Kết quả khảo sát cho thấy giá trị pH giảm dần theo số lần ngâm mẫu. Vật liệu có hàm lượng Ca(OH)2 trong mẫu cao hơn thì lượng kiềm thơi ra dung dịch cao hơn. Giá trị pH của các mẫu XV12 – XV15 vẫn còn khá cao, lần lượt từ 11,3 – 11,7 sau lần 16 ngâm mẫu.
3.3.4 Mức độ an tồn mơi trƣờng của vật liệu
Để đánh giá mức độ an toàn của các mẫu vật liệu geopolyme chế tạo được, áp dụng quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp loại B và QCVN 07- 2009 về Quy chuẩn quy định ngưỡng chất thải nguy hại đối với các chất thải và hỗn hợp của các chất thải (trừ chất thải phóng xạ, chất thải ở thể khí và hơi) có tên tương ứng trong Danh mục chất thải nguy hại do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành, chúng tôi đã tiến hành đo hàm lượng một số kim loại nặng như Cr, Fe, Ni, Zn, As,
Cd, Pb của dung dịch ngâm các mẫu vật liệu geopolme đã chế tạo. Các mẫu được nghiên cứu là XV11 – XV15. Các mẫu vật liệu sau 28 ngày dưỡng được ngâm vào trong cốc nhựa có chứa 200 mL nước cất. Sau 15 ngày, dung dịch ngâm mẫu được đo hàm lượng kim loại nặng. Kết quả đo được đưa ra trong bảng 3.13:
Bảng 3.13. Kết quả đo nồng độ kim loại trong các dung dịch ngâm các mẫu vật liệu sau 28 ngày dưỡng
Mẫu Chỉ tiêu phân tích Cr (μg/L) Fe (μg/L) Ni (μg/L) Cu (μg/L) Zn (μg/L) As (μg/L) Cd (μg/L) Pb (μg/L) QCVN1 100 5000 500 2000 3000 100 100 500 QCVN 07- 2009 5000 70000 250000 2000 500 15000 XV11 64,355 20,493 1,095 146,320 0,576 74,021 0,037 < 10-3 XV12 45,288 22,190 0,972 250,944 0,016 43,238 0,013 < 10-3 XV13 37,008 33,269 1,480 103,487 5,856 62,099 0,031 < 10-3 XV14 52,011 17,039 0,829 136,960 4,063 32,692 0,005 < 10-3 XV15 44,251 20,508 0,869 94,639 5,495 14,969 0,021 < 10-3
QCVN1: Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp (loại B)
QCVN07- 2009: Quy chuẩn về ngưỡng chất thải nguy hại đối với các chất thải và hỗn hợp các chất thải
Kết quả cho thấy hàm lượng một số kim loại nặng được đo của các dung dịch ngâm mẫu đều có giá trị nhỏ hơn so với quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp loại B và thấp hơn so với Quy chuẩn về ngưỡng chất thải nguy hại. Như vậy, kim loại nặng trong bùn đỏ thải đã được xử lý đóng rắn tốt theo cơng nghệ geopolyme.
Chƣơng 4. KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu xử lý đóng rắn bùn đỏ thải của nhà máy sản xuất alumina- Tân Rai, Tây Nguyên bằng công nghệ geopolyme sử dụng các chất kết dính là cao lanh và tro xỉ nhiệt điện, chúng tôi đưa ra một số kết luận như sau:
Đã nghiên cứu tính chất của nguyên vật liệu cao lanh, tro bay, bùn đỏ. Bùn đỏ có hàm lượng sắt oxit cao, hàm lượng silic oxit và nhôm oxit tương đối thấp; cao lanh và tro bay có thành phần silic oxit, nhơm oxit cao và tồn tại chủ yếu ở dạng vô định hình, thích hợp làm chất kết dính vơ cơ xử lý đóng rắn bùn đỏ.
Đã nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến khả năng xử lý đóng rắn bùn đỏ như tỉ lệ thành phần nguyên liệu cao lanh/tro bay, thời gian dưỡng mẫu, nhiệt độ dưỡng mẫu. Các chất kiềm hoạt hóa khác nhau như NaOH, hỗn hợp NaOH và Ca(OH)2, dung dịch thủy tinh lỏng đã được sử dụng trong nghiên cứu để đóng rắn bùn đỏ. Kết quả nghiên cứu cho thấy sử dụng hỗn hợp NaOH, Ca(OH)2 là phù hợp để chế tạo vật liệu geopolyme có cường độ chịu nén cao, khơng bị giảm cường độ theo thời gian và tránh hiện tượng cacbonat hóa.
Đã nghiên cứu để đánh giá thành phần hóa học, cấu trúc, hình thái học của vật liệu geopolyme thu được bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như: phổ huỳnh quang tia X (XRF), phổ hồng ngoại (IR), phổ nhiễu xạ tia X (XRD), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), … Đã chứng minh được sự tạo thành C-S-H/C-A- S-H trong các mẫu có thêm thành phần Ca(OH)2 làm tăng cường độ chịu nén của vật liệu;
Với thành phần phối liệu tối ưu trong phạm vi khảo sát là 150g cao lanh, 75g tro bay, 75g bùn đỏ, NaOH 8M, 45g Ca(OH)2, tỉ lệ hàm lượng nước/chất rắn = 0,36 và sấy ở 60oC trong 24h đầu tiên thì vật liệu geopolyme chế tạo được sau xử lý đóng rắn bùn đỏ có cường độ chịu nén 19,7 MPa, độ hút ẩm dưới 14% và độ thôi kim loại nặng đảm bảo về môi trường. Vật liệu tiềm năng ứng dụng làm vật liệu không nung trong lĩnh vực xây dựng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Văn Chánh, Vũ Huyền Trân, and N.T.T. Thảo, (2010), "Nghiên cứu chế tạo gạch không nung bằng công nghệ geopolyme sử dụng tro bay và phế thải bùn đỏ để xây dựng nhà ở,. Người xây dựng, 12, pp. 50 - 53.
2. Th.s Bùi Thanh Hồng, GS.TS.Tiêu Lợi Bình (Xiao- Liping), (2014), "Thực trạng tổng hợp sử dụng bùn đỏ ở Trung Quốc", Khoa học kinh tế và quản lý
ngành mỏ, 4, pp. 71- 73.
3. Th.s Bùi Thanh Hồng, GS.TS.Tiêu Lợi Bình (Xiao- Liping), KS Liu Yan, (2014), "Một số ứng dụng của bùn đỏ trong bảo vệ môi trường", Thông tin khoa học công nghệ mỏ, 8, pp.39- 41.
4. Vũ Đức Lợi, (2014), “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép và vật liệu xây dựng khơng nung từ nguồn thải bùn đỏ trong q trình sản xuất alumin tại Tây Nguyên”, Báo cáo đề tài TN3/T29.
5 Nguyễn Trung Minh, (2011), “Hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ bauxite Bảo Lộc và định hướng ứng dụng trong xử lý ô nhiễm nước thải”, Tạp chí Khoa
học và Trái đất.
6 Phạm Tuấn Nhi, Viện Địa lý tài nguyên TP Hồ Chí Minh (2016), “Kết quả thực nghiệm xử lý chất thải bùn đỏ bằng cơng nghệ geopolymer”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật và Công nghệ, 5(6), pp. 43-47.
7 Trần Quang Ninh, (2009), “Xử lý bùn đỏ trong sản xuất alumin từ bauxite” 8 Trịnh Thị Thanh, Nguyễn Trung Minh, (2011), “Xử lý bùn đỏ trong sản xuất
alumina từ bauxit”, Trung tâm thông tin KH và CN Quốc gia.
9. Lê Xuân Thành, (2006-2007), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu chịu lửa từ bùn đỏ”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, ĐHBK Hà Nội. Mã số: B 2006 - 01 – 37.,.
10. Lê Xuân Thành, (2011), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu xốp từ bã thải bùn đỏ”,
Tiếng Anh
11. Abdel-Gawwad, H.A. and K.A. Khalil, (2018), "Application of thermal treatment on cement kiln dust and feldspar to create one-part geopolymer cement", Construction and Building Materials,. 187, pp. 231-237.
12. Allali, F., et al., (2016), "The influence of calcium content on the performance of metakaolin-based geomaterials applied in mortars restoration". Materials & Design, 103, pp. 1-9.
13. Arun S. Wagh. (2011), “An overview of chemical processes to manufacture red mud construction product in ICSOBA”, Bauxite Residue Seminar Goa
Proceedings, India.
14. Ascensão, G., et al., (2017), "Red mud-based geopolymers with tailored alkali diffusion properties and pH buffering ability", Journal of Cleaner Production,. 148, pp. 23-30.
15. ASTM C618-94a, 1994, Immobilization of intermediate – level wastes in Geopolymers.
16. Balaguru, P, (1998), “Geopolymer for protective coating of transportation infrastructure”, Final Report, FHWA NJ 1998-12.
17. Bell, J., Gordon, M., and Kriven, W. M, (2005), “Use of geopolymeric cements as a refractory adhesive for metal and ceramic joins”, Ceramic Engineering and Science Proceedings, 26, pp. 407-441. -124-
18. Boutterin C. and Davidovits J, (1988), Geopolymeric Cross-Linking (LTGS) and Building materials, Geopolymer, Vol.1, pp 79-88.
19. Buchwald, A., Hohmann, M., Kaps, C., Bettzieche, H. and Kuhnert, J. T, (2004), “Stabilized foam clay material with high performance thermal insulation properties”, Ceramic Forum International, 81, pp 39-42.
20. Davidovits J, (1999), The proceeding of Geopolymer 99.
21. Davidovits J, (2005), Geopolymer, green chemistry and sustainable development solutions, proceedings of the world congress geopolymer, Geopolymer institute, 02100 SaintQuentin, France.
22. Davidovits J, (1994), “Geopolymers: man-made rocks geosynthesis and the resulting development of very early high strength cement”, Journal of Material Education, 16, 91139.
23. Duxson P, Mallicoat SW, Lukey GC, Kriven WM and van Deventer JSJ, (2007), “Geopolymer technology: the current state of the art”, J. Mat. Sci, 42(9). pp. 2917- 2933.
24. Garcia-Lodeiro, I., et al., (2011), "Compatibility studies between N-A-S-H and C-A-S-H gels. Study in the ternary diagram Na2O–CaO–Al2O3–SiO2– H2O", Cement and Concrete Research,. 41(9), pp. 923-931.
25. Giancaspro, J., Balaguru, P. N. and Lyon, R. E, (2006), “Use of inorganic polymer to improve the fire response of balsa sandwich structures”, Journal of Materials in Civil Engineering, 18, pp. 390-397.
26. Goretta, K., Fuller, J., and Crawley, E., (2006), Geopolymers, Document # OSR-H-05-05, Air Force Office of Scientific Research Report.
27. Granizo, M., et al., (2004), Alkaline Activation of Metakaolin: Effect of Calcium Hydroxide in the Products of Reaction, Vol. 85.. 225-231.
28. Greg Power, Maritus Grafe, Craig Klauber (2009), Rev/ew of Current Bauxite Residue Management, Disposal and Storage: Practices, Engineering and Science. Australian Government
29. Hajjaji, W., et al., (2013), "Composition and technological properties of geopolymers based on metakaolin and red mud", Materials & Design (1980-
2015), 52, pp. 648-654.
30. Hu, W., et al., (2018), "Mechanical property and microstructure characteristics of geopolymer stabilized aggregate base", Construction and Building Materials,. 191, pp. 1120-1127.
31. Hu, Y., et al., (2019), "Role of Fe species in geopolymer synthesized from alkali-thermal pretreated Fe-rich Bayer red mud", Construction and Building
Materials,. 200, pp. 398-407.
32. Ioanna Giannopoulou and Dimitrios Panias, (2008), Structure, Design and Applications of Geopolymeric Materials, Conference: 3rd International
Conference on Deformation Processing and Structure of Materials, Volume: pp. 5-15.
33. Kaya, K., et al., (2018), "Consequences of Simple Acid-Pretreatments on Geopolymerization and Thermal Stability of Red Mud-Based Geopolymers",
Industrial & Engineering Chemistry Research,. 57(21), pp. 7156-7168.
34. Kaya, K. and S. Soyer-Uzun, (2016), "Evolution of structural characteristics and compressive strength in red mud–metakaolin based geopolymer systems", Ceramics International,. 42(6), pp. 7406-7413.
35. Khan, M. I., Azizli, K. A., Sufian, S. U. R. I. A. T. I., Man, Z. A. K. A. R. I. A., Khan, A. S., Ullah, H. A. F. E. E. Z., and Siyal, A. A. (2016). “A Short Review of Infra-Red Spectroscopic Studies of Geopolymers”, In Advanced Materials Research”, Vol. 1133, pp. 231-235, Trans Tech Publications.
36. Kumar, A. and S. Kumar, (2013), "Development of paving blocks from synergistic use of red mud and fly ash using geopolymerization",
Construction and Building Materials,. 38, pp. 865-871.
37. Lã Quốc Chi, Trương Đình An, Bảo Lệ, (2008), “Xử lý trước khi nung quặng nhơm có hàm lượng S cao (J)”, Tạp chí Kỹ thuật cơng trình.
38. Li, Z., Zhang, Y., and Zhou, X, (2005), “Short fiber reinforced geopolymer composites manufactured by extrusion”, Journal of Materials in Civil Engineering, 17, pp 624- 631.
39. Li, Y., et al., (2019), "Preparation of red mud-based geopolymer materials from MSWI fly ash and red mud by mechanical activation", Waste Management,. 83, pp. 202-208.
40. Liu, W., J. Yang, B. Xiao, (2009), “Review on treatment and utilization of bauxite residues in China”, International Journal of
Mineral Processing, 93(3-4), pp.220-231.
41. Lyon, R. E., Balaguru, P. N., Foden, A., Sorathia, U., Davidovits, J. and Davidovics, M., (1997), “Fire resistant aluminosilicate composites”, Fire and materials, 21, pp. 67-73.
42. Maneesh Singh, S.N. Upadhayay, P.M.Prasad. (1997), “Preparation of iron rich cements using red mud”, Cement and Coocrete Research, 27(7), pp.1037-1046.
43. Malone, P. G., Kirkpatrick, T., and Randall, C. A, (1986), “Potential Applications of AlkaliActivated alumino-silicate binders in military applications”, Report WES/MP/GL-85-15, US Army Corps of Engineers,
Vicksburg, MS.
44. Mijarsh, M.J.A., M.A. Megat Johari, and Z.A. Ahmad, (2015), "Compressive strength of treated palm oil fuel ash based geopolymer mortar containing calcium hydroxide, aluminum hydroxide and silica fume as mineral additives", Cement and Concrete Composites,. 60, pp. 65-81.
45. Nan Xiangli, Zhag Tingan, Liu Yan, Douubanma, Bùn đỏ Trung Quốc, phân tích hàng tuần (J), Tạp chí Kỹ thuật quá trình, 2010 (10), 264-269
46. Namasivaya M, (1992), Water Using Waste Red Mud (J), Treatment of Dairy
Waste.
47. Ngoc Tuyen Tran, et al., (2017), "Influence of synthesis factors on properties of geopolymers based on red mud and rice husk ash", Vietnam Journal of
Science and Technology, 55(4), pp. 461 - 474.
48. Paramguru, R.R., P.; Misra, V., (2005), “Trends in red mud utilization - A review”, Min. Process. Extract. Metall. Rev.,. 26(1), pp.1-29.
49. Pérez-Villarejo, L., et al., (2018), "Biomass fly ash and aluminium industry
slags-based geopolymers", Materials Letters,. 229, pp. 6-12.
50. Peyne, J., et al., (2017), "Influence of calcium addition on calcined brick clay based geopolymers: A thermal and FTIR spectroscopy study", Construction and Building Materials,. 152, pp. 794-803.
51. Posfai, M., A. Gelencser, N. Kovats, B. Turoczi, A. Rostasi, A. Hoffer, K. Imre, I. Nyiro-Kosa, D. Csakberenyi-Malasics, A. Toth, A. Czitrovszky, A. Nagy, S. Nagy, A. Acs, A. Kovacs, A. Ferincz, Z. Hartyani, The red mud
accident in Ajka (Hungary): characterization and potential health effects of fugitive dust. Environ Sci Technol, 2011. 45(4), 1608-1615.
52. Provis J.L and van Deventer J.S.J, (2009), “ “Geopolymers Structure”, processing, properties and industrial applications”. CRC Press.
53. Scribot, C., et al., (2018), "A laboratory-scale experimental investigation on the reuse of a modified red mud in ceramic materials production",
Construction and Building Materials, 163, pp. 21-31.
54. Sglavo, V.M., R. Campostrini, S. Maurina, G. Carturan, M. Monagheddu, G. Budroni, G. Cocco, (2000), “Bauxite 'red mud' in the ceramic industry. Part 1: Thermal behaviour”. Journal of the European Ceramic Society, 20(3), pp.235-244.
55. Tian, L., et al., (2017), "Investigation on the microstructure and mechanism of geopolymer with different proportion of quartz and K-feldspar",
Construction and Building Materials,. 147, pp. 543-549.
56. Từ Tiến Tu, (1994), “Tổng hợp sử dụng bùn đỏ và khái quát công nghệ thu hồi kim loại có giá trị (J)”, Luyện kim Quảng Tây.
57. Trần Nghĩa, Lý Quân Kỳ, Hoàng Phương, (2007), “Nghiên cứu tính năng hấp phụ khí thải SO2 của bùn đỏ công nghệ Bayer (J)”, Tạp chí Đại học cơng
nghiệp Q Châu- trang Khoa học tự nhiên.
58. Valeria, F. F. B. and Kenneth, J. D. M, (2003), “Synthesis and thermal behavior of potassium sialate geopolymers”, Materials Letters, 57, pp. 1477- 1482.
59. Van Jaarsveld, J. G. S., van Deventer, J. S. J. and Lorenzen, L, (1997), “The potential use of Geopolymeric materials to immobilise toxic metals: Part I. Theory and applications”, Minerals Engineering, 10 (7), pp. 659-669.
60. Van Jaarsveld, J. G. S., Van Deventer, J. S. J., & Lukey, G. C, (2003), “The characterisation of source materials in fly ash-based geopolymers”, Materials Letters, 57(7), pp. 1272- 1280.
61. Vladislav S, (1986), “Thuyết minh xin cấp bản quyền Châu Âu”
62. Xu, H., and Deventer, J. S. J. V, (2000), “The geopolymerisation of aluminosilicate minerals”, International Journal of Mineral Processing,
63. Ye, N., et al., (2016), "Synthesis and strength optimization of one-part geopolymer based on red mud", Construction and Building Materials,. 111, pp. 317-325.
64. Yip, C.K., G.C. Lukey, and J.S.J. van Deventer, (2005), "The coexistence of geopolymeric gel and calcium silicate hydrate at the early stage of alkaline activation", Cement and Concrete Research,. 35(9), pp. 1688-1697.
65. Zaharaki, D., M. Galetakis, and K. Komnitsas, (2016), "Valorization of construction and demolition (C&D) and industrial wastes through alkali activation", Construction and Building Materials,. 121, pp. 686-693.
66. Zhang, M., et al., (2014), "Synthesis factors affecting mechanical properties, microstructure, and chemical composition of red mud–fly ash based geopolymers", Fuel,. 134, pp. 315-325.
67. Zhao, X., et al., (2019), "Investigation into the effect of calcium on the existence form of geopolymerized gel product of fly ash based geopolymers", Cement and Concrete Composites,. 103, pp. 279-292.
68. Zhang, S. Z., Gong, K. C., and Lu, H. W, (2004), “Novel modification method for inorganic geopolymer by using water soluble organic polymers”, Materials Letters, 58, pp 1292- 1296.