Để tạo hình cho gạch, hỗn hợp vật liệu phải được trộn với nước để có tính dẻo, tính dính, tạo được liên kết giữa các phần tử, nhưng trước khi đưa gạch vào lò nung, gạch đã được phơi khô trong không khí. Trong quá trình phơi này, gạch bị mất nước dần, làm cho kích thước gạch giảm dần. Gạch ướt trong khuôn có kích thước cạnh lớn là 50mm x 50mm x 10mm, nhưng khi phơi khô thì cạnh dài có kích thước trung bình là 48,75mm x 49,1mm x 9,7mm. Tức là sau phơi, kích thước gạch còn 97,5% so với ban đầu, hay gạch bị ngót khoảng 7,13%.
Bảng 3.12. Độ co ngót của gạch nung Loại gạch Kích thƣớc trung bình cạnh của gạch (mm xmm x mm) Tỉ lệ thể tích so với gạch ƣớt (%) Co ngót (%) Gạch ướt 50 x 50 x 10 100 0 Gạch khô 48,75 x 49,1 x 9,7 92,87% 7,13% 600oC 48,16 x 48,25 x 9,63 89,51% 10,49% 700oC 47,9 x 48,02 x 9,60 88,32% 11,68% 800oC 47,5 x 47,31 x 9,55 85,84% 14,16% 900oC 46,68 x 47,10 x 9,49 83,46% 16,54% 1000oC 45,85 x 45,76 x 9,40 78,89% 21,11%
69
Sau khi phơi khô gạch được nung lên ở các nhiệt độ 600, 700, 800, 900 và 1000oC, trong quá trình nung, thành phần hóa học và khoáng vật của gạch thay đổi, có thể tạo ra các co ngót hoặc trương nở. Kích thước của gạch và sự thay đổi kích thước sau nung được thể hiện ở Hình 3.9.
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến độ co ngót của vật liệu
Như vậy, khi tăng nhiệt độ nung lên, độ co ngót của gạch càng cao, từ 600 đến 700o
C sự chênh lệch về độ co ngót giữa các nhiệt độ là không nhiều. Ở 600oC gạch bị ngót 10,49%, lên 700oC gạch co ngót 11,68 % (tăng thêm 1,19%). Nhưng ở 700 đến 1000oC, gạch co ngót với cường độ lớn hơn, sự co ngót giữa các nhiệt độ thể hiện rõ ràng, ở 800oC gạch co ngót 14,16%, đến 900oC là 16,54% (tăng 2,38% so với ở 800oC) và đặc biệt cao nhất ở 1000o
C, độ co ngót là 21,11% (tăng 4,57% so với ở 900oC) . Có thể giải thích cho sự co ngót không 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 khô đến nhiệt độ nung là 700oC, giai đoạn này xảy ra co ngót do quá trình mất nước vật lý trong các tinh thể ngậm nước và đốt cháy các thành phần hợp chất hữu cơ, chuyển
70
các thành phần hữu cơ thành khí bay đi, còn lại phần tro trong gạch. Ở giai đoạn 800 đến 1000o
C, 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 dạng vô 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.
3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ cứng vật liệu
Để xác định được độ cứng của vật liệu, cần đưa vật liệu về kích cỡ của gạch thực. Tiến hành pha trộn phụ gia tương tự như trên, theo đúng tỉ lệ thành phần. Nhưng gạch được đóng với kích cỡ lớn: 230mm x 110mm x 63mm và được sấy, 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 xác định các đặc tính như khả năng chịu uốn, chịu nén, độ hút nước theo TCVN 6355:2009. Kết quả của phép phân tích đặc tính vật lý của gạch được thể hiện trong Bảng 3.13.
Bảng 3.13. Kết quả phân tích các đặc tính vật lý của gạch [13,14,15]
Theo TCVN 1451:1998 – 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 3.14.
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Phƣơng pháp thử
1 Cường độ nén Mpa 7,7 TCVN 6355-2:2009 2 Cường độ uốn Mpa 2,8 TCVN 6355-3:2009
71
Bảng 3.14. Cƣờng độ uốn và nén cho gạch đất sét nung
Mác gạch Cƣờng độ nén (Mpa) Cƣờng 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% [12].
Nếu so sánh kết quả phân tích đặc tính của gạch với TCVN 1451:1998, có thể thấy 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 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 mác gạch, yêu cầu về độ hút nước cho gạch đất sét nung luôn 16%, còn gạch từ nguyên liệu bùn đỏ này lại có độ hút nước là 19,5%, cao hơn so với tiêu chuẩn.
Do đặc điểm của bùn đỏ 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
72
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 1,6 kg/viên
Trong khi đó, với các loại gạch đất sét thông thường cùng kích thước, có khối lượng trung bình > 2,2 kg. Như vậy, khi so sánh gạch được làm từ bùn đỏ và gạch đất sét thông thường, độ xốp của gạch bùn đỏ cao hơn và điều này có thể giải thích cho khả năng hút ẩm cao của gạch bùn đỏ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy, với những nghiên cứu trước đây về đặc tính hóa lý của bùn đỏ Tây Nguyên và các nghiên cứu về phương pháp sản xuất gạch nung là cơ sở để đưa ra các hướng nghiên cứu mới cho luận văn. Cũng là nghiên cứu phương pháp sản xuất gạch, nhưng ở nghiên cứu này đặt ra vấn đề về tính an toàn cho người sử dụng gạch, tức là gạch sản xuất ra vừa phải đáp ứng các yêu cầu về tính cơ lý của vật liệu xây dựng, vừa phải đảm bảo tính an toàn đối với môi trường và sức khỏe con người: pH, hàm lượng kim loại nặng, phóng xạ.
73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
1. Với các kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy, việc sử dụng bùn đỏ làm nguyên liệu cho sản xuất gạch nung là hợp lý, góp phần làm giảm các tác động xấu đến môi trường do hoạt động sản xuất alumin gây ra.
2. Khi giữ nguyên tỉ lệ phối trộn mẫu, nâng dần nhiệt độ nung lên, thành phần khoáng của mẫu có sự thay đổi đáng kể. Ở nhiệt độ càng cao, hàm lượng quartz trong mẫu càng giảm (39,93% ở 600oC xuống 9,64% ở 1000oC), hàm lượng khoáng hematite càng tăng (16,36% ở 600oC lên 38,53 % ở 1000o
C). Hàm lượng albite có xu hướng giảm nhưng không đáng kể, hàm lượng zeolite biến thiên ít, ở mức ổn định.
3. Kết quả đo pH của dịch chiết mẫu sau 3 lần chiết cho thấy, ở các dịch chiết mẫu sau có pH thấp hơn dịch chiết mẫu đầu tiên và càng về sau pH ổn định, nhưng pH giữa các lần chiết không chênh lệch nhiều. Còn khi thay đổi nhiệt độ nung mẫu, tăng nhiệt độ nung lên thì pH của dịch chiết có xu hướng giảm nhưng không nhiều.
4. Lấy dịch chiết cuối cùng của mẫu ở nhiệt độ nung khác nhau để đo các chỉ tiêu kim loại nặng Cu, Zn, Pb, Cd cho thấy, đối với chỉ tiêu Pb và Cd, hầu như ở tất cả các nhiệt độ nung đều không phát hiện được, còn chỉ tiêu Zn và Cu đều ở mức thấp, nằm dưới ngưỡng cho phép của chất thải nguy hại và nồng độ trung bình trong môi trường tự nhiên.
5. Khi đưa nhiệt độ nung gạch lên cao độ co ngót của vật liệu càng lớn, ở nhiệt độ nung 600o
C gạch bị giảm 10,5% về thể tích và ở 1000oC là 21,11%.
6. Đưa nguyên liệu vào sản xuất gạch theo quy trình sản xuất gạch công nghiệp: kích cỡ 230mm x 110mm x 63mm nung theo nhiệt độ lò nung công nghiệp (1000oC) để xác định tính chất vật lý của gạch. Gạch có độ chịu nén đạt tiêu chuẩn gạch M75 và cường độ chịu uốn đạt M150. Tuy nhiên, khi so
74
sánh với yêu cầu kĩ thuật về độ hút nước, thì gạch đạt độ hút nước là 19,5%, còn yêu cầu kĩ thuật là dưới 16%. Đây là do nguyên liệu có hàm lượng huyền phù cao, lưu giữ nước tốt, nên gạch nung lên sẽ có độ rỗng cao, tăng khả năng hút nước. Nếu so sánh với gạch đất sét nung thông thường cùng kích cỡ thì gạch tự bùn đỏ có khối lượng nhỏ hơn nhiều (>0,6 kg/viên, với kích cỡ như nhau).
KIẾN NGHỊ
1. Với các kết quả nghiên cứu cho thấy, do các ưu khuyết điểm về tính chất vật lý nên loại gạch từ bùn đỏ có thế sử dụng để xây dựng trong nhà, ít chịu tác động của thời tiết, nhưng cần có các nghiên cứu thêm để có thể tăng cường các ưu điểm của loại gạch này: nhẹ, chịu uốn, chịu nén và khắc phục nhược điểm: độ hút nước cao để có thể sử dụng cho xây dựng ngoài trời. Với độ xốp cao, gạch có tiềm năng sử dụng cho mục đích là vật liệu cách nhiệt trong xây dựng dân dụng.
2. Tiến hành với các thí nghiệm vật liệu với tỉ lệ phối trộn bùn đỏ:cao lanh:cát khác hoặc sử dụng các phụ gia khác có tiềm năng như: tro bay, bột đá vôi... để có được nhiều loại gạch với các chức năng khác hay sản xuất các loại vật liệu xây dựng khác nhau.
3. Nhà nước cần hỗ trợ các nhà khoa học và các doanh nghiệp triển khai mạnh mẽ các ứng dụng trong lĩnh vực tận dụng chất thải rắn là bùn đỏ nhằm giải quyết vấn đề môi trường và coi đó như dạng tài nguyên mới tiềm năng cho phát triển kinh tế.
75
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Bộ Khoa học và công nghệ (2001), TCVN 6866:2001 - An toàn bức xạ. Giới hạn liều đối với nhân viên bức xạ và dân chúng.
2. Bộ tài nguyên và môi trường (2009), QCVN 07: 2009 - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại.
3. Trần Ngọc Dư (2012), ―Xử lý bùn đỏ chất thải sau quá trình công nghệ chế biến quặng bauxite‖, Giải pháp công nghệ mới, thân thiện môi trường, Tạp chí Môi trường đô thị Việt Nam, 75(3), tr. 29-31.
4. Hồ Sĩ Giao, Mai Thế Toản (2008), ―Dự án khai thác, chế biến bauxite Tây Nguyên và vấn đề môi trường‖, Tài nguyên và Môi trường, (7), tr.51.
5. Lưu Đức Hải, Trần Văn Quy, Nguyễn Xuân Huân, Trần Văn Sơn (2012), ―Nghiên cứu một số đặc tính hóa học và vật lý cơ bản của bùn đỏ nhằm định hướng sản xuất vật liệu xây dựng‖, Tạp chí khoa học ĐHQG, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 28(4S), tr. 53-60.
6. Lưu Đức Hải (2012), ―Thu thập các số liệu, tư liệu về công nghệ sản xuất alumin, thành phần và tính chất của bùn đỏ trong các tư liệu trong và ngoài nước‖, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại Học Quốc gia Hà Nội 7. Lê Thanh Hải (2007), ―Nghiên cứu xử lý và tái sử dụng một số loại bùn thải
chứa kim loại nặng bằng ứng dụng quá trình ổn định hóa rắn‖, Tạp chí phát triển Khoa học và Công nghệ, 10(1), tr. 55-60.
8. Nguyễn Mạnh Khải (2012), ―Nghiên cứu tác động độc hại và nguy cơ gây tác động môi trường của bùn đỏ‖, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại Học Quốc gia Hà Nội.
76
9. Nguyễn Ngọc Minh (2012), ―Thu thập và phân tích phương pháp và quy trình công nghệ sử dụng bùn đỏ để sản xuất vật liệu xây dựng‖, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại Học Quốc gia Hà Nội. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
10. Minh Quang (2009), ―Dự án khai thác bauxite ở Đăk Nông – Cơ hội cho địa phương thoát nghèo‖, Tài nguyên và Môi trường, (9), tr.28.
11. Trần Văn Sơn (2012), ―Thiết lập quy trình công nghệ sử dụng bùn đỏ để sản xuất gạch xây gốm nung‖, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại Học Quốc gia Hà Nội.
12. TCVN 1451:1998 - Gạch đặc đất sét nung 13. TCVN 6355-2:2009 - Xác định cường độ nén 14. TCVN 6355-3:2009 - Xác định cường độ uốn 15. TCVN 6355-4:2009 - Xác định độ hút nước 16. TCVN 6476:1999 - Gạch bê tông tự chèn 17. TCVN 6477:1999 - Gạch block tự chèn.
18. Tổng công ty khoáng sản (2006), ―Đánh giá tác động môi trường Tổ hợp bauxite Lâm Đồng‖.
19. Tổng Cục Địa chất và Khoáng sản (2011), Điều tra đánh giá tổng thể tiềm năng quặng bauxite, quặng sắt laterit miền Nam Việt Nam, Hà Nội.
20. Bùi Cách Tuyến, Mai Thế Toản (2009), ―Công nghiệp khai thác Bauxite - sản xuất alumina - nhôm tại khu vực Tây Nguyên: Tiềm năng và thách thức‖,
Tạp chí tài nguyên và Môi trường, (8), tr. 12.
21. Nguyễn Thành Vạn (2012), ―Tài nguyên bauxite ở Việt Nam và sự phát triển bền vững‖.
77
22. Nguyễn Khắc Vinh (2009), ―Tài nguyên bauxite trên Thế giới và Việt Nam‖,
Tạp chí tài nguyên và môi trường (số 7), tr. 49-51.
Tiếng Anh
23. A. Collazo, D. Fernández, M. Izquierdo, X.R. Nóvoa, C. Pérez (2005), ―Evaluation of red mud as surface treatment for carbon steel prior painting‖, Progress in Organic Coatings, (52), pp. 351–358.
24. B. Koumanova, M. Drame, M. Popangelova (1997), ―Phosphate removal from aqueous solutions using red mud wasted in bauxite Bayer's process‖, Resources, Conservation and Recycling, (19), pp. 11- 20.
25. C. Klauber, M. Gräfe, G. Power (2011), ―Bauxite residue issues: II. options for residue utilization‖, Hydrometallurgy, (108), pp. 11 – 32.
26. Claudia Brunori, Carlo Cremisini, Paolo Massanisso (2005), ―Reuse of a treated red mud bauxite waste: studies on environmental compatibility‖, Journal of Hazardous Materials (B117), pp. 55–63.
27. D. Tuazon , G.D. Corder (2008), ―Life cycle assessment of seawater neutralised red mud for treatment of acid mine drainage‖, Resources, Conservation and Recycling, (52), pp. 1307–1314.
28. Édith Poulin , Jean-François Blais, Guy Mercier (2008), ―Transformation of red mud from aluminium industry into a coagulant for wastewater treatment‖,
Hydrometallurg, (92), pp. 16–25.
29. Hanifi Binic, Orhan Aksogan, Derya Bakbak (2009), ―Sound insulation of fibre reinforced mud brick walls‖, Construction and Building Materials, (23), pp. 1035–1041.
30. Houda Mekki, Michael Anderso, Mourad Benzina (2008), ―Valorization of olive mill wastewater by its incorporation in building bricks‖, Journal of Hazardous Materials, 158), pp. 308–315.
78
31. Hülya Genç-Fuhrman, Jens Christian Tjell (2004), ―Increasing the arsenate adsorption capacity of neutralized red mud‖, Journal of Colloid and Interface Science, (271), pp. 313–320.
32. Li Zhong, Yifei Zhang Yi Zhang (2009), ―Extraction of alumina and sodium oxide from red mud by a mild hydro-chemical process‖, Journal of Hazardous Materials, (172), pp. 1629–1634.
33. LIU Chang-jun, LI Yan-zhong, LUAN Zhao-kun (2007), ―Adsorption removal of phosphate from aqueous solution by active red mud‖, Journal of Environmental Sciences, (19), pp. 1166–1170.
34. M. Giugliano and A. Paggi j' (1985), ―Use of tannery sludge in brick production‖, Waste Management & Research, (3), pp. 361 -368.
35. Mária Omastová, Jan Proken (2007), ―Synthesis and characterization of red mud/polyaniline composites: Electrical properties and thermal stability‖,
European Polymer Journal, (43), pp. 2471–2480.
36. Ran Zhang, Shili Zheng, Shuhua Ma, Yi Zhang (2011), ―Recovery of alumina and alkali in Bayer red mud by the formation of andradite - grossular
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});