Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian sấy tới tính chất của sản phẩm mẫu thạch cao, chúng tôi tiến hành sấy sản phẩm tại nhiệt độ từ 160oC, tại đây chỉ thay đổi thời gian sấy là 3, 5, 7, 9, 11 giờ. Thạch cao sau nung sấy được đem đi chế tạo các mẫu theo tiêu chuẩn, sau đó xác định thời gian đông kết và cường độ nén các mẫu. Bảng 3.7 trình bày ảnh hưởng của thời gian nung sấy đến chất lượng của mẫu thạch cao chế tạo từ bã thải gyps.
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến tính chất của sản phẩm thạch cao chế biến từ bã thải Gyps. (Nhiệt độ nung, sấy: 160oC)
Mẫu Thời gian sấy [giờ] Thời gian bắt đầu đông kết [phút] Thời gian kết thúc đông kết [phút] Lượng nước tiêu chuẩn [N/TC] Cường độ nén [kg/cm2] G1 1 25,5 65,8 0,50 35 G2 3 14,8 48,0 0,56 56 G3 5 6,5 19,5 0,59 83 G4 7 6,2 19,0 0,65 94 G5 9 7,0 22,8 0,68 87 G6 11 9,5 25,9 0,70 72
44
Số liệu thu được trong bảng 3.7 cho thấy: khi thời gian nung, sấy tăng từ 1 đến 7 giờ thời gian bắt đầu đông kết của mẫu thạch cao giảm từ 25,5 phút xuống 6,2 phút, thời gian kết thúc đông kết giảm từ 65,8 phút xuống 19,0 phút, lượng nước tiêu chuẩn nước/thạch cao (N/TC) tăng từ 0,5 lên 0,65 và cường độ nén tăng từ 35kg/cm2 lên 68kg/cm2. Khi tiếp tục tăng thời gian nung sấy từ 7 giờ lên 11 giờ thời gian bắt đầu đông kết của sản phẩm thạch cao tăng nhẹ từ 6,2 phút lên 9,5 phút, thời gian kết thúc đông kết tăng từ 19,0 phút lên 25,9 phút, lượng nước tiêu chuẩn tăng nhẹ từ 0,65 lên 0,7, tuy nhiên cường độ nén của mẫu lại giảm nhẹ từ 95 kg/cm2 xuống 72kg/cm2. Nguyên nhân là do khi tăng thời gian nung, sấy làm lượng nước mất đi tăng lên, do đó làm tăng khả năng hydrat hóa thạch cao, khi tăng thời gian nung, sấy quá dài lượng nước mất đi quá nhiều sản phẩm thạch cao thu được ở dạng khan sẽ tăng lên là nguyên nhân dẫn tới khả năng hydrat hóa của thạch cao kém đi. Cường độ nén của mẫu thạch cao thu được cao nhất là 95 kg/cm2 sau khoảng thời gian nung, sấy là 7 giờ, do đó chúng tôi lựa chọn khoảng thời gian nung, sấy cho quá xử lý, chế tạo thạch cao từ bã thải gyps là 7 giờ.
3.6. CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ THÍCH HỢP ĐỂ XỬ LÝ, TÁI CHẾ THẠCH CAO TỪ BÃ THẢI PHOTPHO CỦA DAP HẢI PHÒNG
Từ các kết quả khảo sát thí nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý, chế tạo thạch cao từ bã thải photpho ở trên, chúng tôi đã xác định và lựa chọn các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá trình xử lý, chế biến bã thải photpho để chế tạo sản phẩm thạch cao như sau:
Bảng 3.8. Các điều kiện công nghệ lựa chọn, xử lý chế tạo bã thải (gyps)
STT Các thông sốđặc trưng Đơn vị Giá trị
I Giai đoạn 1: trung hòa với dung dịch Ca(OH)2
Nồng độ dung dịch Ca(OH)2 Mol/l 0,2
Thời gian khuấy Giờ 1
Tốc độ khuấy Vòng/phút 400
Nồng độ bã thải photpho % 40
II Giai đoạn 2: tuyển trọng lực
Nồng độ chất tập hợp VH-2004 g/l 0,06
45
Nồng độ huyền phù % 40
Lọc qua sàng rây mm 0,15
III Giai đoạn 3: sấy và đập nghiền mịn để thu sản phẩm thạch cao
Nhiệt độ sấy oC 160
Thời gian sấy Giờ 7
3.7. ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM THẠCH CAO CHẾ BIẾN TỪ BÃ THẢI PHOTPHO DAP HẢI PHÒNG
Áp dụng các điều kiện xử lý, chế tạo đã lựa chọn, nhóm đề tài đã tiến hành chế tạo thử hơn 100kg sản phẩm thạch cao. Kết quả phân tích xác định các tính chất đặc trưng của sản phẩm thạch cao thu được và so sánh với sản phẩm thạch cao hiện có trên thị trường được trình bày trong bảng 3.9.
Bảng 3.9. Tính chất đặc trưng của sản phẩm thạch cao từ bã thải photpho của nhà máy DAP Hải Phòng và thạch cao hiện bán trên thị trường
STT Tính chất Đơn vị Thạch cao từ bã thải gyps Thạch cao thương mại 1 Màu sắc - Trắng đục Trắng đục 2 Chỉ số độ trắng - 87,9- 91,7 91-94 3 Hàm lượng CaSO4 % 96 85- 96,5
4 Khối lượng riêng g/cm3 2,35 2,33
5 Độ ẩm % 1,0 1 - 2
6 Độ mịn (phần còn lại trên sàng 0,09mm)
% 4,0 4,0
7 Cường độ nén sau 1,5 giờ Kg/cm2 95 70-98
8 Lượng nước tiêu chuẩn N/TC 0,65 0,7
9 Thời gian bắt đầu đông kết phút 6,2 5,5
Thời gian kết thúc đông kết phút 19,0 18,0 Từ kết quả bảng 3.9 trên so sánh các tính chất cơ lý của thạch cao chế biến từ bã thải photpho có giá trị tương đương với thạch cao có sẵn bán trên thị trường.
46
Phân tích phổ huỳnh quang tia X của thạch cao chế biến từ bã thải photpho và thạch cao nhâp khẩu của Trung Quốc được thể hiện trong hình 3.4 và hình 3.5.
Hình 3.4. Phổ huỳnh quang tia X của sản phẩm thạch cao chế biến từ bã thải photpho DAP Hải Phòng (bã thải Gyps)
Hình 3.5 .Phổ huỳnh quang tia X của thạch cao nhập của Trung Quốc
Từ kết quả phân tích cho thấy: cả 2 loại thạch cao (sản phẩm chế biến từ bã thải photpho DAP Hải Phòng và thạch cao có trên thị trường) đều có pic xuất hiện ở các vị trí năng lượng tương tự nhau, cường độ các pic có khác nhau nhưng không nhiều. Do
47
vậy, có thể khẳng định cả 2 loại thạch cao có thành phần tương tự nhau. Số liệu kết quả thu được từ phổ huỳnh quang tia X như sau:
Bảng 3.10. Thành phần hóa học của thạch cao thu được từ bã thải photpho và thạch cao nhập khẩu của Trung Quốc STT Thành phần Sản phẩm thạch cao từ bã thải gyps[%] Thạch cao nhập của Trung Quốc [%] 1 Al2O3 0,086 0,322 2 SiO2 0,903 0,035 4 CaSO4.0.5H2O 95,855 96,379 5 TiO2 0,241 0,532 7 Fe2O3 0,090 0,485 8 Tạp chất khác 2,825 2,247 3.8. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẤM NGĂN THẠCH CAO, TẤM NGĂN THẠCH CAO –VẢI THỦY TINH
3.8.1. Ảnh hưởng của hàm lượng vải thủy tinh đến tính chất cơ lý của tấm ngăn thạch cao- vải thủy tinh thạch cao- vải thủy tinh
Mục đích đưa vải thủy tinh vào nhằm tăng cường độ chịu lược, tăng khả năng chống cháy, cách âm, cách nhiệt, khả năng chống ẩm của tấm thạch cao đặc chủng. Sự có mặt của sợi thủy tinh có tác dụng làm giảm đáng kể hiện tượng biến đổi thể tích của thạch cao trong quá trình rắn chắc hay do quá trình thay đổi nhiệt độ hay độ ẩm. Do đó làm tăng tuổi thọ của tấm thạch cao cốt sợi.
Các mẫu tấm ngăn thạch cao, thạch cao- vải thủy tinh được chế tạo bằng các trộn trực tiếp thạch cao với lượng nước tiêu chuẩn tạo hồ dẻo, sau đó đổ vào khuôn một lớp thạch cao tiếp theo một lớp vải thủy tinh, cứ như vậy lớp thạch cao xen kẽ với lớp vải thủy tinh. Sau đó, các mẫu được đem đi xác định cường độ chịu nén, khả năng chống cháy và độ giảm âm. Kết quả thu được trình bày trong bảng 3.11.
48 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của số lớp vải mát thủy tinh đến tính chất cơ lý của tấm thạch cao Mẫu khối lượng vải thủy tinh [%] Số lớp vải mat thủy tinh Cường độ nén [kg/cm2] Khả năng chống cháy [Giờ] Độ giảm âm [dB] M0 0 0 95 4,0 33 M1 5 1 98 4,5 38 M2 10 2 105 5,0 42 M3 15 3 120 5,2 45 M4 20 4 119 5,1 43 M5 25 5 110 4,8 41 M6 30 6 107 4,6 39
Từ kết quả bảng 3.11 trên cho thấy: khi khối lượng vải thủy tính tăng từ 0% lên 15% (ứng với số lớp vải từ 0 lên 3 lớp vải) cường độ chịu nén của tấm TC-VTT tăng từ 95 kg/cm2 lên 120kg/cm2, khả năng chống cháy tăng từ 4 giờ lên 5,2 giờ, độ giảm âm tăng từ 33dB lên 45dB. Tiếp tục tăng hàm lượng vải thủy tinh từ 15% lên 30%: cường độ chịu nén của tấm thạch cao giảm nhẹ, khả năng chống cháy giảm từ 5,2 giờ xuống 4,6 giờ, độ giảm âm giảm từ 45dB xuống 39dB. Nguyên nhân là do với hàm lượng vải thủy tinh thấp đóng vai trò làm cốt gia cường chưa đủ, với hàm lượng vải thủy tinh cao, lượng thạch cao quá ít đi khả năng liên kết giữa thạch cao với vải thủy tinh giảm, tính chất cơ lý của tấm thạch cao bị giảm. Hàm lượng vải thủy tinh thích hợp để chế tạo tấm thạch cao là 15% tính theo khối lượng thạch cao.
3.8.2. Ảnh hưởng của mật độ lưới vải sợi thủy tinh đến tính chất của tấm thạch cao-vải thủy tinh (TC-VTT). vải thủy tinh (TC-VTT).
Thí nghiệm được thực hiện dựa trên kết quả của tấm TC-VTT được chế tạo với 15% khối lượng vải thủy tinh (tương ứng là 3 lớp vải). Hàm lượng các thành phần tham gia chế tạo vật liệu được giữ cố định: Ở đây, mẫu được gia công với 3lớp vải, chỉ thay đổi mức độ dày thưa của vải. Ba loại cỡ lỗ vải đã được lựa chọn: 121 [ô/cm2]; 256
49
[ô/cm2] và 625[ô/cm2]. Sau khi chế tạo mẫu xong, tấm TC-VTT được đem đi xác định cường độ nén, khả năng chống cháy và độ giảm âm. Kết quả thu được trình bày trong bảng 3.12.
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của mật độ lưới vải thủy tinh đến tính chất cơ lý của tấm TC-VTT Mẫu Mật độ lưới vải [ô/cm2] Cường độ nén [kg/cm2] Khả năng chống cháy [Giờ] Độ giảm âm [dB] L0 0 95 4,0 33 L1 121 120 5,2 45 L2 256 116 4,8 42 L3 625 112 4,4 38
Kết quả bảng 3.12 cho thấy: khi không có vải thủy tinh, tính chất của tấm thạch cao thấp hơn so với tấm TC-VTT. Khi mật độ lỗ lưới tăng lên từ 121 ô/cm2 lên 625 ô/cm2, tính chất của tấm thạch cao giảm: cường độ chịu nén giảm từ 120kg/cm2 xuống 112kg/cm2, khả năng chống cháy giảm từ 5,2 giờ xuống 4,4 giờ, độ giảm âm giảm từ 45dB xuống 38 dB. Điều này chứng tỏ rằng, vải càng dày lỗ, khả năng thấm thạch cao qua lớp vải thủy tinh càng kém dẫn đến khả năng kết dính giữa thạch cao và vải thủy tinh càng kém hơn. Do đó, mật độ lưới vải thủy tinh thích hợp chế tạo tấm TC-VTT là 121 ô/cm2.
3.9. ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA TẤM THẠCH CAO VÀ TẤM THẠCH CAO-VẢI THỦY TINH (TC-VTT) CAO-VẢI THỦY TINH (TC-VTT)
3.9.1. Độ hút ẩm của tấm thạch cao
Các mẫu tấm thạch cao được chế tạo bằng cách trộn thạch cao từ quá trình chế biến từ bã thải photpho với lượng tiêu chuẩn, sau đó được ép tạo mẫu theo tiêu chuẩn kích thước 1x12x1cm và các mẫu được đặt trong điều kiện trong phòng thí nghiệm qua nhiều tuần. Sau khoảng thời gian nhất định các mẫu được đưa đi cân để xác định lượng hơi ẩm đã hấp thụ. Độ hút ẩm của vật liệu được tính ra [%].
Đồ thị biểu diễn độ hút ẩm của tấm thạch cao (TC) và tấm thạch cao – vải thủy tinh (TC-VTT) theo thời gian như sau:
50
Hình 3.6. Độ hút ẩm của vật liệu tấm thạch cao và tấm thạch cao – vải thủy tinh theo thời gian
Kết quả hình 3.6 cho thấy: Độ hút ẩm của vật liệu tấm thạch cao (TC) và tấm thạch cao – vải thủy tinh (TC-VTT) tăng dần theo thời gian, độ hút ẩm của tấm TC cao hơn độ hút ẩm của tấm TC-VTT. Độ hút ẩm của tấm TC tăng nhanh trong khoảng thời gian 0 đến 8 tuần từ 0% lên 12,3%, khi thời gian tiếp tục tăng lên hơn 8 tuần thì độ hút ẩm tấm TC tăng không đáng kể. Độ hút ẩm của tấm TC-VTT tăng nhanh trong khoảng 6 tuần, khi tiếp tục tăng lên nữa độ hút ẩm của tấm TC-VTT dần không tăng lên nữa. Điều này chứng tỏ độ hấp thụ ẩm của tấm TC và TC-VTT đã đạt tới trạng thái bão hòa.
3.9.2. So sánh tính chất đặc trưng của các sản phẩm tấm thạch cao và tấm thạch cao – vải thủy tinh cao – vải thủy tinh
Các mẫu tấm thạch cao, tấm thạch cao – vải thủy tinh, tấm thạch cao GYPROC (Hà Lan) được cắt theo kích thước tiêu chuẩn, rồi đem đi xác định tính chất cơ,lý. Kết quả thu được trình bày trong bảng 3.13.
51
Bảng 3.13. Các tính chất đặc trưng của sản phẩm tấm thạch cao, tấm thạch cao – vải thủy tinh, tấm thạch cao GYPROC
STT Tính chất Đơn vị Tấm thạch cao từ bã thải photpho Tấm thạch cao mat thủy tinh Tấm thạch cao GYPROC 1 Cường độ nén Kg/cm2 95 120 115 2 Khả năng chống cháy (độ bền nhiệt ở 1500oC) Giờ 4,0 5,2 4,5 3 Độ giảm âm dB 32 45 35
Từ bảng 3.13 thấy rằng: tính chất cơ lý của tấm thạch cao- vải thủy tinh cao hơn hẳn hai loại còn lại.
3.9.3. Khả năng cách nhiệt của các tấm ngăn thạch cao và tấm thạch cao –vải thủy tinh tinh
Để thử nghiệm khả năng cách nhiệt của các mẫu tấm thạch cao (TC) và tấm thạch cao – vải thủy tinh (TC-VTT), chúng tôi tiến hành như trình bày trong phần 2.5.9. Nhiệt độ chênh lệch giữa hai ngăn biểu thị khả năng cách nhiệt của tấm TC và tấm TC-VTT. Kết quả được trình bày trong bảng 3.14.
Bảng 3.14: Khả năng cách nhiệt của các tấm ngăn thạch cao và tấm thạch cao –vải thủy tinh
Tấm thạch cao(TC) Tấm thạch cao-vải thủy tinh(TC-VTT) Ngăn thứ nhất [oC] Ngăn thứ hai [oC] Nhiệt độ chênh lệch ∆T[oC] Ngăn thứ nhất [oC] Ngăn thứ hai [oC] Nhiệt độ chênh lệch ∆T[oC] 50 38 14 50 32 17 Kết quả từ bảng 3.14 cho thấy: nhiệt độ chênh lệch giữa hai ngăn TC là 14oC và nhiệt độ chênh lệch giữa hai ngăn TC-VTT là 17oC. Điều này cho thấy dùng vật liệu tấm thạch cao có gia cường bằng vải thủy tinh thì có khả năng cách nhiệt tốt hơn.
3.10. SƠĐỒ QUY TRÌNH XỬ LÝ, TÁI CHẾ BÃ THẢI PHOTPHO
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đã trình bày ở trên , chúng tôi đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý, tái chế bã thải photpho của nhà máy DAP Hải Phòng như sau:
52
Hình 3.7. Sơđồ quy trình xử lý, tái chế bã thải photpho * Mô tả quy trình:
+ Bước 1: Bã thải photpho (gyps) được sàng để loại bỏ sạn và các cục hạt có
kích thước quá to, sau đó được cho vào thiết bị trung hòa. Ở đây dung dịch sữa vôi Ca(OH)2 được vào khuấy đều, để phản ứng trung hòa axit diễn ra triệt để (kiểm tra pH
Sàng loại sạn và các cục to Trung hòa Tuyển trọng lực Chất tập hợp VH- 2004 Chất tạo bọt (NH4)2CO3 Loại bỏ Al2O3, Fe2O3... Tách SiO 2 Bơm qua sàng 0,15 mm Lọc, rửa sạch bằng nước Sản phẩm thạch cao CaSO4.1/2 H2O Sấy ở160oC, trong 7 giờ
Chất đen nổi lên được vớt ra Bã thải photpho
Dung dịch nước vôi Ca(OH)2
53
bằng giấy quì). Trong quá trình khuấy các tạp chất đen, bọt lẫn chất bẩn nổi lên trên được vớt ra.
+ Bước 2: hỗn hợp bã thải và dung dịch sữa vôi qua thiết bị tuyển trọng lực để tách CaSO4 , SiO2 với các oxit có tỷ trọng lớn. Tại đây chất tập hợp, chất tạo bọt được thêm vào để tách các tạp chất là các oxit có tỷ trọng lớn như A2O3, Fe2O3, MgO.... ở đáy thiết bị. Sau giai đoạn tuyển hỗn hợp dung dịch được bơm qua sàng rây có kích thước lỗ 0,15 mm để tách SiO2. Tiến hành lọc và rửa lại nhiều lần bằng nước để thu thạch cao.
+ Bước 3: sản phẩm sau khi loại bỏ SiO2 chủ yếu là thạch cao (CaSO4.2H2O) được sấy ở 160oC, trong 7 giờ để thu thạch cao CaSO4.1/2H2O. Sau đó, tiến hành nghiền, sàng để có độ mịn đạt yêu cầu,rồi đem đi đóng gói.
3.11. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT QUI MÔ PILOT, CHẾ THỬ VÀ ỨNG DỤNG SẢN PHẨM TẤM NGĂN THẠCH CAOĐ
3.11.1. Đề xuất phương án sản xuất qui mô pilot
Áp dụng quy trình trên chúng tôi đã tiến hành mẻ lớn 10kg nhằm ổn định công nghệ và tiến tới áp dụng cho quy mô pilot. Đơn nguyên liệu cần tái chế bã thải gyps và hiệu suất thu hồi được trình bày trong bảng 3.15.
Bảng 3.15: Đơn nguyên liệu sử dụng để tái chế bã thải gyps và hiệu suất thu hồi