Bùn đỏ là một trong những chất thải chính trong quá trình sản xuất nhôm theo quy trình Bayer từ quặng bôxit. Theo quy trình này, cứ 5 tấn quặng bôxit sẽ được làm sạch và xử lý để sản xuất ra 2 tấn kim loại nhôm. Trung bình trên thế giới, khi sản xuất ra 21 triệu tấn nhôm thì tương ứng lượng bùn đỏ thải ra vào khoảng 82 triệu tấn 4. Theo báo cáo khảo sát địa chất Mỹ, lượng quặng bôxit khai thác được trên toàn thế giới vào năm 2007 là 202 triệu tấn, năm 2008 là 205 triệu tấn và 201 triệu tấn vào năm 2009. Theo báo cáo đó thì lượng bùn đỏ thải ra hằng năm trung bình khoảng 120 triệu tấn 6. Với khối lượng lớn như vậy, hầu hết bùn đỏ khi thải ra đều được chứa trong bể chứa có dung tích rất lớn. Theo như nhiều bài báo nghiên cứu, bùn đỏ thải ra thường có pH rất cao, dao động trong khoảng 10,5 – 13,0, cùng với đó là hàm lượng lớn kim loại nặng cũng như lượng vết của các nguyên tố khác 7, chính điều này làm cho việc tái sử dụng bùn đỏ trở nên rất khó khăn và nguy cơ gây ra ô nhiễm môi trường là rất lớn nếu như không có biện pháp xử lý kịp thời. Vào ngày 4 tháng 10 năm 2010, tại nhà máy Alumina Ajka, Hungary đã xảy ra sự cố vỡ bể chứa bùn đỏ. Lượng bùn đỏ lỏng tràn ra ước tính lên đến một triệu mét khối đã làm cho 8 người chết, 122 người bị thương và khoảng 40 km2 đất đai của khu vực lân cận bị ô nhiễm nặng 13. Geopolymer là những vật liệu mới có tính ứng dụng cao như làm sơn và chất kết dính chịu nhiệt chịu lửa, dược liệu, vật liệu gốm chịu nhiệt, chất kết dính cho sợi composite chống cháy,... Geopolymer là một phần của khoa học polymer, nó đang dần hình thành một chỗ đứng mới trong khoa học vật liệu. Vật liệu dùng để tổng hợp nên vật liệu polymer silicon thường có nguồn gốc từ những khoáng vật trong đất vì vậy nó mới có tên là geopolymer
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA HÓA Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Khoa học NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT GẠCH XÂY DỰNG HỒ PHƯỚC ĐIỆP Khóa 2010-2014 Huế, 6/2014 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA HOÁ Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Khoa học NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT GẠCH XÂY DỰNG Chun ngành: Hố Vơ Sinh viên thực hiện: HỒ PHƯỚC ĐIỆP Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS TRẦN NGỌC TUYỀN Huế, 6/2014 LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp hồn thành mơn Hóa Vơ cơ, khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Huế Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Ngọc Tuyền, dành nhiều thời gian cơng sức tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Khoa học Huế, Ban giám hiệu Khoa Hóa, Khoa Vật Lý tạo điều kiện nghiên cứu cho suốt thời gian qua Xin cảm ơn tất q thầy giáo khoa Hóa học, đặc biệt thầy mơn hóa Vơ cho ý kiến quý báu, điều kiện thuận lợi trình học tập thực đề tài Xin cảm ơn ban giám đốc nhà máy hóa chất Tân Bình, nhà máy xi măng Long Thọ giúp đỡ tơi hồn thành tốt khóa luận Cuối tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè anh chị em động viên, ủng hộ tinh thần tạo điều kiện thuận lợi cho đường học tập Huế, tháng năm 2014 Hồ Phước Điệp i TÓM TẮT Bùn đỏ tro trấu chất thải có nguy gây ô nhiễm môi trường cao lượng thải năm giới vô lớn Mặc khác, thành phần bùn đỏ có chứa nhiều chất độc hại, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống người khơng có biện pháp xử lý đắn Hiện nay, giới, nhiều nhà khoa học quan tâm tới việc nghiên cứu xử lý chất thải Một số nghiên cứu ứng dụng thực tế Khóa luận nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu đóng rắn khơng nung vật liệu nung bùn đỏ với nguyên liệu tro trấu đất sét Trước hết, chúng tơi xác định tính chất đặc trưng nguyên liệu bùn đỏ, tro trấu đất sét bao gồm: Thành phần hóa học xác định phương pháp phổ huỳnh quang tia X, thành phần pha tinh thể xác định phương pháp nhiễu xạ tia X Sau xác định tính chất đặc trưng ngun liệu, chúng tơi tiếp tục khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng geopolymer bùn đỏ tro trấu Hai nguyên liệu phối trộn theo tỷ lệ khối lượng khác với hàm lượng NaOH thêm vào thay đổi Kết sản phẩm xác đinh phương pháp thử cường độ bền nén sau khoảng thời gian dưỡng mẫu khác Điều kiện thích hợp cho q trình đóng rắn tỷ lệ tro trấu/bùn đỏ = 0,6, thời gian dưỡng mẫu sau 34 ngày nồng độ NaOH = 6M Với điều kiện trên, sản phẩm đạt cường độ bền nén 14,2 MPa, đạt Mac 15 theo TCVN 6477 : 2011 Tiếp theo, nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế vật liệu nung từ nguyên liệu bùn đỏ đất sét Phong Điền, Thừa Thiên Huế Nguyên liệu dạng bột khô, mịn bùn đỏ đất sét phối trộn theo tỷ lệ khác tạo hình nung 1000 oC với thời gian lưu Sau đó, sản phẩm tiến hành xác định độ hút nước, khối lượng thể tích cường độ bền nén Kết thu cho thấy, sản phẩm ứng với tỷ lệ bùn đỏ/đất sét = 50/50 đạt cường độ bền nén tiêu lý thích hợp theo TCVN 1451-1998 Ngồi ra, phân tích ảnh SEM cho thầy, sản phẩm chứa lỗ rỗng hạt có gắn kết với nhau, làm tăng khả chịu lực cho sản phẩm ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CL Clay Đất sét MKN Loss on ignition Mất nung MPa Mega pascal RHA Rice Husk Ash Tro trấu RM Red Mud Bùn đỏ SEM Scanning Electron Microscopy Hiển vi điện tử quét XRD X – ray Diffraction Nhiễu xạ tia X XRF X-Ray Fluorescence Huỳnh quang tia X iii MỤC LỤC Trang TÓM TẮT ii Bùn đỏ tro trấu chất thải có nguy gây ô nhiễm môi trường cao lượng thải năm giới vô lớn Mặc khác, thành phần bùn đỏ có chứa nhiều chất độc hại, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống người khơng có biện pháp xử lý đắn Hiện nay, giới, nhiều nhà khoa học quan tâm tới việc nghiên cứu xử lý chất thải Một số nghiên cứu ứng dụng thực tế Khóa luận nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu đóng rắn khơng nung vật liệu nung bùn đỏ với nguyên liệu tro trấu đất sét .ii Trước hết, xác định tính chất đặc trưng nguyên liệu bùn đỏ, tro trấu đất sét bao gồm: Thành phần hóa học xác định phương pháp phổ huỳnh quang tia X, thành phần pha tinh thể xác định phương pháp nhiễu xạ tia X ii Sau xác định tính chất đặc trưng nguyên liệu, tiếp tục khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng geopolymer bùn đỏ tro trấu Hai nguyên liệu phối trộn theo tỷ lệ khối lượng khác với hàm lượng NaOH thêm vào thay đổi Kết sản phẩm xác đinh phương pháp thử cường độ bền nén sau khoảng thời gian dưỡng mẫu khác Điều kiện thích hợp cho q trình đóng rắn tỷ lệ tro trấu/bùn đỏ = 0,6, thời gian dưỡng mẫu sau 34 ngày nồng độ NaOH = 6M Với điều kiện trên, sản phẩm đạt cường độ bền nén 14,2 MPa, đạt Mac 15 theo TCVN 6477 : 2011 ii Tiếp theo, nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế vật liệu nung từ nguyên liệu bùn đỏ đất sét Phong Điền, Thừa Thiên Huế Nguyên liệu dạng bột khô, mịn bùn đỏ đất sét phối trộn theo tỷ lệ khác tạo hình nung 1000oC với thời gian lưu Sau đó, sản phẩm tiến hành xác định độ hút nước, khối lượng thể tích cường độ bền nén Kết thu cho thấy, sản phẩm ứng với tỷ lệ bùn đỏ/đất sét = 50/50 đạt cường độ bền nén tiêu lý thích hợp theo TCVN 1451-1998 Ngồi ra, phân tích ảnh SEM cho thầy, sản phẩm chứa lỗ rỗng hạt có gắn kết với nhau, làm tăng khả chịu lực cho sản phẩm .ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii iv MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu quặng bôxit quy trình Bayer 1.1.1 Quặng bôxit .4 1.1.1.1 Sơ lược lịch sử phát 1.1.1.2 Quá trình hình thành phân bố [22] .4 1.1.1.3 Thành phần khoáng vật 1.1.1.4 Thành phần hóa học 1.1.2 Quy trình Bayer .7 1.2 Sơ lược bã thải bùn đỏ 1.3 Tro trấu phản ứng geopolymer 1.3.1 Tro trấu 1.3.2 Phản ứng geopolymer 11 1.4 Đất sét 14 1.5 Tiêu chuẩn Việt Nam gạch nung không nung 16 1.5.1 Chỉ tiêu lý gạch đặc đất sét nung (TCVN 1451 : 1998) 16 1.5.1 Chỉ tiêu lý gạch bê tông (TCVN 6477 : 2011) 16 Chương 17 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .17 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 17 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 17 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.3.1 Phân tích thành phần hóa học nguyên liệu 17 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .19 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 20 2.3.5 Phương pháp thử tính chất lý gạch xây 21 v 2.3.5.1 Phương pháp xác định độ bền nén (TCVN 6355-1:1998) .21 2.3.5.2 Phương pháp xác định độ hút nước (TCVN 6355-3:1998) 22 2.3.5.3 Phương pháp xác định khối lượng thể tích (TCVN 6355-5:1998) 23 2.4 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, HÓA CHẤT 24 2.4.1 Dụng cụ 24 2.4.2 Thiết bị 24 2.4.3 Hóa chất 24 Chương 25 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Xác định đặc trưng nguyên liệu 25 3.1.1 Bùn đỏ 25 3.1.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu bùn đỏ 25 3.1.1.2 Thành phần hóa học bùn đỏ 25 3.1.1.3 Thành phần khoáng bùn đỏ 26 3.1.2 Tro trấu 27 3.1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu tro trấu 27 3.1.2.2 Thành phần hóa học tro trấu 27 3.1.2.2 Thành phần pha tro trấu 28 3.1.3 Đất sét 29 3.2 Nghiên cứu sản xuất gạch không nung từ phế thải bùn đỏ tro trấu .29 3.2.1 Chuẩn bị phối liệu 29 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng NaOH phối liệu đến cường độ bền nén sản phẩm 30 3.3 Nghiên cứu sản xuất gạch nung từ phế thải bùn đỏ đất sét 34 3.3.1 Chuẩn bị mẫu gạch nung 34 3.3.2 Các đặc trưng sản phẩm gạch nung .35 3.3.2.1 Cường độ bền nén 35 3.3.2.2 Độ hút nước 36 3.3.2.3 Khối lượng thể tích 38 3.3.2.4 Thành phần pha .39 vi 3.3.2.5 Hình thái kích thước hạt 40 Chương 41 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO .42 PHỤ LỤC 44 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Thành phần bùn đỏ [7] Bảng 1.2 Thành phần hóa học chủ yếu bùn đỏ [7] Bảng 1.3 Thành phân hóa học tro trấu [6,7] 10 Bảng 1.4 Những ứng dụng vật liệu geopolymer dựa vào tỷ lệ nguyên tử Si : Al 13 Bảng 1.5 Thành phần hóa học đất sét dùng làm gạch ngói nung 15 Bảng 1.6 Kích cỡ hạt đất sét theo tiêu chuẩn .15 Bảng 1.7 Chỉ tiêu lý đất sét 15 Bảng 1.8 Tiêu chuẩn Việt Nam gạch đặc đất sét nung (TCVN 1451 : 1998) 16 Bảng 1.9 Tiêu chuẩn Việt Nam gạch bê tông (TCVN 6477 : 2011) 16 Bảng 3.1 Thành phần hóa học bùn đỏ 25 Bảng 3.2 Thành phần hóa học tro trấu đốt cháy tự nhiên 28 Bảng 3.3 Thành phần phối liệu bùn đỏ, tro trấu NaOH 30 Bảng 3.4 Giá trị cường độ bền nén mẫu có tỷ lệ RHA/RM khác theo thời gian dưỡng mẫu nồng độ NaOH 2M 30 Bảng 3.5 Giá trị cường độ bền nén mẫu có tỷ lệ RHA/RM khác theo thời gian dưỡng mẫu nồng độ NaOH 4M 32 Bảng 3.6 Giá trị cường độ bền nén mẫu có tỷ lệ RHA/RM khác theo thời gian dưỡng mẫu nồng độ NaOH 6M 33 Bảng 3.7 Giá trị cường độ bền nén mẫu gạch nung có hàm lượng bùn đỏ khác nhiệt độ nung 1000oC 35 Bảng 3.8 Giá trị độ hút nước mẫu gạch nung có hàm lượng bùn đỏ khác nhiệt độ nung 1000oC 37 Bảng 3.9 Giá trị khối lượng thể tích mẫu gạch nung có hàm lượng bùn đỏ khác nhiệt độ nung 1000oC 38 viii Bảng 3.6 Giá trị cường độ bền nén mẫu có tỷ lệ RHA/RM khác theo thời gian dưỡng mẫu nồng độ NaOH 6M Cường độ bền nén (MPa) Thời gian dưỡng mẫu (ngày) KN0.3-6M KN0.4-6M KN0.5-6M KN0.6-6M 15 2,19 4,30 9,20 10,90 18 3,96 6,47 11,58 13,89 34 4,16 6,88 11,87 14,21 60 6,00 6,95 11,90 15,10 18 C êng ® é bỊn nÐn (MPa) 16 14 KN0.3 KN0.4 KN0.5 KN0.6 12 10 15 18 34 60 Thêi gian d ì ng mÉu (ngµy) Hình 3.6 Mối quan hệ cường độ bền nén mẫu có tỷ lệ RHA/RM khác theo thời gian dưỡng mẫu nồng độ NaOH 6M Từ bảng 3.6 hình 3.6 cho thấy tăng nồng độ NaOH lên 6M, tức tăng hàm lượng NaOH phối liệu lúc mẫu KN0.6-6M cho cường độ bền nén cao sau thời gian dưỡng mẫu khác nhau, mặt khác cường độ bền nén mẫu cao so với nồng độ NaOH 4M Kết có quy luật tương tự nghiên cứu trên: tăng hàm lượng RHA phối liệu, hàm lượng SiO tăng, lượng NaOH cần cho trình geopolymer tăng lên Quy luật thể rõ quan sát mối quan hệ cường độ bền nén mẫu có tỷ lệ RHA/RM nồng độ NaOH khác thời gian dưỡng mẫu 34 ngày hình 3.7 33 C êng ® é bỊn nÐn (MPa) 14 NaOH2M NaOH4M NaOH6M 12 10 0.3 0.4 0.5 0.6 Tû lƯ khèi l ỵ ng RHA/RM Hình 3.7 Mối quan hệ cường độ bền nén mẫu có tỷ lệ RHA/RM nồng độ NaOH khác sau 34 ngày dưỡng mẫu Như vậy, phạm vi khảo sát, chúng tơi nhận thấy: điều kiện thích hợp để sản xuất gạch không nung từ phế thải tro trấu bùn đỏ là: + Tỷ lệ khối lượng tro trấu/bùn đỏ 0,6 + Nồng độ dung dịch NaOH 6M; + Độ ẩm phối liệu 20%; + Lực ép tạo hình mẫu gạch 7000 N + Thời gian dưỡng mẫu khoảng 34 ngày 3.3 Nghiên cứu sản xuất gạch nung từ phế thải bùn đỏ đất sét 3.3.1 Chuẩn bị mẫu gạch nung Nguyên liệu bùn đỏ đất sét dạng bột khô, mịn phối trộn với theo tỷ khác với hàm lượng bùn đỏ phối liệu tăng dần từ 0% đến 90% Với mẫu có hàm lượng bùn đỏ lớn, độ dẻo phối liệu thấp, khó tạo hình Vì chúng tơi tiến hành tạo hình phương pháp ép bán khô Phối liệu cho vào hũ nghiền với bi thép, tỷ lệ bi/phối liệu 1/5 theo khối lượng Mẫu nghiền 10 phút máy nghiền bi trục ngang nhằm trộn phối liệu Sau thêm tiếp nước vào cho độ ẩm phối liệu khoảng 20%, tiếp tục nghiền 10 phút để đồng phối liệu 34 Mẫu tạo hình phương pháp nén ép máy nén thủy lực, khn hình trụ làm thép với đường kính (Φ) 55 mm, chiều cao (h) 40 mm Lực nén tạo hình tất mẫu khảo sát 4000 N máy nén thủy lực Danir (Đan Mạch) Các mẫu khảo sát phơi tự nhiên sấy khô 100 oC đến khối lượng không đổi Các mẫu khảo sát nung kết khối 1000oC với thời gian lưu lò nung nhiệt độ 60 phút 3.3.2 Các đặc trưng sản phẩm gạch nung Các mẫu gạch nung tiến hành xác định cường độ bền nén, độ hút nước, khối lượng thể tích, thành phần pha, hình thái kích thước hạt để đánh giá chất lượng 3.3.2.1 Cường độ bền nén Cường độ bền nén mẫu gạch sau nung thiêu kết xác định Phòng Cơng nghệ nhà máy xi măng Long Thọ, Huế Kết trình bày bảng 3.7 hình 3.8 Bảng 3.7 Giá trị cường độ bền nén mẫu gạch nung có hàm lượng bùn đỏ khác nhiệt độ nung 1000oC STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng bùn đỏ (%) Cường độ bền nén (MPa) GN0 15.4 GN10 10 20.4 GN20 20 22.7 GN30 30 23.1 GN40 40 22.1 GN50 50 17.5 GN60 60 13.6 GN70 70 6.3 GN80 80 5.3 10 GN90 90 4.9 Từ kết thu được, nhận thấy: 35 - Khi tăng hàm lượng bùn đỏ từ 0% đến 40%, cường độ bền nén mẫu tăng lên Điều chứng tỏ diện bùn đỏ thúc đẩy trình thiêu kết gạch Các mẫu GN10, GN20, GN30 GN40 có cường độ bền nén đạt yêu cầu loại gạch nung Mac 20 theo TCVN 1451-1998 - Khi tiếp tục tăng hàm lượng bùn đỏ từ 50% đến 90%, cường độ bền nén mẫu giảm nhanh Điều hàm lượng đất sét giảm làm cho hàm lượng SiO 2, Al2O3 mẫu giảm nên hạn chế hàm lượng pha mullite sản phẩm Các mẫu GN50 GN60 có cường độ bền nén đạt yêu cầu loại gạch nung Mac 10 theo TCVN 1451-1998 Các mẫu lại khơng đạt chất lượng 25.0 C êng ® é bỊn nÐn (MPa) 22.5 TCVN 1451 : 1998 (Lo¹ i M20) 20.0 17.5 15.0 12.5 TCVN 1451 : 1998 (Lo¹ i M10) 10.0 7.5 5.0 2.5 20 40 60 80 100 Hµm l ỵ ng bï n ® (%) Hình 3.8 Mối quan hệ cường độ bền nén hàm lượng bùn đỏ gạch nung 3.3.2.2 Độ hút nước Độ hút nước đại lượng đánh giá mức độ thiêu kết gạch Khi trình thiêu kết xảy ra, độ hút nước gạch giảm Kết xác định độ hút nước trình bày bảng 3.8 hình 3.9 Từ kết thu được, chúng tơi nhận thấy: - Khi tăng hàm lượng bùn đỏ, độ hút nước gạch tăng lên, điều chứng tỏ mức độ thiêu kết sản phẩm giảm Các mẫu GN10, GN20, GN30 GN40 có độ hút 36 nước đạt yêu cầu gạch nung theo TCVN 1451-1998 (từ đến 18%) Kết phù hợp với kết xác định cường độ bền nén sản phẩm - Khi tăng hàm lượng bùn đỏ lớn 50%, độ hút nước mẫu không đạt yêu cầu gạch nung theo TCVN 1451-1998 Bảng 3.8 Giá trị độ hút nước mẫu gạch nung có hàm lượng bùn đỏ khác nhiệt độ nung 1000oC STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng bùn đỏ (%) Độ hút nước (%) GN0 13.7 GN10 10 17.0 GN20 20 17.4 GN30 30 17.9 GN40 40 18.0 GN50 50 21.5 GN60 60 22.1 GN70 70 24.9 GN80 80 26.2 10 GN90 90 29.0 30 § é hót n í c (%) 28 26 24 22 20 TCVN 1451 : 1998 18 16 14 12 20 40 60 80 100 Hàm l ợ ng bù n đ (%) Hình 3.9 Mối quan hệ độ hút nước hàm lượng bùn đỏ gạch nung 37 3.3.2.3 Khối lượng thể tích Tương tự độ hút nước, khối lượng thể tích đại lượng đánh giá mức độ thiêu kết gạch Khi trình thiêu kết xảy ra, khối lượng thể tích gạch giảm Kết xác định khối lượng thể tích trình bày bảng 3.9 hình 3.10 Bảng 3.9 Giá trị khối lượng thể tích mẫu gạch nung có hàm lượng bùn đỏ khác nhiệt độ nung 1000oC STT Ký hiệu mẫu Hàm lượng bùn đỏ (%) Khối lượng thể tích (g/cm3) GN0 3.88 GN10 10 3.89 GN20 20 3.88 GN30 30 3.87 GN40 40 3.86 GN50 50 3.85 GN60 60 3.76 GN70 70 3.68 GN80 80 3.63 10 GN90 90 3.57 4.00 Khèi l ỵ ng thĨ tÝch (g/cm ) 3.95 3.90 3.85 3.80 3.75 3.70 3.65 3.60 3.55 3.50 20 40 60 80 100 Hàm l ợ ng bù n đ (%) Hình 3.10 Mối quan hệ khối lượng thể tích hàm lượng bùn đỏ gạch nung 38 - Khi tăng hàm lượng bùn đỏ khối lượng thể tích gạch giảm, điều chứng tỏ mức độ thiêu kết sản phẩm giảm Khi tăng hàm lượng bùn đỏ từ 10% đến 50%, khối lượng thể tích gạch giảm chậm Khi hàm lượng bùn đỏ lớn 50%, khối lượng thể tích gạch giảm nhanh Kết phù hợp với kết xác định độ hút nước sản phẩm 3.3.2.4 Thành phần pha Thành phần pha mẫu gạch nung có tỷ lệ bùn đỏ 50% xác định phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Mẫu phân tích thiết bị Brucker D8 Advance, ống phát tia X với anod Cu có bước sóng λ (Cu Kα) = 1,5406 Å Kết trình bày hình 3.11 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau gach d=3.347 600 500 d=1.375 d=1.448 d=1.482 d=1.686 d=1.658 d=1.833 d=1.818 d=1.914 d=2.195 d=2.507 d=2.347 100 d=3.676 d=3.911 200 d=2.285 d=2.690 300 d=4.265 Lin (Cps) 400 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Gach.raw - Type: Locked Coupled - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.0 01-089-8935 (C) - Quartz alpha - SiO2 - Y: 100.00 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.92090 - b 4.92090 - c 5.40910 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 11 01-089-8104 (C) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 42.64 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.02300 - b 5.02300 - c 13.70800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu gạch nung Từ kết XRD, nhận thấy: - Thành phần pha tinh thể chủ yếu gạch nung Hematite Fe 2O3, loại khống có từ ngun liệu bùn đỏ Ngồi giản đồ xuất pic nhiễu xạ đặc trưng quartz, theo chúng tơi, loại khống có thành phần nguyên liệu đất sét 39 - Trong thành phần pha tinh thể không xuất pic nhiễu xạ đặc trưng mullite (3Al2O3.2SiO2) Đây loại khống định tính chất lý gạch nung Theo chúng tơi, điều mullite tồn dạng vơ định hình vi tinh thể 3.3.2.5 Hình thái kích thước hạt Để quan sát cấu trúc bên gạch, tiến hành đập vỡ viên gạch quan sát bề mặt mãnh vỡ sát hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) Mẫu đo Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Kết trình bày hình 3.12 Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu gạch nung Từ kết SEM, nhận thấy: - Cấu trúc bên gạch đặc khít, khơng xuất lỗ rỗng có kích thước lớn bất thường bên vật liệu - Ở ảnh SEM có độ phóng đại lớn cho thấy hạt vật liệu sau thiêu kết gắn kết với nhau, biên giới hạt bị xóa Chính điều làm cho cường độ bền nén mẫu cao 40 Chương KẾT LUẬN Qua trình thực đề tài, rút số kết luận sau: Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình geopolymer bùn đỏ tro trấu Điều kiện thích hợp để sản xuất gạch khơng nung từ phế thải bùn đỏ tro trấu là: + Tỷ lệ khối lượng tro trấu/bùn đỏ 0,6 + Nồng độ dung dịch NaOH 6M; + Độ ẩm phối liệu 20%; + Lực ép tạo hình mẫu gạch 7000N + Thời gian dưỡng mẫu khoảng 34 ngày Sản phẩm gạch khơng nung có cường độ bền nén sau 34 ngày dưỡng mẫu đạt 14,2 MPa, gần đạt tiêu chuẩn gạch không nung Mac 15 theo TCVN 6477 : 2011 Đã khảo sát điều kiện thích hợp để sản xuất gạch nung từ phế thải bùn đỏ đất sét Các điều kiện thích hợp để sản xuất gạch nung từ bùn đổ đất sét sau: + Tỷ lệ khối lượng bùn đỏ/đất sét dao động từ 10/90 đến 40/60; + Độ ẩm phối liệu 20%; + Lực ép tạo hình mẫu gạch 4000N + Nhiệt độ nung: 1000oC; + Thời gian lưu: Sản phẩm gạch nung có cường độ bền nén đạt yêu cầu loại gạch nung Mac 20 theo TCVN 1451-1998 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] J Davidovits (1988), Soft Mineralogy and Geopolymers, Proceedings of the of Geopolymer 88 International Conference, the Université de Technologie, Compiègne, France [2] J Davidovits 1994, High-Alkali Cements for 21st Century Concretes in Concrete Technology, Past, Present and Future, Proceedings of V Mohan Malhotra Symposium, Editor: P Kumar Metha, ACI SP- 144, p 383-397 [3] J.I Goldstein, C.E Lyman, D.E Newbury, E Lifshin, P Echlin, L Sawyer, D.C Joy, J.R Michael (2003), Scanning Electron Micoscopy and X-Ray Microanalysis, Plenum Publishers, New York [4] W Hajjaji, S Andrejkovicova, C Zanelli, M Alshaaer, M Dondi, J.A Labrinch, F Rocha (2013), Composition and technological properties of geopolymers based on metakaolin and red mud, Materials and Design, p 648654 [5] H He, Q Yue, Y Su, B Gao, Y Gao, J Wang, H Yu (2012), Preparation and mechanism of the sintered bricks produced from Yellow River silt and red mud, Journal of Hazardous Materials, School of Environmental Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China, p 53-61 [6] J He (2011), Geopolymerization of red mud and rice husk ash and potentials of the resulting geopolymeric products for civil infrastructure applications, Developments in Strategic Materials and Computational Design II, Dept of Civil and Environmental Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA 70803, USA [7] J He, Y Jie, J Zhang, Y Yu, G Zhang (2013), Synthesis and characterization of red mud and rice husk ash-based geopolymer composites, Cement & Concrete Composites, Dept of Civil and Environmental Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA 70803, USA, p 108-118 [8] J.G.S Van Jaarsveld, J.S.J Van Deventer, L Lorenzen (1997), The Potential Use of Geopolymeric Materials to Immobilise Toxic Metals: Part I Theory and Applications, Minerals Engineering 10 (7), p 659-669 [9] D Kim, H.T Lai, G.V Chilingar, T.F Yen (2006), Geopolymer formation and its unique properties, Environ Geol, 51, p 103-111 42 [10] B.V Rangan (2010), Fly Ash-Based Geopolymer Concrete, Proceedings of the International Workshop on Geopolymer Cement and Concrete, Allied Publishers Private Limited, Mumbai, India, December 2010, p 68-106 [11] V.M Sglavo, S Maurina, A Conci, A Salviati, G Carturan, G Cocco (2000), Bôxite `red mud' in the ceramic industry Part 2: production of clay-based ceramics, Journal of the European Ceramic Society, 20, p 145-252 Internet [12] http://vi.wikipedia.org/wiki/Gạch_không_nung#.C6.AFu_.C4.91i.E1.BB.83m_ c.E1.BB.A7a_g.E1.BA.A1ch_kh.C3.B4ng_nung [13] http://vi.wikipedia.org/wiki/Sự_cố_nhà_máy_alumin_Ajka [14] http://www.berr.gov.uk/files/file15138.pdf [15] http://vi.wikipedia.org/wiki/Bùn_đỏ [16] http://vi.wikipedia.org/wiki/Đất_sét [17] http://en.wikipedia.org/wiki/Bôxite [18] http://en.wikipedia.org/wiki/Geopolymer [19] http://www.phudien.vn/kien-thuc/gach-tuynel/yeu-cau-ki-thuat-dat-set-de-sanxuat-gach-ngoi-nung.html [20] http://www.vietrade.gov.vn/go/1775-san-luong-gao-viet-nam-thang-11-nam2010.html [21] http://vậtliệukhôngnung.vn/?page=introduction&id=2431753&site=885 [22] http://vtc.vn/396-266504/phong-su-kham-pha/kham-pha/tim-hieu-ve-quangbôxite.htm 43 PHỤ LỤC 44 PHẦN PHỤ LỤC Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Bun Do 600 500 d=4.849 300 200 d=4.373 Lin (Cps) 400 100 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale BunDo - File: BunDo.raw - Type: Locked Coupled - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° 01-070-2038 (C) - Gibbsite - Al(OH)3 - Y: 90.27 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 8.68400 - b 5.07800 - c 9.73600 - alpha 90.000 - beta 94.540 - gamma 90.000 - Primitive - P21/n (14) - - 427.985 01-089-8104 (C) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 31.66 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.02300 - b 5.02300 - c 13.70800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) 01-081-0464 (C) - Goethite, syn - FeO(OH) - Y: 31.09 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 4.60480 - b 9.95950 - c 3.02300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbnm (62) - Phụ lục Giản đồ XRD mẫu bùn đỏ P1 70 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau Tro CN 700 d=4.040 600 400 300 d=1.372 d=1.351 d=1.448 d=1.501 d=1.539 d=1.611 d=1.873 d=1.935 d=2.023 d=2.120 d=2.481 d=2.845 d=3.135 d=3.335 100 d=3.504 200 d=4.245 Lin (Cps) 500 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Vy Hue mau tro CN.raw - Type: Locked Coupled - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 00-039-1425 (*) - Cristobalite, syn - SiO2 - Y: 72.24 % - d x by: - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.97320 - b 4.97320 - c 6.92360 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P41212 (92) - - 17 00-029-0282 (N) - Foggite - CaAl(PO4)(OH)2·H2O - Y: 3.37 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 9.27000 - b 21.32400 - c 5.19000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Base-centered - A Phụ lục Giản đồ XRD mẫu tro từ lò sấy cơng nghiệp P2 70 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau gach d=3.347 600 500 d=1.375 d=1.448 d=1.482 d=1.686 d=1.658 d=1.833 d=1.818 d=1.914 d=2.195 d=2.507 d=2.347 100 d=3.676 d=3.911 200 d=2.285 d=2.690 300 d=4.265 Lin (Cps) 400 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Gach.raw - Type: Locked Coupled - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.0 01-089-8935 (C) - Quartz alpha - SiO2 - Y: 100.00 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.92090 - b 4.92090 - c 5.40910 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 11 01-089-8104 (C) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 42.64 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.02300 - b 5.02300 - c 13.70800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - Phụ lục Giản đồ XRD mẫu gạch nung P3 70 ... cơng trình nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ để tạo sản phẩm số chúng ứng dụng thực tế Dưới số cơng trình nghiên cứu đó: - Năm 2000, nhóm nghiên cứu Đại học Trento Đại học Sassari, Italy sử dụng bùn... 17 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .17 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 17 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 17 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.3.1 Phân tích... Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Khoa học NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT GẠCH XÂY DỰNG Chun ngành: Hố Vơ Sinh viên thực hiện: HỒ PHƯỚC ĐIỆP Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS TRẦN NGỌC