Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ

Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM BK TP.HCM VÕ LÊ DUY KHA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XI MĂNG TỪ BÙN ĐỎ Chuyên ngành : Công nghệ vật liệu Vô LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp.HCM, 02/ 2011 HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Đỗ Quang Minh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Đỗ Minh Đạo (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Khánh Sơn (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Võ Lê Duy Kha Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22-04-1985 Nơi sinh: Tây Ninh Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu vô MSHV: 00308435 1- TÊN ĐỀ TÀI: “ Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ ” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ với nguyên liệu : • Bùn đỏ • Đá vơi • Diatomite Xác định thông số kỹ thuật cần thiết trình chế tạo Xác định thơng số chất lượng xi măng • Độ bền cơ, mật độ, độ mịn • Cấu trúc pha Kết luận 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): PGS.TS.Đỗ Quang Minh Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh LỜI CẢM ƠN Con xin cảm ơn ba mẹ sinh thành nên con, người ngày hôm nay, cảm ơn gia đình bạn bè ln động viên, ủng hộ học tập sống Để hoàn thành luận văn này, em xin gửi lời tri ân đến quý Thầy Cô, cán trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh khoa Cơng Nghệ Vật Liệu tạo điều kiện để em hoàn thành tốt khóa học Đồng thời, em chân thành cảm ơn Thầy Cô môn vật liệu vô truyền đạt cho em kiến thức tảng cần thiết Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Đỗ Quang Minh – người trực tiếp hướng dẫn, chia sẻ kiến thức khơng khn khổ luận văn, mà cịn kiến thức thực tế phương pháp làm việc khoa học, điều cần thiết công việc sau Cảm ơn bạn lớp cao học 08 ln bên cạnh, đóng góp chia sẻ cảm thấy khó khăn suốt q trình học tập làm luận văn, đồng thời cảm ơn Kỳ Cuối cùng, em gửi lời chúc sức khỏe đến tồn thể q Thầy Cơ trường, mong Thầy, Cô khỏe mạnh để tiếp tục truyền đạt học quý báu cho lớp đàn em Em xin chân thành cảm ơn! Võ Lê Duy Kha HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh TÓM TẮT LUẬN VĂN Bùn đỏ sản phẩm chất thải rắn trình Bayer Đây sản phẩm khơng hịa tan sau thủy phân bauxite với NaOH nhiệt độ áp suất cao.Việc xử lý bùn đỏ vấn đề lớn với nhiều nước giới như: Mỹ, Ấn Độ, Nhật Bản, Tây Ban Nha, Pháp, Hy Lạp, Việt Nam Một số ứng dụng khác bùn đỏ bao gồm: • Luyện kim (sắt sản xuất thép, titan, nhôm kiềm, thu hồi số kim loại) • Sản xuất vật liệu xây dựng (gạch xây dựng, cốt liệu trọng lượng nhẹ, gạch, xi măng, …) • Xúc tác, gốm (gốm, sứ vệ sinh, gạch đặc biệt, men, ferrites…) • Một số ứng dụng phụ khác (trong xử lý chất thải, chất lọc, làm phân bón,…) Trong nghiên cứu này, sử dụng bùn đỏ làm nguyên liệu cho việc sản xuất loại xi măng đặc biệt Thành phần bùn đỏ có chứa oxit SiO2, Al2O3, oxit sắt cần thiết cho trình sản xuất xi măng Trong nghiên cứu kết hợp bùn đỏ với vật liệu khác đá vôi diatomite để sản xuất xi măng Hỗn hợp "bùn đỏ", đá vôi diatomite nung kết khối 12000C để tạo loại xi măng thủy hóa Một số tính chất vật liệu thành phần hóa thành phần khống, kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng cường độ nén sau 3, 28 ngày tìm hiểu nghiên cứu HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh ABSTRACT Red mud is a solid waste product of the Bayer process It is the insoluble product after bauxite digestion with sodium hydroxide at elevated temperature and pressure.The disposal of red mud remains a problem with many countries on the world such as: USA, India, Japan, Spain, France, Greece, VietNam ….The various uses of red mud include: • Metallugical ones (iron and steel production, titania, alumina and alkali, minor constituents recovery ) • Production of building material ( construction brick, light weight aggregates, brick, cements, etc ) • Catalysis, ceramic (pottery, sanitary ware, special tiles, glazes, ferrites, etc) • Other miscellaneous direct uses (in waste treatment, filter, fertiliser, etc) In this research, we will use red mud as a material for production special cement Red mud contains significant quantities of alumina, iron oxide and silica Presence of the said constituents makes it a suitable ingredient for the preparation of cements This research will combine red mud with other materials as limestone and diatomite to produce cement Mixture of “red mud” ,limestone and diatomite was sintered at 12000C to obtain the new hydralic cement The some properties of this material such as chemical and minerallogical composition, size of powder, specific surface area and compression strength after 3, and 28 days are studied in this research HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Mục lục Trang bìa i Phiếu bảo vệ ii Nhiệm vụ luận văn iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt .v Mục lục vii Danh mục hình ảnh x Danh mục bảng biểu xiii Tài liệu tham khảo xv Phụ lục xix Ly lịch trích ngang xx CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Mục tiêu .1 1.2 Tổng quan 1.2.1 Khái quát Bauxite 1.2.2 Khai thác Bauxite Việt Nam 1.2.3 Quy trình sản xuất nhơm oxit theo phương pháp Bayer .8 1.2.4 Khái quát bùn đỏ 10 1.2.5 Ảnh hưởng bùn đỏ đến môi trường 13 HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh 1.2.6 Vấn đề xử lý bùn đỏ giới Việt Nam .14 1.2.7 Ứng dụng bùn đỏ sản xuất xi măng 22 1.3.Hướng nghiên cứu đề tài 24 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 25 2.1 Tổng quan xi măng portland (XMP) 25 2.1.1 Khái niệm 25 2.1.2 Thành phần hóa XMP 25 2.1.3 Thành phần khoáng XMP 26 2.1.4 Q trình đóng rắn XMP 27 2.1.5 Q trình hydrat hóa khoáng XMP 27 2.2 Những thông số kỹ thuật quan trọng XMP .31 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 3.1 Sơ đồ phương pháp thực nghiệm .34 3.2 Nguyên liệu 35 3.2.1 Bùn đỏ .35 3.2.2 Đá vôi 38 3.2.3 Diatomite 39 3.3 Tính tốn phối liệu 44 3.4 Phân tích DTA phối liệu 49 3.4 Nhiệt độ nung 52 3.5 Thời gian nung 53 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 60 HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh 4.1 Phân tích thành phần khống clinker xi măng X-ray 60 4.2 Thành phần hóa clinker 60 4.3 Phân tích IR mẫu clinker 61 4.4 Ảnh SEM clinker xi măng 63 4.5 Phân tích kích thước hạt clinker xi măng Lazer 63 4.6 Phổ X-ray đá xi măng 66 4.7 Ảnh SEM mẫu đá xi măng 67 4.8 Xác định khối lượng riêng (theo TCVN 4030-1985) 69 4.9 Xác định khối lượng thể tích bột xi măng (TCVN 4030:1985) 71 4.10 Xác định lượng nước tiêu chuẩn (theo TCVN 4031-1985) 72 4.11 Xác định thời gian ninh kết xi măng: (theo TCVN 6017-1995) 74 4.12 Xác định độ mịn bột xi măng (TCVN 4030:1985) 75 4.13 Phương pháp xác định độ mịn Blaine (theo TCVN 4030-2003) 76 4.14 Độ ổn định thể tích (theo TCVN 6017-1995) 78 4.15 Xác định độ bền nén đá xi măng : (theo TCVN 6016-1995) 79 4.16 Kết luận-Kiến nghị 85 HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.Mục tiêu: Nước ta nước có trữ lượng bauxite tương đối lớn Theo kết điều tra Liên đoàn Bản đồ địa chất miền Nam, trữ lượng quặng bauxit mỏ địa bàn Lâm Đồng lên đến 613 triệu tấn, tương đương với gần 1,3 tỷ quặng nguyên khai Tuy nhiên, việc khai thác chế biến khoáng sản tạo lượng bùn thải lớn, gọi bùn đỏ có chứa kiềm dạng ion Và khơng tận dụng khai thác hợp lý bùn đỏ gây nên tình trạng nhiễm môi trường, đặc biệt ô nhiễm nguồn nước cách nghiêm trọng Giải lượng bùn đỏ mặt môi trường đối tượng nghiên cứu nhiều cơng trình ngồi nước Khi phân tích thành phần hóa bùn đỏ có chứa nguyên tố như: Si, Al, Fe, Ca, Ti số nguyên tố khác như: Na, K, Cr,V, Ni, Ba, Cu, Mn, Pb, Zn, …Sự dao động thành phần hóa học bùn đỏ vùng giới khác Giá trị chúng thường nằm khoảng sau: Fe2O3:30-60%; Al2O3: 10-20%; SiO2: 3-50%; Na2O: 2-10%; CaO: 2-8%; TiO2: 0-25% Trong thành phần hóa bùn đỏ có oxit cần thiết cho q trình tạo khống xi măng nên ta hồn tồn sử dụng bùn đỏ đồng thời kết hợp với nguyên liệu có sẵn Việt Nam là: đá vôi diatomie để chế tạo loại xi măng đặc biệt: “Xi măng từ bùn đỏ” Đây hướng ứng dụng bùn đỏ luận văn HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang 10 Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Phụ lục Một số thiết bị sử dụng trình nghiên cứu: Hình: Tủ sấy Hình: Máy nghiền chữ V HVTH: Võ Lê Duy Kha Hình: Lị nung Hình: Máy nghiền bánh xe Trang 101 Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” Hình: Cối nghiền bi Hình: Bi sắt HVTH: Võ Lê Duy Kha CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Hình: Cối nghiền bi sắt Hình: Máy trộn Trang 102 Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” HVTH: Võ Lê Duy Kha CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Trang 103 Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh DTA phối liệu HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang 104 Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Kích thước hạt phối liệu HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang 105 Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh DTA Diatomite HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang 106 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 XRD Diatomite 10 d=7.14705 20 d=4.48311 d=4.24761 d=3.57785 d=3.33912 30 d=2.56006 2-Theta - Scale 40 50 d=1.81593 60 70 23_MAU_NGOC ANH_Diatomite - File: 23_MAU_NGOC ANH_Diatomite.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 3.000 ° - End: 75.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time 01-085-0795 (C) - Quartz - SiO2 - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91080 - b 4.91080 - c 5.40280 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 112.838 - I 00-029-1487 (*) - Halloysite-7A - Al2Si2O5(OH)4 - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 5.13300 - b 5.13300 - c 7.16000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P (0) - - Trang 107 HVTH: Võ Lê Duy Kha CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” Lin (Counts) Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh IR Diatomite HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang 108 Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh DTA bùn đỏ HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang 109 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 XRD bùn đỏ d=4.82642 20 d=4.37732 d=4.13808 d=3.68193 d=3.33891 30 d=2.45155 d=2.51237 2-Theta - Scale d=2.64862 d=2.38170 40 d=2.24260 d=2.05049 d=2.01844 d=1.99608 50 d=1.69443 09_MAU_HOANG ANH_BUN DO - File: 09_MAU_HOANG ANH_BUN DO.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 60.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - T emp.: 25 °C (Room) - Tim 00-033-0018 (I) - Gibbsite, syn - Al(OH)3 - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 8.65520 - b 5.07220 - c 9.71610 - alpha 90.000 - beta 94.607 - gamma 90.000 - Primitive - P21/n (14) - - 425.1 Trang 110 HVTH: Võ Lê Duy Kha CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” Lin (Counts) 3800 3200 2900 2600 Nr of Scans: 2300 Resolution: Source: MIR 3500 3619 3525 3464 Technique: KBr Sample: BUN DO Transmittance [%] Measured by: NGUYEN QUOC VIET 2000 32 1600 1543 Aperture: 6mm Wavenumber cm-1 1800 1636 1400 1430 Scanner Velocity: 10 KHz 1200 1000 900 1021 800 795 700 400 470 430 500 600 559 525 600 Intruments: TENSOR37 Trang 111 HVTH: Võ Lê Duy Kha 70 65 60 55 50 45 40 CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” IR bùn đỏ Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” HVTH: Võ Lê Duy Kha CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Trang 112 Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh IR clinker xi măng HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang 113 100 90 80 30_MAU_DUY KHA_XM BUN DO 30 d=2.46966 70 20 d=2.60955 60 10 d=2.78643 d=4.72596 00-038-1429 (*) - Calcium Aluminum Oxide - Ca3Al2O6 - Cubic - a 15.26310 - b 15.26310 - c 15.26310 00-033-0302 (*) - Larnite, syn - Ca2SiO4 - Monoclinic - a 9.31000 - b 6.75650 - c 5.50590 - alpha 90.000 00-047-1744 (*) - Srebrodolskite, syn - Ca2Fe2O5 - Orthorhombic - a 5.42770 - b 14.76200 - c 5.59800 - 40 d=2.19050 d=2.04701 d=1.98101 50 d=1.63109 d=1.57938 60 d=1.53702 01-070-0801 (C) - Calcium Aluminum Oxide - Ca5(Al3O7)2 - Orthorhombic - a 11.25300 - b 10.96600 - 00-048-1882 (I) - Mayenite - Ca12Al14O33 - Cubic - a 12.04100 - b 12.04100 - c 12.04100 - alpha 90.00 2-Theta - Scale d=2.69337 50 40 d=2.90634 Trang 114 HVTH: Võ Lê Duy Kha 30 20 10 XRD clinker xi măng 30_MAU_DUY KHA_XM BUN DO - File: 30_MAU_DUY KHA_XM BUN DO.raw - Type: 2Th/Th loc d=3.02110 CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” Lin (Counts) Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ” CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh Kích thước hạt clinker HVTH: Võ Lê Duy Kha Trang 115 ... “ Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ ” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ với nguyên liệu : • Bùn đỏ • Đá vơi • Diatomite Xác định thơng số kỹ thuật cần thiết trình chế. .. hướng nghiên cứu sử dụng bùn đỏ lĩnh vực xi măng giới: A.Sử dụng bùn đỏ để sản xuất loại xi măng đặc biệt: [11] Các nhà khoa học Ấn Độ có nghiên cứu sử dụng bùn đỏ để chế tạo số loại xi măng đặc... Đề tài: ? ?Nghiên cứu chế tạo xi măng từ bùn đỏ? ?? CBHD:PGS.TS.Đỗ Quang Minh 1.2.6 Vấn đề xử lý bùn đỏ giới Việt Nam .14 1.2.7 Ứng dụng bùn đỏ sản xuất xi măng 22 1.3.Hướng nghiên cứu đề tài