CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.2. Phương pháp phân tích và bố trí thí nghiệm (Quy mơ PTN)
2.2.2.1. Phân tích, đánh giá tính chất vật lý, hóa học của bã bùn thải.
Phương pháp xác định thành phần cơ giới của bùn thải
- Thành phần cơ giới của đất là tỉ lệ tương đối (%) các cấp hạt cơ giới khác nhau
- Sử dụng phương pháp trong môi trường nước (tỉ trọng kế) để xác định thành phần cơ giới của mẫu đất [27]. Nguyên tắc của phương pháp là dung tỉ trọng kế để đo mật độ của huyền phù tại các thời gian lắng chìm khác nhau của hạt phân tán.
Xác định được thành phần cấp hạt của các mẫu bã bùn, đối với từng mẫu sẽ có tỉ lệ thành phần cơ giới khác nhau. Như vậy, ta sẽ đưa được ra các công thức, tỷ lệ phối trộn các thành phần một cách phù hợp để có thể cho kết quả tốt nhất.
Phương pháp xác định hàm lượng kim loại trong bã bùn thải sau thu hồi
kim loại
Phân tích hàm lượng kim loại trong bã bùn thải để xác định các giải pháp xử lý tiếp theo nếu hàm lượng kim loại sau tách vẫn cịn cao. Bã bùn khơng được quản lý đúng cách hoặc khơng có giải pháp xử lý tiếp thì sẽ có những tác động nhất định đến mơi trường nói chung và mơi trường đất nói riêng nếu chúng phát tán ra môi trường.
Để xác định hàm lượng kim loại còn lại trong bã bùn thải sử dụng máy đo quang phổ phát xạ nguyên tử ICP-OES. ICP-OES là hệ thống kết hợp quang phổ phát xạ plasma và hệ thống cảm ứng. Khối plasma sẽ kích thích các nguyên tử và ion đi qua. Khi một nguyên tử hoặc ion bị kích thích, các electron của nguyên tử hoặc ion đó nhảy từ mức năng lượng thấp hơn lên cao hơn. Sau đó các electron này trở về trạng thái ban đầu của chúng, tại thời điểm này năng lượng được phát ra dưới dạng các photon. Các photon phát ra sở hữu các bước sóng đặc trưng cho các phần tử tương ứng của chúng.
03 mẫu bã bùn được sấy khô tại 1050C trong 24 giờ, lấy một lượng nhỏ mẫu (khoảng 10g) để nghiền nhỏ kích thước ≤ 1mm sau đó đem đi phân tích ICP-OES.
Phương pháp xác định hàm lượng các oxit trong bã bùn thải sau thu hồi kim loại
Việc xác định các thành phần khoáng vật, liên kết hóa học với kiềm (hoặc kiềm bám theo), độ bám dính, đặc tính vật lý - hóa của bùn bã bùn thải mạ giúp đánh giá các yếu tố thuận lợi, khó khăn của việc sử dụng bã bùn thải mạ để làm vật liệu xây dựng.
Phương pháp trắc phổ huỳnh quang tia X (XRF) được sử dụng để xác định hàm lượng các oxit trong bã bùn thải.
2.2.2.2. Nghiên cứu quy trình sản xuất vật liệu xây dựng nung
Hình 2.2. Quy trình sử dụng bã bùn thải mạ để sản xuất gạch nung
Mơ tả quy trình:
- Chuẩn bị phụ gia
Phụ gia là thành phần quan trọng của gạch nung sản xuất trên nền bùn thải mạ sau thu hồi kim loại. Phụ gia có vai trị bổ sung các thành phần hóa học và tăng cường tính chất cơ lý cho sản phẩm. Tùy thuộc vào đặc điểm, thành phần hóa học của bùn thải mạ sau thu hồi kim loại, tính tốn để lựa chọn được loại phụ gia, tỉ lệ pha trộn phụ gia phù hợp với mục đích của vật liệu cần sản xuất vừa đảm bảo được thành phần của vật liệu, vừa đảm bảo tính an tồn với con người và mơi trường. Khi lựa chọn phụ gia trước hết cần quan tâm đến các loại phụ gia có giá trị kinh tế đối với địa phương và có sẵn tại khu vực này, giá thành rẻ và có khả năng khai thác với số lượng lớn. Một số loại phụ gia đã được sử dụng trong quá trình nghiên cứu sản xuất gạch nung: Cao lanh, cát, tro bay, bột đá.
Nung sản phẩm trong lò (800 -1050 - 1125oC)
Định hình gạch (KT 50x20x7.5mm)
Phơi sản phẩm Chuẩn bị phụ gia
Phối liệu phụ gia và bã bùn thải (%) Đất sét, cát, tro bay, cao lanh, bột đá B10:S80:PG10 B18:S82:PG0 50x20x7.5mm 230x110x63mm 7 ngày
Đất sét Cát
Cao lanh Bột đá Tro bay
Hình 2.3. Các loại phụ gia phối trộn với bã bùn
Trước khi đưa vào phối trộn với bã bùn thải, các loại phụ gia được để khô sau đó cho qua rây 1mm để loại bỏ các thành phần có kích thước lớn và để đảm bảo độ đồng đều của nguyên liệu khi trộn.
- Phối liệu
Tất cả các thành phần như bã bùn thải mạ sau thu hồi kim loại và các phụ gia (cát, cao lanh, tro bay, bột đá) đều phải được nghiền nhỏ và cho qua rây 1mm. Sau đó cân các thành phần này theo tỉ lệ đã được tính tốn và trộn đều với nhau để đảm bảo tính đồng nhất phối liệu sản xuất. Bổ sung nước từ từ vào hỗn hợp đã trộn đến độ ẩm cần thiết (20 – 30%), có khả năng định hình gạch và ủ vật liệu trong 2 - 3 ngày. Quá trình ủ này làm cho nước ngấm đều vào vật liệu, cao lanh có thể trương nở tối đa, tránh hiện tượng nứt vỡ, nổ trên bề mặt vật liệu trong quá trình nung ở nhiệt độ cao.
- Định hình gạch
Để tạo phơi gạch, sử dụng loại khn có kích thước phù hợp với kích thước gạch mong muốn: Kích thước trong phịng thí nghiêm (50 x 20 x 7.5 mm) và kích thước thực tế (230 x 110 x 63 mm), làm phẳng các cạnh trong lòng khuôn để dễ dàng cho việc tháo dỡ vật liệu từ khuôn.
Vật liệu sau khi ủ, tiếp tục được nhào trộn cho đều và điều chỉnh độ ẩm phù hợp. Sau đó đưa hỗn hợp này vào khn, nén chặt, làm mịn và đều các bề mặt gạch rồi đưa gạch ra khỏi khuôn mà không làm biến dạng gạch.
- Phơi sấy sản phẩm
Sau khi định dạng gạch, gạch có thể được phơi khơ ngồi khơng khí. u cầu của việc phơi sấy sản phẩm thơ là đảm bảo cho quá trình mất nước từ từ của sản phẩm trước khi nung đến độ ẩm khoảng 2 - 3% trọng lượng. Để làm việc này, sản phẩm thô sau khi lấy ra khỏi khuôn, được để khô tự nhiên dưới ánh nắng mặt trời hoặc trong bóng râm thống khí. Lượng nước cịn chứa trong sản phẩm thơ sẽ từ từ bay ra ngồi, nhưng hình dạng của sản phẩm khơng bị biến dạng trong quá trình phơi. Thời gian phơi khơ từ 7-10 ngày. Gạch khi để khơ khơng được nứt vỡ hoặc bị móp méo, biến dạng.
- Nung sản phẩm
Nhiệt độ nung gạch trong phịng thí nghiệm cho các loại gạch ở 03 nhiệt độ 8000C, 10500C, 11250C. Trong q trình đưa gạch vào lị, đưa nhiệt độ gạch tăng từ từ lên cho viên gạch nóng đều, để tránh sự thay đổi nhiệt độ đột ngột làm nứt, vỡ, nổ gạch. Sau thời gian nung gạch (24 giờ) hạ nhiệt độ gạch dần xuống còn 50oC thì đưa gạch ra bên ngồi.