2.3 .Phương pháp nghiên cứu
2.3.2 .Phương pháp tận dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng
* Nguyên liệu
Bùn đỏ: đã được sấy khô từ dây chuyền sản xuất alumin của nhà máy hóa
chất Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh. Sau khi lấy bùn đỏ về tiến hành nghiền mịn, rây qua rây 1mm.
Đất sét kaolin: được lấy từ Trúc Thơn (Hải Dương), có thành phần chủ yếu là
nhôm và silic, thành phần nhôm bổ sung vào vật liệu, góp phần cùng các thành phần có trong bùn đỏ hình thành các khống mới. Ngồi ra sét cịn có độ mịn cao giúp tăng cường khả năng liên kết của vật liệu. Phụ gia đất sét kaolinite được phơi khô, đập nhỏ và nghiền thành bột mịn và sàng lấy phần mịn < 0,1 mm trước khi đưa vào phối liệu để đảm bảo độ đồng đều của phối liệu khi trộn.
Cát xây dựng: Cát xây dựng được sử dụng là cát sơng Hồng, có thành phần hóa học chủ yếu là SiO2, có độ hạt < 1mm. Vật liệu cát khi đưa vào phối liệu sẽ làm giảm tính kiềm và độ nhớt của bùn đỏ, do đó khơng cản trở đến q trình gia cơng chế tạo sản phẩm thô. Phần lớn vật liệu cát khi nung không bị mất nước, cùng với các thành phần oxit nhôm và sắt trong bùn đỏ tạo nên độ rắn chắc của gạch gốm nung. Nhược điểm lớn nhất của loại phụ gia này là việc tạo nên tỷ trọng cao của sản phẩm gạch gốm nung, nhưng đây lại là loại phụ gia có giá thành rẻ và có ở nhiều địa phương.
Than đá được lấy tại Tỉnh Quảng Ninh, có thành phần hóa học chính của nó
là Cacbon ngồi ra cịn có các nguyên tố khác như Lưu huỳnh. Dùng than đá trong sản xuất gạch để tăng cường độ chịu lực chín thấu, màu sắc đẹp, tăng độ xốp của vật liệu.
Qua quá trình nghiên cứu tìm hiểu về thành phần tính chất của các ngun liệu, kết hợp tham khảo quy trình sản xuất gạch xây dựng khác dẫn tới xây dựng quy trình sản xuất gạch như hình 2.5.
Hình 2.5: Quy trình sử dụng bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng
Trong quá trình sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng, có hai loại kích cỡ gạch được sử dụng là 50 x 50 x 10 mm và 230 x 110 x 63mm. Mỗi kích cỡ phục vụ
Nung sản phẩm trong lị Định hình gạch
Phơi sấy sản phẩm
Chuẩn bị phụ gia: đất sét, cát xây dựng, than
cho mỗi đích nghiên cứu khác nhau, cỡ gạch 50 x 50 x 10 mm dùng để phân tích xác định thành phần, mức độ an tồn của vật liệu xây dựng (thực hiện tại phịng thí nghiệm khoa Môi trường, trường Đại học khoa học tự nhiên); còn cỡ gạch 230 x 110 x 63 mm dùng trong xác định đặc tính vật lý của vật liệu (thực hiện tại Nhà máy gạch Viglacera Hữu Hưng). Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất hai loại gạch này, đều có những thao tác và trình tự tương tự nhau.
2.3.3. Phương pháp xác định tỉ lệ phối trộn
Dựa vào thành phần hóa học của bùn đỏ, sét ,cát và than, thành phần hóa học của gạch xây dựng, tính tốn được tỉ lệ bùn đỏ, sét,cát và than cần có để phối trộn và nhiệt độ nung thích hợp. Theo kết quả nghiên cứu của đề tài “ nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình ổn định hóa rắn” [9] ta thấy rằng nhiệt độ để
gạch đạt được đến mức ổn định hóa rắn tốt nhất là 10000C . Chính vì vậy,trong
nghiên cứu này tỷ lệ Bùn đỏ: Cao lanh: Cát: Than được tiến hành phối trộn theo các
tỷ lệ khác nhau ( bảng 2.10) và được nung ở một nhiệt độ cố định là 10000C để
nghiên cứu q trình ổn định hóa rắn khi ta thay đổi tỉ lệ phối trộn.
Sau khi tính tốn một số tỉ lệ phối trộn đã được tiến hành nghiên cứu như bảng sau:
Bảng2.10 : Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu theo các công thức khác nhau
Mẫu % theo khối lượng
Tỷ lệ (%) Bùn đỏ
Mẫu % theo khối lượng
Tỷ lệ (%) Bùn đỏ CT1 A:0B 100 CT6 CT1:3%T 97 CT2 2A:1B 67,67 CT7 CT2:3%T 65,67 CT3 4A:1B 80,00 CT8 CT3:3%T 78,60 CT4 4CT1:1C 80,00 CT9 CT4:3%T 78,60 CT5 4CT3:1C 84,21 CT10 CT5:3%T 81,68
Trong đó ký hiệu: A: Bùn đỏ; B: Cao lanh; C: Cát; T: Than đá; CT: công thức
Phương pháp phân tích trong phịng thí nghiệm nhằm mục đích kiểm tra sự thay đổi thành phần khoáng ở các tỷ lệ phối trộn khác nhau, các đặc tính vật lý, hóa học của vật liệu sau khi xử lý. Để xác định ảnh hưởng của các tỷ lệ phối trộn đến thành phần khống và độc tính của dịch chiết, gạch được đóng với kích cỡ (50x50x10mm) và
nung ở một nhiệt độ cố định là 10000C trong phịng thí nghiệm khoa Mơi Trường,
Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên.
2.3.4.1. Phương pháp xác định sự thay đổi thành phần khoáng vật của vật liệu
Vật liệu sau khi nung, hình thành các loại liên kết mới, nên có thành vật khống vật thay đổi.
Muốn xác định khả năng khống hóa của vật chất, sử dụng phương pháp chụp XRD bằng máy SIEMENS D5005 tại khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học tự nhiên..
2.3.4.2. Phương pháp ngâm chiết xác định độc tính của vật liệu
Phương pháp này nhằm xác định tính linh động của kim loại trong gạch sau q trình ổn định hóa rắn. Từ kết quả thu được so sánh với quy chuẩn môi trường về chất thải nguy hại QCVN 07-2009 BTNMT để kiểm tra tính an tồn của vật liệu.
Xác định hàm lượng kim loại nặng trong dịch chiết
Ngâm mẫu gạch trong môi trường pH = 4,93 ± 0,05 ((CH3)2CHOOH, NaOH)
sau các khoảng thời gian 18, 36, 54… giờ với tỷ lệ mẫu: dung dịch = 1:19, tiến hành kiểm tra pH dịch chiết đến khi thu được giá trị pH ổn định, dịch chiết cuối cùng được mang đi phân tích hàm lượng kim loại nặng bằng máy AAS-6800 hãng Shimazdu, Nhật Bản.
2.3.4.3. Phương pháp xác định khả năng hòa tách kiềm của vật liệu
Phương pháp này nhằm xác định khả năng thơi kiềm của vật liệu. Vì vật liệu là gạch xây dựng, thường xuyên tiếp xúc với mơi trường do đó ta cần kiểm tra khả năng thôi kiềm của vật liệu trong điều kiện thời tiết mưa hoặc độ ẩm cao.
Quy trình kiểm tra trong phịng thí nghiệm: Ngâm 5g mẫu trong 100ml nước cất, tiến hành khuấy từ trong 5 phút, sau đó kiểm tra giá trị pH của dung dịch.
Đánh giá mức độ an toàn về mơi trường
Vì vật liệu làm từ bùn đỏ - chất thải nguy hại chứa kim loại nặng và độ pH cao nên để đảm bảo sản phẩm sau q trình xử lý an tồn với mơi trường ta phải kiểm tra, đánh giá các thông số về hàm lượng kim loại nặng trong dịch chiết, pH trong dung dịch ngâm.
Quy chuẩn được sử dụng để so sánh, đánh giá là QCVN 07-2009 BTNMT (quy chuẩn về ngưỡng chất thải nguy hại).
2.2.5. Phương pháp thí nghiệm ngồi thực tế
Để gạch có thể được sử dụng vào thực tế, cần có các đặc tính phù hợp với các tiêu chuẩn cho gạch xây dựng, quan trọng nhất là các đặc tính: chịu uốn, chịu nén, hút nước [38]. Các đặc tính này được xác định tại Trung tâm kiểm định vật liệu xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng.
Để xác định đặc tính vật lý của gạch, gạch được đóng với kích thước 230mm x 110mm x 63mm nung theo nhiệt độ lò nung tuynel ở nhà máy gạch Viglacera
Hữu Hưng dao động trong khoảng 10000C – 12000C.
2.2.6. Phương pháp phân tích, đánh giá tổng hợp
Dựa trên những số liệu đã phân tích, thu thập được để đưa ra phương thức tiến hành, cách đánh giá, đề xuất một số giải pháp.
2.2.7. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp
Các số liệu thu thập từ các điều tra, đề tài, các chuyên đề về công nghệ sản xuất alumin tại hai nhà máy Nhân Cơ và Tân Rai.
Thu thập các phương pháp, số liệu nghiên cứu, đánh giá trong các tài liệu, giáo trình, tạp chí khoa học có liên quan đến công nghệ Bayer, phương pháp xử lý bùn đỏ, sản xuất vật liệu xây dựng, đánh giá chất lượng sản phẩm...