ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG TỪ BÙN ĐỎ USING RED MUD BUILDING MATERIAL PRODUCTIONPhần I:Giới thiệu chungPhần II:Cơ sở lý thuyếtPhần III:Phương thức nghiên cứuPhần IV:Kết quả nghiên cứuPhần V:Giá thành sản phẩmPhần VI:Kết luận
SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG TỪ BÙN ĐỎ USING RED MUD BUILDING MATERIAL PRODUCTION Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Đỗ Quang Minh Nội dung trình bày Phần I: Giới thiệu chung Phần II: Cơ sở lý thuyết Phần III: Phương thức nghiên cứu Phần IV: Kết nghiên cứu Phần V: Giá thành sản phẩm Phần VI: Kết luận Phần I: Giới thiệu chung I Bùn đỏ đuôi quặng: Bùn đỏ đưôi quặng chất thải rắn sinh từ trình làm giàu quặng bauxite Phần I: Giới thiệu chung (tt) I Bùn đỏ đuôi quặng: Bùn đỏ đuôi quặng chất độc hại kích thước mịn nên nguồn phát tán bụi Ướt tính Alumina thành phẩm thải lượng 1.0 – 1.6 bùn đỏ đuôi quặng Theo môt số nghiên cứu, năm phải tốn 1km2 để chứa chất thải cho triệu Alumina thành phẩm [1] Phần I: Giới thiệu chung (tt) I Bùn đỏ đuôi quặng: Chính vi vậy, biến bùn đỏ thành sản phẩm có lợi vấn đề phải giải quốc gia sản xuất bauxite có Việt Nam ta Theo hướng này, số nước bùn đỏ dùng làm: Vật liệu san lắp mặt bằng, đường giao thông, vật liệu xây dựng [2], [3] Xi măng, phụ gia xi măng [4] Phụ gia sản phẩm gốm sứ [5] Phần I: Giới thiệu chung (tt) II Tình hình sản xuất gạch không nung: Trên giới: GKN dần thay gạch nung Mỹ, Nhật, Tây Âu, … GKN chiếm 70% khối lượng VLXD Ở Việt Nam: Những năm 60 kỷ 20 bắt đầu sản xuất GKN Thập niên 90 có dây chuyền sản xuất Tuy nhiên đến nay, GKN chiếm 7-8% khối lượng sử dụng Việc sử dụng gạch nung cao dẫn đến việc tiêu tốn nguồn tài nguyên đất, gây ô nhiểm môi trường chất thải trình nung, tiền đầu tư nhà máy sản xuất lớn, chi phí sản xuất cao, … [6] Phần I: Giới thiệu chung (tt) II Tình hình sản xuất gạch không nung: Ở Việt Nam: Chính vậy, 29/8/2008 ban hành định 121/2008/QĐ-TTg đưa lộ trình sản lượng GKN sau: Đến năm 2010 Đến năm 2015 Đến năm 2020 10 – 15% 20 – 25% 30 – 40% Phần I: Giới thiệu chung (tt) III Mục tiêu ý nghĩa đề tài: Từ tồn trên, ta nhận thấy sản xuất GKN từ bùn đỏ cần thiết mang ý nghĩa to lớn Sản xuất GKN từ bùn đỏ giải vấn đề về: môi trường, sinh thái, lượng, … đồng thời đem lại hiệu kinh tế Vì vậy, đề tài thành công áp dụng vào thực tế giải nhiều vấn đề tồn Phần II: Cơ sở lý thuyết I Gạch không nung: GKN gạch sản xuất theo công nghệ lò nung, tạo hình theo phương pháp ép, đùn Thành phần chính: Cốt liệu: có dạng thô mịn CKD: gồm CKD tự nhiên nhân tạo Ngoài dùng số phụ gia khác: phụ gia hoạt tính, phụ gia đầy, … Phần II: Cơ sở lý thuyết (tt) II Cơ chế đóng rắn: Khi sử dụng vôi: Khi cốt liệu có khoáng hoạt tính, cường độ gạch tạo phản ứng tạo CSH, ASH MSH sau [7]: CaO + H2O → Ca(OH)2 MgO + H2O → Mg(OH)2 x Ca(OH)2 + SiO2 + n H2O → x CaO.SiO2.pH2O x Al2O3 + y Ca(OH)2 + p H2O → xAl2O3.yCaO.(p+1)H2O x MgO + SiO2 + p H2O → xMgO.SiO2.pH2O Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) VI Ảnh hưởng cốt liệu cát đến cường độ mẫu: Hệ vôi: cố định hàm lượng vôi 10%, tiến hành thay phần bùn đỏ cát Hệ vôi – xi măng:ta cố định hàm lượng vôi 10%, hàm lượng xi măng 5%, thay phần bùn đỏ cát Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) VI Ảnh hưởng cốt liệu cát đến cường độ mẫu: Tương tự như đá mi, thay phần bùn đỏ cát hệ vôi – xi măng cho cường độ cao Trong đó, thành phần 10% vôi, 5% xi măng, 60% bùn đỏ, 25% cát cho cường độ sau 28 ngày cao ứng với giá trị Ru28=48.51 kG/cm2, Rn28 = 211 kG/cm2 Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) VII Kết phân tích XRD hệ: Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) VII Kết phân tích XRD hệ: Kết phân tích XRD mẫu sau 28 ngày đêm dưỡng hộ ẩm cho thấy hệ xuất thêm khoáng sau: Xonotlite: 6CaO.6SiO2.H2O (C6S6H) xuất tất cấp phối dùng XMP Riversideit: 6CaO.5SiO2.H2O (C6S5H) xuất hệ sử dụng vôi Điều chứng tỏ phản ứng tạo C-S-H từ vôi mạnh: SiO2.nH2O + Ca(OH)2 → C-S-H Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) VIII Nghiên cứu vi cấu trúc kính hiển vi điện tự quét (SEM): Sau sau ảnh SEM chụp vết gẫy sau thử độ bền uốn số mẫu sau 28 ngày bảo dưỡng Một số hình dạng vẩy xuất dự đoán khoáng CSH tạo thành Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) IX Phân tích phổ hồng ngoại IR: Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) IX Phân tích phổ hồng ngoại IR: Từ phổ IR ta thấy xuất peak khoảng 1690-1684 (cm-1) 1395-1380 (cm-1) thể dao động liên kết Si-O, 710-1300 (cm-1) gốc cacbonat sunfat, 3434-3445 (cm-1) liên kết OH- C-S-H C-A-H, 967cm-1 khoáng C-S-H [16] Điều chứng tỏ mẫu sau 28 ngày dưỡng ẩm xuất khoáng CS-H, C-A-H Đây khoáng tạo cường độ cho vật liệu Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) X Ảnh viên gạch sản xuất thử nghiệm nhà máy xi măng hà tiên 1: Máy ép gạch Khuôn ép gạch Phần IV: Kết nghiên cứu (tt) X Ảnh viên gạch sản xuất thử nghiệm nhà máy xi măng Hà Tiên 1: Viên gạch sâu thành phẩm Phần V: Giá thành sản phẩm Ta tiến hành tính toán theo thành phần có cường độ cao nhất: 10% xi măng, % vôi, bùn đỏ 45%, đá mi 40% Giá thành nguyên liệu: bùn đỏ (0 đ/kg), xi măng (1200 đ/kg), vôi (450 đ/kg), đá mi (90 đ/kg), nước (40 đ/l), bột màu hồng (30000 đ/kg), điện (1500 đ/kW) Giá thành sản xuất viên gạch sâu 3kg ước tính 795 đ/viên (Đơn giá tính theo thời điểm tính toán) Phần VI: Kết luận Trong thành phần bùn đỏ chứa SiO2.nH2O vô đình hình, có khả tác dụng với Ca(OH)2 hình thành khoáng CS-H tạo cường độ cho gạch Khi thay phần bùn đỏ đá mi độ bền uốn mẫu giảm độ bền nén tăng Khi thay phần bùn đỏ cát không cải thiện độ bền uốn nén Độ bền nén lớn 263.25 kG/cm2 với độ ẩm tương ứng 7.8% đạt tiêu theo tiêu chuẩn TCVN 6476:1999 Gạch bê tông tự chèn [17], TCVN 6477:1999 Gạch block bê tông [18] thành phần 10% vôi, 5% xi măng, 40% đá mi, 45% bùn đỏ Tài liệu tham khảo [1] – Preparation of special cements from rad mud – Maneesh Singh, S.N.Upadhayay and P.M.Prasad [2] – Development of studies and applications of activation techniques of fly ash – Wang Bao-min and Wang Li-jiu – School of Civil Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, PRC [3] - Development of unsintered construction materials from red mud wastes produced in the sintering Aluminaa process - School of Environmental Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology (HUST), Wuhan, Hubei 430074, PR China Received 11 August 2007; received in revised form 15 September 2007; accepted October 2007 Available online 19 November 2007 [4] - Preparation of special cements from rad mud – Maneesh Singh, S.N.Upadhayay and P.M.Prasad [5] - BaseconTM technology: New strategies for the management of bauxite refinery residues - © 2003 Virotec International Ltd [6] - http://www.moc.gov.vn/site/moc/cms?cmd=4&portionId=57& categoyId=86&articleId=26753& Tài liệu tham khảo [7] – Bùi Văn Chén & Đào Tiến Đạt– Kỹ thuật sản xuất gạch không nung, NXB Xây dựng Hà Nội [8] – Nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ Bauxite phế liệu tro bay, bùn đỏ để xây dựng đường cao nguyên tỉnh Lâm Đồng – Nguyễn Văn Chánh, Trần Văn Thọ - Khoa Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM [9] – PGS.TS Đỗ Quang Minh – Kỹ thuật sản xuất xi măng [10] – PGS.TS Đỗ Quang Minh – Hóa lý Silicat Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp.HCM 2009 [11] - Development of studies and applications of activation techniques of fly ash – Wang Bao-min and Wang Li-jiu – School of Civil Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, PRC [12] – Chemical reaction Bonding of building blocks using red mud and orthophosphoric acid binder – J.L Gumaste, B.C.Swain, B.C.Mohanty, J.S.Murty – Regional Research Laboratory, Bhubanneswar-751013, India Tài liệu tham khảo [13] – Bulletin of the chemical society of Japan Vol.42 – Kimitaka Sato, Fumio KUROSAWA and Ohiko KAMMORI – Tokyo Research Institute Yamata Iron and Steel 10., Ltd., Kawasaki [14] -.Bộ môn Silicat (2003): Hướng dẫn chuyên ngành vật liệu Silicat Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM [15] – TCVN 3735:1982 – Phụ gia họat tính Puzolan [16] – J J Torres, M Palacios, M Hellouin and F Puertas, Alkaline chemical activation of urban glass wastes to produce cementituous Materials, Eduardo Torroja Institute for Construction Sciences (CSIC), 28033, Madrid, Spainhttp [17] – TCVN 6476:1999 – Gạch bê tông tự chèn [18] - TCVN 6477:1999 – Gạch block tự chèn [...]... III Gạch không nung từ bùn đỏ: Bùn đỏ đuôi quặng thường có kích thước hạt trong khoảng 3.41 – 51.47 µm Thành phần hóa (% k.l): SiO2 7.3 – 9.44, Al2O3 24.1 – 28.63, (K2O + Na2O) 0.14 – 0.65, Fe2O3 43.1 – 59 Các khoáng chính trong bùn đỏ là: Gibsite (Al2O3.3H2O), geothite (FeOOH), hematite (Fe2O3), quartz (SiO2) Đặc biệt, bùn đỏ đuôi quặng luôn chứa chứa SiO2.nH2O vô định hình (với n từ 10 – 300) Phần... tương tự như trên dùng bùn đỏ trộn với vôi với hàm lượng 8 – 12% Kết quả cho thấy hàm lượng 90% bùn đỏ, 10% vôi cho kết quả tốt nhất Với hệ CKD vôi – xi măng ta dùng dùng bùn đỏ với hàm lượng vôi cố định ở 10% và XM sử dụng với hàm lượng thay đổi từ 2 – 5% Mẫu có hàm lượng vôi 10%, XM 5% và bùn đỏ 85% cho kết quả tốt nhất Phần IV: Kết quả nghiên cứu (tt) V Ảnh hưởng của cốt liệu đá mi đến cường độ... thay thế một phần bùn đỏ bằng cát Hệ vôi – xi măng:ta cố định hàm lượng vôi là 10%, hàm lượng xi măng là 5%, thay thế một phần bùn đỏ bằng cát Phần IV: Kết quả nghiên cứu (tt) VI Ảnh hưởng của cốt liệu cát đến cường độ của mẫu: Tương tự như như đá mi, khi thay thế một phần bùn đỏ bằng cát thì hệ vôi – xi măng cũng cho cường độ cao nhất Trong đó, thành phần 10% vôi, 5% xi măng, 60% bùn đỏ, 25% cát là... nung từ bùn đỏ: Nhờ vậy, bùn đỏ đuôi quặng có hoạt tính khá cao, chúng có thể tự kết dính nhờ SiO2.nH2O tạo mạch polymer khi mất nước [10], hoặc các oxit Al2O3, SiO2 hoạt tính tác dụng với Ca(OH)2 tạo các hydro silicat canxi (CSH), hydro aluminte canxi (CAH) có hoạt tính thủy lực [11] : Ca(OH)2 + SiO2.nH2O → C-S-H Ca(OH)2 + Al2O3 + H2O → C-A-H Phần II: Cơ sở lý thuyết (tt) III Gạch không nung từ bùn đỏ: ... là 10%, tiến hành thay thế một phần bùn đỏ bằng đá mi Hệ vôi – xi măng: tương tự ta cố định hàm lượng vôi là 10%, hàm lượng xi măng là 5%, thay thế một phần bùn đỏ bằng đá mi Phần IV: Kết quả nghiên cứu (tt) V Ảnh hưởng của cốt liệu đá mi đến cường độ của mẫu: Qua kết quả thu được từ các hệ ta nhận thấy hệ vôi – xi măng với thành phần: 10% vôi, 5% xi măng, 45% bùn đỏ, 40% đá mi là cho cường độ sau 28... PO4 )( s) + P2 O5 ( s ) + 3H 2 O( g ) 140 −180 0 C Fe2 O3 ( s ) + H 3 PO4 (l ) → 2 FePO4 ( s) + 3H 2 O( g ) Đây là cơ sở cho việc hình thành các loại vật liệu không nung từ bùn đỏ đuôi quặng Phần III: Phương thức nghiên cứu Bùn đỏ đuôi quặng từ Bauxite Bảo Lộc Lâm (Lâm Đồng) trước hết được xác định thành phần hoá bằng phương pháp XRF, thành phần khoáng bằng XRD và IR, thành phần hạt bằng phương... hình Phần IV: Kết quả nghiên cứu (tt) I Khảo sát nguyên liệu: Phân tích thành phần hạt bằng phương pháp dùng tia Lazer Nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn 13.25 µm chiếm 67.54%, từ 13.25 – 51.47 µm chiếm 29.18% và trên 51.47 µm chiếm 3.28% Xác định độ hoạt hóa của bùn đỏ bằng phương pháp đo độ hút vôi (TCVN 3735-1982), độ hút vôi 89.6 mgCaO/1g bùn đỏ thuộc loại hoạt tính trung bình [15] Giá trị pH trung... hưởng của cốt liệu cát đến cường độ của mẫu: Tương tự như tiến hành thí nghiệm như với đá mi, ta cũng cố định làm lượng chất kết dính ở mỗi hệ và thay thế một phần bùn đỏ bằng cát Cát sử dụng có module độ lớn Mđl = 1.33, khối lượng riêng 2.61 g/cm3 Hệ xi măng: cố định hàm lượng xi măng là 10%, tiến hành thay thế một phần bùn đỏ bằng cát Phần IV: Kết quả nghiên cứu (tt) VI Ảnh hưởng của cốt liệu cát đến... ở mỗi hệ, Tiến hành thay một phần bùn đỏ bằng đá mi, lượng đá mi dao động từ 20 – 40% với mức thay đổi là 5% Kết quả được đánh giá thông qua độ bền uốn Ru (kG/cm2) và nén Rn (kg/cm2) sau 28 ngày dưỡng hộ trong không khí Hệ xi măng: cố định hàm lượng xi măng là 10%, tiến hành thay thế một phần bùn đỏ bằng đá mi Phần IV: Kết quả nghiên cứu (tt) V Ảnh hưởng của cốt liệu đá mi đến cường độ của mẫu: Hệ... cứu (tt) IV Ảnh hưởng của lượng CKD đến cường độ mẫu: Trộn bùn đỏ với các CKD khác nhau Khảo sát sự thay đổi cường độ uốn, nén sau 28 ngày dưỡng hộ trong không khí Với hệ CKD xi măng: sử dụng XM FiCO PCB40 với hàm lượng từ 6 – 10% Hàm lượng CKD XM lựa chọn thông qua độ bền uốn Ru và bền nén Rn (kG/cm2) sau 28 ngày Thành phần có hàm lượng bùn đỏ 90% và hàm lượng xi măng 10% k.l cho kết quả tốt nhất với