2.5.1. Xác định độ mịn
Thạch cao nung xong được nghiền thành bột mịn, thạch cao càng mịn thì quá trình thủy hóa càng nhanh, cứng rắn càng sớm và cường độ chịu lực càng tốt. Ðộ mịn thạch cao được tính bằng phần trăm (%) theo tỷ số giữa khối lượng phần còn lại trên sàng và khối lượng mẫu ban đầu, với độ chính xác tới 0,1%.
Độ mịn của thạch cao được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4030:2003.
2.5.2. Xác định lượng nước tiêu chuẩn
Khi nhào trộn thạch cao với nước để tạo ra vữa, nếu trộn ít nước quá thì vữa sẽ khô khó thi công, nếu lượng nước trộn nhiều quá thì vữa sẽ nhão dễ thi công nhưng nước thừa nhiều khi bay hơi đi để lại nhiều lỗ rỗng làm cho cường độ chịu lực của vữa giảm. Vì vậy phải nhào trộn với một lượng nước thích hợp nhằm đảm bảo hai yêu cầu: vừa dễ thi công, vừa đạt được cường độ chịu lực cao. Lượng nước đảm bảo cho vữa thạch cao đạt được hai yêu cầu trên gọi là lượng nước tiêu chuẩn. Lượng nước đó đảm bảo cho hồ thạch cao có độ đặc tiêu chuẩn và được biểu thị bằng tỷ lệ % nước so với khối lượng của thạch cao. Lượng nước tiêu chuẩn được xác định theo TCVN 6017:1995.
2.5.3. Xác định thời gian đông kết
Sau khi trộn thạch cao với nước hồ thạch cao dần dần đông đặc lại. Thời gian từ khi bắt đầu nhào trộn thạch cao với nước cho tới khi hồ thạch cao mất dẻo và bắt đầu cứng lại và có độ chịu lực gọi là thời gian đông kết. Thời gian đông kết của thạch cao bao gồm hai giai đoạn:
+ Thời gian bắt đầu đông kết: Là khoảng thời gian từ khi bắt đầu nhào trộn thạch cao với nước đến khi hồ mất tính dẻo. Ứng với lúc kim vika có đường kính 1,1mm lần đầu tiên cắm sâu cách tấm kính ≤0,5 mm.
30
+ Thời gian kết thúc đông kết: Là khoảng thời gian từ khi bắt đầu nhào trộn thạch cao với nước đến khi hồ có cường độ nhất định, ứng với lúc kim vika có đường kính 1,1 mm lần đầu tiên cắm sâu vào hồ ≤0,5 mm.
Các loại thạch cao có thời gian đông kết khác nhau. Nếu đông kết sớm quá thì việc thi công phải hết sức khẩn trương, có khi thi công không kịp nhưng cường độ lúc đầu cao và ngược lại. Để có chế độ thi công hợp lý và đảm bảo chất lượng công trình thời gian đông kết của thạch cao cần phải được xác định cụ thể bằng cách sau:
1. Thanh chạy 2. Lỗ trượt 3. Vít điều chỉnh 4. Kim chỉ vạch 5. Thước chia độ 6. Kim vika 7. Khâu vika 8. Bàn để dụng cụ vika
Đổ một lượng nước tương ứng với độ đặc tiêu chuẩn của hồ thạch cao vào một chậu bằng kim loại hoặc bằng sứ; Sau đó đổ vào chậu 200g thạch cao, bắt đầu tính thời gian rồi trộn đều bằng tay. Phải đổ từ từ trong 30 giây cho hồ thạch cao vào khâu của máy đặt trên tấm kính, cắt hồ thừa bằng dao và miết bằng mặt. Sau đó đặt khâu dưới kim của máy cho đầu kim xuống sát mặt hồ, mở ốc hãm thanh chạy và kim tự do rơi xuống cắm vào hồ thạch cao. Cứ 30 giây cho kim rơi một lần, cắm ở các vị trí khác nhau, trước khi cho kim rơi phải lau sạch kim. Dùng đồng hồ theo dõi thời gian trong suốt quá trình trộn và thả kim rơi.
2.5.4. Cường độ chịu nén:
Cường độ chịu nén đặc trưng cho cường độ của thạch cao, cường độ nén là một chỉ tiêu để đánh giá phẩm chất của thạch cao.
Để đánh giá cường độ nén của thạch cao người ta đúc 3 mẫu hình lập phương cạnh 7,07 cm và đem nén sau 1,5 giờ. Cách tiến hành như sau : Trộn thạch cao với một lượng nước tương ứng với độ đặc tiêu chuẩn của hồ thạch cao
31
cho tới khi đồng nhất sau đó đổ ngay vào các khuôn. Sau khi đổ đầy khuôn miết phẳng mặt, sau 1 giờ tính từ lúc bắt đầu trộn thạch cao với nước thì tháo mẫu ra khỏi khuôn, sau 1,5 giờ đem thí nghiệm nén các mẫu. Giới hạn cường độ chịu nén của thạch cao bằng trị số trung bình cộng của các kết quả thí nghiệm trên 3 mẫu.
Cường độ chịu nén (độ bền nén) được xác định trên máy INSTRON 5582 (của Mỹ) theo công thức:
δn = Pn/a.b
Trong đó: δn: Độ bền giới hạn khi nén [MPa] Pn: Tải trọng phá huỷ mẫu [N] a: Chiều dài mẫu đo [mm] b: Chiều rộng mẫu đo [mm]
Yêu cầu: Mẫu phải nhẵn, bề mặt bằng phẳng, không khuyết tật, tiến hành đo cho
mỗi mẫu 3 phép đo, sau đó lấy giá trị trung bình.
2.5.5. Phương pháp xác định độ trắng
Chỉ số độ trắng được xác định theo tiêu chuẩn ASTM E313-00 trên máy đo độ trắng C-100 (của Nhật).
2.5.6. Phương pháp xác định hàm lượng thạch cao (CaSO4)
Hàm lượng CaSO4 xác định trên máy huỳnh quang tia X model XRF 5006- HQ02 (Việt - Mỹ).
Phổ kế huỳnh quang tia X (PKHQTX) là thiết bị ghi nhận phổ tia X huỳnh quang của mẫu khi được kích thích phù hợp. Các hệ PKHQTX được ứng dụng để phân tích định tính và định lượng thành phần nguyên tố của vật liệu. Dựa trên bản chất lưỡng tính của tia X (sóng và hạt), người ta đã chế tạo ra hai loại PKHQTX, đó là: PKHQTX phân tách các tia X theo năng lượng (Energy Dispersive X-Ray fluorescence Spectrometer, viết tắt là EDS hay EDXRFS) và PKHQTX phân tách các tia X theo bước sóng (Wavelength Dispersive X-Ray fluorescence Spectrometer - WDS). Ưu điểm nổi bật của phương pháp XRF là phân tích được đồng thời nhiều nguyên tố và không phá huỷ mẫu. Mẫu phân tích có thể ở dạng rắn, lỏng hay khí và có hình dạng, kích thước khác nhau.
2.5.7. Phương pháp xác định độ hút ẩm của tấm thạch cao
Các mẫu có hình chữ nhật có kích thước 2x12 cm với độ dày 4-6 mm được sấy khô tới khối lượng không đổi, để nguội trong bình hút ẩm trong khoảng 8 giờ. Sau đó
32
cân khối lượng chính xác đến 0,001 g bằng cân phân tích. Sau đó đặt mẫu trong thiết bị ổn định độ ẩm có môi trường hơi bão hòa dung dịch KNO3. Nhiệt độ trong 20 ngày khảo sát có thay đổi chút ít, nhưng không ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm của môi trường khảo sát. Sau từng khoảng thời gian xác định lấy mẫu ra, cân lại chính xác khối lượng bằng cân phân tích. Độ hút ẩm được xác định theo công thức sau:
Th = 100 1 1 2− × mm m [%]
Trong đó Th: Độ hút ẩm của vật liệu , % m1: Khối lượng mẫu ban đầu, g
m2: khối lượng mẫu tại thời điểm xác định sau 1 khoảng thời gian xác định, g.
2.5.8. Phương pháp đo độ giảm âm
Độ giảm âm được xác định theo tiêu chuẩn ISO 149-3:1995 bằng dụng cụ đo độ giảm âm Quest Techologies (Tổng cục đo lường chất lượng-Việt Nam).
2.5.9. Phương pháp xác định khả năng chống cháy của vật liệu xây dựng
Khả năng chống cháy của thạch cao và vật liệu xây dựng xác định theo tiêu chuẩn ASTM E119-00a. Các mẫu được cắt dạng thanh theo quy chuẩn với kích thuớc 125 x 12 x 4 mm, được cầm nghiêng 1 góc 45o, cách ngọn lửa 2cm. Mức độ chống cháy của tấm thạch cao được đánh giá thông qua thời gian chịu được ngọn lửa có nhiệt độ trong khoảng 1500oC.
2.5.10. Phương pháp xác định khả năng cách nhiệt của vật liệu
Để xác định khả năng cách nhiệt của tấm thạch cao, nhóm đề tài nghiên cứu đã chế tạo một buồng làm bằng thạch cao được chia ra làm hai ngăn có kích thước mỗi ngăn là 50 x60x50cm. Ở giữa hai ngăn cũng là tấm thạch cao. Trong ngăn đầu tiên để một máy sưởi mini đóng vai trò cấp nhiệt có chế độ tự ngắt ổn định nhiệt độ ở 50oC. Ngăn thứ hai có đặt một nhiệt kế để đọc nhiệt độ ở ngăn này. Nhiệt độ chênh lệch giữa 2 ngăn đo được nói lên khả năng cách nhiệt của tấm thạch cao. Đo nhiệt độ 2 ngăn 3 lần, rồi lấy giá trị trung bình.
33
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN BÃ THẢI PHOTPHO CỦA NHÀ MÁY DAP HẢI PHÒNG
Phân tích thành phần của bã thải photpho của nhà máy DAP Hải Phòng bằng phương pháp hóa học như trình bày trong phần 2.4. Các thí nghiệm lần lượt được tiến hành để xác định hàm lượng CaO, SO3, P2O5, Al2O3, Fe2O3, SiO2, P2O5, tạp chất mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần, rồi lấy giá trị trung bình. Kết quả phân tích xác ddịnh thành phần bã thải gyps được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Phân tích các thành phần bã thải photpho của nhà máy DAP HP (Bã thải
được sấy ở 250oC đến khối lượng không đổi)
STT Thành phần Hàm lượng [%] 1 SO3 50,30 2 CaO 34,31 4 Al2O3 0,61 5 Fe2O3 0,19 6 MgO 0,09 7 SiO2 10,89 10 P2O5 1,18 11 Tạp chất khác 2,43
Kết quả phân tích xác định thành phần bã thải DAP Hải Phòng bảng 3.1, cho thấy thành phần bã thải gyps chủ yếu là thạch cao (CaO và SO3 dưới dạng CaSO4) chiếm tới 84,61% trong đó tồn tại dưới dạng thạch cao trên 83,32% ( tỷ lệ CaO/SO3 của CaSO4 là 56/80), khoảng 1,3% SO3 tồn tại dưới dạng H2SO4, 1,18% P2O5 tồn tại ở dạng axi H3PO4.. Các thành phần khác khác như: SiO2, Al2O3, Fe2O3 chiếm khoảng 15,4%. Từ kết quả phân tích xác định thành phần bã thải thu được nhận thấy: để xử lý, tái chế chế biến bã thải gyps để thu được sản phẩm thạch cao có hàm lượng cao lớn hơn 95% theo yêu cầu đặt ra, trước hết phải loại bỏ được các thành phần như: SiO2,
34
Al2O3, Fe2O3, P2O5 và các tạp chất khác. Thành phần SO3 dưới dạng H2SO4 được xử lý bằng nước vôi trong với mục đích tạo ra thạch cao mới góp phần nâng cao hàm lượng thạch cao của sản phẩm, đồng thời có tác dụng trung hòa và xử lý các loại axit khác như H3PO4, HF không có lợi cho sản phẩm thạch cao thu được. Quá trình tuyển cơ học được sử dụng để tách các thành phần có tỷ trọng lớn hơn so với thạch cao như Al2O3 và Fe2O3, do thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành không lớn và phạm vi ứng dụng rộng rãi.
3.2. NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÃ THẢI VỚI Ca(OH)2 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ Ca(OH)2 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ Ca(OH)2
Như đã trình bày ở trên mục đích xử lý bã thải gyps bằng dung dịch Ca(OH)2 là nhằm tạo phản ứng trung hòa giữa Ca(OH)2 với các axit có trong thành phần bã thải, mục đích khác là làm tăng hàm lượng thạch cao (CaSO4) sinh ra từ phản ứng:
H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + H2O
Thực tế với hàm lượng bã thải photpho DAP Hải Phòng đã phân tích ở trên ngoài H2SO4 còn có HF, H3PO4 (P2O5), Al2O3. Do đó, để phản ứng triệt để và loại hết các thành phần trên thì lượng Ca(OH)2 thêm vào phải dư.
Al2O3 + Ca(OH)2 → Ca(AlO2)2 + H2O P2O5 + 3Ca(OH)2 → Ca3 (PO4)2 +3 H2O
HF + Ca(OH)2 → CaF2 + H2O
Để khảo sát nồng độ Ca(OH)2 tới thành phần bã thải, nồng độ Ca(OH)2 được tiến hành khảo sát trong khoảng từ 0,05 mol/l đến 0,25 mol/l, các điều kiện khác như: lượng mẫu, tốc độ khuấy...giữ nguyên không đổi. Bã thải gyps sau khi cho vào dung dịch Ca(OH)2 khuấy kỹ trong khoảng thời gian nhất định, sau được lọc và rửa sạch bằng nước. Sấy khô trước khi đem đi xác định hàm lượng của CaSO4, Al2O3 và P2O5 theo các phương pháp như đã trình bày trong mục 2.4, kết quả thu được trình bày trong bảng 3.2.
35
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ Ca(OH)2đến tính chất của sản phẩm
Điều kiện: Tốc độ khuấy 400 vòng/phút; thời gian khuấy 1 giờ
Nồng độ huyền phù = 40%, tại nhiệt độ phòng =30oC. Mẫu Nồng độ dung dịch Ca(OH)2 [mol/l] Hàm lượng CaSO4 [%] Hàm lượng Al2O3 [%] Hàm lượng P2O5 [%] N1 0,00 83,32 0,61 1,18 N2 0,05 83,89 0,58 0,67 N3 0,10 84,63 0,32 0,21 N4 0,15 85,10 0,21 - N5 0,20 85,62 0,09 - N6 0,25 85,62 0,05 -
Từ kết quả bảng trên cho thấy: khi nồng độ Ca(OH)2 tăng từ 0 lên 0,2 mol/l hàm lượng CaSO4 tăng 83,32% lên 85,62%, hàm lượng Al2O3 giảm từ 0,61% xuống 0,05%; hàm lượng P2O5 giảm từ 1,18% cho đến khi không xác định được nữa. Khi nồng độ Ca(OH)2 tiếp tục tăng từ 0,2mol/l lên 0,25mol/l hàm lượng CaSO4 không tăng, hàm lượng Al2O3 giảm từ 0,09% xuống 0,05%, Như vậy có thể thấy việc sử dụng Ca(OH)2 không những có tác dụng nâng cao hàm lượng thạch cao mà còn có tác dụng loại bỏ được hầu hết các loại axit và thành phần Al2O3 có trong bã thải. Kết quả khảo sát thu được cũng cho thấy nồng độ Ca(OH)2 thích hợp sử dụng là 0,2M. Với nồng độ Ca(OH)2 trên 0,2M hàm lượng CaSO4 không tăng nữa có nghĩa là phản ứng đã bão hòa. Nếu sử dụng nồng độ của Ca(OH)2 cao hơn nồng độ này sẽ dẫn đến dư thừa lượng Ca(OH)2, điều này sẽ không có lợi, vì lượng kiềm dư này sẽ kết hợp với CO2 không khí tạo ra các hạt CaCO3 bám lên bề mặt các hạt thạch cao làm khả năng kết dính của sản phẩm thạch cao. Từ kết quả thu được dung dịch Ca(OH)2 nồng độ 0,2 mol/l được sử dụng để trung hòa bã thải photpho.
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian thực hiện phản ứng trung hòa tới thành phần bã thải thải
Với thành phần đặc thù, các phản ứng của các bã thải với Ca(OH)2 xảy ra với tốc độ phản ứng không cao, do vậy để phản ứng đạt được hiệu suất tốt cũng cần một
36
khoảng thời gian nhất định đủ lâu. Nếu thời gian quá ngắn hiệu suất phản ứng sẽ thấp và ngược lại. Ở thời gian tối ưu thì hiệu suất phản ứng đạt giá trị cao nhất. Thông thường, thời gian càng lâu thì hiệu suất càng cao. Tuy nhiên, nếu kéo dài quá thời gian tối ưu sẽ làm mất thời gian và công sức nhưng hiệu suất không tăng được bao nhiêu hiệu quả kinh tế thấp. Để lựa chọn được thời gian thích hợp cho việc thực hiện phản ứng trung hòa. Bã thải gyps sau khi cho vào dung dịch Ca(OH)2 0,2 mol/l, được tiến hành khuấy kỹ trong khoảng thời gian được lựa chọn khảo sát là từ 0,5 giờ đến 2 giờ. Các điều kiện về tốc độ khuấy, nồng độ bã thải... là như nhau cho tất các các thí nghiệm. Kết quả thảnh hưởng thời gian thực hiện phản ứng trung hòa tới thành phần sản phẩm thu được trong bảng 3.3.
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trung hòa
Điều kiện: Tốc độ khuấy 400 vòng/phút; nồng độ dung dịch Ca(OH)2 0,2M, Nồng độ huyền phù = 40%; tại nhiệt độ phòng =30oC.
Mẫu Thời gian [giờ] Hàm lượng CaSO4 [%] Hàm lượng Al2O3 [%]
T1 0,0 83,32 0,61
T2 0,5 84,36 0,52
T3 1,0 85,62 0, 16
T4 1,5 85,63 0,10
T5 2,0 85, 64 0,08
Từ bảng số liệu trên nhận thâý rằng: khi thời gian tăng từ 0 đến 1,0 giờ hàm lượng CaSO4 tăng từ 83, 32% lên 85,62%, đồng thời nồng độ của Al2O3 giảm từ 0,61% xuống còn 0,16%. Khi thời gian tiếp tục tăng từ 1,0 lên 2 giờ hàm lượng CaSO4 hầu như ít tăng lên nữa, trong khi hàm lượng Al2O3 cũng chỉ giảm rất ít, điều này có nghĩa là phản ứng đã xảy ra gần như triệt để. Vì vậy, để tiết kiệm thời gian và công sức chúng tôi chọn thời gian thích hợp để phản ứng trung hòa là 1 giờ.
3.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến phản ứng trung hòa
Tốc độ khuấy đóng vai trò quyết định đến áp lực được tạo thành trong lòng chất lỏng khi thực hiện phản ứng trung hòa, do đó chúng tôi tiến hành các thí nghiệm với điều kiện chỉ thay đổi tốc độ khuấy còn các yếu tố khác được giữ cố định. Hỗn hợp bã thải và dung dịch Ca(OH)2 0,2M sau khi khuấy trộn, lọc rửa bằng nước. Sản phẩm
37
được sấy khô và đem đi phân tích xác định hàm lượng CaSO4 và cường độ chịu lực. Kết quả thu được trình bày trong bảng 3.4.
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến phản ứng trung hòa
Điều kiện: Thời gian khuấy 1 giờ, nồng độ dung dịch Ca(OH)2 0,2M; mật độ bã thải = 40%; tại nhiệt độ phòng =30oC. Mẫu Tốc độ khuấy