Nghiên cứu sử dụng diatomite phú yên chế tạo vật liệu gốm lọc nước và ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn

B ộ GĨÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

BARIA VUNGTAU
UNIVP.RSITY
í 'A P SA U N T | a í < ỊỊJF S

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG DIATOMITE PHÚ YÊN CHẾ TẠO
VẬT LIỆU GỐM LỌC NƯỚC VÀ ỨNG DỤNG x ử LÝ NƯỚC
NHIỄM PHÈN

Giảng viên hướng dẫn:

ThS. Nguyễn Quang Thái

Sinh viên thực hiện:

Trần Văn Tiến

MSSV: 13030153

Lớp: DH13HD

B à Rịa-Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện.
Các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong đề tài này chua từng đuợc
công bố ở các nghiên cứu khác.

Nội dung của đề tài có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các
nguồn sách, tạp chí đuợc liệt kê trong danh mục các tài liệu tham khảo.
Bà Rịa -Vũng Tàu, tháng 6 năm 2017
Sinh viên thục hiên
Trần Văn Tiến


LỜI CẢM ƠN
Tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến gia đình anh Nguyễn Hữu Phước đã tận tình
tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong việc lẩy mẫu để tôi có thể hoàn thành dề tài.
Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến ThS. Nguyễn Quang Thái đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành đề tài.
Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và đóng góp ý kiến cho tôi để giúp tôi
hoàn thiện đề tài.

Bà Rịa - Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Trần Văn Tiến


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢN G ......................................................................................................... V
DANH MỤC H ÌNH ........................................................................................................ vii
LỜI MỞ Đ Ầ U ...................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG Q U A N .............................................................................................. 4
1.1.

Giới thiệu về nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Y ê n .....................................4

1.1.1.

Phân bố của quặng Diatomite tại Phú Yên.............................................4

1.1.2.

Điều kiện hình thành quặng D iatom ite.................................................. 5

1.1.3.

Sản phẩm Diatomite của công ty p YM ICO...........................................7

1.1.4.

Tính chất và cấu trúc của Diatomite Phú Yên......................................10

1.1.5.

ứ n g dụng của Diatomite trong sản xuất gốm lọc n ư ớ c ......................12

1.2.

Tình hình nghiên cứu và nhu cầu thị trường Diatomite ở Việt N a m ..........12

1.2.1.

Tình hình nghiên c ứ u ..............................................................................12

1.2.2.

Nhu cầu thị trường về Diatomite........................................................... 14

1.3.

Nước nhiễm p h è n ...............................................................................................15

1.3.1.

Thành phần nước nhiễm phèn và cách nhận b iế t................................ 15

1.3.2.

Những ảnh hưởng của nước nhiễm phèn đến sức k h ỏ e ......................16

1.4.

Các phưcmg pháp xử lý kim loại nặng trong nư ớc........................................ 17

1.4.1.

Phương pháp keo tụ ................................................................................. 17

1.4.2.

Phương pháp hấp p h ụ ..............................................................................17

1.4.3.

Phương pháp trao đổi io n ....................................................................... 19

1.4.4.

Phương pháp màng lọ c ........................................................................... 20

1.5.

Các hệ thống lọc nước gia đình....................................................................... 22

1.5.1.

Hệ thống lọc cát sỏ i................................................................................. 22


1.5.2.
1.6.

Hệ thống lọc từ vật liệu gốm lọc Diatom ite....................................... 23

Các yêu cầu về chất lượng nước sinh h o ạt.....................................................26

Chương 2. TH ựC NGHIỆM ...................................................................................... 28
2.1.

Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên c ứ u ....................................................... 28

2.1.1.

Hóa chất.................................................................................................... 28

2.1.2.

Dụng cụ và thiết bị nghiên c ứ u ............................................................. 28

2.2.

Nguyên liệu Diatomite Phú Yên...................................................................... 29

2.3.

Lựa chọn phối liệu.............................................................................................29

2.3.1.

Phối liệu trấu nghiền m ịn .......................................................................30

2.3.2.

Phối liệu bã cà phê...................................................................................30

2.3.3.

Phối liệu bột m ì ....................................................................................... 31

2.4.

Gia công gốm lọc............................................................................................... 32

2.4.1.

Lựa chọn nhiệt độ nung gốm lọ c........................................................... 33

2.4.2.

Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite................................. 33

2.4.3.

Gia công gốm lọc được trộn với phố liệu trấ u .................................... 34

2.4.4.

Gia công gốm lọc được trộn với phối liệu bã cà p h ê ..........................35

2.4.5.

Gia công gốm lọc được phối trộn bột m ì ............................................. 36

2.5.

Loại bỏ tro trong gốm và bảo quản g ố m ........................................................36

2.5.1.

Loại bỏ tro trong gốm lọc......................................................................36

2.5.2.

Bảo quản sản phẩm..................................................................................36

2.6.

Thu thập mẫu nước nhiễm p hèn...................................................................... 37

2.6.1.

Địa điểm lấy m ẫ u ...................................................................................37

2.6.2.

Thời gian lấy m ẫu....................................................................................37

2.6.3.

Vị trí lấy m ẫu........................................................................................... 37


2.6.4.

Dụng cụ chứa m ẫu...................................................................................38

2.6.5.

Cách lấy m ẫu ........................................................................................... 38

2.7.

Kiểm tra hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn.......................................... 38

2.8.

Tiến hành lọc nước nhiễm p h è n ..................................................................... 38

2.9.

Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm làm từ Diatom ite...........................39

2.10. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu đến khả năng lọc của gốm.........39
2.10.1.

Ảnh hưởng của tỉ lệ phối

liệu trấu.................................................... 39

2.10.2.

Ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu bã cà ph ê............................................... 40

2.10.3.

Ảnh hưởng của tỉ lệ phối

liệu bột m ì..................................................40

2.11. Phưong pháp phân tích sản phẩm .................................................................... 41
2.11.1.

Phưong pháp quang phổ hấp thụ phân tử U V -V is..............................41

2.11.1.

Phưong pháp kính hiển vi điện tử quét S E M ...................................... 42

2.11.2.

Phưong pháp đo hấp phụ đa lóp B E T .................................................. 43

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO L U Ậ N ................................................................44
3.1.

Ket quả gia công gốm lọ c ................................................................................. 44

3.1.1.

Gia công gốm lọc được làm từ 100% Diatomite..................................44

3.1.2.

Gia Công gốm lọc với phối liệu trấu ...................................................... 45

3.1.3.

Gia công gốm lọc với phối liệu bã cà p h ê............................................ 47

3.1.4.

Gia công gốm lọc với phối liệu bột m ì..................................................48

3.2.

Ket quả khảo sát hàm lượng sắt trong nước nhiễm p h è n ............................. 49

3.2.1.

Ket quả xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm p h è n .... 49

3.2.2.

Ket quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm p h è n .................................. 50

3.3.

Ket quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến gốm làm từ 100%

Diatomite.......................................................................................................................51


3.4.

Ket quả ảnh hưởng của tỉ lệ phối liệu tới khả năng lọc của g ố m ................ 52

3.3.1.

Tỉ lệ phối liệu trấu nghiền m ịn .............................................................. 52

3.3.2.

Tỉ lệ phối liệu bã cà p h ê ......................................................................... 54

3.3.3.

Tỉ lệ phối liệu bột m ì.............................................................................. 56

3.5.

Kết quả chụp SEM của gốm lọ c .......................................................................57

3.6.

Kết quả đo BET của gốm l ọ c .......................................................................... 61

3.7.

Ket quả khảo sát hàm lượng sắt của nước sau lọc......................................... 61

3.7.1.

Ket quả xây dựng đường chuẩn của dung dịch nước sau lọc............62

3.7.2.

Ket quả hàm lượng sắt trong mẫu nước sau lọc của các mẫu tối ư u .63

3.8.

Ket quả kiểm tra hàm lượng sắt tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường

Chất lượng 3 .................................................................................................................. 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN N G H Ị......................................................................................65
TÀI LIỆU THAM K H Ả O ............................................................................................ 66
PHỤ L Ụ C ......................................................................................................................... 68

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của Dỉatomỉte tại mỏ Hoà Lộc được ỉn trên bao bì
sản phẩm ............................................................................................................................. 10
Bảng 1. 2. Bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng QCVN 02:2009/BYT.................. 27
Bảng 2. 1. Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu.....................................................28
Bảng 2. 2. Các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu................................................28
Bảng 2. 3. Khối lượng Diatomite cần lẩy cho một lần gia công ............................... 34
Bảng 2. 4. Tỷ lệ trộn phổi liệu trấu, áp dụng cho tổng khối lượng 200g.................. 34
Bảng 2. 5. Tỷ lệ phổi liệu bã cà phê, áp dụng cho 200g nguyên liệu ........................35
Bảng 2. 6. Tỷ lệ phổi liệu bột mì, áp dụng cho 200g nguyên liệu.............................. 36
Bảng 2. 7. Thành phần dung dịch chuẩn...................................................................... 41
Bảng 3. 1. Ket quả ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến màu sắc sản phẩm và độ cứng
của gốm làm từ 100% D iatom ite....................................................................................45
Bảng 3. 2. Ảnh hưởng của tỉ lệ phổi liệu trấu đến độ cứng của g ố m ....................... 45
Bảng 3. 3. Ảnh hưởng của phổi liệu bã cà phê đến độ cứng của gốm lọc................47
Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của phổi liệu bột mì đến độ cứng của gốm lọc..................... 49
Bảng 3. 5. Ket quả khảo sát đường chuẩn của nước nhiễm phèn..............................50
Bảng 3. 6. Ket quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng lọc của gốm lọc
làm từ 100% D ỉatomỉte.................................................................................................... 51
Bảng 3. 7. Gốm lọc với tỉ lệ phổi liệu trấu là 10% .......................................................52
Bảng 3. 8. Gốm lọc với tỉ lệ phổi liệu trấu là 20% .......................................................52
Bảng 3. 9. Gốm lọc với tỉ lệ phổi liệu trấu là 30% .......................................................53
Bảng 3. 10. Gốm lọc với tỉ lệ phổi liệu trấu là 35% ....................................................53
Bảng 3. 11. Ket quả lọc nước của gốm được trộn 10% bã cà p h ê .............................54
Bảng 3. 12. Ket quả lọc nước của gốm được trộn 20% bã cà p h ê .............................54
Bảng 3. 13. Ket quả lọc nước của gốm được trộn 30% bã cà p h ê .............................54
Bảng 3. 14. Ket quả lọc nước của gốm được trộn 35% bã cà p h ê .............................55
Bảng 3. 15. Ket quả khảo sát gốm với tỉ lệ 10% bột mì............................................... 56
Bảng 3. 16. Ket quả khảo sát gốm với tỉ lệ 20% bột mì............................................... 56

Bảng 3. 17. Ket quả khảo sát gốm với tỉ lệ 30% bột mì.............................................. 56
Bảng 3. 18. Ket quả khảo sát gốm với tỉ lệ 35% bột mì.............................................. 56
Bảng 3. 19. Ket quả đo BET của gốm lọc.....................................................................61
Bảng 3. 20. Ket quả khảo sát đường chuẩn cho nước sau lọc................................... 62
Bảng 3. 21. Hàm lượng Fe của nước sau lọ c .............................................................. 63
Bảng 3. 22. Ket quả kiểm nghiệm tại trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất
lượng 3 .............................................................................................................................. 64


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bản đồ tỉnh Phú Yên.........................................................................................4
Hình 1. 2. M ột sổ hình ảnh của Diatomite tự nhiên từ M ỏ Tuy An, Tuy Hòa, Phú Yên.
............................................................................................................................................... 5
Hình 1. 3. Quặng Diatomite tại mỏ Hòa lộc, Phú Yên.................................................. 6
Hình 1. 4. Tảo ổng trong quặng Diatomite..................................................................... 7
Hình 1. 5. Trụ sở chỉnh của công ty cổ phần khoáng sản Phú Yên............................. 8
Hình 1. 6.

Sản phẩm bột Diatomite...............................................................................9

Hình 1. 7. Giản đồ phần tích X-ray của Dỉatomỉte Phú Yên.......................................11
Hình 1. 8. Giản đồ DTA-TG của Diatomite Phú Yên.................................................. 11
Hình 1. 9. Màu sắc nước nhiễm p h è n ........................................................................... 15
Hình 1. 10. Tác hại của nước nhiễm phèn đến làn da................................................. 16
Hình 1. 11. Hệ thống lọc cát thô s ơ .............................................................................. 23
Hình 1. 12. Cơ chế lọc và rửa ngược của gốm lọc từ Diatomite............................... 24
Hình 1. 13. Các hình dạng của gốm lọc........................................................................ 25
Hình 2. 1. Sản phẩm bột Diatomite của công ty PYMICO..........................................29

Hình 2. 2. Phổi liệu trấu nghiền mịn............................................................................. 30
Hình 2. 3. Phổi liệu bã cà phê........................................................................................ 31
Hình 2. 4. Phổi liệu bột mì.............................................................................................. 32
Hình 2. 5. Sơ đồ quá trình gia công vật liệu gốm lọc.................................................. 32
Hình 2. 6.

Đường cong nung vật liệ u ....................................................................... 33

Hình 2. 7. Bể chứa nước của gia đình anh Phước và mẫu nước nhiễm phèn tại phòng
thỉ nghiệm...........................................................................................................................37
Hình 2. 8. Sơ đồ lọc và mô hình lọc nước thực tế tại phòng thỉ nghiệm...................38
Hình 2. 9. Thiết bị đo độ hấp phụ GENESYS™ 10......................................................42
Hình 2. 10. Thiết bị kỉnh hiển vi điện tử quét Zeiss EVO L S I 5 ................................. 43
Hình 2. 11. Thiết bị Micrmeritics -ASAP 2020 .......................................................... 43
Hình 3. 1. Sản phẩm gốm làm từ 100% Diatomite trước n u n g ................................ 44
Hình 3. 2. Sản phẩm gốm làm từ 100 % Diatomite sau nung.................................... 44


Hình 3.

3. Sản phẩm gốm sau nung với tỉ lệ phổi liệu trấu là 40%......................... 46

Hình 3.

4. Sản phẩm gốm được trộn phối liệu trấu sau nung................................... 46

Hình 3.

5. Gốm lọc được trộn bã cà phê sau nung.................................................... 47

Hình 3.

6. Gốm lọc với tỉ lệ 40% bã cà p h ê ................................................................ 48

Hình 3. 7. Sản phẩm gốm lọc với 40% bột mì..............................................................49
Hình 3. 8. Đường chuẩn của dung dịch nước nhiễm p h è n ....................................... 50
Hình 3. 9. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung den hàm lượng sắt sau lọc........................52
Hình 3. 10. Ảnh hưởng của phổi liệu trấu đến khả năng loại bỏ Fe của gốm lọc..53
Hình 3. 11. Ảnh hưởng của phổi liệu bã cà phê đến hàm lượng sắt sau lọc............ 55
Hình 3. 12. Ảnh hưởng của phổi liệu bột mì đến hàm lượng sắt sau lọc của gốm ...57
Hình 3. 13. Cấu tảo dạng ổng của gốm lọ c ...................................................................58
Hình 3.

14. Hệ thống lỗ xốp

trên gốm

được là từ 100% Diatomite..........58

Hình 3.

15. Hệ thống lỗ xốp

trên gốm

lọc được trộn 35 % trấu (700°C).59

Hình 3.

16. Hệ thống lỗ xốp

của gốm

lọc được trộn 35% bã cà phê (700°C).59

Hình 3.

17. Hệ thống lỗ xốp

trên gốm

lọc được trộn 35% bộ mì (700°C).60

Hình 3. 18. Đường chuẩn của nước sau lọc...................................................................62
Hình 3. 19. Nước nhiễm phèn trước lọc và nước sau quá trình lọc............................63


LỜI MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay Diatomite là một loại vật liệu đang được
ứng dụng rất nhiều trong các ngành sản xuất vật liệu lọc và còn được ứng dụng là
chất trợ lọc trong sản xuất bia. Trong đó việc sử dụng Diatomite để sản xuất gốm lọc
nước để loại bỏ kim loại nặng đang được ứng rất thành công và loại bỏ hoàn toàn kim
loại nặng (pymico.com.vn).
Vấn đề nước bị nhiễm kim loại nặng như: sắt, Mg, Asen, ... đang rất phổ biến.
Dặc biết nước bị nhiễm phèn sắt đang là mối đe dọa rất lớn. Tại các vùng nông thôn
hầu như nước sinh hoạt của các hộ dân mặc dù bị nhiễm phèn, nhưng hầu như không
được xử lý, hoặc xử lý bằng các phương pháp tại chỗ nhưng không loại bỏ được triệt
để. Việc sử dụng nước như vậy trong thời gian dài sẽ gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng
đến sức khỏe và mạng lại các bệnh nan y như: ung thư, sơ gan, ... Do đó, đề tài tốt
nghiệp “Nghiên cứu sử dụng Diatomite Phú Yên chế tạo vật liệu gốm lọc nước và

ứng dụng xử lý nước nhiễm phèn” được thực hiện nhằm góp phần xây dựng cơ sở lý
thuyết và quy trình chế tạo gốm lọc nước từ Diatomite để ứng dụng xử lý nước giếng
khoan bị nhiễm phèn và mang lại nguồn nước sinh hoạt đạt QCVN 02:2009/BYT cho
người dân tại các vùng nông thôn.
Tính nguy hại khi sử dụng nước bị ô nhiễm:
+ Việc sử dụng nước bị nhiễm phèn hay ô nhiễm mang lại rất nhiều nguy
hại đặc biệt cho sức khỏe. Làm 0 vàng, đóng cặn và ăn mòn tất cả các
dụng cụ đựng nước và dẫn nước cũng như các đồ gia dụng (thanhnien.vn).
+ Nước nhiễm phèn thường chứa nhiều chất mang tính kiềm, nếu dùng để
sinh hoạt và ăn uống làm khô da, phồng, tróc vảy và gây các bệnh về
đường ruột, thậm chí ung thư (thanhnien.vn).
+ Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực
nước gần các khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác
khoáng sản. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim
loại nặng trong nước. Trong một số trường họp, xuất hiện hiện tượng cá
và thuỷ sinh vật chết hàng loạt. Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức


ăn thâm nhập và cơ thể người. Lâu dần tạo nên các bệnh nan y, làng ung
thư.
Hiện nay tại tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Nguồn nước ngầm bị nhiễm chua phèn là
một trong những vấn đề nan giải hiện nay và gây thiếu hụt nguồn nước sinh hoạt
nghiêm trọng. Các hộ dân tại huyện Xuyên Mộc, Bình Châu đang sử dụng nguồn
nước sinh hoạt từ giếng khoan. Theo phản ánh một số hộ dân tại đây nguồn nước
giếng khoan của gia đình họ bị nhiễm phèn. Việc xử lý nguồn nước ngầm tại đây
đang là nhu cầu cấp yếu.
Tính kinh tế của gốm lọc nước từ quặng Diatomite:
+ Tận dụng nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Yên với giá thành rẻ, chế tạo
vật liệu gốm lọc nước xử lý nước nhiễm phèn. Đáp ứng được nhu cầu
nước sinh hoạt của người dân và đảm bảo được nguồn nước sạch.

+ Nhu cầu cao về nguồn nước sạch đẩy theo nhu cầu thì trường về thiết bị
lọc nước đang tăng nhanh. Nhưng hầu hết các thiết bị lọc này đều có giá
thành cao. Hầu hết tại các vùng thôn quê thu nhập chưa cao. Sản phẩm
gốm lọc từ Diatomite sẽ có tính cạnh tranh cao với giá thành rẻ đáp ứng
được túi tiền của người dân.
Tình hình nghiên cứu: Hiện tại Việt Nam có nhiều nghiên cứu về Diatomite
và ứng dụng vào thực tế như:
+ Nghiên cứu chế tạo bột trợ lọc từ Diatomite ở Phú Yên của Viện Công
nghệ Hóa học tại TP. Hồ chí Minh, năm 2002.
+ Nghiên cứu xây dựng các mô hình xử lý nước sinh hoạt cho người dân
vùng thị xã Long Xuyên (An Giang) bằng nguyên liệu Diatomite, tại Sở
Khoa học và Công nghệ tỉnh An Giang, năm 2002.
+ Sản xuất thử màng lọc và bugi lọc nước dạng nung từ Diatomite An
Giang, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh An Giang, năm 2002.
+ Bùi Hải Đăng Sơn, Nguyễn Thị Ngọc Trinh, Nguyễn Đăng Ngọc, Đinh
Quang Hiếu, So sánh các đặc trưng hóa lý hai loại Diatomite Phú Yên và
Diatomite Merck, Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một.


+ Phạm Cẩm Nam , Trần Thanh Tuấn , Lâm Đại Tú - Võ Đình Vũ. Xác
định các đặc tính của nguyên liệu Diatomite Phú Yên bằng FT-IR, XRF,
XRD kết họp với phương pháp tính toán lý thuyết DFT, tạp chí Khoa học
và Công nghệ, Đại học Đà Nằng - số 2(31).2009.
Mục đích nghiên cứu: Góp phần xây dựng cơ sở lý thuyết và quy trình chế tạo
gốm lọc nước từ Diatomite để ứng dụng xử lý nước giếng khoan bị nhiễm phèn. Sử
dụng Diatomite Phú Yên chế tao vật liệu gốm lọc nước. Sử dụng gốm lọc vừa chế tạo
để xử lý và loại bỏ hàm lượng sắt có trong nước nhiễm phèn.
Nhiệm vụ nghiên cứu:
+ Sử dụng Diatomite Phú Yên kết họp với phối liệu cháy chế tạo vật liệu
gốm lọc nước nhằm xử lý nước nhiễm phèn.

+ Sử dụng gốm lọc vừa chế tạo để xử lý nước bị nhiễm phèn.
Phương pháp nghiên cứu:
+ Xác định cấu trúc vật liệu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét
SEM.
+ Sử dụng phương pháp BET nhằm xác định diện tích bề bặt hấp phụ, thể
tích lỗ mao quản, đường kính lỗ xốp.
+ Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis nhằm xác định hàm
lượng sắt trong nước trước lọc và sau lọc.
+ So sánh các kết quả thu được và chọn sản phẩm cho kết quả hàm lượng
sắt sau lọc tối ưu nhất.
Các kết quả đạt được của đề tài:
+ Sản phẩm gốm lọc từ Diatomite với thành phần nguyên liệu được phối
trộn khác nhau.
+ Ket quả hàm lượng sắt trong nước nhiễm phèn.
+ Ket quả hàm lượng sắt của nước sau lọc.
Cấu trúc đề tài nghiên cứu: Gồm có 3 chương (Tổng quan, thực nghiệm, Kết
quả và thảo luận), 78 trang, 31 bảng, 43 hình.


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

Giói thiệu về nguồn nguyên liệu Diatomite Phú Yên

1.1.1. Phân bố của quặng Diatomite tại Phú Yên(16]
Phú Yên là một tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung bộ, có tọa độ địa lý:
Điểm cực Bắc: 13°4T28"; Điểm cực Nam: 12°42'36"; Điểm cực Tây: 108°40'40" và
điểm cực Đông: 109°27'47". Diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 5060 km2, phía Bắc giáp
tỉnh Binh Định, phía Nam giáp tỉnh Khánh Hòa, phía Tây giáp tỉnh Gia Lai và Đắk
Lắk, phía Đông giáp biển Đông. Phú Yên có vị trí địa lý và giao thông tưong đối

thuận lợi đế phát triển kinh tế - xã hội.

Hình 1.1. Bản đồ tỉnh Phú Yên.
Phú Yên có nguồn tài nguyên thiên nhiên khoáng sản rất phong phú như:
Diatomit, đá Granit, Vàng sa khoáng, Nhôm (Bôxít), sắt, Fluorit, T itan... được phân
bô rải rác ở nhiều vùng của địa phương.
Tại Phú Yên quặng Diatomite chủ yếu tại huyện Tuy An. Đặc biệt mỏ quặng


Diatomite Hòa Lộc thuộc thôn Hoà Lộc, xã An Xuân huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên
với trữ lượng dự báo hon 63 triệu tấn, được xem là lớn nhất ở Việt Nam.
Hiện nay Công ty CP khoáng sản Phú Yên được phép khai thác mỏ Diatomit
Hòa Lộc với tổng diện tích 66 hecta. Sản lượng khai thác hàng năm khoảng 6000 7000 tấn/năm (theo sở tài nguyên và môi trường Phú Yên).

Hình 1. 2. M ột số hình ảnh của Diatomite tự nhiên từ Mỏ Tuy An, Tuy Hòa, Phú

YẽrPl
Tại cao nguyên Vân Hoà, Diatomite có từ 2 đến 5 thân khoáng có giá trị công
nghiệp với độ dày từ vài mét đến hàng chục mét (thân khoáng 3 Hoà Lộc dày trung
bình 28.3 m, có chỗ tới 33.4 m). Các thân khoáng lộ ra tì'ên bề mặt tạo thành viền bao
quanh sườn bắc, đông và tây cao nguyên trong khoảng độ cao từ 70-200m ở sườn
phía đông (An Lĩnh, Tuy Dương, An Thọ) đến 160-320 m ở sườn bắc và tây (Hoà
Lộc, Dốc Thặng). Sét Diatomite thường có màu trắng, xám trắng, đôi khi xám phớt
nâu. Cấu tạo phân lớp ngang từ vi phân lóp, phân lóp mỏng đến dày, đôi khi xen kẹp
các lóp, thấu kính từ và bentonit mỏng. Các thân khoáng chính đều nằm trên phần
cao của tập 2. Tại phần dưới của tập, các lóp Diatomite thường mỏng và chứa nhiều
tạp chất, đôi khi có dạng tuíoDiatomite. Tại lỗ khoan TH4-500 có tới 19 lóp
Diatomite khác nhau trong mặt cắt tập 2. Theo không gian, độ dày và chất lượng các
thân khoáng Diatomite giảm dần về phía nam.
1.1.2. Điều kiện hình thành quặng Diatomite121

Diatomite được tạo thành từ các mảnh vỏ tảo diatomeae, một loại thực vật đơn


bào ưa sắt có cấu tạo từ oxit silic dạng opal vô

định hình

(Opal-A). Các giống tảo

diatomeae tạo đá chủ yếu trong vùng là các tảo trôi nối sống trong môi trường nước
ngọt miền duyên hải, số lượng tảo bám đáy rất ít. Ngoài các mảnh vỏ tảo Diatomeae,
bong đá còn có thê có số lượng nhỏ gai xưong bọt biến. Hàm lượng manh vỏ
diatomeae bong Diatomite chiếm từ 50% trở lên với số lượng mảnh vỏ từ 5-7 triệu
đến 100 triệu mảnh vỏ/gam đá. Nguồn vật liệu oxit silic dạng opal vô định hình cấu
tạo nên vỏ tảo có cấu trúc khung vói nhiều lỗ mao quản kích thước nhỏ 0,5-3 ụm .
Các mảnh vỏ tảo thường có dạng đốt bíic còn tồn tại dạng quần thê hoặc từng đốt đơn
lẻ kích thước từ 3-5 đến so^m , thậm chí bị vỡ vụn, dập nát. Do tính xốp cao, khối
lượng riêng bé và diện tích bề mặt lớn nên Diatomite là chất hấp phụ tốt đối với các
chất vô cơ hữu cơ.

Hình 1. 3. Quặng Diatomite tại mỏ Hòa ìộc, Phú Yôn/I6/.
Ket quả hình ảnh SEM ở hình 1.4 cho thấy, thành phần tảo chủ yếu trong
Diatomite Phú yên là dạng tảo Ống.


Hình 1. 4. Tảo ổng trong quặng Diatomite[13h
1.1.3. Sản phẩm Diatomite của công ty PYMICO1'61
Được thành lập năm 1991 với chức năng thăm dò địa chất, khai thác và chế biến
các loại khoáng sản,
Công ty cố phần khoáng sản Phú Yên tiến hành cố phần hoá theo Quyết định số

1076/QĐ-TCCB ngày 22-05-2003 của Bộ Công nghiệp.
Năm 2007: Công ty c ổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăng vốn điều lệ lên thành
15 tỷ đồng. Tháng 11-2009: Công ty c ổ phần Khoáng sản Phú Yên đã tăng vốn điều
lệ từ 15 tỷ đồng lên thành 40 tỷ đồng. Tháng 6-2010: Công ty c ổ phần Khoáng sản
Phú Yên đã tăng vốn điều lệ từ 40 tỷ đồng lên thành 60 tỷ đồng.
Hiện nay công ty đang hoạt động kinh doanh trên các lĩnh vực sau:
+ Điều tra thăm dò địa chất.
+ Khai thác, chế biến và kinh doanh các loại khoáng sản.
+ Sản xuất, kinh doanh vật liệu xây dựng.
+ Sản xuất thuốc thú y thuỷ sản (chất xử lý môi trường nước trong nuôi
trồng tliuỷ sản).
+ Xây dựng công trình hạ tầng cơ sở mỏ.
+ Vận tải hàng lioá.


+ Tư vấn khảo sát địa chất công trinh.
+ Xây dựng dân dụng, xây dụng công nghiệp, xây dựng giao thông, xây
dựng thuỷ lợi.
+ Lắp đặt hệ thống cấp thoát nước.
+ Kinh doanh khách sạn, ăn uống du lịch lữ hành.

Hình 1. 5. Trụ sở chỉnh cùa công ty cô phần khoáng sản Phú Yên.
PYMICO là doanh nghiệp khai thác, chế biến và kinh doanh Diatomit theo Giấy
phép khai thác Diatomit số 995/QĐ - ĐCKS do Bộ Công nghiệp cấp ngày 02/6/2000
về việc cho phép Công ty c ố phần Khoáng sản Phú Yên khai thác quặng Diatomit tại
mỏ Diatomit Hoà Lộc thuộc thôn Hoà Lộc xã An Xuân huyện Tuy An tỉnh Phú Yên.
Hiện nay, PYMICO đang cung cấp cho thị trường các sản phẩm được chế biến
từ quặng Diatomit như sau:
+ Diatomit bột.
+ Daimetin bột.

+ Daimetin hạt.
+ Diatomit bột siêu mịn.


+ Zeolite hạt.
+ Quặng Bentonite.
Đây là các sản phấm phục vụ trong nuôi trông thuỷ sản, trợ lọc trong công
nghiệp sản xuất ruợu bia, nước giải khát, .... Các sản phẩm về Diatomite là thế mạnh
của công ty.

Hình 1. 6. Sản phàm bột Diatomite.
Sản phẩm Diatomite của công ty PYMICO với thành phần khoáng vật như sau:
+ Vỏ tảo Diatomae: chiếm 10-60%, có dạng hình ống, hỉnh trụ kéo dài, tiết
diện ngang hình tròn, hình vạnh khuyên, đường kỉnh từ 0,01 - 0,05 mm,
có tiết diện hình chữ nhật chiều dài cạnh từ 0,01 - 0,02mm.
+ Opan: Dạng hình cấu nhỏ, chiếm tỷ lệ nhỏ.
+ Sét: Chiếm từ 5 - 24%, dạng vẩy chủ yếu là hydromica và lẫn ít khoáng
vật Motmorillonit.
+ Gai xương bột biển: chiếm 1 - 15% thuộc loại spongia đơn trục dãng que,
đầu nhọn, dài 0,01 - 0,25mm.
+ Gnauconit: chiếm từ 10 - 15%, có dạng vẩy nhỏ, màu lục nhạt.


+ Vụn Thạch anh: chiếm < 2%, dạng hạt vỡ vụn, sắc cạnh, kích thước 0,01
-0 ,1 mm, phân tán thưa trong quặng.
Thành phần hoá học của Diatomite tại mỏ Hoà Lộc (Phú Yên) được trình bày ở
bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của Diatomìte tại mỏ Hoà Lộc được in trên hao bì
sản phẩmf16h
CaO

MgO
Na20
MKN «
Fe203 AI2O 3 T 1O 2
SO 3
S10 2
63%
7,0%
18%
1,4%
0,2%
2,5%
1,1%
11%
3,0%
*MKN: Mât khi nung, phân tích hăng phương pháp mât trọng lượng khi nung ơ

1000°c
Sản phấm Điatomite củ PYMICO được úng dụng trong các lĩnh vực sau:
+ Làm chất lọc, tẩy rủa trong công nghệ sản xuất bia, rượu, nước giải khát,
dầu, ...
+ Dùng ừong nuôi trồng thuỷ sản.
+ Làm chất phụ gia thuỷ lực cho ximăng.
+ Làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu cách nhiệt, ...
1.1.4. Tính chất và cấu trúc của Diatomite Phú Yên|7]
Diatomite Phú Yên chứa phần lớn là SÌO2 ở dạng opal vô định hình
(SiCh.nLLO). Tuy nhiên vẫn có các khoáng thuộc họ kaolinite hay các tạp chất khác
ữong đó. Do đó để đưa vào sản xuất chất trợ lọc ưong công nghệ thực phâm cần có
việc làm giàu các khoáng SiCL.nPLO trong nguyên liệu, c ấ u trúc bề mặt cấu trúc của
Diatomite được đặc trưng bởi các nhóm silanol và siloxan với tần số dao động lần

lượt 3697.4 cm"'(hay 3622.9 cm '1) và 1102 cm '1 (hoặc 1050cm'1). Nhiều triển vọng
sử dụng nguyên liệu này trong các lĩnh vực lọc nước, hấp thụ, nguyên liệu hay làm
phụ gia pozzolan trong sản xuất xi măng.
Dựa vào kết quả phân tích X-ray của Diatomite Phú Yên trên hình 1.7 chúng
ta nhận xét rằng thành phần chủ yếu của Diatomite là S1O 2 tụ- do, vô định hình. Mặt
khác trên giản đô có xuất hiện các peak đặc trưng của S 1O2 dạng quartz ở 26 = 20.9°
và peak của khoáng kaolinite ở 28 = 26.8°


Hình 1. 7. Giản đồ phần tíchX-ray của Dìatomite Phú YểnPK

Kết quả phân tích nhiệt DTA-TG ti ên hình 1.8 cho thấy có hai peak thu nhiệt
ở 102,7°c, và 535,66°c. Tại nhiệt độ 102.7°c do mất nuớc hydrate hóa trên bề mặt
cấu trác khoáng. Lượng nước hydrate hóa này tương ứng với độ ấm của nguyên liệu
ban đầu là khoảng 6%. Quá trình giảm khối lượng thứ hai ở 535,66°c ứng với sự mất
nước chủ yếu trong cấu trúc của khoáng SiCb.nLbO và cũng như nước cấu trúc trong
các khoáng sét, với tổng lượng nước mất khoảng 10% bằng giá trị đo mất khi nung.


1.1.5. ứ n g dụng của Diatomite trong sản xuất gốm lọc nước
Vật liệu chính để sản xuất ra gốm lọc nước với kích cỡ nano đến meso là vật
liệu Diatomite.
Diatomite được hình thành từ một loại tảo biển đã bị hóa thạch hàng triệu năm
dưới biển sâu. Khi còn sống, các loài tảo này có kích thước siêu nhỏ, các cơ quan thu
gom thức ăn trên cơ thể chúng là rất nhiều các lỗ nhỏ li li, kích thước khoảng 100
nanomet, khi nước đi qua cơ thể chúng thì các chất huyền phù làm thức ăn cho chúng
được giữ lại tại các lỗ này. Sau khi các tảo này bị hóa thạch, chúng tạo thành các mỏ
Diatomite dưới đại dương. Chúng có đặc tính là tỉ lệ các lỗ xốp rỗng trên diện tích rất
lớn, giúp chúng có khả năng lọc nước (nhỏ hơn kích thước vi khuẩn) với tốc độ dòng
chảy cao. Nhiều công ty sản xuất các sản phẩm gốm xốp lọc nước đã quảng cáo sản

phẩm của mình là các công nghệ "lọc gốm ứng dụng công nghệ Nano" với lý do là
khe lọc ở kích thước "nanomet".
Người ta sản xuất các sản phẩm gốm lọc bằng cách nghiền hóa thạch Diatomite
thành bột, sau đó định hình bột này thành các tấm lọc. Ke cả sau khi nghiền thành
một hạt bột, trên hạt bột Diatomite đó vẫn còn rất nhiều khe lọc nhỏ. Việc định hình
tấm lọc có thể được tiến hành bằng đất xét hoặc xi măng, sau đó được nung đến nhiệt
độ thích họp.
Việc sản xuất, ép bột vật liệu Diatomite xốp tại các lực ép có thể giúp tạo ra các
khe lọc và công suất lọc khác nhau.
1.2.

Tình hình nghiên cứu và nhu cầu thị trường Diatomite ở Việt Nam

1.2.1. Tình hình nghiên cứu
Hiện nay ở Việt Nam có nhiều nghiên cứu về Diatomite và được ứng dung vào
thực tế như:
Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu đa mao quản trên nền khoáng sét
Dỉatomỉt của Viện Hóa học, Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam. Đã thành công
trong việc tổng họp vật liệu đa mao quản trên nền Diatomite bằng phưcmg pháp thủy
nhiệt từ gel trong và Diatomite. Vật liệu đa mao quản YF/D tồn tại cả ba loại mao
quản: vi mao quản, mao quản trung bình và nao quản rộng. Từ các kết quả đặc trung


hóa lý, đã chứng minh được thành mao quản của vật liệu Y/Diatomite được bao phủ
bởi các tinh thể zeolit (với kích thước nano) để hình thành nên vật liệu đa mao quản.
Giản đồ giải hấp amoniac theo phương trình nhiệt độ đã chứng minh được sự tồn tại
các tâm axit của vật liệ YF/D. Triển vọng của vật liệu này mở ra khả năng ứng dụng
mới trong cong nghiệp dầu khí đặc biệt trong chuyển hóa các phân tử lớn, phân đoạn
nặng hoặc dầu cặn[4].
Nghiên cứu quá trình xử lý Diatomite Lãm Đồng để sản xuất chất trợ lọc của

trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM. Trong nghiên cứu này, khoáng Diatomite
từ mỏ Đại Lào - Bảo Lộc - Lâm Đồng đã đuợc khảo sát và tiền xử lý để sản xuất chất
trợ lọc. Các tính chất hóa, lý của khoáng Diatomite nguyên liệu và sau xử lý đã đuợc
xác định bằng các phương pháp như huỳnh quang tia X (XRF), nhiễu xạ tia X (XRD),
phân tích nhiệt vi sai (DTA-TG) và kính hiển vi điển tử quét (SEM). Kết quả nghiên
cứu cho thấy khoáng diatomite Lâm Đồng có hàm luợng SÌO2 thấp (52,9%) và hàm
luợng Fe2Ơ3 cao (5,32%). Việc xử lý Diatomite bằng một số axit đã đuợc tiến hành
với mục đích làm giàu S1O 2 và loại bỏ các thành phần không cần thiết. Các axit sử
dụng trong nghiên cứu này là H 2SO4 6M, HC13.5M và HC15M. Trong đó axit H 2SO4
6M cho khả nang xử lý tốt nhất. Cụ thể sau khi xử lý trong H 2SO4 6M, hàm luợng
S1O2 tang cao nhất (90,9%) và hàm luợng Fe2Ơ3 giảm xuống nhiều nhất (0,53%) so
với xử lý bằng các axit khác[10].
Xác định các đặc tỉnh của nguyên liệu Dỉatomỉte Phú Yên bằng FT-IR, XRF,
XRD kết hợp với phương pháp tỉnh toán lý thuyết D FT của Phạm cẩm Nam , Trần
Thanh T uấn, Lâm Đại Tú - Võ Đình Vũ. Trong bài nghiên cứu này, các đặc tính của
nguyên liệu Diatomite Phú Yên đã được nghiên cứu bằng phân tích hồng ngoại, nhiễu
xạ tia X, huỳnh quang tia X kết họp với phương pháp mô phỏng lượng tử bằng phần
mềm Gaussian 03. Ket quả đã cho thấy cấu trúc của diatomite gồm các nhóm silanol
(Si-OH) và siloxan và siloxan (Si-O-Si) với tần số dao động lần lượt 3697.4 cm"1 (hay
3622.9cm"1) và 1102 cm"1(hoặc 1050cm_l). Kết quả phân tích XRD đã xác định thành
phần phase chủ yếu trong Diatomtie Phú yên là opal vô định hình (Si02.nH20) đặc
trưng bởi hàmlượng S1 O2 trong khoảng 71%. Lượng mất khi nung 9.9 % tương thích


với tổng mất trọng lượng trên giản đồ DTA-TG là 10.57%. Từ bản chất cấu trúc của
diatomite Phú Yên mở ra triển vọng ứng dụng của nó vào lĩnh vực lọc nước, hấp thụ,
vật liệu nhẹ cách nhiệt, phụ gia pozzolan[7]....
Vai trò của Diatomite Phú Yên trong sản xuất xi măng Porland trên cơ sở
Clinker Long Thọ của Phạm cẩm Nam, Trần Ngọc Tuyền, Trần Thanh Tuấn. Bài
nghiên cứu này nhằm mục đích đa dạng hóa việc ứng dụng nguồn Diatomite tại Việt

Nam, Diatomite Phú Yên được nghiên cứu để sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi
măng thông qua việc đánh giá các tính chất quan trọng của nó. Trong bài báo này,
diatomite Phú Yên được xem như một phụ gia puzzolan tiềm năng với độ hoạt tính
tính theo độ hút vôi là 173 (mgCaO/lg Diatomite). Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt hoá
(đến 800°C) lên hoạt tính của diatomite là không đáng kể. Hàm lượng diatomite Phú
Yên có thể sử dụng đến 30% (khối lượng) trên nền clinker Long Thọ mà mẫu xi măng
nhận được vẫn đảm bảo các tính chất của xi măng PCB30. Tuy nhiên, cân đối giữa
yếu tố kỹ thuật và kinh tế, có thể sử dụng 5% diatomite nguyên khai phối trộn với
phụ gia đá vôi Long Thọ để tổng hàm lượng phụ gia đến 20% mà vẫn đảm bảo yêu
cầu của TCVN 6260:1997, điều này có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất cũng như
trong kinh doanh181.
Chế tạo thành công gạch siêu cách nhiệt được công bố tháng 12/2009 là kết quả
nghiên cứu của PGS.TS Đỗ Quang Minh, kỹ sư Nguyễn Học Thắng và nhóm sinh
viên khoa công nghệ vật liệu trường ĐH Bách khoa TP.HCM, ưu điểm của loại gạch
này là nhẹ, khoảng 700 gram/viên, khả năng chịu nhiệt lên đến 900°c. So với gạch
Trung Quốc bán trên thị trường giá chỉ bằng '/2 nhưng độ bền hon hẳn. Loại gạch này
được dùng trong các công trình xây dựng như làm chất cách âm cách nhiệt cho các
tòa nhà xây dựng, công trình công nghiệp, nhà cao tầng[1], ...
1.2.2. Nhu cầu thị trường về Diatomite[1]
Mỗi năm trên thế giới tiêu thụ khoảng hơn 2 triệu tấn Diatomite. Dần đầu thế
giới về sản xuất các sản phẩm từ Diatomite là Mỹ với khoảng 550 ngàn tấn/năm,
chiếm 1/4 sản lượng thế giới. Trung Quốc là nước đứng thứ hai: 450 ngàn tấn/năm.