẫu T.Z1 với tỉ lệ tro bay: ZnO:TL2 , (g:g:ml) 10:0,2:2 có độ bền nén cao đạt 134,4 kg/cm2 Bảng 3.8b: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia ZnO - mẫu có nung Mẫu Tỉ lệ tro: ZnO:TL2 (g:g:ml) Khối lượng riêng (g/cm3) Độ xốp (%V) Độ bền nén (kg/cm2) S.Z.1 S.Z.2 S.Z.3 S.Z.4 S.Z.5 10:0,2:2 10:0,15:2 10:0,1:2 10:0,05:2 10:0,03:2 1,27 1,31 1,34 1,47 1,38 32,61 29,87 28,29 25,15 24,65 87 155 177 265 287 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 36 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Nhận xét: Tương tự bảng 3.7b, mẫu sau nung có khối lượng riêng nhỏ độ xốp cao mẫu không nung nung làm nước mẫu Các mẫu sau nung có độ bền nén cao mẫu không nung, tương tác Na2O có thuỷ lỏng SiO2 tro bay xảy triệt để nung Độ bền nén mẫu nung giảm tăng hàm lượng ZnO Điều tăng ZnO làm tăng lượng pha thuỷ tinh có mẫu– pha thuỷ tinh thường dòn dể vỡ Mẫu S.Z.5 với tỉ lệ phối liệu tro bay: ZnO:TTL2 (g:g:ml) 10:0,03:2 có độ xốp 24,6 % độ bền nén cao 287 kg/cm2 3.4.3 Phụ gia Na2SiF6 Ảnh hưởng phụ gia Na2SiF6 đến độ bền nén mẫu vật liệu đóng rắn không nung mẫu có nung bảng 3.9a 3.9b Bảng 3.9a: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia Na2SiF6 – mẫu không nung Mẫu Tỉ lệ tro:Na2SiF6:TL2 (g:g:ml) Khối lượng riêng T.N.1 T.N.2 T.N.3 T.N.4 T.N.5 10:0,2:2 10:0,15:2 10:0,1:2 10:0,05:2 10:0,03:2 1,43 1,43 1,45 1,47 1,47 Độ xốp (%V) 2,76 2,83 2,17 2,17 2,46 Độ bền nén (kg/cm2) 45,8 53,5 82,2 148,2 156,4 (g/cm3) Nhận xét: Các mẫu có khối lượng riêng khoảng 1,5 g/cm3 Sự có mặt Na2SiF6 làm giảm độ xốp độ bền nén mẫu Mẫu T.N.5 với tỉ lệ tro bay: Na2SiF6:TL2, (g:g:ml) 10:0,05:2 có độ bền nén cao đạt 156.4 kg/cm2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 37 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Bảng 3.9b: Khảo sát ảnh hưởng phụ gia Na2SiF6 – mẫu có nung Mẫu Tỉ lệ tro:Na2SiF6:TL2 (g:g:ml) Khối lượng riêng S.N.1 S.N.2 S.N.3 S.N.4 S.N.5 10:0,2:2 10:0,15:2 10:0,1:2 10:0,05:2 10:0,03:2 1,225 1,287 1,278 1,203 1,355 Độ xốp (%V) 29,67 29,71 29,97 29,93 30,24 Độ bền nén (kg/cm2) 65 85 154 182 295 (g/cm3) Nhận xét: Tương tự mẫu sau nung có khối lượng riêng nhỏ độ xốp cao mẫu không nung nung làm nước mẫu Các mẫu sau nung có độ bền nén cao mẫu không nung, tương tác Na2O có thuỷ lỏng SiO2 tro bay xảy triệt để nung Độ bền nén mẫu nung giảm giảm hàm lượng Na2SiF6 Điều tăng Na2SiF6 làm tăng lượng pha thuỷ tinh có mẫu Sự có mặt pha thuỷ tinh lỏng thúc đẩy phản ứng pha rắn mẫu Hàm lượng Na2SiF6 thích hợp ứng với mẫu đóng rắn S.N.5 với tỉ lệ phối liệu tro bay: Na2SiF6:TTL2 (g:g:ml) 10:0,03:2 có độ xốp 30,24 % độ bền nén cao đạt 295 kg/cm2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 38 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa KẾT LUẬN Từ kết thu rút số kết luận sau: Tro bay chủ yếu hạt hình cầu, có kích thước bé 10 μm, gồm khoáng mulit, quart magnetit Thành phần tro bay tính theo % khối lượng Si - 28,0; Al - 13,28; Fe - 4,36, số nguyên tố khác Đã xác định mođun silica thuỷ tinh lỏng TL0 2,92 điều chế thuỷ tinh lỏng TL2 có modun silica 3,12 Mẫu đóng rắn không nung với tỉ lệ tro bay : TL2 (g:ml) 10:2 có độ bền nén cao 157,3 kg/cm2 sau 10 ngày đóng rắn, độ co ngót mẫu không đáng kể Các mẫu đóng rắn 10 ngày sau nung co ngót không đáng kể, có độ bền nén cao mẫu không nung Cụ thể:  Mẫu có tỉ lệ phối liệu tro bay: sét:TL2 (g:g:ml) 10:0,3:2 cho mẫu sau nung có độ xốp 21% độ bền nén 248 kg/cm2  Mẫu có tỉ lệ phối liệu tro bay: ZnO:TTL2 (g:g:ml) 10:0,03:2 có độ xốp 24,6 % độ bền nén cao 287 kg/cm2  Mẫu có tỉ lệ phối liệu tro bay: Na2SiF6:TTL2 (g:g:ml) 10:0,03:2 có độ xốp 30,24 % độ bền nén cao 295 kg/cm2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 39 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS Nguyễn Đăng Hùng Công nghệ sản xuất vật liệu chịu lữa NXB Bách Khoa, 2006 Sản xuất công ty Tân bình Tạp chí Công nghiệp Hóa chất Số 08, 2002 Otto et al, Silica Ullmann’s Ecyclopedia of industrial chemistry Vol 23, 1993 L Keith Hudson, et al Aluminum Oxide Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Copyright © 2002 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA Refractory Kirk- Othmer Encyclopedia of Chemical technology,Vol 21, 1990s Dobos, Gyorgy, Felfoldi,et al Method for the treatment of red mud Li Junqi Huang Process for absorption of sulfur dioxide waste by Bayer red mud, Patent CN 1883766 Alaire Claude Refractory material produced from red mud US Patent 5,106,797, 1992 Alaire Claude Refractory linings capable of resisting and sodium salts EP 399 785 A2, 1989 10 Ekrem Kalkan Utilization of red mud as a stabilization material for the preparation of clay liners Engineering Geology, 87, 220-229, 2006 Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 40 [...]... Tỉ lệ tro : TL0 : nước (g:ml:ml) Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 31 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Nhận xét: Thủy tinh lỏng có tính kiềm nên có độ nhớt và khả năng bám dính tạo thành một khối chặt khít với tro bay khi tạo mẫu Sự đóng rắn xảy ra là có sự tạo thành SiO2 cấu trúc polime khi đóng rắn Có thể minh hoạ điều này dựa vào sự thuỷ phân của SiO32- có trong... tố trong tro bay Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 28 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Nhận xét: Dựa vào ảnh SEM trên hình 3.1 ta thấy tro bay chủ yếu là những hạt hình cầu, có kích thước bé hơn 10 μm Theo kết quả EDS ta thấy thành phần của tro bay bao gồm rất nhiều nguyên tố, chủ yếu Si, O, Al, Fe, Ti và các nguyên tố khác Để biết các dạng khoáng có trong tro bay, ... của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi điện tử) Trong các tài liệu khoa học, kỹ Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 24 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa thuật này thường được viết tắt là EDS xuất phát từ tên gọi tiếng Anh EnergyDispersive Spectroscopy... gia tro bay Ở một số nước phát triển trên thế giới, tro bay còn được dùng để chế tạo zeolit, dùng để làm vật liệu hấp phụ trong việc xử lí nước thải chứa ion kim loại nặng,… Trong công trình này, tôi muốn tạo ra một lĩnh vực ứng dụng mới của tro bay là sử dụng nó để chế tạo vật liệu đóng rắn, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của việc tái sử dụng tro bay, vừa giải quyết bài toán bảo vệ môi trường 1.2 GIỚI... đến TL3 được điều chế khi lấy 50 ml TL0 và bổ sung 50 ml nước và một lượng silic đioxit cần thiết Các kết quả về việc sử dụng TL1 đến TL3 với các mức độ pha loảng khác nhau khi đóng rắn đươc chỉ ra lần lượt ở bảng 3.4, 3.5 và 3.6 sau: Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 32 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Bảng 3.4: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay và thuỷ tinh lỏng... VẬT LIỆU ĐÓNG RẮN 1.3.1 Vai trò của công nghệ vật liệu Nhờ có lao động mà con người ngày phát triển và hoàn thiện vì vậy ở đâu xuất hiện sự sống của loài người, thì kèm theo đó là sự xuất hiện của các loại vật liệu Vật liệu gắn liền với đời sống hàng ngày của con người đó là các loại vật liệu được sử dụng để chế tạo các vật dụng sinh hoạt hàng ngày, chế tạo các đồ trang trí, các công cụ lao động, vật. .. chịu được môi trường xâm thực mạnh Loại vật liệu này đã được nghiên cứu và sử dụng ở nhiều nước phát triển (Anh, Hoa kỳ, Nhật ), nó có thể sử dụng để chế tạo các tấm mỏng dùng để tăng cường, gia cố các chi tiết kết cấu bị thấm dột, hoặc Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 16 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa dùng làm các chi tiết trong môi trường xâm thực, hoặc có thể... động, vật liệu được sử dụng trong xây dựng nhà cửa, các công trình giao thông, thuỷ lợi, các phương tiện đi lại Trong các ngành khoa học và công nghệ khác, cũng luôn tồn tại sự có mặt của các loại vật liệu, sử dụng trong việc chế tạo thiết bị sản xuất công nghiệp ,vật liệu xây dựng nhà xưởng,… Còn rất nhiều ứng dụng khác của vật liệu trong các lĩnh vực khác như vật liệu sử dung trong y học, trong quân... dạng khoáng có trong tro bay, mẫu tro bay được chụp giản đồ nhiễu xạ tia X ở Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của tro bay được chỉ ra ở hình 3.3 sau: Green: Quart, SiO2, Blue: Mullit, 3Al2O32SiO2 Pink: Magnetit, Fe3O4 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X tro bay Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 29 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011... ngừng nâng cao, và Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 13 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa các vật liệu ứng dụng trong đời sống cũng vì thế phải đáp ứng được các yêu cầu đó 1.3.3 Vật liệu và hoá phẩm xây dựng Vấn đề về vật liệu và hoá phẩm xây dựng là một vấn đề rất quan trọng đối với ngành kiến trúc và xây dựng Yêu cầu đối với vật liệu xây dựng trước hết là phải có ... Trang Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Khóa luận Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay. .. Nghiên cứu chế tạo keo đóng rắn tro bay - Nghiên cứu đóng rắn tro bay hệ keo thích hợp - Xác định đặc tính sản phẩm thu Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011... khác đóng rắn đươc bảng 3.4, 3.5 3.6 sau: Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay 32 Khãa LuËn Tèt NghiÖp – 2011 Bùi Thị Trang – K33D – Hóa Bảng 3.4: Mẫu đóng rắn không nung từ tro bay