CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Xác định tính chất của nguyên vật liệu
X c định thành phần khoáng
Sử dụng phương ph p nhiễu x tia X (XRD) phân tích thành phần khống có trong ngun li u Phương ph p nhiễu x tia X là một trong nh ng phương ph p v t lý quan trọng và hi u qu nghiên c u thành phần pha, c u t o, c u trúc tinh th Qua phương ph p nhiễu x tia X x ịnh thành phần ịnh tính (thành phần pha) hàm ư ng các pha, c u trúc hình học, các thơng số m ng tinh th h thước h t trung bình và c s phân bố, vị trí các nguyên tử trong tinh th .
- Khi chiếu tia X vào hỗn h p mỗi pha trong hỗn h p cho một v h tương ng (h peak) nên trên gi n ồ nhiễu x tia X tương ng thu ư c một h v h ộc l p với nhau Đem phân t h v ch nhiễu x sẽ x ịnh ư c các pha có mặt trong m u. - C u trúc hình học và thơng số m ng tinh th ư x ịnh d a vào vị trí góc của peak nhiễu x .
- Xét một chùm tia X ó ước sóng chiếu tới một tinh th ch t rắn ưới góc tới . Do tinh th có tính ch t tuần hồn, các mặt tinh th sẽ cách nhau nh ng kho ng u ặn óng vai tr giống như cách tử nhiễu x và t o ra hi n tư ng nhiễu x
- Hi n tư ng các tia X nhiễu x trên các mặt tinh th ch t rắn, tính tuần hồn d n ến vi c các mặt tinh th óng vai tr như một cách tử nhiễu x .
- Nếu ta quan sát các chùm tia tán x theo phương ph n x (bằng góc tới) thì hi u quang trình gi a các tia tán x trên các mặt là:
- Như v y có c i nhiễu x thì góc tới ph i thỏa m n i u ki n:
- Trong ó à ho ng cách gi a các mặt nguyên tử ph n x θ à gó ph n x λ à ước sóng tia X và n là số b c ph n x . T p h p các c i nhiễu x Bragg ưới gó 2θ h nhau ó th ghi nh n bằng phim hay ete tor Trên ơ sở ó phân t h ặ trưng v c u trúc tinh th ộ ơn pha và nhi u thông số liên quan khác. - Tia X ư c sinh ra khi chùm e- có v n tốc cao va ch m ột ngột với một t m kim lo i Cu. Ống phát tia X gồm 3 bộ ph n chính: Nguồn cung c p e, bộ ph n phát cao p tăng tố ộ e, anot bằng kim lo i.
- Hi u i n thế gi a catot và anot: 3-5 V Tia X ó ướ sóng: λ 10-100 nm. Nguồn phát tia X là một ống hình trụ, bên trong làm bằng gốm chịu nhi t thường bằng Cu, Ni, Cr, Fe.
- Ch ó 5% tia p vào b mặt phát ra tia X, phần còn l i chuy n thành nhi t năng Nguồn tia X mang năng ư ng lớn, nên dễ làm già hóa detector. Cần ph i che bớt bằng các khe thu tín hi u nhỏ hơn phù h p với từng lo i m u:
- C h x ịnh: d a theo công th sau tính k h thước tinh th Trong ó: λ 0 15406 nm k = 0,9 β θ
Các m u tro bay, tro x sau hi ư c làm khô, nghi n nhỏ ư em hụp XRD trên máy D8 – Advance – Brucker – Đ (anot Cu λ 1 504 A˚) t i khoa Hóa học trường Đ i học Khoa học T nhiên – ĐHQGHN
X c định thành phần hóa học của nguyên liệu
Phương ph p phổ huỳnh quang tia X (XRF) ư c sử dụng phân t h ịnh ư ng nhi u nguyên tố. Khi bị t ộng bởi hùm i n tử hoặc chùm tia X (b c x sơ p) ó năng ư ng thích h p từ ống phát x tia X hoặc từ nguồn ồng vị phóng x i n tử của lớp trong (K,L,M) của các nguyên tố có trên b mặt m u bị kích thích lên tr ng th i năng ư ng ao hơn Khi trở v tr ng th i ơ n an ầu sẽ phát ra b c x tia X th c p (b c x huỳnh quang ặ trưng) với năng ư ng và ước sóng ặ trưng ho mỗi nguyên tố.
Hình 2.2. Nguyên lý phát huỳnh quang tia X [11]
M u nguyên li u ư c nghi n mịn và chụp XRF trên máy XRF 1800 Shimadzu t i hoa Địa ch t Đ i học Khoa học T nhiên - ĐHQGHN X ịnh h thước h t trung bình sử dụng ánh sáng laser trên thiết bị LA - 950V2 t i khoa Địa ch t Đ i học Khoa học T nhiên - ĐHQGHN
2.3.2. Nghiên cứu q trình hịa tan nhơm, silic từ trƣờng thạch bằng NaOH
Trộn u trường th h với NaOH ở các tỷ l khối ư ng rắn/ ỏng à 1/2; 1/1 và 1 5/1 ằng h ho một ư ng trường th h s y khơ vào các th tích dung dịch khác nhau ( nồng ộ NaOH h o sát là 2,5M; 5M và 7,5M), mỗi ngày khu y 30 phút. Sau 1-4-7 ngày lần ư t l y 1ml m u em pha o ng trong nh ịnh m c 100ml rồi lọc qua gi y ăng xanh Dịch lọ em i phân t h nhôm si i
Phân tích nhơm [9]
Dùng phương ph p so màu: Al3+
t o ph c màu với Eriochrome cyanine R trong môi trường axit yếu Đo quang ở ướ sóng 535nm ường ộ màu t l thu n với ư ng Al3+ trong dung dịch. Thông qua vi c thiết l p ường chu n cho dãy nhôm iết trước nồng ộ ta có th t nh to n ư ư ng nhơm có trong m u phân tích. Quy trình:
- Pha dung dị h HC 1M: hút h nh x 8 33m HC ặ ho vào nh ịnh m 100m ịnh m ến v ch.
- Đ m axetat 0,65mol/L: cân 5,33g natri axetat ho vào nh ịnh m c 100 ml h a tan ịnh m c tới v ch.
- Eriochrome cyanine.
- L p ường chu n: ho vào nh ịnh m c 25ml các hóa ch t theo th t : dung dịch Al3+ HCl Eriochrome cyanine nước c t, sau 20 phút cho tiếp m axetat ịnh m c tới v h n trong bóng tối ít nh t 20h sau ó o quang ở ướ sóng 535nm thu ư c các giá trị o ộ h p thụ quang khác nhau ưa ên ex e p phương tr nh ường chu n.
- Với m u th ướ àm tương t . Phân tích Si4+ [15]
Dùng phương ph p so màu: trong i u ki n pH = 1-2, silic và photphat sẽ ph n ng với ammoni mo yp at t o thành heteropoly axit, thêm oxalic axit lo i trừ nh hưởng của photphat màu vàng của ph c molybdosilicxic axid khử thành màu xanh heteropo y Đo ộ h p thụ quang dung dịch này với ước sóng 815nm ta sẽ ịnh ư ng ư ư ng silic có trong m u cần phân tích.
Chú ý: t t c sử dụng dụng cụ nh a tránh nh hưởng của silic lên dụng cụ thủy
tinh.
Quy trình
- Pha dung dịch HCl 6M: L y h nh x 125m nước c t cho vào chai nh a s ch rồi hút chính xác 125ml axit HC ặc cho vào và lắ u.
- Ammonium molypdate: h a tan 5g trong nh ịnh m c 50ml ch nh v pH = 7-8 trướ hi ịnh m c tới v ch.
- Dung dịch oxalic axit: hòa tan 10g acid oxalic trong nh ịnh m c 100ml - Dung dịch khử hòa tan 0,5g 1-amino-2-naphthol-4-sulphonic axit và 1g Na2SO3 trong 50m nước c t, cho dung dịch này vào 150ml dung dịch NaHSO3 (cân 30g NaHSO3 pha vào 150m nước c t) b o qu n trong chai nh a tránh ánh sáng.
- Dung dịch silicat gốc: hòa tan 4,73g Na2SiO3.9H20 trong nh ịnh m c 1000ml.
- L p ường chu n: l y 0, 1, 2, 4, 6, 8, 10ml dung dịch chu n cho vào cốc nh a 50ml, cho tiếp 1ml dung dịch HCl 6M, 2ml ammonium molypdat lắ u, thêm tiếp 1,5ml oxalic axit trộn u sau 2-15 phút cho tiếp 2ml dung dịch khử trộn u sau 5 phút o quang ở 815nm thu ư c các giá trị ộ h p thụ khác nhau, l p ường chu n.
- Với m u th c, pha loãng, l y 50ml rồi àm tương t . Đường chu n phân tích nhơm
Bảng 2.2. Số liệu dựng đƣờng chuẩn phân tích nhơm
Nồng độ (ppm) 0 0,12 0,16 0,2 0,24 0,28 0,288
Abs 0 0,148 0,205 0,254 0,302 0,345 0,356
Hình 2.3. Đồ thị sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nhôm
Phương tr nh ường chu n phân tích nhơm có d ng: y = 1,2364x + 0,0023 với h số hồi quy R2 = 0,9991
Đường chu n phân tích silic
Bảng 2.3. Số liệu dựng đƣờng chuẩn phân tích silic
Nồng độ Si4+ (ppm) 0 0,2 0,4 0,8 1,2 1,6 2 Abs 0 0,065 0,118 0,223 0,328 0,433 0,539 y = 1.2364x + 0.0023 R² = 0.9991 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Abs Nồng độ nhơm (ppm)
Hình 2.4. Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ silic
Phương tr nh ường chu n phân tích silic có d ng: y = 0,2628x + 0,0129 với h số hồi quy R2 = 0,9975
2.3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất kiềm hoạt hóa đến khả năng đóng rắn
Phƣơng pháp trộn kiềm NaOH (trộn trực tiếp)
Ch t ết nh trường th ch – NaOH nồng ộ h nhau i u hế ở trên ư c ùng trộn với trường th ch và tro bay, x theo số li u như ng 2.4. Các phối li u sau khi cân theo t l sẽ ư c trộn u với nhau trong 30 phút và tiến hành ép thành viên hình trụ ó ường kính 46mm, chi u cao 30mm, l p ư ài ặt ở 100 kg/cm2. Sau khi ép t o hình, các khối ê tơng po yme ư t óng rắn trong phịng thí nghi m Sau 28 ngày em o ường ộ hịu nén.
Bảng 2.4. Thành phần phối liệu của vật liệu tro- xỉ- trƣờng thạch- NaOH
Kí hiệu mẫu Tro bay (g) Xỉ (g) Trƣờng thạch (g) Nƣớc (ml) NaOH (g) X01 200 50 50 50 10 X02 200 50 50 50 15 X03 200 50 75 50 10 X04 200 50 75 50 15
Phƣơng pháp kiềm vôi
Các thông số v phối li u ủa v t li u ê tông ư tr nh ày trong ng 2 5. Các phối li u sau khi cân theo t l sẽ ư c trộn u với dung dịch ki m ho t hóa
y = 0.2628x + 0.0129 R² = 0.9975 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Abs Nồng độ Si4+ ( ppm )
trong 30 phút và tiến hành ép thành viên hình trụ ó ường kính 46mm, chi u cao 30mm, l p ư ài ặt ở 100kg/cm2. Sau khi ép viên, các khối bê tông polyme ư t óng rắn trong phịng thí nghi m. Sau 28 ngày em o ường ộ hịu nén.
Bảng 2.5. Thành phần phối liệu của vật liệu tro- xỉ- trƣờng thạch- vơi
Kí hiệu mẫu Tro bay (g) Xỉ (g) Trƣờng thạch (g) Nƣớc (ml) Khối lƣợng Ca(OH)2 (g) V01 200 50 50 50-55 25 V02 200 50 50 50-55 30 V03 200 50 50 50-55 35 V04 200 50 50 50-55 40 V05 200 50 50 50-55 45 V06 200 50 75 50-55 37,5 V07 200 50 75 50-55 45 V08 200 50 75 50-55 52,5 V09 200 50 75 50-55 60 V10 200 50 75 50-55 67,5 V11 200 50 100 50-55 50 V12 200 50 100 50-55 60 V13 200 50 100 50-55 70 V14 200 50 100 50-55 80 V15 200 50 100 50-55 90 Phƣơng pháp xút vôi
Tiến hành àm tương t như quy tr nh ở hai phương ph p trên với hàm ư ng trường th ch trong v t li u là 20%, 30%, 40% khối ư ng của tro x , t l khối ư ng NaOH: Ca(OH)2 là 1:1. Thành phần phối li u ư c th hi n trên ng 2 6.
Bảng 2.6. Thành phần phối liệu của vật liệu tro- xỉ- trƣờng thạch- vơi- NaOH Kí hiệu mẫu Tro bay (g) Xỉ (g) Trƣờng thạch (g) Nƣớc (ml) Tổng khối lƣợng kiềm (g) XV01 200 50 50 50-55 25 XV02 200 50 50 50-55 30 XV03 200 50 50 50-55 35 XV04 200 50 75 50-55 37,5 XV05 200 50 75 50-55 45 XV06 200 50 75 50-55 52,5 XV07 200 50 100 50-55 50 XV08 200 50 100 50-55 60 XV09 200 50 100 50-55 70
Phƣơng pháp xút- thủy tinh lỏng
Tiến hành àm tương t như quy tr nh ở phương ph p trên với hàm ư ng trường th ch trong v t li u là 20%, 30%, 40% khối ư ng tro x , NaOH 5M, t l khối ư ng thủy tinh lỏng: NaOH lần ư t là 1:1, 1:2, 2:1.. Thành phần phối li u ư c th hi n trên ng 2.7.
Bảng 2.7. Thành phần phối liệu của vật liệu tro- xỉ- trƣờng thạch- thủy tinh lỏng- NaOH Kí hiệu mẫu Tro bay (g) Xỉ (g) Trƣờng thạch (g) Nƣớc (ml) Khối lƣợng NaOH rắn (g) Khối lƣợng dd thủy tinh lỏng (g) XT01 200 50 50 50 10 13,16 XT02 200 50 50 50 10 26,32 XT03 200 50 50 50 10 52,64 XT04 200 50 75 50 10 13,16
XT06 200 50 75 50 10 52,64 XT07 200 50 100 50 10 13,16 XT08 200 50 100 50 10 26,32 XT09 200 50 100 50 10 52,64 2.3.4. Tính tốn xử lý kết quả 2.3.4.1. Cƣờng độ nén X ịnh ường ộ nén của s n ph m:
Đặt m u sao cho tâm m u thử trùng với tâm n n ưới của máy nén. Tố ộ tăng c nén ph i u từ kho ng 0,4 – 0,8 MPa trong một giây ến khi m u thử bị phá hủy hoàn toàn ( im ồng hồ quay trở l i). Ghi giá trị l c nén[10].
2.3.4.2. Độ hút nƣớc
Các m u sau 28 ngày sẽ ư c ki m tra ộ hút nước theo TCVN 6355-4:2009 v G ch xây - Phương ph p thử - Phần 4: X ịnh ộ hút nước.
- Đặt các m u thử theo chi u thẳng ng vào cố nước có nhi t ộ 27 0C ± 2 0C. Kho ng cách gi a các viên g ch cách thành b 10 mm. M nước ph i cao hơn mặt m u thử ít nh t 20 mm. Thời gian ngâm m u là 24h.
- Vớt m u ra ùng hăn m th m b mặt m u thử và cân m u ã bão hòa nước, thời gian từ khi vớt m u ến khi cân xong không quá 3 phút.
Độ hút nước từng m u thử X, tính bằng % theo cơng th c:
m0 là khối ư ng trướ hi ngâm nước (g) m1 là khối ư ng m u sau hi ngâm nước (g)
2.3.4.3. Độ kiềm dƣ
Đặt các m u thử theo chi u thẳng ng vào cố nước cho thêm 100ml nước.Thời gian ngâm m u là 24h. Sau mỗi 24h l y m u nướ em ọc rồi phân tích ư ng ki m ư và o pH Làm iên tục trong 8 ngày.
Độ ki m ư: x ịnh d a trên nguyên tắc chu n ộ axit azơ Sử dụng dung dịch HCl 0,1M.
Độ ki m ư ư c tính bằng nồng ộ (mM) theo công th c: =
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc trƣng, tính chất của nguyên vật liệu 3.1. Đặc trƣng, tính chất của nguyên vật liệu
3.1.1. Đặc trƣng, tính chất của tro bay và xỉ nhiệt điện
Tro bay Ph L i thuộc lo i F. Với công ngh ốt hi n t i áp dụng t i nhà máy nhi t i n Ph L i hàm ư ng than hưa h y h ao ( tro bay là 14,6% và tro x là 22,6%). Thành phần hóa học của tro bay và tro x Ph L i ư o ằng phương pháp XRF cho kết qu như trên ng 3.1. Thành phần khoáng của tro bay và x ư x ịnh thông qua gi n ồ XRD như trên h nh 3 1 và 3 2
Bảng 3.1. Thành phần hóa học chính của tro bay, tro xỉ Phả Lại 2
Thành phần hóa học Tro bay Hàm lƣợng (%) Tro xỉ Hàm lƣợng (%) SiO2 51,98 44,11 Al2O3 19,92 18,83 Fe2O3 4,47 5,36 MnO 0,037 0,057 Độ mất khi nung (%) (C dƣ), tại 750 ± 50oC 14,6 22,6
Tro bay từ các nhà máy nhi t i n gồm chủ yếu các s n ph m t o thành từ quá trình phân hủy và biến ổi của các ch t ho ng ó trong than Hầu hết là các h p ch t silicat bao gồm các oxit kim lo i như SiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO …ngồi ra cịn có một số kim lo i nặng như C Ba P Cu Zn,...
Tro bay nhi t i n Ph L i 2 có thành phần chính là SiO2 và Al2O3 với hàm ư ng tương ng là 51,98% và 19,92%. Tro x nhi t i n Ph L i ó hàm ư ng