Nghiên cứu gạch không nung từ bùn đỏ (thuyết minh)

Chương I TỔNG QUAN Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương III NGUYÊN LIỆU Chương IV THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4.1 Quy trình tiến hành thí nghiệm 4.1.1 Sơ đồ chung 4.1.2 Thuyết minh sơ đồ chung 4.2 Thí nghiệm 4.2.1 Khảo sát lượng chất kết dính (ximăng Hạ Long PCB 40) cần sử dụng 4.2.2 Khảo sát độ ẩm tạo hình 4.2.3 Khảo sát áp lực ép 4.2.3 Xác định pH của bùn đỏ và xỉ than 4.2.4 Tính thành phần phối liệu 4.2.5 Đo độ bền sản phẩm 4.2.5.1 Độ bền uốn4.2.5.2 Độ bền nén 4.2.6 Kiểm tra thành phần khoáng của mẫu có cường độ nén cao 4.2.7 Kiểm tra pH của sản sau cùng 4.2.7.1 Kiểm tra độ giảm pH của bùn đỏ khi cho xỉ than vào 4.2.7.2 So sánh pH của phối liệu ban đầu và pH của sản phẩm Chương V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

BỘ MÔN VẬT LIỆU SILICAT -o0o -

BK TP.HCM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tp.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

- - - -

Số: /BKĐT KHOA : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN : VẬT LIỆU SILICAT NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: LÊ CHÍ TÂM MSSV: V0602106 NGÀNH: SILICAT LỚP: VL06SI 1 Đầu đề luận văn:

2 Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

3 Ngày giao nhiệm vụ luận văn:

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

5 Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1

2

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ Môn

Ngày………tháng…………năm 2011 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ luận văn:

có thể tự tin lập nghiệp sau này

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Đỗ Quang Minh đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến chú Kỳ (quản lí xưởng Silicat), anh Nguyễn Học Thắng (học viên cao học, chuyên ngành Silicat), anh Quốc (sinh viên khóa

2005, chuyên ngành Silicat) và toàn thể các bạn lớp VL06SI đã tận tình giúp đỡ em về mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm để em có thể hoàn thành luận văn của mình

Mặc dù em đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn Em xin chân thành cảm ơn

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn động viên em trong suốt quá trình học tập tại trường, đặc biệt là trong thời gian hoàn thành luận văn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 01 năm 2011

Lê Chí Tâm

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ngày nay, hầu hết các công trình xây dựng người ta thường sử dụng gạch nung Tuy nhiên, vấn đề về tiết kiệm năng lượng và vấn đề bảo vệ môi trường là hai vấn đề tất yếu phải thực hiện nếu con người muốn tồn tại lâu dài Chính vì thế, xu thế chuyển từ việc sử dụng gạch nung sang sử dụng gạch không nung là một xu thế tất yếu trong tương lai gần Việt Nam có trữ lượng Bôxít xếp thứ tư trên thế giới với tổng trữ lượng hơn 8 tỷ tấn, trong đó trữ lượng Bôxít tập trung nhiều nhất là ở Tây Nguyên với hơn 5,5 tỷ tấn Có thể nói Việt Nam là một cường quốc về Bôxít Vì thế, việc khai thác quặng Bôxít để sản xuất nhôm và hợp kim nhôm để đẩy mạnh ngành công nghiệp luyện kim phát triển là việc khó tránh khỏi Để có hiệu suất sản xuất nhôm và hợp kim nhôm từ Bôxít cao thì công nghệ Bayer là công nghệ tốt nhất hiện nay đáp ứng được điều đó Nhưng lượng bùn đỏ thải ra

từ việc sản xuất nhôm và hợp kim nhôm từ Bôxít với lượng kiềm rất cao là một vấn nạn nan giải Nếu không được xử lí đúng cách, đây sẽ là loại chất thải cực kỳ nguy hại cho môi trường

Được sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Đỗ Quang Minh, em tiến hành nghiên cứu sử dụng bùn đỏ, chất kết dính ximăng, đá mi và phụ gia xỉ than để làm gạch không nung Qua quá trình nghiên cứu và kết quả khảo sát các tính chất cơ lý của các mẫu gạch không nung từ bùn đỏ, chất kết dính ximăng, đá mi và xỉ than cho thấy việc sử dụng bùn

đỏ, chất kết dính ximăng, đá mi và phụ gia xỉ than để làm gạch không nung là hoàn toàn

có thể thực hiện được

MỤC LỤC

Chương I TỔNG QUAN 1

1.1 Gạch không nung là gì? 1

1.2 Phân loại 2

1.3 Ưu nhược điểm và tầm quan trọng của gạch không nung đối với vấn đề kinh tế - xã hội 3

1.4 Tình hình sản xuất và sử dụng gạch không nung ở Việt Nam [12] 4

1.5 Tình hình sản xuất gạch không nung trên thế giới [12] 6

1.6 Mục tiêu của đề tài 7

Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 Cơ sở hóa lý 10

2.1.1 Bản chất của chất kết dính ximăng Portland (XMP) [1] 10

2.1.1.1 Quá trình đóng rắn của XMP [1] 10

2.1.2 Bản chất của cốt liệu 13

2.1.3 Phương pháp tạo hình 14

2.1.4 Quy trình bão dưỡng gạch sau khi tạo hình [2] 15

2.2 Cơ sở các phương pháp nghiên cứu 16

2.2.1 Xác định thành phần hóa bằng huỳnh quang tia X (XRF) 16

2.2.2 Độ hút vôi 16

2.2.3 Xác định thành phần hạt 16

2.2.4 Xác định thành phần hóa bằng phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 17

2.2.5 Xác định thành phần khoáng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [4] 17

2.2.6 Phân tích nhiệt vi sai (DTA) [4] 18

2.2.7 Quan sát bề mặt kính hiển vi điện tử quét (SEM) [4] 18

2.2.8 Xác định tính chất cơ lý của sản phẩm [3] 18

Chương III NGUYÊN LIỆU 19

3.1 Cốt liệu 19

3.1.1 Bùn đỏ 19

3.1.2 Đá mi 26

iv

3.2 Chất kết dính 26

3.3 Phụ gia 26

Chương IV THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 31

4.1 Quy trình tiến hành thí nghiệm 31

4.1.1 Sơ đồ chung 31

4.1.2 Thuyết minh sơ đồ chung 32

4.2 Thí nghiệm 32

4.2.1 Khảo sát lượng chất kết dính (ximăng Hạ Long PCB 40) cần sử dụng 32

4.2.2 Khảo sát độ ẩm tạo hình 34

4.2.3 Khảo sát áp lực ép 35

4.2.3 Xác định pH của bùn đỏ và xỉ than 36

4.2.4 Tính thành phần phối liệu 38

4.2.5 Đo độ bền sản phẩm 39

4.2.5.1 Độ bền uốn [3] 39

4.2.5.2 Độ bền nén [3] 48

4.2.6 Kiểm tra thành phần khoáng của mẫu có cường độ nén cao 50

4.2.7 Kiểm tra pH của sản sau cùng 51

4.2.7.1 Kiểm tra độ giảm pH của bùn đỏ khi cho xỉ than vào 51

4.2.7.2 So sánh pH của phối liệu ban đầu và pH của sản phẩm 52

Chương V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

Phụ lục A: Kết quả đo độ hút vôi của xỉ than 58

Phụ lục B: Kết quả đo độ bền uốn của các mẫu gạch 59

Phụ lục C: Phổ nhiễu xạ tia X 62

v

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Một số loại gạch không nung trên thị trường hiện nay 1

Hình 1.2 Một số chủng loại gạch không nung hiện nay 8

Hình 2.1 Cơ chế polymer hóa của đất [8] 14

Hình 3.1 Các dạng tồn tại của Bauxit trong tự nhiên 20

Hình 3.2 Quy trình luyện nhôm bằng công nghệ Bayer 20

Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của bùn đỏ 21

Hình 3.4 Phổ nhiễu xạ tia X của bùn đỏ 22

Hình 3.5 Biểu đồ biểu thị pH của bùn đỏ ứng với từng lượng nước cụ thể 24

Hình 3.6 Kết quả phân tích cỡ hạt của bùn đỏ bằng phương pháp Lazer 25

Hình 3.7 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu xỉ than 28

Hình 4.1 Sơ đồ chung của quá trình tiến hành thí nghiệm 31

Hình 4.2 Biểu đồ biểu thị cường độ uốn của mẫu ứng với từng hàm lượng ximăng 33

Hình 4.3 Biểu đồ biểu thị độ bền uốn của mẫu ứng với từng độ ẩm tạo hình 34

Hình 4.4 Biểu đồ biểu thị độ bền uốn của mẫu ứng với từng áp lực tạo hình mẫu 35

Hình 4.5 Biểu đồ biểu thị pH của bùn đỏ ứng với từng lượng nước cụ thể 36

Hình 4.6 Biểu đồ biểu thị pH của xỉ than ứng với từng lượng nước cụ thể 37

Hình 4.7 Biểu đồ biểu thị độ bền uốn của các mẫu không chứa đá mi ở 8 ngày tuổi 41

Hình 4.8 Biểu đồ biểu thị độ bền uốn của các mẫu có chứa đá mi ở 8 ngày tuổi 42

Hình 4.9 Biểu đồ biểu thị độ bền uốn của mẫu chỉ chứa ximăng và bùn đỏ ở 28 ngày tuổi 43

Hình 4.10 Biểu đồ biểu thị độ bền uốn của các mẫu không chứa đá mi ở 8 ngày tuổi 45

Hình 4.11 Biểu đồ biểu thị độ bền uốn của các mẫu có chứa 1% đá mi ở 28 ngày tuổi 46 Hình 4.12 Biểu đồ biểu thị độ bền uốn của các mẫu có chứa 2% đá mi ở 28 ngày tuổi 47 Hình 4.13 Biểu đồ biểu thị cường độ nén của các tổ mẫu 20-5-1(28) và 20-5-2(28) 49

Hình 4.14 Phổ nhiễu xạ tia X của tổ mẫu 20-5-1(28) 50

Hình 4.15 Biểu đồ biểu thị pH của 40g bùn đỏ khi tăng lượng xỉ than cho vào 52

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các khoáng tồn tại trong quặng Bauxit 19

Bảng 3.2 Thành phần hóa của bùn đỏ 21

Bảng 3.3 pH của bùn đỏ ứng với 100ml nước 23

Bảng 3.4 pH của bùn đỏ ứng với 200ml nước 23

Bảng 3.5 pH của bùn đỏ ứng với 300ml nước 23

Bảng 3.6 Các thông số kỹ thuật của ximăng Hạ Long PCB 40 26

Bảng 3.7 Thành phần hóa của xỉ 27

Bảng 3.8 Độ hút vôi của xỉ than 29

Bảng 4.1 Cường độ uốn (ở 28 ngày tuổi) của các mẫu ứng với từng lượng ximăng trong thành phần phối liệu 33

Bảng 4.2 Độ bền uốn của mẫu ứng với từng độ ẩm tạo hình khác nhau 34

Bảng 4.3 Độ bền uốn của mẫu ứng với từng áp lực ép tạo hình 35

Bảng 4.4 pH của bùn đỏ ứng với 100ml nước 36

Bảng 4.5 pH của bùn đỏ ứng với 200ml nước 36

Bảng 4.6 pH của bùn đỏ ứng với 300ml nước 36

Bảng 4.7 pH của xỉ than ứng với 100ml H 2 O 37

Bảng 4.8 pH của xỉ than ứng với 200ml H 2 O 37

Bảng 4.9 pH của xỉ than ứng với 300ml H 2 O 37

Bảng 4.10 Thành phần phối liệu 38

Bảng 4.11 Độ bền uốn trung bình của các mẫu không chứa đá mi ở 8 ngày tuổi 40

Bảng 4.12 Độ bền uốn trung bình của các mẫu có chứa đá mi ở 8 ngày tuổi 41

Bảng 4.13 Độ bền uốn trung bình của các mẫu chỉ chứa ximăng và bùn đỏ ở 28 ngày tuổi 43

Bảng 4.14 Độ bền uốn trung bình của các mẫu không chứa đá mi ở 28 ngày tuổi 44

Bảng 4.15 Độ bền uốn trung bình của các mẫu có chứa 1% đá mi ở 28 ngày tuổi 45

Bảng 4.16 Độ bền uốn trung bình của các mẫu có chứa 2% đá mi ở 28 ngày tuổi 47

Bảng 4.17 Độ bền nén của tổ mẫu 20-5-1(28) 49

Bảng 4.18 Độ bền nén của tổ mẫu 20-5-2(28) 49

Bảng 4.19 pH của 40g bùn đỏ khi tăng lượng xỉ than cho vào 51

Bảng 4.20 pH của phối liệu ban đầu và của sản phẩm có thành phần phối liệu 20% xỉ

than – 5% ximăng – 1% đá mi (42 ngày tuổi) 53

Bảng 4.21 pH của phối liệu ban đầu và của sản phẩm có thành phần phối liệu 20% xỉ

than – 5% ximăng – 2% đá mi (42 ngày tuổi) 53

Chương I

TỔNG QUAN 1.1 Gạch không nung là gì?

Ngày nay, hầu hết các công trình xây dựng người ta thường sử dụng gạch nung Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và các công ty sản xuất gạch nói riêng đã cung ứng cho thị trường sản phẩm các sản phẩm gạch không nung khá đa dạng về chủng loại Tuy nhiên trong thời gian gần đây, vai trò của gạch không nung đã và đang chiếm một vai trò đáng kể trong xây dựng

Thật ra gạch không nung đã được con người sử dụng rất lâu nhưng vì nhiều lí do khác nhau mà cho đến nay hầu như chỉ được sử dụng rộng rãi ở một số nước trên thế giới Ở nước ta, hầu hết các loại gạch không nung đều sử dụng các dạng nguyên liệu là chất thải công nghiệp hoặc nguyên liệu quen thuộc như mạt đá, cát song, đất, chất thải của ngành công nghiệp sản xuất Alumin (bùn đỏ),…cùng với các chất kết dính như: ximăng, vôi, xỉ,…

Hình 1.1 Một số loại gạch không nung trên thị trường hiện nay

Nếu chúng ta định nghĩa một cách đơn giản về mặt công nghệ sản xuất thì gạch

không nung là loại gạch được sản xuất mà không cần trải qua công đoạn nung trong

lò ở nhiệt độ cao Tuy nhiên nếu xét một cách khoa học về mặt cấu trúc vật liệu thì gạch

không nung có thành phần chủ yếu gồm chất kết dính và cốt liệu

Như vậy có thể nói gạch không nung là một composite vô cơ

Quy trình sản xuất gạch không nung được trình bày đơn giản như sau: [2]

 Định lượng

 Trộn ẩm (có thể ủ trong thời gian nhất định)

 Tạo hình

 Dưỡng ẩm trong một khoảng thời gian quy định

Gạch không nung có cường độ ban đầu không cao như gạch nung nhưng theo thời gian, cường độ của nó có thể tăng Điều này phụ thuộc khá nhiều vào bản chất của chất kết dính và cốt liệu

Gạch không nung sau khi tạo hình không cần phải nung kết khối mà chỉ cần bão dưỡng tự nhiên ngoài không khí Chính vì vậy người ta tiết kiệm được rất nhiều nhiên liệu cũng như nguyên liệu trong quá trình sản xuất

1.2 Phân loại

Phân loại theo chất kết dính: [2]

 Vôi xỉ hoạt hóa, xỉ lò cao

 Vôi – puzzoland

 Vôi – sét hoạt hóa

 Vôi – gạch nung non lửa

 Vôi – diatomit – latterit

Phân loại theo cốt liệu: [2]

Công thức của một số loại gạch không nung thường gặp: [13]

 Công thức số 1: 30% xỉ than nghiền nhỏ + 30% xỉ khoáng + 30% đất

thải, chất thải rắn + 8 ÷ 10% ximăng + 0 ÷ 2% bột đá

 Công thức số 2: 60% bột đá + 3% muối kali + 8 ÷ 10% ximăng + 3%

vôi bột, còn lại là chất thải rắn khác

 Công thức số 3: 60% cát song + 30% chất thải rắn + 8 ÷ 10% ximăng,

còn lại là các chất độn khác

 Công thức số 4: 90% đá sét + 8 ÷10% ximăng + 0 ÷ 2% muối kali

 Công thức số 5: 60% xỉ quặng sắt + 30% chất thải rắn + 8 ÷ 10%

ximăng + 0 ÷ 2% muối kali

 Công thức số 6: 60% tro xỉ than + 30% xỉ quặng + 8 ÷ 10% ximăng, còn

lại là bột đá

1.3 Ƣu nhƣợc điểm và tầm quan trọng của gạch không nung đối với vấn đề kinh tế -

xã hội

Ưu điểm: [13]

 Không dùng nguyên liệu đất sét để sản xuất Đất sét chủ yếu khai thác

từ đất nông nghiệp, làm giảm diện tích sản xuất cây lương thực

 Không qua nung ở nhiệt độ cao nên tiết kiệm nhiên liệu, giảm lượng

chất thải gây ô nhiễm môi trường từ việc đốt nhiên liệu

 Có thể sử dụng các chất thải của ngành công nghiệp luyện kim mà điển

hình nhất là bùn đỏ Đây là vấn đề đau đầu trong việc giải quyết các vấn

đề về môi trường Việc sử dụng bùn đỏ làm gạch không nung đã làm giảm gánh nặng về ô nhiễm môi trường do ngành luyện alumin từ bôxít

gây ra

 Có thể tạo đa dạng các loại hình sản phẩm, nhiều màu sắc khác nhau,

kích thước khác nhau, thích ứng nhu cầu rộng lớn trong xây dựng

 Sản phẩm tạo thành ít phế phẩm do ít qua công đoạn sấy, nung, khả năng chịu lực phù hợp với mục đích sử dụng, có khả năng cách nhiệt,

cách âm

 Cơ sở sản xuất có thể phát triển theo nhiều qui mô khác nhau, không bị

khống chế về mặt bằng sản xuất, thời tiết, chi phí đầu tư thấp

Nhược điểm: [13]

 Hiện nay, gạch không nung phần lớn được sản xuất từ chất kết dính ximăng và cốt liệu mạt đá với chi phí khá cao nên giá thành vẫn còn

chưa cạnh tranh được với gạch nung

 Hầu hết các loại gạch không nung chỉ có cường độ nhất định, chưa đáp

ứng hết nhu cầu to lớn của thị trường

 Khối lượng gạch vẫn còn khá lớn nên chưa thể sử dụng dễ dàng để xây

dựng các tòa nhà cao tầng hay các công trình lớn khác

 Chu kì sản xuất gạch còn tốn nhiều thời gian vì chất kết dính đóng rắn

chậm nên vấn đề mặt bằng, tiêu thụ sản phẩm còn hạn chế

Tầm quan trọng: [12]

 Để đáp ứng nhu cầu vật liệu xây dựng của nước ta đến năm 2020 cần khoảng 40 – 42 tỉ viên gạch, đồng thời hạn chế việc khai thác đất ruộng canh tác, đảm bảo an ninh lương thực, giảm tiêu thụ lượng than và ô nhiễm môi trường…Đã có nhiều giải pháp đồng bộ, khuyến khích phát triển gạch không nung Ngoài việc nhanh chóng đầu tư, phát triển mạnh

mẽ sản xuất và sử dụng rộng rãi vật liệu không nung thay thế gạch đất

sét nung, ban hành đồng bộ các tiêu chuẩn, đơn giá, quy phạm xây dựng liên quan đến sản xuất và sử dụng gạch block bê tông, sản phẩm bê tông nhẹ…Nhà nước cũng đã có nhiều biện pháp có tính pháp lý nhằm khuyến khích sản xuất gạch không nung, hạn chế gạch xây dựng sản

xuất theo phương pháp truyền thống

 Từ những điều này ta có thể thấy tầm quan trọng của vật liệu xây dựng không nung nói chung và gạch không nung nói riêng ngày càng được nâng cao hơn trong tương lai và ảnh hưởng của nó đến nền kinh tế - xã

hội ngày càng lớn

1.4 Tình hình sản xuất và sử dụng gạch không nung ở Việt Nam [12]

Ở Việt Nam, hiện tại vật liệu nung chiếm tỷ lệ hơn 93%, còn vật liệu không nung chỉ chiếm chưa đến 7% trong tổng sản lượng gạch ngói xây dựng Như vậy ta có thể thấy vật liệu xây dựng không nung kém phát triển không những trong nước mà còn quá cách biệt

so với các nước trong khu vực và thế giới

Tuy vậy, đến nay mục tiêu đề ra không được thực hiện và hiện tại chỉ đạt 7 ÷ 8% số lượng gạch không nung trong tổng sản lượng gạch xây dựng (khoảng 1,5 ÷ 1,6 tỉ viên) Gạch không nung dạng block bê tông đã xuất hiện ở nước ta với khá nhiều cơ sở sản xuất tại nhiều địa phương như: Ninh Bình, Hà Nội, Đồng Nai…với các dây chuyền sản xuất hiện đại được nhập từ Italia, Tây Ban Nha, Cộng Hòa Liên Bang Đức, Nhật, Pháp…Gạch này cũng được đưa vào xây dựng nhiều nhà ở, khách sạn hiện đại như: Hilton, Horison, Trung tâm hội nghị Quốc Tế, Sân vận động Mỹ Đình…

Hiện nay ở nước ta, tỉ lệ sử dụng gạch không nung rất thấp Hầu hết gạch block được

sử dụng trong các công trình cao cấp ở nước ta như: khách sạn Hilton, Horison, Trung tâm Hội nghị Quốc Tế…đều do các nhà thiết kế, chủ đầu tư nước ngoài yêu cầu Vì sao gạch không nung ở nước ta kém phát triển mặc dù sản xuất và sử dụng gạch không nung

có nhiều hiệu quả như vậy? Các nguyên nhân chủ yếu như sau:

 Thứ nhất: tư duy và hành động theo kiểu “ăn sẵn” tài nguyên thiên nhiên sẵn

có Các loại gạch xây dựng qua nung đã được sản xuất từ rất lâu Chúng được

sản xuất từ nguyên liệu chủ yếu là đất sét Nước ta lại là nước nông nghiệp nên tài nguyên đất sét là có sẵn, giá thu mua nguyên liệu đất sét lại rất rẻ, phương pháp sản xuất lại đơn giản nên khá phổ biến và phát triển ở nước ta

 Thứ hai: vật liệu không nung thiếu điểm tựa để phát triển

o Yêu cầu phát triển đầu tư xây dựng của nước ta là khách quan theo sự phát triển đổi mới, hội nhập thế giới, cơ chế thị trường Tuy quá trình đổi mới đã diễn ra trên 20 năm nhưng hiệu quả còn hạn chế về hiểu biết

và hành động Không có đột phá trong dự báo đầu tư phát triển vật liệu,

về chuyển đổi sản xuất vật liệu không nung một cách kiên quyết bằng chính sách và luật pháp

o Còn duy trì sản phẩm vật liệu nung trong kế hoạch phát triển năm 2010

và những năm tiếp theo ở mức cao (50 ÷ 70%)

o Mức thuế khai thác tài nguyên, cũng như thuế về xâm hại môi trường rất thấp cùng việc thực thi chế tài không nghiêm nên chưa có tác dụng làm hạn chế trong thực tế

o Thiếu chính sách cụ thể và thuế về ưu đãi đầu tư để khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia đầu tư sản xuất vật liệu không nung trong việc tận dụng phế thải công nghiệp, khai thác nguyên vật liệu tại chỗ, cạnh tranh về giá cả trên thị trường

o Chưa có đầu tư nghiên cứu và cải tiến trang thiết bị trong sản xuất vật liệu không nung để phù hợp với lao động và kỹ thuật xây dựng Việt Nam Từ năm 1985 đến năm 2007 mới có 14 tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm và phương pháp thử xác định chất lượng nhưng thiếu các tiêu chuẩn hướng dẫn thi công sử dụng sản phẩm, nhiều năm sản phẩm còn theo tiêu chuẩn nước ngoài hoặc theo tiêu chuẩn do doanh nghiệp đưa

ra

o Chưa chú ý quan tâm trong việc tuyên truyền hiệu quả cần thiết phải sản xuất và tiêu thụ vật liệu xây dựng không nung trong xã hội Việc sử dụng vật liệu không nung vừa mang tính tùy thích theo sự hiểu biết chủ quan của các nhà đầu tư trong và ngoài nước

 Thứ ba: thiếu quản lí nhà nước về vật liệu xây dựng

o Sự mất cân đối về phát triển cơ cấu chủng loại, sự mất cân đối về cung cầu là hệ quả của tổ chức quản lý đầu tư phát triển vật liệu xây dựng khép kín theo Bộ ngành Trung ương và địa phương, dẫn đến phân tán trong đầu tư không theo quy hoạch, không theo cơ cấu sản phẩm, biến các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng phụ thuộc vào sự chỉ đạo của các cấp theo cơ chế chủ quan Trung ương và địa phương

o Có thể còn nhiều nguyên nhân khác giải thích cho sự kém phát triển của vật liệu không nung Điều quan trọng là chưa có biện pháp về cơ chế chính sách làm thay đổi nhận thức về hiệu quả sử dụng vật liệu không nung vào xây dựng ở Việt Nam Trách nhiệm này thuộc về quản lý Nhà nước chuyên ngành xây dựng và chuyên ngành công nghiệp vật liệu xây dựng Sự phát triển vật liệu xây dựng không nung cần đồng bộ tháo gỡ

và tạo điều kiện về cơ chế và tổ chức quản lý để phù hợp với xu thế phát triển, góp phần bảo đảm an ninh lương thực, bảo vệ môi trường, làm phong phú sản phẩm vật liệu xây dựng

o Chiến lược phát triển ngành vật liệu xây dựng đến năm 2020 đã đề ra mục tiêu phát triển sản xuất vật liệu xây dựng không nung thay thế gạch

đất sét nung vào năm 2020 là 20% Tuy nhiên hiện nay, theo các con số thống kê chưa đầy đủ thì tỷ lệ này hiện mới chỉ đạt khoảng 5% (theo TS Trần Đức Long – Viện Vật liệu xây dựng – Bộ xây dựng)

Mỗi năm Việt Nam sản xuất khoảng 16 tỷ viên gạch ngói nung Tính trung bình 1.000 viên gạch/ ngói cần 1,7 m3 đất thì mỗi năm ngành công nghiệp vật liệu này cần khoảng

27 triệu m3 đất Chưa kể tới hàng năm nhà máy sản xuất gạch ceramic trên cả nước, hàng năm cũng tiêu tốn cả trăm triệu m3 đất sét Đó là những con số được đưa ra tại hội thảo

“Vật liệu xây dựng không nung – Thời cơ – Giải pháp – Hiệu quả” được tổ chức ngày 11/06/2008, tại Hà Nội

Cũng theo tính toán, năm 2010 sản lượng gạch, ngói nung sẽ tăng lên 25 tỷ viên, năm

2020 là 42 tỷ viên Tiến sĩ Trần Văn Huynh, Chủ tịch Hội Vật liệu xây dựng Việt Nam cho biết: “Để đạt sản lượng 42 tỷ viên gạch ngói nung vào năm 2020, chúng ta sẽ phải sử dụng 600 triệu m3 đất sét, tương đương với 30.000 ha đất canh tác Điều này sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến vấn đề an ninh lương thực của đất nước Không những thế, quá trình nung sản phẩm cũng làm tiêu tốn rất nhiều nhiên liệu, đặc biệt là than đá Quá trình này thải ra môi trường một lượng lớn khí độc lại không chỉ ảnh hưởng tới môi trường, sức khỏe con người mà còn làm giảm năng suất cây trồng”

1.5 Tình hình sản xuất gạch không nung trên thế giới [12]

Tại Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản, tỷ lệ vật liệu xây dựng không nung chiếm tới hơn 70% thị phần bởi nhiều lí do mà một trong những lí do đặc biệt nhất là vật liệu này không sử dụng đến đất tự nhiên – một tài nguyên khoáng sản bị cấm khai khác ở nhiều nơi

Thiết bị sản xuất vật liệu không nung trên thế giới cũng rất đa dạng: thiết bị sản xuất gạch block, thiết bị sản xuất gạch sân vườn Điều này cho thấy vật liệu xây dựng không nung rất phong phú có thể đáp ứng rộng rãi các nhu cầu, chứ không chỉ bó hẹp là gạch block thay thế cho gạch đỏ làm từ đất nung

So sánh hiệu quả kinh tế, kỹ thuật sản xuất và sử dụng thì sản phẩm vật liệu xây dựng không nung có nhiều tính chất vượt trội hơn vật liệu nung, cho nên các nước phát triển hiện nay đã sản xuất vật liệu không nung chiếm sản lượng vượt trội so với gạch nung hàng năm

Nhiều nước trên thế giới đã có chính sách ưu đãi về thuế, vay vốn… khiến giá thành vật liệu không nung giảm, đồng thời những chính sách khắt khe hơn về thuế đối với gạch nung cũng như các biện pháp pháp lý nguồn khí thải nhằm kích đẩy chi phí sản xuất gạch nung lên

Điều này cho thấy gạch không nung cũng như vật liệu xây dựng không nung đã và đang rất phát triển và được sử dụng rộng rãi trên thế giới

1.6 Mục tiêu của đề tài

Việt Nam có trữ lượng Bôxít xếp thứ tư trên thế giới với tổng trữ lượng hơn 8 tỷ tấn, trong đó trữ lượng bôxít tập trung nhiều nhất là ở Tây Nguyên với hơn 5,5 tỷ tấn Có thể nói Việt Nam là một cường quốc về Bôxít

Nhằm phát triển nền công nghiệp nhôm Việt Nam, ngày 7/04/2006, tập đoàn công nghiệp than và khoáng sản Việt Nam chính thức khởi động tổ hợp dự án Bôxít – Nhôm Lâm Đồng Theo báo cáo nghiên cứu, mỏ bôxít Tân Rai có trữ lượng hơn 225 triệu tấn với khả năng khai thác 3,9 triệu tấn/năm; dự án Bôxít – Alumin Đắc Nông có công suất 1 – 2 triệu tấn/năm sẽ được triển khai thăm dò, khai thác và luyện trên 5 mỏ thuộc 3 xã của tỉnh Đắc Nông [7]

Như vậy, nếu các dự án khai thác được Quốc Hội phê duyệt và đi vào thực thi thì Việt Nam sẽ là nước xuất khẩu Alumin lớn nhất trong khu vực với công suất tối đa có thể lên đến 6 triệu tấn/năm [10]

Hầu hết các dự án tinh luyện Alumin đều sử dụng công nghệ Bayer và bùn đỏ là vấn

đề môi trường lớn nhất của công nghệ này Chất thải bùn đỏ của công nghệ Bayer chứa lượng kiềm rất lớn Nếu lượng bùn này không được xử lí tốt sẽ là mối đe dọa rất lớn đối với môi trường Bùn đỏ có cỡ hạt mịn, phần lớn nhỏ hơn 40 (mm), tỷ trọng 2,7 ÷ 3,2 tấn/m3 Nếu lấy tỷ trọng trung bình là 3 tấn/m3 thì thể tích một tấn bùn đỏ là 0,33 m3 Từ

đó cho thấy một thể tích bùn đỏ khổng lồ sẽ được thải ra khi toàn bộ hơn 8 tỷ tấn bôxít của Việt Nam được khai thác

Bùn đỏ được bơm ra khỏi nhà máy trong dạng huyền phù với nồng độ chất rắn chiếm

40 ÷ 60% thể tích chất thải Trong trường hợp được lọc thì lượng bùn chiếm khoảng 60 ÷ 70%, nước chiếm khoảng 30 ÷ 40% chất thải [15]

Theo tính toán, nếu sản xuất 6 triệu tấn alumin/năm và lượng bùn đỏ trung bình 1 tấn/tấn alumin thì lượng bùn đỏ thải là 6 triệu tấn/năm Nếu bùn đỏ thải ra có nồng độ chất rắn 50% thì sẽ chiếm tổng thể tích là 9 triệu m3/năm Việc xây hồ chứa bùn đỏ phải tuân thủ những yêu cầu nghiêm ngặc với lớp bọc ở đáy và thành bên đủ dày để không có

sự thoát kiềm từ bùn đỏ Như vậy, tổng diện tích bãi chứa bùn đỏ là rất lớn và đầu tư rất tốn kém [6]

Để xem xét khả năng xử lí bùn đỏ, đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới Có thể chia các phương án đề xuất thành các nhóm phương pháp như sau: [7]

Nhóm 1: Tận dụng bùn đỏ thu Na 2 O và Al 2 O 3 từ bùn đỏ, cặn còn lại dùng để sản xuất thép và titan

 Xử lí bùn đỏ trong dung dịch nước có CaO để thu hồi Na2O

 Thiêu kết bùn đỏ với các chất phụ gia khác và thiêu tẩm than để thu hồi

Na2O và Al2O3

Nhóm 2:

 Hoàn nguyên bùn đỏ trong trạng thái rắn hoặc trạng thái nóng chảy với

khí hoặc cacbon, tách sản phẩm sắt bằng phương pháp tuyển từ

 Nấu chảy bùn đỏ để tạo thành thép và hợp kim, còn xỉ để sản xuất

alumin hoặc ximăng

Nhóm 3: Xử lí bùn đỏ bằng axit hoặc các hợp chất hóa học khác, thu hồi từng

kim loại bằng phương pháp kết tinh chọn lọc hoặc bằng phương pháp trao đổi ion

Nhóm 4: Dùng bùn đỏ để sản xuất gạch, làm sạch nước, điều chỉnh độ chua

của đất…

Tuy nhiên, các phương pháp trên còn nhiều vấn đề về kinh tế, kỹ thuật chưa giải quyết được nên áp dụng công nghiệp còn rất hạn chế Do đó, bùn đỏ thải ra từ các nhà máy alumin vẫn là một lượng chất thải rắn lớn và cần được xử lí Thế giới có hai cách để thải bùn đỏ: [15]

Thải trên đất:

 Thải trên các vùng được bao quanh bởi đê chắn

 Thải trong các thung lũng có đập chắn

 Chất đống bùn đỏ sau khi lọc

 Thải vào những khai trường mỏ không còn được khai thác

Thải trong nước:

 Thải ra các sông

 Thải ra biển hoặc các đầm phá ven biển

Trong đề tài này, bùn đỏ được nghiên cứu xử lí theo nhóm 4 Nghĩa là bùn đỏ được nghiên cứu để làm cốt liệu mịn để sản xuất gạch không nung ở quy mô phòng thí nghiệm

Hình 1.2 Một số chủng loại gạch không nung hiện nay

Như vậy, nếu có thể đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, tính công nghệ thì có thể áp dụng vào quy mô công nghiệp để sản xuất đại trà Do đó, gánh nặng về việc xử lí bùn đỏ có thể phần nào giải quyết

Yêu cầu của đề tài:

 Sử dụng nguyên liệu gồm: bùn đỏ từ công nghệ Bayer, xỉ than, ximăng,

đá mi để tạo hình gạch không nung

 Kiểm tra các tính chất của gạch và xem xét tính khả thi

Chương II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở hóa lý

2.1.1 Bản chất của chất kết dính ximăng Portland (XMP) [1]

2.1.1.1 Quá trình đóng rắn của XMP [1]

Khi thủy hóa, các thành phần pha khác nhau của XMP trong clinker sẽ đồng thời tham gia các phản ứng hóa học Theo quan điểm của Baicop – Rebinder, có thể chia quá trình này thành 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Các khoáng của XMP tác dụng với nước ở giai đoạn đầu

hình thành một lớp sản phẩm ngay trên bề mặt hạt, chủ yếu là các

C-S-H Các sản phẩm mới hình thành một phần tan vào nước, một phần tạo dung dịch quá bão hòa (nếu lượng nước ít), một phần không tan vẫn nằm trên bề mặt các hạt khoáng ximăng tạo cấu trúc gel làm tốc độ

nước thâm nhập chậm lại

 Giai đoạn 2: Trong dung dịch quá bão hòa, các sản phẩm ở dạng keo,

các C-S-H kết tinh dạng sợi, dạng gel làm cho đá ximăng có cường độ

nhờ các khoáng ettringhit tạo thành

 Giai đoạn 3: Nước bay hơi, các keo C-S-H trong dung dịch kết tinh dần

cho đến hết, tạo cấu trúc gel với nhiều lỗ xốp nhỏ Các lớp gel trên bề mặt hạt ximăng có khả năng giữ nước sẽ làm cho lượng nước tiếp tục thấm sâu vào trong lớp hạt khoáng ximăng và quá trình tiếp tục lặp lại

tương tự nên cường độ đá ximăng sẽ phát triển theo thời gian

Cụ thể quá trình hydrat hóa như sau:

 Khoáng C 3 S:

Với lượng nước nhiều:

3CaO.SiO2) + mH2O → xCaO.SiO2.nH2O +(3 – x)Ca(OH)2Với lượng nước ít:

2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2Tùy từng điều kiện khác nhau mà sản phẩm hydrat sẽ khác nhau và x, n cũng khác nhau:

 Ở nhiệt độ thường, trong môi trường bão hòa hoặc quá bão hòa Ca(OH)2, sản phẩm hydrat sẽ là:

 Khoáng C 3 A:

Sản phẩm thủy hóa khoáng C3A là các khoáng C-A-H với các thành phần khác nhau

3CaO.Al2O3 +nH2O → 3CaO.Al2O3.nH2O

Ở nhiệt độ thường, ban đầu tạo khoáng trung gian: 2CaO.Al2O3.8H2O

và 4CaO.Al2O3.13H2O không bền sẽ chuyển thành 3CaO.Al2O3.6H2O, lúc này thể tích riêng tăng thêm 66,63% Có thể tóm tắt dãy phản ứng như sau:

2C3A + 21H → C4A13H + C2AH8 → 2C3AH6 + 9H→ C3A + CH + 12H

→ C4AH13Các sản phẩm thủy hóa tiếp theo của C3A như C4AH13 và CAH18 hòa tan rất nhanh, sau một ngày đêm có thể thủy hóa đến 70 ÷ 80% Chính vì thể người ta dùng thạch cao để giảm tốc độ đóng rắn bằng cách thạch cao

tác dụng với C3A tạo thành khoáng ettringhit dạng hình kim hoặc hình thoi bao quanh bề mặt khoáng C3A làm chậm quá trình đóng rắn của nó 3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O + 26H2O → 3CaO.Al2O3.CaSO4.32H2O

Khoáng này thủy phân theo phương trình:

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.mH2O

Mà trong XMP luôn có thạch cao nên tiếp tục xảy ra phản ứng:

3CaO.Al2O3.6H2O + 3CaSO4.2H2O + 23H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O

Nếu thạch cao ít, sản phẩm phản ứng sẽ là:

3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O Nếu xem sản phẩm là C2AF, dãy phản ứng có thể là:

C2AF + 2CH + 11H → C4(AF)H13

C2AF + 2CH + 3CS*H2 → C6(AF) S3*H31-32 (tương tự ettringhit)

C6(AF) S3*H31-32 + 2C4(AF)H13 → 3C6(AF)S*H12 + 2CH + 20H

Ngoài ra còn tồn tại một lượng lớn pha thủy tinh có hoạt tính cao trong clinker XMP nên cũng tạo thành sản phẩm hydrat hóa ở nhiệt độ thường như:

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 (<0,315mm) sẽ cho ta cường độ gạch cao và phát triển tốt, hàm lượng tạp chất hữu cơ càng ít càng tốt bởi vì nếu tạp chất quá nhiều thì hàm lượng chất kết dính sử dụng cũng sẽ tăng lên.[7]

Như đã nêu, mục tiêu của đề tài là sử dụng bùn đỏ để làm cốt liệu sản xuất gạch không nung Tuy nhiên, chúng ta cũng biết rằng không phải một loại nguyên liệu nào cũng có thể sử dụng làm cốt liệu cho gạch trừ khi nó phù hợp với các loại chất kết dính

mà ta chọn

Để giảm thiểu lượng chất kết dính mà gạch vẫn đạt cường độ yêu cầu đồng thời tìm

ra nguồn nguyên liệu mới với chi phí rẻ hơn rất nhiều so với các loại nguyên liệu sử dụng cho gạch không nung trên thị trường hiện nay, người ta tiến hành phân tích nguyên liệu bùn đỏ thì nhận thấy trong thành phần của bùn đỏ có chứa một khoáng rất quan trọng là khoáng Opal (SiO2.nH2O) Đây cũng chính là khoáng có thể tạo cường

độ cho gạch khi kết hợp với SiO2.nH2O tạo C-S-H (khoáng có cường độ)

Khoáng SiO2.nH2O muốn tạo cường độ cho gạch thì phải xảy ra phản ứng:

SiO2.nH2O + Ca(OH)2 → C-S-H

Ca(OH)2 trong các loại phụ gia khoáng hoạt tính và sinh ra trong quá trình thủy hóa của XMP sẽ kết hợp với khoáng Opal trong nguyên liệu để tạo thành hoáng C-S-H

cũng chính là khoáng do ximăng thủy hóa tạo thành Cho nên nó có thể tạo cường độ cho gạch.[16]

Ngoài ra khi phân tích thành phần hóa, thì bùn đỏ chiếm một lượng lớn các oxyt như: Al2O3, Fe2O3, Na2O…với kích thước hạt rất mịn và có nhiều khả năng mang điện tích âm trên toàn hạt Khi cho thêm các thành phần cốt liệu đá và các chất kết dính, phụ gia khoáng hoạt tính tồn tại các cation mang điện tích dương rõ rệt thì các hạt anion và cation sẽ nối lại với nhau tạo thành một chuỗi polyme vô cơ khá bền

Hình 2.1 Cơ chế polymer hóa của đất [8]

2.1.3 Phương pháp tạo hình

Gạch không nung thường được tạo hình bằng phương pháp ép Người ta dùng áp lực cao để nén ép khối nguyên liệu (kèm theo các phụ gia) với độ ẩm thích hợp để tạo hình sản phẩm trong khuôn thép

Trong quá trình nén ép sẽ xảy ra một số phản ứng hóa lý như sau:

 Đầu tiên, các pha rắn di chuyển theo mọi hướng trong khối bột gây ra sự phá hủy các vòm cầu liên kết và các lỗ rỗng do chính các hạt vật liệu đổ vào khuôn

 Khi áp lực tăng dần sẽ xảy ra sự khuếch tán và tiếp xúc nhau giữa các pha: pha rắn (bột phối liệu), pha lỏng (nước trong nguyên liệu) và pha khí Các hạt vật liệu sẽ tiến lại gần nhau và tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt rắn

 Cuối cùng, khi áp lực ép lớn nhất, các hạt khoáng dạng keo cùng với các chất kết dính thực hiện quá trình “ximăng hóa” các hạt cốt liệu, trong đó một phần không khí trong các khe trống bị áp lực cao đẩy ra ngoài, một phần thoát ra không kịp sẽ bị nén ép lại Ngoài ra, khối bột còn bị nén ép bởi lớp nước bao quanh các hạt khoáng và nước tự do Điều này cũng gây ra ứng suất đàn hồi tỉ lệ thuận với độ lớn lực ép làm cho khối bột bị phân lớp và lớp không khí nằm giữa các lớp bột sẽ làm giảm lực liên kết giữa chúng và làm giảm độ bền của sản phẩm

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép:

 Thành phần hạt: kích thước hạt càng đồng đều thì quá trình ép càng dễ

dàng, các hạt có độ lớn tương đương cũng dễ sít chặt hơn, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn tạo điều kiện cho các phản ứng pha rắn diễn ra tốt hơn

 Độ rời: là độ linh động của các hạt vật liệu, hạt càng linh động càng dễ

lấp đầy khuôn ép

 Độ tơi: bột càng tơi càng dễ tách khí nên quá trình nén sẽ đều hơn và

giảm ứng suất đàn hồi

 Độ ẩm: làm giảm lực ma sát nội giữa các hạt khi ép, tăng lực liên kết và

và gây rạn nứt sản phẩm vì lúc đó ứng suất đàn hồi rất lớn

2.1.4 Quy trình bão dƣỡng gạch sau khi tạo hình [2]

Gạch không nung có cường độ chủ yếu là do chất kết dính ninh kết và đóng rắn Chúng ta biết rằng lượng nước ban đầu chỉ đủ để chất kết dính ninh kết nhanh nhưng chưa thể đủ môi trường cho chất kết dính tiếp tục đóng rắn phát triển cường độ Vì vậy:

 Sau khi tạo hình, sau 24h, ta tưới ẩm mỗi ngày 2 đến 3 lần tùy loại chất kết dính trong 3-7 ngày Nếu chất kết dính là ximăng thì sau 24 giờ tưới

ẩm, ngày 3 lần liên tục trong 7 ngày Nếu chất kết dính là vôi thì thời gian dưỡng ẩm cần lâu hơn

 Sau đó dưỡng ẩm tự nhiên ngoài không khí

 Muốn gạch phát triển nhanh cường độ để rút ngắn thời gian sản xuất thì sau khi tạo hình 3 ngày đêm, người ta bão dưỡng gạch bằng hơi nước với

áp suất thích hợp

2.2 Cơ sở các phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Xác định thành phần hóa bằng huỳnh quang tia X (XRF)

Kỹ thuật EDS chủ yếu được thực hiện trong các kính hiển vi điện tử, ảnh vi cấu trúc vật rắn được ghi lại thông qua việc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao tương tác với vật rắn Khi chùm điện tử có năng lượng lớn được chiếu vào vật rắn, nó

sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử tạo ra các tia X

Tần số tia X phát ra là đặc trưng với nguyên tử của mỗi chất có mặt trong chất rắn Việc ghi nhận phổ tia X phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học

có mặt trong mẫu đồng thời cho các thông tin về tỉ phần các nguyên tố này

Trong luận văn này chọn phương pháp LAZER để xác định thành phần hạt Nguyên

lý chung cho các máy phân tích Lazer điện tử:

 Góc phản xạ sóng ánh sáng tới của các hạt vật liệu rời phụ thuộc vào đường kính hạt Hệ thống thấu kính trong các thiết bị này làm hôi tụ các chùm tia nhiễu xạ lên một tế bào quang (sensor), ảnh của chùm tia thu được có dạng hình vành khuyên

 Phân bố cường độ sáng trên tế bào quang điện (sensor) tỉ lệ với kích thước hạt Hệ thống tính toán sẽ xác định kích thước hạt trên cơ sở phân

bố năng lượng

 Phương pháp này chỉ áp dụng với các trường hợp kích thước hạt lớn hơn bước sóng tia tới (≈ 0,1 μm) và các hạt được coi là không trong suốt với tia chiếu tới

2.2.4 Xác định thành phần hóa bằng phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

Ánh sáng ở vùng 50μm ÷ 1mm gây ra hiện tượng làm quay phân tử quanh trục không gian của nó, ánh sáng có bước sóng ngắn hơn 0,8 ÷ 50μm gây ra những dao động của nguyên tử và các liên kết trong phân tử

Phân tử khi hấp thụ ánh sáng kích thích ở vùng hồng ngoại sẽ quay quanh trục cân bằng của chúng Chỉ những phân tử gồm những nguyên tử có độ âm điện khác nhau mới kích thích bởi ánh sáng và quay được Chính những dao động này tạo ra những tần

số nhất định, và nhờ những tầng số này ta có thể xác định các liên kết đặc trựng của các khoáng

2.2.5 Xác định thành phần khoáng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [4]

Nhiễu xạ tia X có thể xác định được thành phần pha có trong mẫu

Nguyên lý của phân tích định tính:

 Mỗi pha gồm một loại ô mạng, một hệ mặt đặc trưng Những pha có

cùng kiểu ô mạng vẫn phân biệt được do có thông số mạng d khác nhau

nên bộ vạch vẫn tách riêng ra được Mẫu gồm nhiều pha (hợp chất) khác nhau, ảnh sẽ có nhiều bộ vạch tương ứng

 Mỗi pha có kích thước hạt nhất định Pha có hạt nhỏ cho vạch nhòe, vạch lớn cho nét rời rạc, không liên tục, texture cho vạch gồm những vết phân

bố tập trung ở một số vị trí Pha có hàm lượng lớn thì vạch đậm, hàm lượng nhỏ thì vạch mờ Dựa vào những đặc điểm này để tách riêng

những bộ vạch của mỗi pha riêng ra để phân tích

2.2.6 Phân tích nhiệt vi sai (DTA) [4]

Nguyên tắc tương ứng là các quá trình biến đổi hoá lý xảy ra khi nung nóng các chất có hoạt tính nhiệt đều được ghi nhận tương ứng trên đường cong nhiệt

Mục đích cơ bản của phân tích nhiệt:

 Xem xét thành phần của các khoáng vật và xác định các chất có hoạt tính nhiệt

 Nghiên cứu động học của các quá trình hoá lý xảy ra trong mẫu Khối lượng mẫu thay đổi là cơ sở của phương pháp tính định lượng các khoáng vật trong mẫu

2.2.7 Quan sát bề mặt kính hiển vi điện tử quét (SEM) [4]

Trong phương pháp này, điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường ), sau đó được tăng tốc Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm A0 đến vài nm) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ

có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này

2.2.8 Xác định tính chất cơ lý của sản phẩm [3]

 Độ bền uốn

 Độ bền nén

Chương III

NGUYÊN LIỆU 3.1 Cốt liệu

Như đã đề cập trong phần cơ sở lý thuyết, gạch không nung bao gồm 2 thành phần chính là: cốt liệu và chất kết dính Cốt liệu chính được sử dụng chính trong đề tài là bùn

đỏ Ta sẽ khảo sát một số đặc điểm của bùn đỏ

Bảng 3.1 Các khoáng tồn tại trong quặng Bauxit

Gibbsite Al2O3.3H2O

Boehmite Al2O3.3H2O: tồn tại dưới dạng γ-AlO(OH) ˗ tinh thể trực thoi

Diaspore Al2O3.3H2O: tồn tại ở dạng α-AlO(OH) ˗ tinh thể trực thoi

Anatase TiO2 dạng Ti tạo mạng 4 phương tâm khối

Rutile TiO2 dạng Ti tạo mạng tứ phương tâm khối

Brookite TiO2 dạng Ti tạo mạng trực thoi

Halloysite Al2O3.2SiO2.3H2O

Kaolinite Al2O3.2SiO2.2H2O

Quartz SiO2

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 3.1 Các dạng tồn tại của Bauxit trong tự nhiên

Quy trình luyện nhôm từ bauxit::

Phương pháp sản xuất nhôm phù hợp và có hiệu quả được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay là phương pháp Bayer do nhà hóa học Karl Bayer phát minh năm 1887 [14] Quy trình luyện nhôm bằng công nghệ Bayer được mô tả theo sơ đồ sau:

Hình 3.2 Quy trình luyện nhôm bằng công nghệ Bayer

Từ phổ hồng ngoại của bùn đỏ ta có các nhận xét sau:

 Sự tồn tại của khoáng Alumina trihydrat (Al2O3.3H2O)

 Opal (SiO2.nH2O)

 Hematite (Fe2O3)

Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của bùn đỏ:

Hình 3.4 Phổ nhiễu xạ tia X của bùn đỏ

Từ phổ nhiễu xạ tia X của bùn đỏ ta thấy có sự xuất hiện các các khoáng sau:

 Khoáng Gibbsite (Al2O3.3H2O)

 Khoáng Goethite alpha – FeO(OH)

 Hematite (Fe2O3)

 Quatz (SiO2)

 Opal (SiO2.nH2O)

Opal sẽ góp phần kết hợp với Ca(OH)2 tạo nên C-S-H, một trong những khoáng tạo cường độ chính cho gạch

SiO2.nH2O + Ca(OH)2 → C-S-H

pH của bùn đỏ:

pH của bùn đỏ được đo bằng máy đo pH Máy hiển thị đến 2 chữ số thập phân sau dấu phẩy

Ta tiến hành đo pH bùn đỏ như sau:

‒ Cân một lượng bùn đỏ cho vào cốc thủy tinh (dung tích 500ml)

‒ Cho thêm nước vào Lượng nước cho vào sẽ được cố định

‒ Dùng đũa thủy tinh khuấy đều mẫu (gồm khối lượng bùn đỏ và nước) trong 10 phút

‒ Tiến hành hiệu chuẩn máy đo pH bằng các dung dịch có pH chuẩn

‒ Dùng đũa thủy tinhh khuấy lại mẫu lần nữa trước khi cho đầu dò pH vào mẫu để xác định pH của mẫu

‒ Cho đầu dò pH của máy đo pH vào mẫu Giữ khoảng 30 giây hoặc khi thấy chỉ số pH trên máy đã ổn định, ghi nhận chỉ số pH mà máy hiển thị

‒ Cố định lượng nước và cân thêm một lượng bùn đỏ thêm vào mẫu vừa đo Tiến hành lại các thao tác trên và ghi nhận pH của máy

‒ Sau 7 lần đo, ta thay đổi lượng nước và tiến hành quy trình như trên

‒ Các kết quả đo được trình bày ở các bảng 3.3, 3.4, 3.5

Bảng 3.3 pH của bùn đỏ ứng với 100ml nước

Hình 3.5 Biểu đồ biểu thị pH của bùn đỏ ứng với từng lượng nước cụ thể

Từ kết quả và biểu đồ pH của bùn đỏ ứng với từng lượng nước cụ thể ta có một số nhận xét sau:

 pH của mẫu bùn đỏ cao (lớn hơn 10)

 Ứng với một lượng nước, khối lượng bùn đỏ càng tăng thì pH cũng tăng theo

pH bùn đỏ ứng với 200ml H2O

pH bùn đỏ ứng với 300ml H2O

Kích thước hạt của bùn đỏ:

Hình 3.6 Kết quả phân tích cỡ hạt của bùn đỏ bằng phương pháp Lazer

Nhận xét:

 Bùn đỏ có kích thước hạt trong khoảng từ 0,296 ÷ 101,460 (µm)

 Nhóm hạt có kích thước nhỏ hơn 13,246 (μm) chiếm 67,538%

 Nhóm hạt có kích thước từ 13,246 ÷ 51,471 (μm) chiếm 29,180%

 Nhóm hạt có kích thước lớn hơn 51,471(μm) chiếm 3,282%

Bảng 3.6 Các thông số kỹ thuật của ximăng Hạ Long PCB 40

Tên chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả Yêu cầu kỹ thuật

≥ 18 KQĐ

Khi than cháy, các khoáng sét sẽ diễn ra các quá trình hóa lý như sau:

‒ Quá trình sấy: từ nhiệt độ thường đến khoảng 120oC Đây là giai đoạn thoát

nước vật lý, bay hơi ẩm khoảng 10 ÷ 11%, nước hấp phụ 1,5 ÷ 2%

‒ Quá trình đốt nóng: từ 120o

C ÷ 400oC Giai đoạn này diễn ra quá trình cháy các tạp chất hữu cơ và nước liên kết hóa học trong các khoáng sét bắt đầu bị phân hủy Từ 400 ÷ 950oC quá trình phân hủy nước liên kết hóa học trong các khoáng sét diễn ra càng mạnh và tạo thành các hợp chất như: A.S, A*, S*,

A3S2, A2S3

Đến đây ta thấy, khi quá trình cháy diễn ra, các khoáng sét sẽ bị phân hủy nước liên kết hóa học và tạo thành các hợp chất hoạt tính là A*, S* trong xỉ than (sản phẩm cuối cùng của khối than được tạo hình bằng đất sét) Các hợp chất hoạt tính này sẽ kết hợp với Ca(OH)2 để tạo thành C-S-H, C-A-H Đây là các khoáng tạo cường độ chính cho mẫu gạch sau này

Bảng 3.7 Thành phần hóa của xỉ

Oxit SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O Na2O MgO CaO TiO2 Khác Tổng

%KL 55,7 23,0 12,1 4,49 0,148 0,622 1,62 1,59 0,73 100

Ghi chú:

%KL: phần trăm khối lượng các oxit trong mẫu xỉ than đem đi phân tích

Khác: tổng các thành phần oxit khác có trong mẫu xỉ than

Thành phần khoáng của xỉ than:

Dựa vào ảnh phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu xỉ (kí hiệu X06) bên dưới ta thấy có sự xuất hiện của các khoáng sau:

‒ Mullite (Al6Si2O13)

‒ Quartz (SiO2)

‒ Goethite alpha (FeO(OH))

‒ Opal (SiO2.nH2O)

‒ Calcium Aluminum Oxide (Ca3Al10O18)

Từ kết quả phân tích XRD cho thấy có sự xuất hiện khoáng mullite và opal trong xỉ Đây là điều rất hữu ích cho việc giảm thiểu pH trong bùn đỏ và góp phần tạo khoáng cường độ (C-S-H, C-A-H)