Nghiên cứu, chế tạo vật liệu xốp từ tro bay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  NÔNG ĐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỐP TỪ TRO BAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC HÀ NỘI – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  NÔNG ĐỨC MẠNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỐP TỪ TRO BAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS LÊ XUÂN THÀNH HÀ NỘI – 2019 LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy cô giáo trường tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến PGS TS Lê Xuân Thành, thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em q trình học tập cơng tác sau Sau xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2019 Học viên thực Nông Đức Mạnh MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu tro bay [1-5] 1.1.1 Nguồn cung cấp 1.1.2 Đặc tính tro bay 1.1.3 Sản lượng tro bay tình hình sử dụng tro bay giới 1.1.4 Ứng dụng tro bay [1-11] 1.2 Giới thiệu chất kết dính [12-13] 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Ứng dụng 1.3 Tổng quan lý thuyết vật liệu đóng rắn [13-16] 1.3.1 Vai trị cơng nghệ vật liệu 1.3.2 Sự phát triển công nghệ vật liệu 1.3.3 Vật liệu hoá phẩm xây dựng 1.4 Một số chất phụ gia 13 1.4.1 Bentonite [20] 13 Ứng dụng Bentonite 14 1.4.2 Dextrin [21] 15 1.4.3 Thủy tinh lỏng 15 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1 Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị sử dụng 17 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 17 2.1.2 Thiết bị 17 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu 17 2.2.2 Phương pháp đo độ xốp vật liệu sau nung 17 2.2.3 Phương pháp đo độ bền nén 17 2.2.4 Phương pháp xác định mođun silica thủy tinh lỏng 18 2.2.5 Các phương pháp phân tích khác 19 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 24 3.1 Xác định đặc tính nguyên liệu tro bay 24 3.1.1 Cỡ hạt tro bay 24 3.1.2 Độ giảm khối lượng mẫu tro bay nung 24 3.1.3 Thành phần hóa học 25 3.1.4 Dạng khoáng tro bay 26 3.2 Nghiên cứu chế tạo hệ đóng rắn tro bay - vôi 27 3.2.1 Chuẩn bị mẫu phối liệu tro bay - vôi 27 3.2.2 Đặc điểm phổ hồng ngoại IR của tro bay, vôi hệ phối liệu tro bay - vôi 27 3.2.3 Độ bền nén độ xốp mẫu đóng rắn khơng nung 30 3.2.4 Độ bền nén độ xốp mẫu đóng rắn tro bay - vơi có nung 31 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng số phụ gia chế tạo hệ đóng rắn tro bay vơi 34 3.3.1 Ảnh hưởng phụ gia bentonite 34 3.3.2 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng 37 3.3.3 Ảnh hưởng phụ gia dextrin 42 CHƯƠNG KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học chủ yếu số loại tro, xỉ Việt Nam Bảng 1.2 Tro bay từ nhà máy nhiệt điện giai đoạn 2010-2030 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố tro bay 25 Bảng 3.2 Thành phần tro bay qui theo oxit đơn (%) 26 Bảng 3.3 Thành phần hệ phối liệu tro bay - vôi 27 Bảng 3.4 Các pic hồng ngoại tro bay, vơi mẫu phối liệu số sau 14 ngày đóng rắn nhiệt độ thường 30 Bảng 3.5 Ảnh hưởng tỉ lệ vôi:tro bay lên độ bền nén độ xốp mẫu đóng rắn khơng nung từ tro bay vơi 30 Bảng 3.6 Ảnh hưởng tỉ lệ vôi:tro bay lên độ bền nén độ xốp mẫu đóng rắn nung 1000oC 1h 32 Bảng 3.7 Ảnh hưởng phụ gia bentonite nung 900oC 1h từ tro bay, vôi bentonite 34 Bảng 3.8 Ảnh hưởng phụ gia bentonite nung 950oC 1h từ tro bay, vôi bentonite 34 Bảng 3.9 Ảnh hưởng phụ gia bentonite nung 1000oC 1h từ tro bay, vôi bentonite 35 Bảng 3.10 Ảnh hưởng phụ gia bentonite nung 1050oC 1h từ tro bay, vôi bentonite 35 Bảng 3.11 Ảnh hưởng phụ gia bentonite nung 1100oC 1h từ tro bay, vôi bentonite 35 Bảng 3.12 Ảnh hưởng phụ gia bentonite nung nhiệt độ 1h từ tro bay, vôi bentonite 36 Bảng 3.13 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng nung 900oC 1h từ tro bay, vôi thủy tinh lỏng 38 Bảng 3.14 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng nung 950oC 1h từ tro bay, vôi thủy tinh lỏng 39 Bảng 3.15 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng nung 1000oC 1h từ tro bay, vôi thủy tinh lỏng 39 Bảng 3.16 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng nung 1050oC 1h từ tro bay, vôi thủy tinh lỏng 39 Bảng 3.17 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng nung 1100oC 1h từ tro bay, vôi thủy tinh lỏng 40 Bảng 3.18 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng nung nhiệt độ 1h từ tro bay, vôi thủy tinh lỏng 40 Bảng 3.19 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 900oC 1h từ tro bay, vôi dextrin 42 Bảng 3.20 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 950oC 1h từ tro bay, vôi dextrin 43 Bảng 3.21 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 1000oC 1h từ tro bay, vôi dextrin 43 Bảng 3.22 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 1050oC 1h từ tro bay, vôi dextrin 43 Bảng 3.23 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 1100oC 1h từ tro bay, vôi dextrin 44 Bảng 3.24 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung nhiệt độ 1h từ tro bay, vôi dextrin 44 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc khơng gian smectit 13 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc máy đo độ bền nén 18 Hình 2.2 Sự nhiễu xạ tia X bề mặt tinh thể 20 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên tắc máy chụp ảnh SEM 22 Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu tro bay 24 Hình 3.2 Phổ EDX tro bay 25 Hình 3.3 Giản đồ XRD tro bay 26 Hình 3.4 Phổ hồng ngoại tro bay 28 Hình 3.5 Phổ hồng ngoại vơi 28 Hình 3.6 Phổ hồng ngoại phối liệu 29 Hình 3.7 Phổ chồng hồng ngoại tro bay, vôi mẫu phối liệu 29 Hình 3.8 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu phối liệu 31 Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu 2(1000) 33 Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu 2(1100-3B) 36 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu (1100-4TTL) 41 Hình 3.12 Giản đồ XRD mẫu 2(900-3D) 45 Hình 3.13 Giản đồ XRD mẫu 2(950-3D) 46 Hình 3.14 Giản đồ XRD mẫu 2(1000-3D) 47 Hình 3.15 Giản đồ XRD mẫu 2(1050-3D) 48 Hình 3.16 Giản đồ XRD mẫu (1100-3D) 49 Hình 3.17 Phổ chồng XRD mẫu nhiệt độ 49 Hình 3.18 Ảnh SEM mẫu 2(1100-3D) 51 MỞ ĐẦU Ngày vấn đề ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên trở nên cấp bách Do yêu cầu đặt nhà khoa học, nhà sản xuất phải tìm phương pháp để thu hồi, tái sử dụng loại chất thải, tạo sản phẩm có ích phục vụ đời sống xã hội Việc làm vừa mang hiệu kinh tế vừa có ý nghĩa lớn vấn đề bảo vệ môi trường Những năm gần đây, tro bay - phế thải nhà máy nhiệt điện đốt than trở thành mối quan tâm lớn nhà sản xuất, nhà quản lí cộng đồng Tính đến năm 2016, tổng trữ lượng thải nhà máy nhiệt điện đốt than lên tới triệu tấn/năm Với thành phần hạt có trọng lượng nhẹ, kích thước hạt nhỏ - tương đương 1/3 hạt xi măng nên tro xỉ bay tự khơng khí, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống, sinh hoạt nhân dân Với phát triển vũ bão khoa học công nghệ, việc thay vật liệu truyền thống vật liệu có tính ứng dụng cao giới khoa học quan tâm nghiên cứu ứng dụng sống Ở nước ta, tro bay chủ yếu dùng để làm phụ gia cho bê tông, nhiên lượng dư thừa lớn Từ nhận định trên, đề tài luận văn thạc sĩ em là:’’ Nghiên cứu chế tạo vật liệu xốp từ tro bay” với mục đích xử lý bã thải tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại theo hướng sử dụng chất kết dính vơi phụ gia thích hợp nhằm tạo vật liệu xốp dùng dân dụng công nghiệp Nội dung luận văn là: - Xác định thành phần hóa học, cỡ hạt tro bay - Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay vôi - Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay, vơi có thêm phụ gia CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu tro bay [1-5] 1.1.1 Nguồn cung cấp Tro bay sản phẩm phế thải đốt than từ nhà máy nhiệt điện Ở nhà máy nhiệt điện dùng than cám khoảng 80% lượng xỉ tạo thành theo đường khí thải (lượng xỉ tro bay) 20% cịn lại tháo cửa tháo xỉ đáy lò Theo Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), nay, với 12 nhà máy nhiệt điện than vận hành tổng khối lượng than sử dụng trung bình năm khoảng 34 triệu tấn, khối lượng tro, xỉ cịn lưu giữ nhà máy nhiệt điện than gần 15 triệu PGS TS Trương Duy Nghĩa, Chủ tịch Hội KHKT Nhiệt Việt Nam cho biết, tổng nhu cầu than cho sản xuất điện nước đến năm 2020 63 triệu tấn, năm 2025 95,4 triệu năm 2030 128, triệu tấn, tương đương tổng lượng tro thải 15,09 triệu (năm 2020), 17 triệu (năm 2025) 20,58 triệu (năm 2030), cho thấy lượng tro bay tạo nhà máy nhiệt điện lớn, không ngừng tăng lên năm gần Bên cạnh đó, hàng loạt lị cao khu gang thép sử dụng nhiên liệu than thải lượng tro bay lớn Từ thấy tro bay chất thải rắn có khối lượng lớn, cần xử lý triệt để nhằm bảo vệ môi trường đồng thời mang lại giá trị kinh tế từ việc tái sử dụng chất thải 1.1.2 Đặc tính tro bay Tro bay loại puzzolan nhân tạo, có tính puzzolan cao tồn dạng tinh thể vơ định hình Thành phần hóa học tro bay quy oxit đơn chủ yếu oxit silic( SiO2),nhôm oxit Al2O3, sắt oxit (Fe2O3) lượng nhỏ canxi oxit (CaO), magie oxit (MgO) Ngoài tro bay cịn có natri oxit (Na2O), kali oxit (K2O) với hàm lượng nhỏ lượng than chưa cháy hết (gọi hàm lượng nung) Tro bay thường có màu xám, có tính kiềm chịu lửa Tro bay dạng bột mịn, thường có dạng hình cầu đường kính từ 10-100 micromet( 0.01mm đến 0.1mm) Tùy theo mục đích sử dụng mà phân loại tro bay theo tiêu khác nhau: Theo Tiêu chuẩn Việt Nam tro bay chia làm hai loại: Bảng 3.17 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng nung 1100oC 1h từ tro bay, vôi thủy tinh lỏng Tỉ lệ tro bay:vôi:nước:TTL Mẫu Độ bền nén( kg/cm2) Độ xốp(%) (g:g:ml:ml) 2(1100) 50:4.5:18.2 192.5 28.5 2(1100-1TTL) 50:4.5:18.2:0.2 224.3 27.7 2(1100-2TTL) 50:4.5:18.2:0.4 237.9 27.0 2(1100-3TTL) 50:4.5:18.2:0.6 262.5 26.8 2(1100-4TTL) 50:4.5:18.2:0.8 302.9 26.5 5(1100-5TTL) 50:4.5:18.2:1 143.1 30.5 Bảng 3.18 Ảnh hưởng phụ gia thủy tinh lỏng nung nhiệt độ 1h từ tro bay, vôi thủy tinh lỏng Mẫu Độ bền nén( kg/cm2) 900 950 1000 1050 Độ xốp (%) 1100 900 950 1000 1050 1100 22.6 32.4 155.3 169.8 192.5 33.3 31.8 30.4 30.0 28.5 2(1TTL) 32.3 39.6 163.5 210.4 224.3 32.6 31.2 30.2 28.1 27.7 2(2TTL) 38.1 43.6 179.2 221.7 237.9 32.1 30.8 28.6 27.8 27.0 30.3 28.1 27.2 26.8 2(4TTL) 50.1 57.8 198.7 259.9 302.9 29.7 29.8 27.4 26.9 26.5 2(5TTL) 18.1 24.5 31.3 30.5 2(3TTL) 43 50.1 187.9 241.9 262.5 64.1 31 128.1 143.1 33.8 33.0 32.0 40 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Ca(OH)2-Trobay TTL 500 400 Lin (Cps) 300 d=1.960 d=2.119 d=2.830 100 d=2.696 d=3.204 d=3.365 200 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: HienBK Ca(OH)2-trobay-TTL.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Ph 00-012-0708 (*) - Silicon Oxide - SiO2 - Y: 54.32 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.99400 - b 4.99400 - c 5.43800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 117.454 - F11= 10(0 00-041-1486 (*) - Anorthite, ordered - CaAl2Si2O8 - Y: 57.87 % - d x by: - WL: 1.5406 - Triclinic - a 8.17560 - b 12.87200 - c 14.18270 - alpha 93.172 - beta 115.911 - gamma 91.199 - Primitive - P-1 (2) - - 1338.75 - I/Ic Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu 2(1100-4TTL) Nhận xét: - Các mẫu phối liệu có thêm thủy tinh lỏng từ 1TTL đến 4TTL có độ bền nén lớn so với mẫu đối chứng (phối liệu có tro bay vôi) tất nhiệt độ nung khảo sát Điều thủy tinh lỏng coi chất trợ chảy, ngồi bổ sung thêm lượng SiO2 cho phối liệu cịn cung cấp thêm lượng Na2O thúc đẩy phản ứng đóng rắn cấu tử có phối liệu Tuy nhiên hàm lượng thuỷ tinh lỏng lớn tỉ lệ cần thiết, độ bền nén giảm (các mẫu 5TTL) - Dựa vào bảng từ 3.13 đến 3.17 bảng 3.18 ta thấy nhiệt độ mẫu có thêm thủy tinh lỏng độ bền nén mẫu đóng rắn nung 900oC, 950oC, 1000oC, 1050oC, 1100oC 1h tăng theo hàm lượng thủy tinh lỏng từ mẫu 2(1TTL) đến mẫu 2(4TTL) giảm tiếp tục tăng hàm lượng thủy tinh lỏng từ mẫu 2(4TTL) đến mẫu 2(5TTL) Tương ứng với điều độ xốp giảm từ mẫu 2(1TTL) đến mẫu 2(4TTL) sau tăng từ mẫu 2(4TTL) đến mẫu 2(5TTL) 41 - Trong mẫu độ bền nén tăng nhiệt độ tăng, độ bền nén tất mẫu tăng từ 900oC đến 1100oC Tương ứng với điều độ xốp tất mẫu giảm dần từ 900oC đến 1100oC - Mẫu 2(1100-4TTL) đạt độ bền nén cao đạt 302.9 kg/cm2, với độ xốp 26.5% - Dựa vào giản đồ XRD hình 3.11 ta thấy sản phẩm sau nung - mẫu 2(11004TTL) có xuất khống Anorthite CaAl2Si2O8 So với nguyên liệu ban đầu, xuất khoáng Anorthite CaAl2Si2O8 quy định độ bền nén cao vật liệu đóng rắn sau nung 3.3.3 Ảnh hưởng phụ gia dextrin Theo kết bảng 3.6, mẫu 2(1000) có độ bền nén cao Để khảo sát ảnh hưởng dextrin (D), chế tạo mẫu giống mẫu có (mtro bay=50g, mvơi tơi= 4.5g) Lượng dextrin thay đổi từ 0.2-1g (kí hiệu từ 1D đến 5D) Sau ngày để khô tự nhiên tiến hành nung mẫu 1h nhiệt độ 900oC, 950oC, 1000oC, 1050oC 1100oC Kết độ bền nén độ xốp vật liệu nhiệt độ bảng 3.19 đến 3.23 3.24 Giản đồ XRD mẫu 2(1100-3D) nung nhiệt độ khác hình 3.12 đến 3.16 phổ chồng 3.17 Bảng 3.19 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 900oC 1h từ tro bay, vôi dextrin Mẫu Tỉ lệ tro bay:vôi:nước:D (g:g:ml:g) Độ bền nén( kg/cm2) Độ xốp(%) 2(900) 50:4.5:18 22.6 33.3 2(900-1D) 50:4.5:16.2:0.2 31.8 31.5 2(900-2D) 50:4.5:16.2:0.4 38.9 30.2 2(900-3D) 50:4.5:16.2:0.6 51.0 29.8 2(900-4D) 50:4.5:16.2:0.8 32.0 31.7 2(900-5D) 50:4.5:16.2:1 25.4 32.3 42 Bảng 3.20 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 950oC 1h từ tro bay, vôi dextrin Mẫu Tỉ lệ tro bay:vôi:nước:D (g:g:ml:g) Độ bền nén( kg/cm2) Độ xốp(%) 2(950) 50:4.5:18.2 32.4 31.4 2(950-1D) 50:4.5:16.2:0.2 43.5 30.9 2(950-2D) 50:4.5:16.2:0.4 51.4 29.7 2(950-3D) 50:4.5:16.2:0.6 96.6 29.0 2(950-4D) 50:4.5:16.2:0.8 42.4 31.0 2(950-5D) 50:4.5:16.2:1 33.2 31.2 Bảng 3.21 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 1000oC 1h từ tro bay, vôi dextrin Mẫu Tỉ lệ tro bay:vôi:nước:D (g:g:ml:g) Độ bền nén( kg/cm2) Độ xốp(%) 2(1000) 50:4.5:18.2 155.3 30.4 2(1000-1D) 50:4.5:16.2:0.2 170.3 30.0 2(1000-2D) 50:4.5:16.2:0.4 196.3 28.2 2(1000-3D) 50:4.5:16.2:0.6 220.2 27.6 2(1000-4D) 50:4.5:16.2:0.8 168.1 29.2 2(1000-5D) 50:4.5:16.2:1 157.3 30.1 Bảng 3.22 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 1050oC 1h từ tro bay, vôi dextrin Mẫu Tỉ lệ tro bay:vôi:nước:D (g:g:ml:g) Độ bền nén( kg/cm2) Độ xốp(%) 2(1050) 50:4.5:18.2 169.8 30.0 2(1050-1D) 50:4.5:16.2:0.2 194.4 28.1 2(1050-2D) 50:4.5:16.2:0.4 211.8 26.9 2(1050-3D) 50:4.5:16.2:0.6 261.1 25.7 2(1050-4D) 50:4.5:16.2:0.8 183.1 28.7 2(1050-5D) 50:4.5:16.2:1 172.9 29.1 43 Bảng 3.23 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung 1100oC 1h từ tro bay, vôi dextrin Mẫu Tỉ lệ tro bay:vôi:nước:D (g:g:ml:g) Độ bền nén( kg/cm2) Độ xốp(%) 2(1100) 50:4.5:18.2 192.5 28.5 2(1100-1D) 50:4.5:16.2:0.2 252.7 27.9 2(1100-2D) 50:4.5:16.2:0.4 272 26.0 2(1100-3D) 50:4.5:16.2:0.6 311.6 24.3 2(1100-4D) 50:4.5:16.2:0.8 297.0 27.0 2(1100-5D) 50:4.5:16.2:1 288.4 27.4 Bảng 3.24 Ảnh hưởng phụ gia dextrin nung nhiệt độ 1h từ tro bay, vôi dextrin Mẫu Độ bền nén( kg/cm2) 900 950 1000 1050 Độ xốp (%) 1100 900 950 1000 1050 1100 22.6 32.4 155.3 169.8 192.5 33.3 31.4 30.4 30.0 28.5 2(1D) 31.8 43.5 170.3 194.4 252.7 31.5 30.9 30.0 28.1 27.9 2(2D) 38.9 51.4 196.3 211.8 30.2 29.7 28.2 26.9 26.0 2(3D) 51.0 96.6 220.2 261.1 311.6 29.8 29.0 27.6 25.7 24.3 2(4D) 32.0 42.4 168.1 183.1 297.0 31.7 31.0 29.2 28.7 27.0 2(5D) 25.4 33.2 157.3 172.9 288.4 32.3 31.2 30.1 29.1 27.4 272 44 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Dextrin06-900 500 400 d=2.202 200 100 d=1.928 d=3.361 Lin (Cps) 300 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: HienBK Dextrin06-900.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 00-012-0708 (*) - Silicon Oxide - SiO2 - Y: 53.82 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.99400 - b 4.99400 - c 5.43800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 117.454 - F11= 10(0 Hình 3.12 Giản đồ XRD mẫu 2(900-3D) 45 70 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - D06-950 500 400 Lin (Cps) 300 d=2.707 d=3.370 200 100 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: HienBK D06-950.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 00-012-0708 (*) - Silicon Oxide - SiO2 - Y: 55.00 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.99400 - b 4.99400 - c 5.43800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 117.454 - F11= 10(0 Hình 3.13 Giản đồ XRD mẫu 2(950-3D) 46 70 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - D06-400 500 400 d=2.442 d=3.361 200 d=3.194 Lin (Cps) 300 100 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: HienBK D06-400.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 00-012-0708 (*) - Silicon Oxide - SiO2 - Y: 55.90 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.99400 - b 4.99400 - c 5.43800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 117.454 - F11= 10(0 00-041-1486 (*) - Anorthite, ordered - CaAl2Si2O8 - Y: 48.49 % - d x by: - WL: 1.5406 - Triclinic - a 8.17560 - b 12.87200 - c 14.18270 - alpha 93.172 - beta 115.911 - gamma 91.199 - Primitive - P-1 (2) - - 1338.75 - I/Ic Hình 3.14 Giản đồ XRD mẫu 2(1000-3D) 47 70 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Dextrin06-1050 500 400 d=1.354 d=1.944 100 d=2.371 d=2.701 d=3.359 200 d=3.208 Lin (Cps) 300 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: HienBK Dextrin06-1050.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.0 00-012-0708 (*) - Silicon Oxide - SiO2 - Y: 56.88 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.99400 - b 4.99400 - c 5.43800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 117.454 - F11= 10(0 00-041-1486 (*) - Anorthite, ordered - CaAl2Si2O8 - Y: 55.15 % - d x by: - WL: 1.5406 - Triclinic - a 8.17560 - b 12.87200 - c 14.18270 - alpha 93.172 - beta 115.911 - gamma 91.199 - Primitive - P-1 (2) - - 1338.75 - I/Ic Hình 3.15 Giản đồ XRD mẫu 2(1050-3D) 48 70 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - D06-1100 500 400 d=3.193 d=3.758 200 d=3.362 Lin (Cps) 300 100 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: HienBK D06-1100.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° 00-012-0708 (*) - Silicon Oxide - SiO2 - Y: 55.00 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.99400 - b 4.99400 - c 5.43800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 117.454 - F11= 10(0 00-041-1486 (*) - Anorthite, ordered - CaAl2Si2O8 - Y: 58.94 % - d x by: - WL: 1.5406 - Triclinic - a 8.17560 - b 12.87200 - c 14.18270 - alpha 93.172 - beta 115.911 - gamma 91.199 - Primitive - P-1 (2) - - 1338.75 - I/Ic Hình 3.16 Giản đồ XRD mẫu 2(1100-3D) Hình 3.17 Phổ chồng XRD mẫu nhiệt độ 49 70 Nhận xét: Dựa vào bảng từ 3.19 đến 3.23 bảng 3.24 ta thấy: - Lượng nước đưa vào mẫu có thêm phụ gia dextrin giảm 2ml so với khơng có hay có thêm bentonite thủy tinh lỏng - Các hệ có độ phân cực tương tự dễ phân tán vào Dextrin dạng tinh bột tan có tác dụng tác dụng làm giảm độ phân cực nước làm cho pha lỏng tương thích với hệ phối liệu pha rắn thúc đẩy trình nghiền Các phân tử tinh bột polymer có phần phân cực bị hấp phụ vào bề mặt hạt cấu tử phối liệu, cịn phần khơng phân cực hướng ngồi gây hiệu ứng cản trở không gian tăng mức độ trơn trượt hạt thuận lợi cho việc phân tán hạt nghiền Điều cho phép giảm tỉ lệ nước cần thiết nghiền thúc đẩy phản ứng pha rắn nung - Các mẫu phối liệu có thêm dextrin từ 1D đến 5D có độ bền nén lớn so với mẫu đối chứng (phối liệu có tro bay vơi) tất nhiệt độ nung khảo sát - Dựa vào giản đồ XRD từ hình 3.12 đến 3.16 phổ chồng XRD nhiệt độ hình 3.17, nhiệt độ 900oC 950oC khơng xuất khống Anorthite CaAl2Si2O8 Từ nhiệt độ 1000oC, 1050oC, 1100oC có khống Anorthite CaAl2Si2O8 làm tăng độ bền nén mẫu sau nung - Trong nhiệt độ mẫu có thêm dextrin độ bền nén mẫu đóng rắn nung 900oC, 950oC, 1000oC, 1050oC, 1100oC 1h tăng theo hàm lượng dextrin từ mẫu 2(1D) đến mẫu 2(3D) giảm tiếp tục tăng hàm lượng dextrin từ mẫu 2(3D) đến mẫu 2(5D) Tương ứng với điều độ xốp giảm từ mẫu 2(1D) đến mẫu 2(3D) sau tăng từ mẫu 2(3D) đến mẫu 2(5D) - Còn mẫu độ bền nén tăng nhiệt độ tăng, độ bền nén tất mẫu tăng từ 900oC đến 1100oC Tương ứng với điều độ xốp tất mẫu giảm dần từ 900oC đến 1100oC - Mẫu 2(1100-3D) đạt độ bền nén cao đạt 311.6 kg/cm2, với độ xốp 24.3% Đặc điểm hình thái cỡ hạt mẫu đóng rắn sản phẩm Từ kết bảng 3.24, mẫu phối liệu với tỉ lệ mtro bay=50g, mvôi tôi= 4.5g mdextrin = 0.6g Sau ngày để khô tự nhiên, nung 1h nhiệt độ 1100oC- mẫu 2(1100-3D) đạt độ bền nén cao đạt 311.6 kg/cm2, với độ xốp 24.3% Hình thái 50 cỡ hạt mẫu hình 3.18 với độ phóng đại tăng dần Theo hình 3.18 sản phẩm đóng rắn bao gồm hạt có hình tựa cầu với đa số hạt cỡ từ 4-10µm Các hạt kết tụ hạt vi mơ có kích thước khoảng 0.2µm So với mẫu tro bay nguyên liệu lớn mạnh cỡ hạt minh họa rõ rệt tăng mạnh đồ bền nén mẫu sau nung Hình 3.18 Ảnh SEM mẫu 2(1100-3D) 51 CHƯƠNG KẾT LUẬN Trên sở kết thu được, rút số kết luận sau: - Tro bay chủ yếu tồn dạng vơ định hình, bao gồm hạt hình cầu, kích thước nhỏ 10μm Khi quy oxit đơn, thành phần tro bay SiO2, Al2O3, FeO K2O lượng nhỏ oxit khác: MgO, Na2O, TiO2 - Hệ phối liệu gồm 50g tro bay: 4.5g Ca(OH)2:18.2ml nước nghiền 30 phút, đóng rắn nhiệt độ phịng 14 ngày có độ bền nén cao đạt 11.3 kg/cm2, với độ xốp 21.2% - mẫu Độ bền rắn đạt có tương tác vơi cho vào SiO2 có tro bay - So với mẫu 2, độ bền nén mẫu 2(1100) - đóng rắn nhiệt độ phịng ngày nung 1100oC có độ bền nén tăng mạnh đạt 192.5kg/cm2 độ xốp 28.5% Sự tăng mạnh độ bền nén có tương tác cấu tử phối liệu tạo thành khoáng Anorthite CaAl2Si2O8 - Các phụ gia bentonite, thủy tinh lỏng hay dextrin có tác dụng làm tăng độ bền nén vật liệu sau nung (so với mẫu nung đối chứng) theo thứ tự tăng dần bentonite< thủy tinh lỏng < dextrin - Hệ phối liệu gồm 50g tro bay:4.5g Ca(OH)2:0.6g dextrin:16.2ml nước nghiền 30 phút, đóng rắn nhiệt độ phòng ngày nung 1100oC 1h có độ bền nén cao đạt 311.6 kg/cm2, với độ xốp 24.3% Sản phẩm vật liệu thu bao gồm hạt có hình tựa cầu với đa số hạt cỡ từ 4-10µm 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Kiều Cao Thắng , Nguyễn Đức Quý, Tình hình phương hướng tái chế sử dụng tro bay xỉ nhà máy nhiệt điện Việt Nam Hans Joachim Feuerborn Coal combustion products in European update on production and utilisation, standardisation and regulation World of Coal ash (WOCA) conference, May 9-12, 2011, in Denver, CO, USA Ministry of Environment and Forests, Government of India Utilisation of Fly Ash by Thermal power plants Notification, S.O.979(E) Dated 27th August, 2003 Ministry of Environment and Forests, Government of India Utilisation of Fly Ash by Thermal power plants Notification, S.O.513(E) Dated 3rd April, 2007 Department of Forests, Ecology and Environment, Government of Karnataka, Utility Bonanza from Dust-Fly Ash, Parisara, 2(6), 2007 Dr.Suhas V Patil, Suryakant C Nawle, Sunil J Kulkarni, Industrial 122 Applications of Fly ash: A Review, International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR), 2013, 2(9), 1659-1663 Federal Highway administration, Fly ash in asphalt pavements, United States Department of Transportation - Federal Highway Administration, 29/06/2006 Pandey VC, Singh N, Impact of fly ash incorporation in soil systems, Agric Ecosyst Environ, 2010, 136(1–2),16–27 Baogua Ma et al “The compositions, surface texture, absorption, and binding properties of fly ash in China” Environment International, 1999, 25(4), 423-432 10 Shaobin Wang, and Hongwei Wu, Environmental benign utilisation of fly ash as low-cost adsorbents Journal of Hazardous Materials, 2006, 136 (3), 482-501 11 Marisa Nascimento, Patrícia F Prado, Paulo Sérgio M Soares and Vicente P de Souza, Thermodynamic Study of the Synthesis of Zeolites from Coal Ash and Its Use as Sorbents for Heavy Metals Ion Exchang Techonlogies, 2012 12 Hồng Nhâm, Hóa vơ nhà xuất giáo dục 1994 13 K.H Buchel,et al Industrial Inorganic Chemistry Wiley-VCH, 2000 14 Nguyễn Văn Dũng, Công nghệ sản xuất gốm xứ nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2009 53 15 Nguyễn Văn Thái cộng tác, Công nghệ vật liệu Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 16 Hoàng Văn Phong, Công nghệ chế tạo xi măng, bê tông, bê tông cốt thép vữa xây dựng, Nhà xuất giáo dục, 2008 17 Feng Jiang, Lingling Zhang, Emile Mukiza, Zhongwei Qi, Daqiang Cang Formation mechanism of high apparent porosity ceramics prepared from fly ash cenosphere Journal of Alloys and Compounds 749 (2018) 750-757 18 H P Satpathy, S K Patel, A N Nayak Development of sustainable lightweight concrete using fly ash cenosphere and sintered fly ash aggregate Construction and Building Materials 30 March 2019 19 Tayfun ầiỗek, Yasin ầinỗin Use of fly ash in production of light-weight building bricks Construction and Building Materials 94 (2015) 521–527 20 Önal M Physicochemical properties of bentonites: an overview, Commun Fac Sci Univ Ank Series B, Vol 52, pp - 21 2006 21 Dina M.Silva, Cláudia Nunes, IsabelPereira, Ana S.P.Moreira, Maria Rosário M.Domingues, Manuel A.Coimbra, Francisco M.Gama Structural analysis of dextrins and characterization of dextrin-based biomedical hydrogels Carbohydrate Polymers 19 December 2014 54 ... cỡ hạt tro bay - Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay vôi - Nghiên cứu chế tạo vật liệu đóng rắn từ tro bay, vơi có thêm phụ gia CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu tro bay [1-5]... vực chế tạo vật liệu đóng rắn 26 3.2 Nghiên cứu chế tạo hệ đóng rắn tro bay - vơi 3.2.1 Chuẩn bị mẫu phối liệu tro bay - vôi Các mẫu phối liệu chế tạo theo phương pháp mục 2.2.1 Khối lượng tro bay. .. bôṭ tro bay đôlômit Lớp hỗn hợp gồm tro bay bán khô, xi măng bụi mỏ đá Làm vật liệu cốt nhẹ: Nhiều công nghệ phát triển để sản xuất cốt liệu nhân tạo từ tro bay Cốt liêụ từ sản phẩm tro bay