Nghiên cứu chế tạo gạch không nung từ bùn đỏ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - KIỀU ĐỖ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG TỪ BÙN ĐỎ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÔ CƠ MÃ NGÀNH: 605290 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2010 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc só bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày ……… tháng ……… năm 2010 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc só gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc só) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau LV sữa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -oOo - Tp HCM, ngày …… tháng …… năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Kiều Đỗ Trung Kiên Phái: Nam  / Nữ  Ngày, tháng, năm sinh: 31/01/1985 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Vô MSHV: 00308436 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo gạch không nung từ bùn đỏ 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nguyên liệu: Bùn đỏ đuôi quặng (Bảo Lộc – Lâm Đồng) kết hợp với chất kết dính khác như: vôi, xi măng, vôi – xi măng Kiểm tra tính chất nguyên liệu kỹ thuật chế tạo gạch không nung từ bùn đỏ đuôi quặng Kiểm tra tính chất sản phẩm: độ bền (độ bền uốn, độ bền nén), khoáng tạo thành (bằng nhiễu xạ Rơn – ghen (XRD), phổ hồng ngoại (IR), bề mặt tế vi (SEM), hoạt độ phóng xạ (phổ kế Gamma) Kết luận khả ứng dụng 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …………………………………………… 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:………………………………………… 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đỗ Quang Minh Nội dung đề cương Luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) PGS.TS ĐỖ QUANG MINH PGS.TS ĐỖ QUANG MINH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn em kính chuyển lời biết ơn sâu sắc đến toàn thể quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Vật liệu Silicate nói riêng Khoa Công nghệ Vật liệu trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM nói chung, người hết lòng dạy dỗ truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian em học tập trường Đặc biệt, em gởi lời cảm ơn đến thầy Đỗ Quang Minh người trực tiếp hướng dẫn, giúp em hoàn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cám ơn tiếp nhận Ban Lãnh Đạo toàn thể cô, chú, anh chị phòng Sản phẩm thuộc Công ty cổ phần Xi măng Hà Tiên I Tại đây, em người tận tình giúp đỡ tạo điều kiện trình thử nghiệm nhà máy Bên cạnh gởi lời cám ơn đến bạn Cao học Khóa 2008 động viên sát cánh em để hoàn thành tốt đề tài Học viên Kiều Đỗ Trung Kiên TÓM TẮT Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu sử dụng bùn đỏ đuôi quặng có thành phần (% k.l) SiO2 7.3 – 9.44%, Al2O3 24.1 – 28.63%, K2O + Na2O 0.14 – 0.65%, Fe2O3 43.1 – 59% kết hợp với hệ chất kết dính như: vôi (10%), xi măng Pooc lăng (10%), vôi (10%) – xi măng (5%) với số cốt liệu khác cát, đá mi (20 – 40%) để sản xuất gạch không nung có cường độ nén từ 70 – 260 kG/cm2 cường độ uốn từ 13 – 49 kG/cm2 Bằng phương pháp XRD, IR tác giả khả phản ứng opal vô định hình (SiO2.nH2O) Ca(OH)02 tạo thành khoáng xonotlite 6CaO.6SiO2.H2O reversideit 5CaO.6SiO2.H2O khoáng có cường độ cho gạch Bên cạnh đó, tác giả tiến hành đo hoạt độ phóng xạ để chứng minh độ an toàn phóng xạ gạch không nung từ bùn đỏ ABSTRACT In this research, the author have been studying in using mixture of red mud consisted of SiO2 7.3 – 9.44%, Al2O3 24.1 – 28.63%, K2O + Na2O 0.14 – 0.65% (% wt), with material systems such as quicklime (10%), porland cement (5%), or quicklime (10%) – cement (5%) and the another components such as sand, crushed limestone (20 – 40%) to produce unsintering bricks, of which the compressive strength varied from 70 – 260 kG/cm2 and blending strength varied from 13 – 49 kG/cm2 Thanks to analytical methods XRD, IR the author also show up the possibility of reaction between amorphous opal (SiO2.nH2O) and Ca(OH)2 to form xonotlite 6CaO.6SiO2.H2O and reversideit 5CaO.6SiO2.H2O, the reinforced mineral, inside the brick Besides, the author also measured the activity of radiation to demonstrate the safety of radioactive of the unsintering bricks from red mud Luận văn tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC PHẦN I TỔNG QUAN .6 1.1.Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Thế Bauxite? 1.1.2.Tình hình khai thác bauxite giới Việt Nam 12 1.1.3.Tình hình sản xuất gạch không nung giới Việt Nam 14 2.1 Mục tiêu ý nghĩa đề tài 20 PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT .21 2.1.Gạch không nung .22 2.1.1 Định nghĩa 22 2.1.2 Bản chất cốt liệu 23 2.1.3 Cơ chế đóng rắn gạch không nung 24 2.1.4 Phương pháp tạo hình: 26 2.1.5 Quá trình bảo dưỡng gạch sau tạo hình [5] .28 2.1.6 Ưu, nhược điểm gạch không nung 29 2.2.Bùn đỏ đuôi quặng 30 2.2.1 Bùn đỏ đuôi quặng 30 2.2.2 Tính chất bùn đỏ đuôi quặng 30 2.3.Hoạt độ phóng xạ: 31 2.3.1 Đặt vấn đề: 31 2.3.2 Quy định mức hoạt độ phóng xạ vật liệu xây dựng: 32 PHẦN III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 3.1.Phương pháp nghiên cứu 36 3.1.1 Sơ đồ bước nghiên cứu 36 -1- Luận văn tốt nghiệp Mục lục 3.1.2 Thuyết minh sơ đồ 37 3.2.Sơ đồ tạo viên gạch mẫu với hệ chất kết dính 38 3.2.1 Hệ chất kết dính vơi 38 3.2.2 Hệ chất kết dính xi măng 39 3.2.3 Hệ chất kết dính vơi – xi măng .39 3.3.Các phương pháp thử nghiệm thực 40 3.3.1 Xác định thành phần hóa phương pháp huỳnh quang tia X 40 3.3.2 Đo độ hút vôi 40 3.3.3 Xác định pH bủn đỏ: 40 3.3.4 Xác định thành phần hạt .41 3.3.5 Xác định thành phần khoáng phổ hồng ngoại (IR) 42 3.3.6 Định thành phần khoáng nhiễu xạ tia X (XRD) 42 3.3.7 Quan sát mặt gãy vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 42 3.3.8 Xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên: 43 3.3.9 Xác định tính chất vật lý vật liệu 46 PHẦN IV KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 47 4.1.Nguyên liệu bùn đỏ 48 4.1.1 Thành phần hóa 48 4.1.2 Thành phần hạt 48 4.1.3 Thành phần phần khoáng .49 4.1.5 pH bùn đỏ 51 4.1.6 Độ hút vôi 52 4.2.Chất kết dính xi măng 53 4.2.1 Thành phần hoá xi măng 53 -2- Luận văn tốt nghiệp Mục lục 4.2.2 Một số tính chất: 53 4.2.3 Phân tích thành phần hạt phương pháp Lazer: 53 4.3.Chất kết dính vơi 54 4.3.1 Thành phần hóa vơi sử dụng 55 4.3.2 Một số tính chất khác 55 4.4.Cốt liệu đá mi 56 4.5.Cốt liệu cát 56 4.6.Xác định điều kiện ép thích hợp 56 4.6.1 Xác định lực ép thích hợp 57 4.6.2 Xác định độ ẩm ép thích hợp 57 4.7 Khảo sát cường độ mẫu không dùng chất kết dính: 58 4.8 Ảnh hưởng lượng chất kết dính đến cường độ mẫu: 59 4.8.1 Khảo sát hàm lượng vôi sử dụng: 60 4.8.2 Khảo sát hàm lượng xi măng sử dụng: 61 4.8.3 Khảo sát hàm lượng vôi – xi măng sử dụng 62 4.9 Ảnh hưởng cốt liệu đá mi đến cường độ mẫu: .63 4.9.1 Hệ chất kết dính vôi: 64 4.9.2 Hệ chất kết dính xi măng: 65 4.9.3 Hệ chất kết dính vơi – xi măng: 67 4.10 Ảnh hưởng cốt liệu cát đến cường độ mẫu 68 4.10.1 Hệ chất kết dính vôi: 69 4.10.2 Hệ chất kết dính xi măng: 70 4.10.3 Hệ chất kết dính vơi – xi măng: 72 4.11 Kết phân tích XRD hệ chất kết dính thêm vào cát đá mi: 73 -3- Luận văn tốt nghiệp Mục lục 4.11.1 XRD thí nghiệm thay phần bùn đỏ đá mi: 73 4.11.2 XRD thí nghiệm thay phần bùn đỏ cát: 76 4.11.3 Nhận xét: 79 4.12 Kết phân tích IR hệ chất kết dính thêm vào cát đá mi: 80 4.12.1 IR thí nghiệm thay phần bùn đỏ đá mi: 80 4.12.2 IR thí nghiệm thay phần bùn đỏ cát: .82 4.12.3 Nhận xét: 84 4.13 Kết phân tích SEM hệ chất kết dính thêm vào cát đá mi: 86 4.13.1 SEM thí nghiệm thay phần bùn đỏ đá mi: 86 4.13.2 SEM thí nghiệm thay phần bùn đỏ cát: 86 4.13.3 Nhận xét: 87 4.14 Phân tích hoạt độ phóng xạ mẫu gạch: 87 4.14.1 Tính tốn : 87 4.14.2 Chỉ số Index: 88 4.14.3 Nhận xét: 88 PHẦN V TÍNH TỐN SƠ BỘ 89 VỀ KINH TẾ 89 5.1 Lý tính tốn 90 5.2 Địa điểm xây dựng nhà máy .90 5.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất nhà máy 91 5.4 Các giả định ban đầu chi phí 92 5.5 Giả định nhà xưởng: 92 5.5.1 Giả định đất đai xây dựng nhà máy: 92 5.5.2 Giả định máy móc sản xuất: 93 -4- Luận văn tốt nghiệp Mục lục 5.5.3 Giả định nhân công: .96 5.6 Tính tốn chi phí giả định: 97 5.7 Tính tốn dịng ngân lưu tiền tệ: 98 5.8 Nhận xét: 102 PHẦN VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103 6.1.Kết luận 104 6.2.Kiến nghị 104 -5- Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 12: Kết phân tích XRD hệ - 127 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 13: Kết phân tích IR hệ vôi thay phần bùn đỏ đá mi - 128 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 14: Kết phân tích IR hệ xi măng thay phần bùn đỏ đá mi - 129 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 15: Kết phân tích IR hệ vôi - xi măng thay phần bùn đỏ đá mi - 130 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 16: Kết phân tích IR hệ vơi thay phần bùn đỏ cát - 131 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 17: Kết phân tích IR hệ xi măng thay phần bùn đỏ cát - 132 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 18: Kết phân tích IR vơi - hệ xi măng thay phần bùn đỏ cát - 133 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 19: Kết phân tích IR hệ - 134 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 20: Ảnh SEM hệ vôi – xi măng thay phần bùn đỏ đá mi Phụ lục 21: Ảnh SEM hệ vôi – xi măng thay phần bùn đỏ cát - 135 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Phụ lục 22: Một số khái niệm xạ a) Hoạt độ phóng xạ (A): Là giá trị kỳ vọng số dịch chuyển hạt nhân ngẫu nhiên từ trạng thái lượng cụ thể (dN) đơn vị thời gian (dt): A=dN/dt (S-1) (2.1) Theo SI, đơn vị hoạt độ phóng xạ giây mũ trừ (s-1), gọi Becquerel(Bq) b) Hoạt độ phóng xạ riêng (Cj) hạt nhân phóng xạ j: Là hoạt độ phóng xạ tự nhiên hạt nhân phóng xạ j mẫu chia cho khối lượng mẫu, đơn vị Bq/kg Hoạt dộ phóng xạ riêng Cj vật liệu xây dựng bao gồm hoạt độ phóng xạ hạt nhân phóng xạ Radi, Thori Kali (CRa, CTh CK ) c) Chỉ số hoạt độ phóng xạ an tồn (I): Là số phản ánh hoạt độ phóng xạ tổng hợp hoạt độ phóng xạ tự nhiên riêng CRa, CTh CK vật liệu Chỉ số hoạt độ phóng xạ an tồn (I) đại lượng khơng thứ ngun d) Liều hiệu dụng (E): Là đại lượng phản ánh ảnh hưởng phóng xạ lên sinh vật sống, theo TCVN 6866:2001 tính theo cơng thức: E= W H T T (J/kg ) (2.2) T Trong WT trọng số mô T HT liều tương đương mô T Đơn vị liều hiệu dụng J/kg gọi Sievert (Sv) Trong thực tế sử dụng đơn vị nhỏ mili Sievert (mSv) e) Liều hấp thụ (D): - 136 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục  Liều hấp thụ: D tỉ số lượng trung bình d  mà xạ truyền cho cho đơn vị thể tích vật đơn vị khối lượng vật chất dm thể tích đó: _ d D (Gy) dm (2.3) Đơn vị liều hấp thụ hệ SI Gray ( kí hiệu Gy) 1Gy lượng June truyền cho kg vật chất Gy = J/kg Đơn vị thường dùng trước rad 1rad = 0.01 Gy hay Gy = 100 rad Suất liều hấp thụ đơn vị thời gian Đơn vị suất liều hấp thụ hệ SI Gy/s Đơn vị khác rad/s hay rad/h f) Liều hấp thụ tương đương: Tác dụng sinh học loại xạ khác khác khác độ mát lượng đơn vị đường loại xạ khác Chẳng hạn tác dụng sinh học 1Gy hạt α khác với 1Gy hạt γ Do điện tích khối lượng lớn hạt α gây nên độ ion hóa quãng đường đơn vị lớn xạ γ, Gy hạt α cho hiệu ứng sinh học lớn 20 lần so với 1Gy xạ γ Liều chiếu tương đương H đại lượng để đánh giá mức độ nguy hiểm loại xạ, tích liều hấp thụ D với hệ số chất lượng QF (Quality Factor) loại xạ H=D.QF (Sv) (2.4) Đơn vị liều tương đương hệ SI Sievert (ký hiệu Sv) Sv = GyWR - 137 - Luận văn tốt nghiệp Phụ lục Đơn vị liều tương đương hệ SI thường dùng rem: rem = radWR Sv = 100 rem hay rem = 0,01 Sv Hệ số chất lượng QF trọng số xạ WR số xạ Loại xạ Năng lượng QF Tia X, gamma < 3MeV Hạt β < 10 MeV Neutron nhiệt 0,025 eV Neutron nhanh 0,1 MeV-10 MeV 10 Neutron không rõ phổ - 10 lượng