Nghiên cứu kết hợp bùn đỏ quặng bauxite và bentonite cải thiện cường lực xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN TẢI NGHIÊN CỨU KẾT HỢP BÙN ĐỎ QUẶNG BAUXITE VÀ BENTONITE CẢI THIỆN CƢỜNG LỰC XI MĂNG Chun ngành : CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Mã số: 60 52 75 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hƣớng dẫn khoa học: TS HUỲNH KỲ PHƢƠNG HẠ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS LÝ CẨM HÙNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS THÁI NGUYỄN HUY CHÍ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 28 tháng 08 năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THÀNH TS HUỲNH KỲ PHƢƠNG HẠ TS THÁI NGUYỄN HUY CHÍ TS LÝ CẨM HÙNG TS NGUYỄN QUANG LONG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THÀNH i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN VĂN TẢI Phái : Nam Ngày tháng năm sinh : 10 – 03 – 1985 Nơi sinh : Phú Yên Chuyên ngành : Cơng nghệ hóa học MSHV : 10050131 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu kết hợp bùn đỏ quặng Bauxite Bentonite cải thiện cƣờng lực xi măng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tổng quan bùn đỏ, ảnh hƣởng bùn đỏ đến môi trƣờng ứng dụng bùn đỏ sản xuất xi măng Việt Nam giới  Khảo sát thành phần, tỉ lệ bentonite/bùn đỏ thêm vào xi măng  Khảo sát thay đổi cƣờng lực xi măng sử dụng phụ gia bùn đỏ bentonite  Kiểm tra tiêu lý: cƣờng độ nén, cƣờng độ uốn mẫu vữa xi măng có tham gia bùn đỏ bentonite  Trên tiêu chuẩn chất lƣợng xi măng poóc lăng hỗn hợp đánh giá xem mẫu xi măng làm thí nghiệm có cƣờng lực nhƣ so với sản phẩm xi măng thông thƣờng III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 02 tháng 07 năm 2011 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 25 tháng 06 năm 2012 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS HUỲNH KỲ PHƢƠNG HẠ Tp HCM, ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH ii LỜI CẢM ƠN Với kính trọng lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin chân thành cảm ơn Thầy HUỲNH KỲ PHƢƠNG HẠ, tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Đồng thời, em xin gởi lời cảm ơn đến anh Đặng Thanh Xuân công tác Công ty Hồng Hà Bình Dƣơng tất Anh chị Phịng thí nghiệm Phân viện Khoa học cơng nghệ xây dựng Miền Nam, giúp đỡ em trình tiến hành thí nghiệm Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Hóa Học bạn Cao học hóa K2010 giúp đỡ em thời gian học tập nghiên cứu Song điều kiện kiến thức hạn chế nên chƣa sâu khai thác, phân tích kỷ nhƣ khó tránh đƣợc sai xót q trình thực luận văn này.Vì em mong nhận đƣợc thơng cảm đóng góp ý kiến quý Thầy Cô bạn để luận văn đƣợc hoàn thiện Trân trọng cảm ơn! TP HCM, ngày 25 tháng 06 năm 2012 Nguyễn Văn Tải iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Bùn đỏ bã thải ngành công nghệ sản xuất oxit nhôm từ quặng boxit theo phƣơng pháp Bayer Lƣợng bùn đỏ giới hàng năm phát sinh khoảng 120 triệu bùn đỏ (theo CSIRO Úc) Cho đến chƣa có giải pháp hữu hiệu để giải vấn đề bùn đỏ Nó ln ln tìm ẩn nhiều nguy gây nhiễm cho nguồn nƣớc mơi trƣờng sinh thái xung quanh Vì việc nghiên cứu tìm kiếm giải pháp để xử lý bùn đỏ hay sử dụng thành phần thành sản phẩm có giá trị kinh tế trở thành vấn đề cần thiết Đề tài kết việc nghiên cứu khả kết hợp bùn đỏ bentonite để cải thiện cƣờng lực xi măng Các tính chất vữa xi măng với hàm lƣợng lớn bùn đỏ đƣợc đánh giá qua tiêu: Cƣờng độ nén, cƣờng độ uốn, độ dẻo tiêu chuẩn, thời gian đông kết,độ ổn định thể tích, v.v…Dựa tiêu chuẩn chất lƣợng xi măng poóc lăng hỗn hợp (TCVN 6260:2009) Các kết kiểm tra lý cho thấy việc bổ sung lên đến 15% khối lƣợng bùn đỏ 3% khối lƣợng bentonite cho sản phẩm xi măng phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 ABSTRACT Red mud is the waste in the production of aluminum oxide from bauxite by the Bayer process The amounnt of red mud discharged in the word is about 120 milions of tons per year by CSIRO in Australia.Until now, there is still not any efficient method to solve the red mud problem Every manufacturing unit must retain large stored lake to store the red mud It is always latent danger to pollute the wateresources and the biology environment nearby Wherefore researching find out solutions to treat the red mud or use components of it which is necessary problem This theme shows some result of researching about ability combine the red mud and bauxite to improve sthenia of cement iv The properties of Portland cement mortars incorporating high amounts of red mud was evaluated: Compressive strength, flexural strength, soundness, setting time, normal consistency, etc Based on standard quality Portland Cement Blended (TCVN 6260:2009) The results of the physic - mechanical properties showed that cement which has addition up to 15 wt% of the red mud and wt% of bentonite, is satisfied with standard TCVN 6260:2009 v CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên : NGUYỄN VĂN TẢI Phái Ngày tháng năm sinh : 10 – 03 – 1985 Nơi sinh : Phú n Chun ngành : Cơng nghệ hóa học MSHV : Nam : 10050131 Tên đề tài : Nghiên cứu kết hợp bùn đỏ quặng bauxite bentonite cải thiện cƣờng lực xi măng Ngày bắt đầu : Ngày 04 – 07 – 2011 Ngày hoàn thành : Ngày 25 – 06 – 2012 Cán hƣớng dẫn : TS HUỲNH KỲ PHƢƠNG HẠ Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Những kết số liệu luận văn chƣa đƣợc công bố Tơi chịu hồn tồn trách nhiệm trƣớc Nhà trƣờng cam đoan Tp.HCM, ngày 25 tháng 06 năm 2012 Nguyễn Văn Tải vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii LỜI CAM ĐOAN v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CÁC HÌNH xi Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu 1.2 Ý nghĩa đề tài .2 1.3 Các mục tiêu đề tài .2 1.4 Các nội dung nghiên cứu Chƣơng 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng đề tài 2.1.1 Tổng quan bauxite 2.2.2 Tổng quan bùn đỏ 11 2.2.3 Tổng quan bentonite 19 2.2 Hƣớng nghiên cứu đề tài 24 Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 25 3.1 Khái quát xi măng poóc lăng (XMP) 25 3.1.1 Khái niệm 25 3.1.2 Thành phần hóa xi măng poóc lăng 25 3.1.3 Thành phần khống xi măng pc lăng .26 3.1.4 Q trình đóng rắn xi măng poóc lăng 27 3.1.5 Quá trình hydrat hóa khống xi măng pc lăng .28 3.1.6 Cấu trúc đá xi măng 31 3.2 Những thông số quan trọng đánh giá chất lƣợng xi măng poóc lăng .32 vii 3.2.1 Độ mịn 32 3.2.2 Khối lƣợng riêng 33 3.2.3 Độ dẻo chuẩn 33 3.2.4 Thời gian đông kết 33 3.2.5 Tính ổn định thể tích 34 3.2.6 Cƣờng độ mác xi măng 34 3.3 Nguyên liệu sản xuất xi măng thông dụng .34 3.3.1 Clinker xi măng 34 3.3.2 Phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết (Thạch cao) 34 3.3.3 Các loại phụ gia khoáng sử dụng công nghiệp xi măng 35 3.4 Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng xi măng poóc lăng hỗn hợp 42 Chƣơng 4: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 4.1 Phƣơng pháp nghiên cứu 44 4.1.1 Cơ sở nghiên cứu 44 4.1.2 Thuyết minh quy trình 44 4.2 Nguyên vật liệu sử dụng nghiên cứu 46 4.2.1 Xi măng OPC 46 4.2.2 Bùn đỏ 47 4.2.3 Bentonite 50 4.3 Xử lý nguyên liệu ban đầu 51 4.4 Tính phối liệu 51 4.5 Tạo mẫu vữa xi măng .51 4.5.1 Phƣơng pháp tiến hành .51 4.5.2 u cầu phịng thí nghiệm 52 4.5.3 Thiết bị thí nghiệm 52 4.5.4 Nguyên vật liệu 54 4.5.5 Chế tạo vữa .56 4.5.6 Chế tạo mẫu thử .56 4.5.7 Bảo dƣỡng mẫu thử 57 viii 4.6 Kiểm tra tính chất lý 59 4.6.1 Xác định độ bền uốn 59 4.6.2 Xác định độ bền nén 59 4.6.3 Xác định độ dẻo chuẩn 60 4.6.4 Xác định thời gian đông kết .62 4.6.5 Xác định độ mịn .65 4.6.6 Thử ổn định thể tích 67 4.6.7 Xác định pH 69 Chƣơng 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 72 5.1 Kết kiểm tra tính chất lý xi măng 72 5.1.1 Cƣờng độ nén cƣờng độ uốn vữa xi măng 72 5.1.2 Độ dẻo chuẩn xi măng .75 5.1.3 Thời gian đông kết xi măng .78 5.1.4 Xác định độ mịn xi măng 80 5.1.5 pH vữa xi măng bùn đỏ bentonite 81 5.2 Thành phần cấp phối xi măng bùn đỏ bentonite 83 5.3 Ảnh SEM mẫu đá xi măng .85 5.3.1 Ảnh SEM mẫu đá xi măng thông thƣờng 85 5.3.2 Ảnh SEM mẫu đá xi măng bùn đỏ 87 5.3.3 Nhận xét 89 5.3.4 Kết luận 89 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 6.1 Kết luận 90 6.2 Kiến nghị .91 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO i PHỤ LỤC v LÝ LỊCH TRÍCH NGANG xvii iii 24 ASTM C618 – 08, Standard Specifications for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete ASTM International 25 B Koumanova (1997), Phosphate removal from aqueous solutions using red mud water in bauxite Bayer’s process, University of Chemical technology and metallurgy, Bulgaria, Journal of Elsevier, Vol 19, No 1, January 1997, pp (11 – 20) 26 Claudia Brunori (2004), Reused of treated red mud bauxite waste - studies on environmental compatibility, Italy, Journal of Hazardous Materials, Vol 117, No 1, 14 January 2005, pp (55 – 63) 27 Craig Klauber, Markus Grafe and Greg Power (2009), Review of Bauxite Residue Re – use Options, CSIRO documents DMR – 360, pp (18 – 44) 28 Eisa E Hakal-Essam A Kishar (1999), Effect of Sodium salt of naphthalene formaldehyde polycondensate on ettringite formation, Cement and Concrete research, Vol 29, No 10, October 1999, pp (1535-1540) 29 Manessh Singh, P M Prasad, S N Upadhayyay (1997), Preparation of special cements from red mud, Department of Chemical Engineering, Banaras Hindu University, Varanasi 221 005, India, pp (1 – 6) 30 P E Tsakiridis, S Agatzini – leonardou, P oustadakis (2004), Red mud addition in the raw meal for the production of Portland, Deparment of mining and metallurgical Engineering, Laboratory of metallurgy, National technical University of Athens, Greece 9, Iroon Polytechniou Street, 15780 Zografou, Athens, Greece, pp (1 – 8) 31 PAN Zhihua, ZHANG Yanna, XU Zhongzi (2009), Strength Development and Microstructure of hardened cement paste blended with red mud, College of Materials Science & Engineering, Nanjing University of technology, Nanjing 210009, China, Journal of Wuhan University of Technology Materials Science Edition , Vol 24, No 1, pp (161-165) 32 S.H Kosmatka, B Kerkhoff, W.C panarese (2002), Design and Control of Concrete Mixtures, 14th Edition, Canadian Portland Cement Association iv 33 The International Committee for the Study Of Bauxite Alumima Aluminium (ICSOBA) (2009), De – watering, disposal and utilization of red mud: state of the art and emerging technologies, pp (16 – 31) 34 Vladimir Cablik (2007), Characteization and applications of red mud from bauxite processing, Mineral resources management, Vol 4, No 1, 14 January 2007, pp (1 – 12) 35 V S Ramachandran (1995), Concrete admixtures Handbook, Properties, Science, and Technology, Civil Engineering and Construction Materials, 2nd Edition, Noyes Publications 36 Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao (2009), Review on treatment and utilization of bauxite residues in China, School of Environmental Science and Engineering, Huazhong university of Science and Technology (HUST), PR China, pp (1 – 12) 37 Suzette M Kimball, U.S geological Survey (2009), Mineral Commodity Summaries, United States Government Printing Office, pp (15 – 29, 40 – 41) v PHỤ LỤC Một số thiết bị thí nghiệm lý xi măng: vi vii Một số thiết bị sử dụng nghiên cứu: Hình: Cối trộn vữa Hình: Dụng cụ Vicat Hình: Bàn dằn vữa Hình: Máy thử độ bền uốn Hình: Máy thử độ bền nén viii Một số hình ảnh thí nghiệm: Hình: Khn đúc vữa Hình: Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Hình: Mẫu vữa chuẩn bị bảo dƣỡng Ngâm dƣỡng mẫu Hình: Mẫu vữa sau đúc ix x xi xii xiii xiv xv xvi xvii LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : NGUYỄN VĂN TẢI Phái Ngày tháng năm sinh : 10 – 03 – 1985 Nơi sinh : Ðịa liên lạc : 248/14 Nguyễn Thái Bình, P.12, Q Tân Bình, Tp HCM : Nam Phú Yên QUÁ TRÌNH ÐÀO TẠO (Bắt đầu từ Ðại học đến nay) Từ năm 2004-2010 : Đai học Truờng Ðại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Từ 2010 đến : Cao học Truờng Ðại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC (Bắt đầu từ làm đến nay) Từ 2009-2010 : Công ty TNHH SX TM DV NANTEX Từ 2010 -2011 : Công ty CP Sữa Việt Nam VINAMILK Từ 2011 đến : Tập Đoàn Dệt May Việt Nam VINATEX ... TÀI: Nghiên cứu kết hợp bùn đỏ quặng Bauxite Bentonite cải thiện cƣờng lực xi măng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tổng quan bùn đỏ, ảnh hƣởng bùn đỏ đến môi trƣờng ứng dụng bùn đỏ sản xuất xi măng. .. đơng kết, độ ổn định thể tích, độ mịn, hàm lƣợng anhydric sunfuric (SO3) mẫu vữa xi măng có tham gia bùn đỏ bentonite Nghiên cứu kết hợp bùn đỏ quặng bauxite bentonite cải thiện cƣờng lực xi măng. .. lớp bauxite nơi khác Hình 2.1: Bauxite dạng khối Nghiên cứu kết hợp bùn đỏ quặng bauxite bentonite cải thiện cƣờng lực xi măng HVTH: Nguyễn Văn Tải GVHD: TS.Huỳnh Kỳ Phƣơng Hạ Hình 2.2: Bauxite