Đặc điểm thành phần vật chất và đặc tính công nghệ Dolomit khu vực tỉnh Hà Nam và khả năng sử dụng trong sản xuất gạch không nung

ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐỊA CHẤT Nguyễn Thế Hậu ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT VÀ ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ DOLOMIT KHU VỰC TỈNH HÀ NAM VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà nội - 2014 i ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐỊA CHẤT Nguyễn Thế Hậu ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN VẬT CHẤT VÀ ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ DOLOMIT KHU VỰC TỈNH HÀ NAM VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG Chuyên ngành: Khoáng vật học Mã Số: 60440205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.Phan Lưu Anh Hà nội - 2014 ii ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn này, học viên nhận giúp đỡ tận tâm nhiệt tình từ TS Phan Lưu Anh Thầy khơng hướng dẫn học viên hồn thành luận văn mà gương tinh thần trách nhiệm công việc để học viên noi theo Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy Bên cạnh đó, khơng thể khơng nói tới thầy cơ, nhân viên, cán khoa Địa Chất, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội bảo giúp đỡ học viên suốt thời gian theo học chương trình cao học trường Học viên xin gửi tới thầy cô, nhân viên cán khoa Địa chất lời cảm ơn chân thành Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Lãnh đạo Viện địa chất đồng nghiệp Viện Địa Chất-Viện Hàn Lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam, giúp đỡ tạo điều kiện thực nghiên cứu cách tốt Học viên xin gửi lời cảm ơn đến ThS.Nguyễn Ánh Dương tập thể tác giả đề tài: “Nghiên cứu khả sử dụng dolomit chất lượng thấp khu vực Hà Nam Ninh Bình sản xuất vật liệu không nung ” Đã giúp đỡ học viên thực nghiên cứu cung cấp tài liệu số liệu để học viên hoàn thành luận văn Nhân dịp này, tơi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè động viên, khuyến khích tạo điều kiện tốt để tơi học tập, làm việc đặc biệt thực luận văn Trong trình thực luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, học viên mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy bạn để học viên hồn thiện luận văn tốt Một lần nữa, học viên xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Thế hậu iii ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Chương - KHÁI QUÁT VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình 1.1.3 Khí hậu thủy văn 1.1.4 Đặc điểm kinh tế - xã hội 1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.1 Lịch sử nghiên cứu địa chất khoáng sản 1.2.2 Đặc điểm địa chất khu vực Chương - TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 2.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DOLOMIT 11 2.1.1 Tình hình nghiên cứu giới 11 2.1.2 Ở Việt Nam 14 2.2 HỆ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 Chương MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM DOLOMIT KHU VỰC 19 TỈNH HÀ NAM 19 3.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, THẠCH HỌC- KHOÁNG VẬT 19 3.1.1 Đặc điểm địa chất mỏ dolomit 19 iv ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 3.1.2 Đặc điểm thạch học – khoáng vật 21 3.2 ĐẶC ĐIỂM THÀNH PHẦN HÓA HỌC 26 3.3 ĐỘ HOẠT TÍNH ( ĐỘ HÚT VƠI) 27 Chương KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG TỪ DOLOMIT KHU VỰC TỈNH HÀ NAM 28 4.1 NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA 28 4.1.1 Nguyên liệu 28 4.1.2 Các loại phụ gia 28 4.2 THỦ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI LIỆU TỐI ƯU 29 4.3 THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC NÉN VÀ ĐỘ ẨM TẠO HÌNH SẢN PHẨM GẠCH 34 4.3.1 Thử nghiệm lựa chọn độ ẩm phối liệu tạo hình sản phẩm 34 4.3.2 Thử nghiệm lựa chọn lực nén tạo hình 36 4.4 BẢO DƯỠNG SẢN PHẨM 40 4.5 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA GẠCH KHÔNG NUNG TỪ DOLOMIT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 v ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 DANH MỤC HÌNH Hình Sơ đồ địa chất phân bố mỏ dolomit khu vực Hà Nam 10 Hình 2: Cấu trúc tinh thể dolomit 13 Hình 3.1 Dolomit vỡ vụn bở rời mỏ Tây Thung Hoàng Khiêm (HN7) 21 Hình 3.2 Dolomit cấu tạo nứt nẻ, vỡ vụn mỏ Dốc Ba Chồm 21 Hình 3.3a Dolomit nứt nẻ, vỡ vụn khu vực Tân Sơn (TS1) 22 Hình 3.3b Dolomit nứt nẻ, vỡ vụn khu vực Tân Sơn (TS1) 22 Hình 3.4 Đặc điểm thạch học mẫu dolomit khu vực Thung Hồng Khiêm (mẫu HN7) 23 Hình 3.5 Đặc điểm thạch học mẫu dolomit khu vực Thành Bồng 24 Hình 3.6 Đặc điểm thạch học mẫu dolomit khu vực Tượng Lĩnh( Mẫu TL1) 24 Hình 3.7.Đặc điểm thạch học mẫu dolomit khu vực Thung Hoàng Khiêm (mẫu HN6/2) 25 Hình 3.8a Giản đồ phân tích nhiễu xạ rơnghen mẫu dolomite khu vực Thành Bồng (mẫu HN9 ) 26 Hình 3.8b Giản đồ phân tích nhiệt vi sai mẫu dolomit Thanh Bồng 26 Hình 4.1 Đồ thị so sánh độ hút nước sản phẩm thử nghiệm với kiểu tỷ lệ phối trộn khác 34 Hình 4.2 Đồ thị so sánh độ cường độ kháng nén sản phẩm thử vi ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 nghiệm với kiểu tỷ lệ phối trộn khác 34 Hình 4.3 Đồ thị so sánh cường độ kháng uốn, kháng nén sản phẩm thử nghiệm với tỷ lệ phối trộn phụ gia khác 35 Hình 4.4 Ảnh hưởng độ ẩm tạo hình đến khối lượng thể tích cường độ sản phẩm (phối liệu theo kiểu GD11) 38 Hình 4.5 Biểu đồ tương quan cường độ kháng nén lực nén tạo hình 40 Hình 4.6 Biểu đồ tương quan khối lượng thể tích lực nén tạo hình 40 Hình 4.7 Biểu đồ tương quan độ hút nước lực nén tạo hình 41 Hình 4.8 Mẫu gạch không nung từ dolomit khu vực tỉnh Hà Nam 41 Hình 4.9 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất gạch không nung từ dolomit khu vực Hà Nam 44 vii ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 DANH MỤC BẢNG Bảng Đặc điểm thành phần khoáng vật mẫu dolomit khu vực tỉnh Hà Nam………………………………………………………………………… 24 Bảng Kết thành phần hóa học độ hoạt tính dolomit khu vực Hà Nam 26 Bảng 3.Kết phân tích độ hút vơi mẫu dolomit khu vực Hà Nam 27 Bảng Thành phần hoá học vôi nung Kiện Khê………………………… 29 Bảng Đặc điểm kỹ thuật chết kết dính kiểu dolomit + vơi………………… 30 Bảng Đặc điểm kỹ thuật chết kết dính kiểu dolomit + vôi+ xi măng……… 31 Bảng Đặc điểm kỹ thuật chết kết dính kiểu dolomit + vơi+ cát 32 Bảng Kết thử nghiệm đặc trưng lý mẫu sản phẩm thử nghiệm 32 Bảng Kết đặc trưng lý sản phẩm gạch không nung tỷ lệ khác nhau……………………………………………………………………… 36 Bảng 10 Kết xác định tiêu lý sản phẩm gạch không nung với lực nén khác nhau………………………………………………………… 38 Bảng 11 Kết thử nghiệm gạch không nung từ dolomit khu vực Hà Nam… 41 viii ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 MỞ ĐẦU Sử dụng vật liệu xây dựng không nung (VLXKN) trở thành xu chung nước giới Ở Trung Quốc, đến năm 2010 vật liệu xây dựng kiểu chiếm tỷ lệ 55%; Anh, VLXKN chiếm 60% tổng số vật liệu xây … Theo quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020, nhu cầu sử dụng vật liệu xây tương ứng khoảng 42 tỷ viên gạch quy chuẩn Nếu đáp ứng nhu cầu gạch đất sét nung tiêu tốn khoảng 57 đến 60 triệu m³ đất sét, tương đương với 2.800 đến 3.000 đất nông nghiệp; tiêu tốn từ 5,3 đến 5,6 triệu than, thải khoảng 17 triệu khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính Điều ảnh hưởng đến an ninh lương thực, an ninh lượng, cân sinh thái, cịn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trong, ảnh hưởng đến sức khỏe người Đánh giá xu phát triển tất yếu ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, ngày 28/4/2010, Thủ tướng phủ định số 567/QĐTT việc phê duyệt chương trình phát triển vật liệu xây dựng không nung 2010 Và quy hoạch tổng thể phát triển ngành công nghiệp vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 chương trình phát triển vật liệu xây khơng nung đến năm 2020 đặt mục tiêu đưa tỷ lệ sử dụng vật liệu không nung lên 20- 25% vào năm 2015 30- 40% vào năm 2020, tiến tới xóa bỏ hồn tồn sở sản xuất gạch đất nung lị thủ cơng Hiện nay, cơng nghệ sản xuất vật liệu xây dựng không nung mang lại nhiều kết tích cực như: tận dụng nhiều nguồn nguyên liệu rẻ tiền có vùng miền, tạo nhiều loại vật liệu xây dựng (VLXD) có giá thành thấp Kết đề tài “ Đánh giá tiềm số khoáng sản phi kim loại (phụ gia xi măng, nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng không nung, sericit) địa bàn tỉnh Yên Bái đề xuất công nghệ khai thác chế biến” Nguyễn Ánh Dương, Kiều ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 Quý Nam nnk năm 2012-2013 cho thấy dolomit có đặc tính kỹ thuật sử dụng sản xuất vật liệu xây dựng khơng nung Xuất phát từ thực trạng đó, việc nghiên cứu, đánh giá đặc tính kỹ thuật dolomit Việt Nam nói chung khu vực tỉnh Hà Nam nói riêng nhằm đáp ứng mục đích sản xuất vật liệu xây dựng không nung cần thiết, khơng có ý nghĩa khoa học, mà cịn có ý nghĩa thực thực tiễn, đề xuất thêm nguồn nguyên liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng khơng nung góp phần phát triển cơng nghiệp địa phương, phát triển vật liệu xây dựng thân thiện môi trường phù hợp với xu thời đại, tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải Vì lẽ trên, học viên lựa chọn đề tài “Đặc điểm thành phần vật chất đặc tính cơng nghệ dolomit khu vực tỉnh Hà Nam khả sử dụng sản xuất gạch khơng nung” làm luận văn Mục tiêu luận văn Làm rõ đặc điểm thành phần vật chất, đặc tính cơng nghệ khả sử dụng dolomit khu vực Hà Nam cho sản xuất gạch khơng nung Luận văn trình bày với nội dung sau :  Khái quát khu vực nghiên cứu  Tổng quan tình hình nghiên cứu dolomit hệ phương pháp nghiên cứu  Một số đặc điểm dolomit khu vực Hà Nam  Khả sử dụng dolomit khu vực tỉnh Hà Nam sản xuất gạch không nung ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 Độ ẩm tạo hình yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ sản phẩm Độ ẩm lớn khơng cho phép áp dụng phương pháp tạo hình giới, gây tượng dính khn, nứt vỡ sản phẩm, làm giảm độ chặt khít sản phẩm tức giảm khối lượng thể tích sản phẩm, kết cường độ sản phẩm thấp Ngược lại độ ẩm thấp làm cho sản phẩm không giữ nguyên hình dạng sau nén ép tạo hình Để xác định độ ẩm tạo hình tối ưu, lựa chọn loại nguyên liệu đặc trưng, chế độ thử nghiệm xác định trọng lượng thể tích mẫu Với nguyên liệu dolomit nghiền mịn với độ ẩm 6% phụ gia vơi nung: Để đảm bảo vơi nung hydrat hóa theo phản ứng: CaO + H2O = Ca(OH)2 Thì 1mol CaO cần 1mol H2O theo trọng lượng 100g vôi cần khoảng 32g nước Và phụ gia xi măng tính tương đương với hàm lượng vơi Ngồi độ ẩm để tạo hình hỗn hợp nguyên liệu khoảng 10-14% so với tổng trọng lượng nguyên liệu dolomit Từ kết nghiên cứu phần cho thấy tỷ lệ phối trộn tối ưu tính theo % trọng lượng Dolomit:Vôi:Xi măng: cát 65:11:0:24 (kiểu 4) Với giả thiết trên, nước thử nghiệm 10% Kết thử nghiệm theo kiểu thể bảng 9, hình 4.4 35 ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 Bảng Kết đặc trưng lý sản phẩm gạch không nung tỷ lệ khác Khối lượngthể Mẫu Kiểu phối trộn Tỷ lệ nước Cường độ sản phẩm(daN/cm2) tích (g/cm3) 10 K xác định K xác định 12 45.6 20.4 14 77.5 1.70 16 70.4 1.68 18 30.5 1.65 20 k xác định K xác định Kiểu Qua thử nghiệm phịng thí nghiệm, biểu đồ biến thiên cường độ khối lượng thể tích mẫu thử nghiệm cho thấy: Ở 12% nước mẫu đạt cường độ mác gạch xây chất lượng trung bình, khoảng 18%) làm dính khn khn sản phẩm hay rạn nứt Độ ẩm tạo hình phù hợp kiểu 14-16% tối ưu 14% Đây khoảng độ ẩm đủ để phản ứng hydrat hóa diễn hồn tồn đảm bảo độ ẩm để tạo hình sản phẩm 4.3.2 Thử nghiệm lựa chọn lực nén tạo hình Sự đóng rắn gạch khơng nung phản ứng đóng rắn tạo khống kết dính phụ gia nguyện liệu Sản phẩm gạch đạt cường độ tính 36 ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 chất lý khác phụ thuộc nhiều vào chất lượng, loại hình nguyên liệu, phụ gia công nghệ sử dụng Mặt khác, yếu tố có ảnh hưởng định đến tính chất kỹ thuật sản phẩm lực nén tạo hình sản phẩm Bởi hỗn hợp nguyên liệu, với lực nén ép khác tạo cho sản phẩm với độ chặt kít khác Điều ảnh hưởng tới khối lượng thể tích, độ hút nước cường độ sản phẩm v (g/cm3 2.1 Rn(daN/cm2) 120 2.0 100 1.9 80 1.8 60 1.7 40 1.6 10 12 14 16 18 20 22 20 24 %Nước Hình 4.4 Ảnh hưởng độ ẩm tạo hình đến khối lượng thể tích cường độ sản phẩm (phối liệu theo kiểu 4) Ghi chú: Biến thiên cường độ kháng nén Biến thiên khối lượng thể tích Với nguyên liệu tỷ lệ phối trộn (%): dolomit: vôi: cát - 65: 11: 24 ta thay đổi lực nén ép tạo hình tính chất lý mẫu thử nghiệm thay đổi rõ ràng (bảng 10) Trên biểu đồ biến tương quan lực nén cường độ kháng nén cho thấy ta tăng lực nén lên cường độ tăng lên (hình 4.5) Trong khoảng lực nén từ 20kG/cm2 đến 50kG/cm2 cho thấy với lực nén mức 20kG/cm2 cường độ kháng nén mẫu thử nghiệm đạt 30.4-30.7kG/cm2, với lực nén 50kG/cm2 37 ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 cường độ mẫu thử nghiệm đạt đến100.4daN/cm2 gấp lần so với mức 20kG/cm2 Tuy nhiên với gạch xây cường độ khoảng 70-75 loại tốt Do lực nén cần khoảng 30kG/cm2 Bảng 10 Kết xác định tiêu lý sản phẩm gạch không nung với lực nén khác Mẫu Lực nén Cường độ Khối lượng sản phẩm thể tích (daN/cm2) (g/cm3) Độ hút nước (%) 20 30.7 1.62 21.5 30 75.8 1.67 17.3 40 83.5 1.89 14.0 50 100.4 2.21 12.6 Cũng tương tự cường độ kháng nén tăng lực nén tạo hình khối lượng thể tích tăng lên Tuy nhiên, ý nghĩa chúng lại khác Khi cường độ tăng lên tạo cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn, khối lượng thể tích tăng sản phẩm trở nên nặng, điều nhiều yếu tố khơng có lợi xây dựng Trên biều đồ hình 4.6 cho thấy mẫu thử nghiệm có khối lượng thể tích thích hợp gach xây khoảng 1.62-1.67g/cm3, mẫu có lực nén khoảng 20-30kG/cm2 Kết đối sánh độ hút nước với lực nén tạo hình hình 4.7 cho thấy ta tăng lực nén tạo hình lên độ hút nước sản phẩm giảm rõ rệt Điều hợp lý ta tăng lực nén lên tức làm cho hỗn hợp vật liệu chặt khít Tuy nhiên, độ hút nước cần có giới hạn định Nếu độ hút nước q thấp thi cơng gặp khó khăn giảm khả hút nước bám dính vữa Nhưng độ hút nước q cao khả chống thấm sản phẩm giảm Theo tiêu 38 ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 chuẩn gạch xây độ hút nước dao động khoảng từ 6-18% Từ kết thử nghiệm cho thấy với lực lực nén 30kG/cm2 sản phẩm có độ hút nước phù hợp Hình 4.5 Biểu đồ tương quan cường độ kháng nén lực nén tạo hình Hình 4.6 Biểu đồ tương quan khối lượng thể tích lực nén tạo hình 39 ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 Các mẫu thử nghiệm nén ép tạo hình dạng trụ trịn với kích thước 5x5cm (hình 4.8) Hình 4.7 Biểu đồ tương quan độ hút nước lực nén tạo hình Hình 4.8 Mẫu gạch khơng nung từ dolomit khu vực tỉnh Hà Nam Nhận xét: Từ kết nghiên cứu thử nghiệm cho thấy lực nén tạo hình phù hợp cho sản phẩm gạch xây 30kG/cm2 4.4 BẢO DƯỠNG SẢN PHẨM Bản chất gạch không nung muốn có cường độ chất kết dính phải ninh kết đóng rắn Vì sau tạo hình phải bảo dưỡng để gạch phát triển cường độ 40 ĐH KHTN- ĐH QGHN 2014 Do lượng nước ban đầu tạo hình đủ cho chất kết dính ninh kết nhanh chưa đủ mơi trường cho chất kết dính tiếp tục đóng rắn phát triển cường độ tạo cho gạch ngày có cường độ cao Theo thơng thường gạch tạo hình có độ ẩm thấp ( 12-14%), sau 24h kể từ tạo hình ngày cần tưới ẩm khoảng lần tưới ẩm theo chu kỳ 37 ngày sau dưỡng ẩm tự nhiên ngồi khơng khí 4.5 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA GẠCH KHÔNG NUNG TỪ DOLOMIT KHU VỰC NGHIÊN CỨU Dựa vào nghiên cứu phần trên, tiến hành sản xuất thử nghiệm gạch không nung từ dolomit khu vực Hà Nam với tỷ lệ phối trộn nguyên liệu phụ gia lựa chọn (%) : dolomit – vôi - cát (65-11-24) ; tỷ lệ nước phối trộn : 14 % ; lực nén tạo hình 30kG/cm2 Các sản phẩm gạch không nung sản xuất thử nghiệm theo tỷ có đặc tính lý đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật gạch xây không nung ( bảng 11) Bảng 11 Kết thử nghiệm gạch không nung từ dolomit khu vực Hà Nam STT Kích thước gạch Mẫu Cường Cường độ độ kháng kháng nén uốn 2 (Kg/cm ) daN/cm Độ Khối hút lượng nước thể tích (%) (g/cm3) 220x110x60 105.69 25 13 1.79 220x110x60 98.68 24.4 15 1.71 220x110x60 106.7 27 13.5 1.85 Gạch xi măng cốt liệu 75-300 15 -32 6-10 1,65-2.1 Gạch đặc 50-75