Hình thái học của bùn đỏ được khảo sát bằng phương pháp SEM trên máy FEI – QUANTA 200 tại Viện Vật Lí Kỹ Thuật, ĐHBK Hà Nội. Kết quả được chỉ ra ở hình 3.1.
Hình 3.1. Ảnh SEM của bùn đỏ
Từ ảnh SEM cho thấy bùn đỏ có kích thước khá mịn, với đa số các tập hợp hạt cỡ khoảng 10 – 30 micromet. Điều này lý giải khả năng hấp thụ nước mạnh của bùn đỏ. Cỡ hạt tương đối nhỏ này cũng giải thích tại sao bùn đỏ khó lắng cũng như khó rửa sạch lượng kiềm kéo theo. Tuy nhiên đây lại là ưu điểm của bùn đỏ trong trường hợp sử dụng bùn đỏ làm nguyên liệu cho việc tổng hợp các vật liệu thông qua các phản ứng rắn – rắn, hay khi hòa tan các cấu tử có giá trị có trong bùn đỏ.
3.1.2. Hàm lượng kiềm tan
Hàm lượng kiềm tan (Na2O) trong bã thải bùn đỏ được xác định theo phương pháp đo hàm lượng kiềm dư trong mẫu vật liệu. Khối lượng bùn đỏ sau khi phơi khô tự nhiên, rây và cân, m = 5,00g.
Bảng 3.1. Hàm lượng kiềm tan trong bã thải bùn đỏ
TT VHCl (mL) Hàm lƣợng kiềm tan (%) K% (n = 3)
1 3,4 5,270
K = 5,27 ± 0,15
2 3,5 5,425
3 3,3 5,115
Lượng kiềm tan trong bã thải bùn đỏ khá cao, bằng phương pháp chuẩn độ đã xác định hàm lượng kiềm tan trong bã thải bùn đỏ Tân Bình là khoảng 5,3%.
Lượng kiềm ở bùn đỏ tan được trong nước là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường, cũng như làm cho bùn đỏ khó lắng khi gạn lọc.
3.1.3. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của bùn đỏ nhà máy Hóa chất Tân Bình, TP. HCM được xác định bằng phương pháp EDS, đo bởi máy FEI – QUANTA 200 tại Viện Vật Lí Kỹ Thuật, ĐHBK Hà Nội. Các kết quả đo được chỉ ra bảng 3.2 và hình 3.2.
Bảng 3.2. Thành phần nguyên tố bã thải bùn đỏ
Nguyên tố % Khối lƣợng % Nguyên tử
O 43,10 64,58
Na 5,29 5,52
Mg 0,47 0,46
Al 12,03 10,68
Si 2,95 2,52
Ca 2,91 1,74
Ti 3,20 1,60
Fe 30,05 12,90
Tổng 100,00 100,00
Hình 3.2. Phổ EDS của bã thải bùn đỏ
Kết quả chỉ ra ở bảng 3.2 cho thấy thành phần hóa học của bã thải bùn đỏ chủ yếu bao gồm các nguyên tố: O, Fe, Al, Na, Ca, Mg, Si, Ti. Xem các nguyên tố chủ yếu tồn tại ở dạng oxit bền, dùng phép cân bằng cấu tử quy thành phần khối lượng nguyên tố thành khối lượng các oxit. Thành phần hóa học của bã thải bùn đỏ Tân Bình, TP. HCM theo % khối lượng các oxit được cho trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Thành phần hóa học của bã thải bùn đỏ thu được từ nhà máy Hóa chất Tân Bình, TP. HCM.
Oxit Na2O MgO Al2O3 SiO2 CaO TiO2 Fe2O3 L.O.I
% Khối lƣợng 7,13 0,78 22,72 6,32 4,07 5,33 42,93 10,72
Dựa vào kết quả chỉ ra ở bảng 3.3 cho thấy bùn đỏ chứa một lượng khá lớn sắt oxit lên đến 42,93%, sau đó là nhôm oxit 22,72 %. Hàm lượng nhôm oxit vẫn còn khá cao trong bùn đỏ có thể do nhôm oxit ở bôxit không hòa tan hết trong quá trình hòa tách, bị kéo theo sau khi rửa và do có sự tạo thành khoáng natri nhôm silicat hidrat không tan (theo kết quả XRD ở hình 3.3 dưới đây). Do vậy hàm lượng kiềm Na2O tổng xác định theo phương pháp EDS phần lớn là hàm lượng kiềm tan xác định ở mục 3.1.2 trên.
3.1.4. Thành phần khoáng hóa
Trong bùn đỏ có thể có nhiều khoáng vật với hàm lượng khác nhau. Tuy nhiên theo kết quả giản đồ XRD chỉ ra ở hình 3.3, bùn đỏ của nhà máy Hóa chất Tân Bình, TP. HCM chủ yếu chỉ chứa khoáng goethite FeO(OH) và natri nhôm silicat hidrat Al2O3ãNa2OãSiO2ãH2O. Cỏc cấu tử cũn lại chủ yếu ở dạng vụ định hình.
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Mau REDMUN
00-037-0358 (D) - Sodium Aluminum Silicate Hydrate - Al2O3-Na2O-SiO2-H2O - Y: 92.87 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 -
01-081-0463 (C) - Goethite, syn - FeO(OH) - Y: 86.95 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 4.61580 - b 9.95450 - c 3.02330 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbnm (62) - 4
` - File: Dan Hue mau REDMUN.raw - Type: Locked Coupled - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° -
Lin (Cps)
0 100 200 300 400
2-Theta - Scale
10 20 30 40 50 60 70
d=6.312 d=4.821 d=4.352 d=4.130 d=2.691 d=2.444 d=2.378
d=2.504 d=1.455
Hình 3.3. Giản đồ XRD của bùn đỏ 3.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ khi nung
Ảnh hưởng của nhiệt độ khi nung bùn đỏ được khảo sát theo phương pháp phân tích nhiệt. Kết quả phân tích nhiệt được chỉ ra ở hình 3.4.
Furnace temperature /°C
0 200 400 600 800 1000
TG/%
-15 -10 -5 0 5 10 15
d TG/% /min
-9 -6 -3 HeatFlow/àV
-40 -30 -20 -10 0 10
Mass variation: -2.233 %
Mass variation: -11.340 %
Mass variation: -0.653 % Peak :76.4653 °C
Peak :314.8958 °C
Peak :249.4756 °C Peak :526.7012 °C Figure:
05/03/2007 Mass (mg):26.78
Crucible:PT 100 àl Atmosphere:Air Experiment:Bui do chua nung
Procedure:30 ----> 1250C (10 C.min-1) (Zone 2) Labsys TG
Exo
Hình 3.4. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu bùn đỏ 2
0 1 1
Dựa vào hình 3.4, peak thu nhiệt ở 76,46oC ứng với sự mất nước ẩm hấp phụ (2,23%). Peak thu nhiệt ở 314,89oC ứng với độ giảm khối lượng là 11,34% có lẽ do mất nước cấu trúc chủ yếu của khoáng goethite FeO(OH). Peak thu nhiệt nhỏ ở 526,7oC ứng với độ giảm khối lượng là 0,65% có lẽ do mất nước cấu trúc của khoáng natri nhôm silicat hidrat. Độ giảm khối lượng tổng cộng do mất nước cấu trúc là 11,34% là khá phù hợp so với giá trị L.O.I (10,72%) đã chỉ ra ở bảng 3.3 ở trên.
Từ khoảng 620oC - 1200oC trở đi khối lượng mẫu hầu như không đổi. Do vậy ở phần tiếp theo khi tiến hành quá trình thu hồi sắt chúng tôi lựa chọn nhiệt độ khảo sát ban đầu là 1150oC.
Tóm lại bùn đỏ có kích thước khá mịn, với đa số các tập hợp hạt cỡ khoảng 10 àm – 30 àm. Thành phần húa học của bó thải bựn đỏ chủ yếu bao gồm cỏc nguyên tố: O, Fe, Al, Na, Ca, Si, Ti với hàm lượng sắt oxit là 42,93%, nhôm oxit 22,72 %, Na2O tan 5,27%. Bùn đỏ không nung chứa khoáng goethite FeO(OH) và natri nhôm silicat hidrat, các cấu tử còn lại ở dạng vô định hình. Độ giảm khối lượng tổng cộng do mất nước cấu trúc khoảng 12%.