Các phụ gia cao lanh, cát và bột đá được phối trộn với các tỷ lệ nhất định, được tính tốn xác định theo đúng công thức phối liệu để khi nung các thành phần hóa học sẽ liên kết với nhau theo đúng công thức của vật liệu. Trong quá trình gia nhiệt, nguyên liệu sẽ được phối trộn và đưa lên nhiệt độ cao, khi đó các thành phần hóa học của nguyên liệu sẽ trở lên linh động hơn và dễ dàng phá vỡ. Các thành phần vật chất của bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại sẽ tham gia liên kết với các thành phần của phụ gia tạo ra mối liên kết mới tạo ra sản phẩm mới (khống vật mới) có sự thống nhất về mặt hóa học và cấu trúc.
Đất sét có thành phần chủ yếu là nhôm và silic. Khi ta cho sét vào vật liệu thì thành phần nhơm sẽ được bổ sung vào vật liệu góp phần cùng các thành phần có sẵn trong bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại tạo thành các khống mới có độ bền cao. Ngồi ra sét có độ mịn cao giúp tăng cường khả năng liên kết của vật liệu làm cho vật liệu khơng bị đứt vỡ.
Cát có thành phần chủ yếu là SiO2, khi đưa cát vào phối liệu sẽ làm giảm tính kiềm và độ nhớt của bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại, do đó không cản trở đến
mau Gach - Hanh KHTN
01-076-0918 (C) - Microcline - KAlSi3O8 - WL: 1.5406 - Triclinic - Base-centered 01-079-0007 (C) - Hematite - Fe2O3 - WL: 1.5406 - Hexagonal (Rh) - Primitive 00-037-1496 (*) - Anhydrite, syn - CaSO4 - WL: 1.5406 - Orthorhombic - Base-centered 01-084-0752 (C) - Albite low - Na(AlSi3O8) - WL: 1.5406 - Triclinic - Base-centered 01-085-0930 (C) - Quartz - SiO2 - WL: 1.5406 - Hexagonal - Primitive Operations: Smooth 0.048 | Import
mau Gach - Hanh KHTN - File: mau Gach - Hanh KHTN.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 1567150848 s -
Li n (C ps) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 2-Theta - Scale 8 10 20 30 40 50 d= 4. 26 20 1 d= 3. 83 31 1 d= 3. 49 88 9 d= 3. 34 98 1 d= 3. 19 01 9 d= 2. 51 29 5 d= 2. 46 04 6 d= 2. 13 71 0 d= 1. 91 54 6 d= 1. 68 98 9 d= 2. 70 27 7 d= 1. 83 12 8 d= 3. 24 86 7
q trình gia cơng và chế tạo sản phẩm thô. Phần lớn vật liệu cát khi nung không bị mất nước, cùng với thành phần oxit nhôm và sắt trong bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại tạo nên độ rắn chắc của gạch gốm.
Bột đá có thành phần chủ yếu là CaCO3, ngồi ra cịn có các ngun tố khác như lưu huỳnh. Bột đá trong sản xuất gạch để tăng cường độ chịu lực chín thấu, màu sắc đẹp, tăng độ xốp của vật liệu.
Trong quá trình nung đã biến đổi các hợp chất silicate ban đầu (quartz: silicate tự nhiên) thành các hợp chất silicate mới, có cấu trúc hoàn toàn mới. Ở nhiệt độ cao, cấu trúc các khoáng thay đổi theo nhiệt độ, sự biến đổi thù hình, hình thành các khống mới, sự hình thành pha lỏng, biến đổi thành phần pha, sự hình thành vi cấu trúc mới của vật liệu, hoặc có thể tồn tại ở dạng silicate vơ định hình gọi là silicate nhân tạo. Silicate trong các loại gốm sứ, xi măng, thủy tinh, vật chịu lửa gọi là silicate nhân tạo. Trong các mẫu gạch nung ở trên, thành phần quartz giảm là do silicate chuyển từ quartz sang trạng thái vô định hình, khơng phát hiện được, nên kết quả phân tích XRD cho thấy thành phần này bị giảm đáng kể.Trong q trình nung sản phẩm, thành phần hóa học và khống vật của gạch sẽ thay đổi, có thể tạo ra các hiện tượng co ngót hoặc trương nở.
3.2.2.2. Xác định độ co ngót của sản phẩm
Trong quá trình thử nghiệm, các mẫu gạch ướt trong khn có kích thước các cạnh lần lượt là 50mm x 20mm x 7,5mm, nhưng khi phơi khơ ta thấy có sự thay đổi chiều dài các cạnh. Độ co ngót của 03 mẫu gạch được thể hiện tại bảng 3.9; 3.10; 3.11:
Bảng 3.8. Độ co ngót của các mẫugạch nung G1
Loại gạch Kích thước trung bình cạnh của gạch (mm xmm x mm) Tỉ lệ thể tích so với gạch ướt (%) Co ngót (%) Gạch ướt 50 x 20 x 7,5 100 0 Gạch khô 49,25 x 19,75 x 7,45 96,62 3,38 800oC 48,75 x 19,15 x 7,25 90,24 9,76 1050oC 48,68 x 19,05 x 7,18 88,75 11,25 1125 oC 48,25 x 18,9 x 7,15 86,94 13,06
Bảng 3.9. Độ co ngót của các mẫu gạch nung G2 Loại gạch Loại gạch Kích thước trung bình cạnh của gạch (mm xmm x mm) Tỉ lệ thể tích so với gạch ướt (%) Co ngót (%) Gạch ướt 50 x 20 x 7,5 100 0 Gạch khô 49,5 x 19,7 x 7,4 96,21 3,79 800oC 48,0 x 18,9 x 7,1 85,9 14,1 1050oC 47,8 x 18,7 x 7,06 84,1 15,9 1125 oC 47,7 x 18,6 x 7,01 83,51 16,49
Bảng 3.10. Độ co ngót của các mẫu gạch nung G3
Loại gạch Kích thước trung bình cạnh của gạch (mm xmm x mm) Tỉ lệ thể tích so với gạch ướt (%) Co ngót (%) Gạch ướt 50 x 20 x 7,5 100 0 Gạch khô 49,4 x 19,8 x 7,4 96,5 3,5 800oC 48,9 x 19,2 x 7,3 91,38 8,62 1050oC 48,6 x 19,0 x 7,25 89,26 10,74 1125 oC 48,4 x 18,9 x 7,15 87,2 12,8
Theo kết quả đo tại bảng 3.10; 3.11; 3.12 ta thấy độ co ngót các mẫu sản phẩm có sự thay đổi khơng nhiều khi phơi khô lần lượt là 3,38%; 3,79%; 3,5%.
- Mẫu gạch G1, gạch ướt sau khi được phơi khơ có độ có ngót từ 0% đến 3,38%. Từ phơi khô đến 800oC sự chênh lệch về độ co ngót là 9,76% so với mẫu ban đầu. Ở nhiệt độ 1050oC gạch bị ngót 11,25% so với mẫu ban đầu (tăng 1,49% so với ở 8000C). Khi nhiệt độ tăng lên 1050oC gạch co ngót 13,06% so với mẫu ban đầu (tăng thêm 1,81% so với nhiệt độ 10500C).
- Mẫu gạch G2, sau khi nung 800oC sự chênh lệch về độ co ngót của mẫu là lớn nhất so với 2 mẫu còn lại là 14,1% so với mẫu ban đầu (tăng 10,31% so với mẫu để khô). Ở nhiệt độ 1050oC gạch bị ngót 15,9% so với mẫu ban đầu (tăng 1,8% so với ở 8000C). Khi nhiệt độ tăng lên 1125oC gạch co ngót 16,49% so với mẫu ban đầu
(tăng thêm 0,59% so với nhiệt độ 10500C).
- Mẫu gạch G3, khi gạch nung tại 800oC sự chênh lệch về độ co ngót là 8,62% so với mẫu ban đầu. Ở nhiệt độ 1050oC gạch bị ngót 10,74% so với mẫu ban đầu (tăng 2,12% so với ở 8000C). Khi nhiệt độ tăng lên 1125oC gạch co ngót 12,8% so với mẫu ban đầu (tăng thêm 2,06% so với nhiệt độ 10500C).
Từ kết quả 03 mẫu gạch trên, ta thấy các mẫu gạch đều có độ co ngót tương đối giống nhau. Khi sản phẩm được nung tại 8000C, ta thấy độ co ngót có sự thay đổi rõ rệt so với kích thước ban đầu. Khi nhiệt độ càng lên cao thì độ co ngót càng tăng. Sự biến thiên của độ co ngót được thể hiện tại hình 3.13.
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ co ngót của sản phẩm
Có thể giải thích cho sự co ngót khơng đều theo nhiệt độ ở đây là: trong giai đoạn từ gạch ướt đến lúc gạch khô là giai đoạn gạch bị mất nước nhiều nhất (từ độ ẩm 20 - 30% sang độ ẩm 2 - 3%), sau đó từ giai đoạn gạch khơ đến nhiệt độ nung là 800oC, giai đoạn này xảy ra co ngót do q trình mất nước vật lý trong các tinh thể ngậm nước và đốt cháy các thành phần hợp chất hữu cơ, chuyển các thành phần hữu cơ thành khí bay đi, cịn lại phần tro trong gạch. Ở giai đoạn 800oC đến 1125oC, ở đây xảy ra các biến đổi mạnh mẽ về thành phần khoáng vật bên trong gạch, goethite FeOOH chuyển về dạng Fe2O3, giải phóng H2O; quartz ở nhiệt độ này chuyển sang
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Gạch ướt Gạch khơ 800oC 1050oC 1125 oC
%
C
o ng
ót
Độ co ngót theo nhiệt độ nung
dạng vơ định hình hoặc dạng thủy tinh lỏng, tham gia tạo khoáng mới các hợp chất; làm cho giai đoạn này, gạch bị giảm kích thước đáng kể cũng như giảm khối lượng. Tóm lại càng nung lên nhiệt độ cao thì khối lượng và kích thước của gạch đều giảm.
3.2.2.3. Xác định tính chất vật lý của gạch nung
Sau khi lựa chọn được 03 công thức với các tỉ lệ phối trộn khác nhau với kích thức 50 x 20 x 7,5mm. Để xác định được độ cứng của gạch nung, cần đưa vật liệu về kích cỡ của gạch thực. Tiến hành phối trộn phụ gia tương tự như các cơng thức gạch G1, G2, G3 nhưng gạch được đóng với kích cỡ thực: 230mm x 110mm x 63mm và được phơi ngồi khơng, nung theo đúng quy trình trong sản xuất gạch công nghiệp ở nhiệt độ nung là 1000oC trong thời gian 24 giờ. Gạch sau nung được kí hiệu G1’, G2’, G3’ sau đó đem đi xác định các đặc tính như khả năng chịu uốn, chịu nén, độ hút nước theo TCVN 6355:2009 (Phương pháp thử gạch).
Kết quả của phép phân tích đặc tính vật lý của gạch được thể hiện trong Bảng 3.13:
Bảng 3.11. Kết quả phân tích các đặc tính vật lý của gạch
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị
Kết quả
Phương pháp thử
G1’ G2’ G3’
1 Cường độ nén Mpa 7,7 5,9 7,8 TCVN 6355-2:2009 2 Cường độ uốn Mpa 2,8 2,2 2,8 TCVN 6355-3:2009 3 Độ hút nước % 19,5 22,2 19,7 TCVN 6355-4:2009 Các sản phẩm gạch sử dụng bã bùn thải thay thế một phần nguyên liệu theo tỷ lệ, sau khi ra khỏi lò nung được ổn định sản phẩm sau 14 ngày ở điều kiện nhiệt độ và khí hậu ngồi trời. Các mẫu được chuyển về phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng để đánh giá các đặc tính kỹ thuật như kích thước, tỷ trọng, cường độ chịu nén theo TCVN 1451:1998 (Tiêu chuẩn về gạch đặc đất sét nung). Yêu cầu kĩ thuật cho gạch đất sét nung: Cường độ uốn và nén tương ứng với các loại mác gạch được trình bày trong Bảng 3.13.
Bảng 3.12. Cường độ uốn và nén cho gạch đất sét nung
Mác gạch
Cường độ nén (Mpa) Cường độ uốn (Mpa)
Trung bình cho 5 mẫu thử Nhỏ nhất cho 1 mẫu thử Trung bình cho 5 mẫu thử Nhỏ nhất cho 1 mẫu thử M200 20 15 3,4 1,7 M150 15 12,5 2,8 1,4 M125 12,5 10 2,5 1,2 M100 10 7,5 2,2 1,1 M75 7,5 5 1,8 0,9 M50 5 3,5 1,6 0,8
Độ hút nước của gạch đặc đất sét nung không lớn hơn 16% [28].
So sánh kết quả phân tích đặc tính của gạch với TCVN 1451:1998, có thể thấy:
- Mẫu gạch G1’ đối với yêu cầu về cường độ nén, gạch đạt được giá trị 7,7:
tương ứng với mác M75, còn đối với yêu cầu về cường độ uốn, gạch đạt được giá trị 2,8: tương ứng với chất lượng của gạch mác M150. Như vậy, khi xét đến chỉ tiêu cường độ uốn và cường độ nén, thì vật liệu có thể sản xuất được từ gạch M75.
- Mẫu gạch G2’ với yêu cầu về cường độ nén, gạch đạt được giá trị 5,9: tương
ứng với mác M50, còn đối với yêu cầu về cường độ uốn, gạch đạt được giá trị 2,2: tương ứng với chất lượng của gạch M100. Như vậy, khi xét đến chỉ tiêu cường độ uốn và cường độ nén, thì vật liệu có thể sản xuất được gạch từ M50.
- Mẫu gạch G3 với yêu cầu về cường độ nén, gạch đạt được giá trị 7,8: tương
ứng với mác M50, còn đối với yêu cầu về cường độ uốn, gạch đạt được giá trị 2,8: tương ứng với chất lượng của gạch mác M100. Như vậy, khi xét đến chỉ tiêu cường độ uốn và cường độ nén, thì vật liệu mới này có đủ khả năng sản xuất được gạch từ M75.
Tuy nhiên, khi so sánh gạch với yêu cầu kĩ thuật về độ hút nước: theo TCVN 1451:1998, đối với mọi mac gạch, yêu cầu về độ hút nước cho gạch đất sét nung ln 16%, cịn gạch từ ngun liệu bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại này lại có độ hút
nước là 19,5%, cao hơn so với tiêu chuẩn.
Do đặc điểm của bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại là có kích thước hạt nhỏ, hàm lượng huyền phù cao, độ hút nước cao, nên trong quá trình sản xuất gạch, cần một lượng nước lớn để gạch có khả năng tạo hình và gắn kết với nhau. Khi so sánh khối lượng gạch trước khi nung và sau khi ra khỏi lò:
- Trước khi nung 2,5 kg/viên (sau khi sấy khô)
- Sau khi nung 1,8 kg/viên
Trong khi đó, với các loại gạch đất sét thơng thường cùng kích thước, có khối lượng trung bình > 2,2 kg. Như vậy, khi so sánh gạch được làm từ bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại và gạch đất sét thông thường, độ xốp của gạch từ bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại cao hơn và điều này có thể giải thích cho khả năng hút ẩm cao của gạch bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại.
3.2.3. Xác định độc tính của sản phẩm
3.2.3.1. Xác định dung môi chiết
Sau khi khuấy xong, kết quả đo pH của mẫu ở các nhiệt độ đều có giá trị trên 5. Nên ở tất cả các dung dịch lắc vừa rồi, cho thêm 3,5ml HCl 1N, đem đun lên ở 50oC trong 10 phút và đem đo lại pH của dung dịch. Như vậy, sau khi cho thêm HCl vào và đun dung dịch này lên thì pH của tất cả các dịch lắc của mẫu (ở nhiệt độ khác nhau) đều có giá trị pH<5. Nên sử dụng dung môi chiết 1 để chiết tất cả các mẫu.
3.2.3.2. Giá trị pH của dịch chiết mẫu
Sau khi xác định được dung môi chiết phù hợp với mẫu là dung môi chiết 1 (64,3 ml axit axetic + 5,7ml NaOH 1N, định mức lên 1 lít pH = 4,93), tiến hành lắc mẫu trong dung môi chiết. Mẫu gạch được nghiền đập để có kích thước khoảng 9,5 mm, lấy 5 gam mẫu lắc với 100ml dung mơi chiết trong bình tam giác 250ml ở tốc độ 30 vòng/phút. Sau 24 giờ, chiết dịch lắc và đo pH. Tiếp tục thực hiện lắc bậc 2, bậc 3 cho đến khi pH của dung môi chiết bắt đầu ổn định
Khi thực hiện lắc và chiết mẫu với dịch chiết 1 cho thấy, quá trình này lặp lại đến bậc 2 thì hầu hết pH của các dịch chiết ổn định và sử dụng hỗn hợp các dịch chiết này để phân tích thành phần kim loại, pH của các dịch chiết được trình bày theo Bảng 3.14, 3.15, 3.16.
Khi thực hiện lắc và chiết mẫu với dịch chiết 1 cho thấy, quá trình này lặp lại đến bậc 2 thì hầu hết pH của các dịch chiết ổn định và sử dụng hỗn hợp các dịch chiết
này để phân tích thành phần kim loại, pH của các dịch chiết được trình bày theo Bảng 3.7.
Bảng 3.13. pH của dịch chiết sau 2 bậc chiết của mẫu gạch G1
Mẫu Bậc 1 Bậc 2
Nung ở 800oC 5,28 5,25
Nung ở 1050oC 5,31 5,29
Nung ở 11250C 5,35 5,32
Bảng 3.14. pH của dịch chiết sau 2 bậc chiết của mẫu gạch G1
Mẫu Bậc 1 Bậc 2
Nung ở 800oC 5,5 5,48
Nung ở 1050oC 5,56 5,52
Nung ở 11250C 5,62 5,58
Bảng 3.15. pH của dịch chiết sau 2 bậc chiết của mẫu gạch G3
Mẫu Bậc 1 Bậc 2
Nung ở 800oC 5,05 5,08
Nung ở 1050oC 5,17 5,15
Nung ở 11250C 5,21 5,18
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ nung > 8000C thì pH của dịch chiết mẫu khá ổn định và đều xấp xỉ bằng pH của dịch chiết mẫu. Kết quả này cho thấy, nếu tận thu bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại để làm gạch nung ở nhiệt độ > 8000C thì gạch nung khơng bị ảnh hưởng của q trình thơi rữa H+ hoặc OH- ra mơi trường. Có sự khác biệt về pH của dịch chiết khi thay đổi nhiệt độ nung mẫu là do khi nhiệt độ nung tăng cao, thì lượng H+ hoặc OH- càng được cố định, lưu giữ trong các thành phần khoáng vật mới, các khoáng vật này khơng bị hịa tan, thơi chiết trong dung mơi chiết. Chính vì thế ở các mẫu gạch nung nhiệt độ cao thì ảnh hưởng đến dịch chiết