NGHIÊN cứu sử DỤNG PHẾ THẢI hồ phước điệp

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA HÓA


Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Khoa học

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI
BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT
GẠCH XÂY DỰNG

HỒ PHƯỚC ĐIỆP
Khóa 2010-2014

Huế, 6/2014


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA HOÁ


Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Khoa học

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI
BÙN ĐỎ TRONG SẢN XUẤT
GẠCH XÂY DỰNG

Chuyên ngành: Hoá Vô cơ

Sinh viên thực hiện: HỒ PHƯỚC ĐIỆP

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. TRẦN NGỌC TUYỀN

Huế, 6/2014


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại bộ môn Hóa Vô cơ, khoa Hóa
học, trường Đại học Khoa học Huế.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trần Ngọc Tuyền, đã dành rất
nhiều thời gian và công sức tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Khoa học Huế, Ban
giám hiệu Khoa Hóa, Khoa Vật Lý đã tạo điều kiện nghiên cứu cho tôi trong suốt thời
gian qua. Xin cảm ơn tất cả quý thầy cô giáo trong khoa Hóa học, đặc biệt là các thầy
cô trong bộ môn hóa Vô cơ đã cho tôi những ý kiến quý báu, mọi điều kiện thuận lợi
trong quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn ban giám đốc nhà máy hóa chất Tân Bình, nhà máy xi măng Long
Thọ đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt khóa luận này.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và các anh
chị em đã luôn động viên, ủng hộ tinh thần và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trên
con đường học tập.

Huế, tháng 6 năm 2014
Hồ Phước Điệp

i


TÓM TẮT
Bùn đỏ và tro trấu hiện nay là những chất thải có nguy cơ gây ra ô nhiễm môi

trường rất cao do lượng thải ra hằng năm trên thế giới là vô cùng lớn. Mặc khác, trong
thành phần của bùn đỏ còn có chứa rất nhiều chất độc hại, ảnh hưởng trực tiếp đến đời
sống của con người nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn. Hiện nay, trên thế giới,
nhiều nhà khoa học đã và đang quan tâm tới việc nghiên cứu xử lý những chất thải
này. Một trong số các nghiên cứu đó đã được ứng dụng trong thực tế. Khóa luận này
nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu đóng rắn không nung
và vật liệu nung giữa bùn đỏ với các nguyên liệu tro trấu và đất sét.
Trước hết, chúng tôi xác định các tính chất đặc trưng của nguyên liệu bùn đỏ,
tro trấu và đất sét bao gồm: Thành phần hóa học được xác định bằng phương pháp phổ
huỳnh quang tia X, thành phần pha tinh thể được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ
tia X.
Sau khi đã xác định được các tính chất đặc trưng của nguyên liệu, chúng tôi tiếp
tục khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng geopolymer giữa bùn đỏ và tro trấu.
Hai nguyên liệu trên được phối trộn theo những tỷ lệ về khối lượng khác nhau với hàm
lượng NaOH thêm vào thay đổi. Kết quả của sản phẩm được xác đinh bằng phương
pháp thử cường độ bền nén sau những khoảng thời gian dưỡng mẫu khác nhau. Điều
kiện thích hợp cho quá trình đóng rắn này lần lượt là tỷ lệ tro trấu/bùn đỏ = 0,6, thời
gian dưỡng mẫu sau 34 ngày và nồng độ NaOH = 6M. Với điều kiện trên, sản phẩm
đạt cường độ bền nén 14,2 MPa, đạt Mac 15 theo TCVN 6477 : 2011.
Tiếp theo, chúng tôi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế
vật liệu nung đi từ nguyên liệu bùn đỏ và đất sét Phong Điền, Thừa Thiên Huế.
Nguyên liệu dưới dạng bột khô, mịn của bùn đỏ và đất sét được phối trộn theo những
tỷ lệ khác nhau và được tạo hình rồi nung ở 1000 oC với thời gian lưu 1 giờ. Sau đó,
các sản phẩm được tiến hành xác định độ hút nước, khối lượng thể tích và cường độ
bền nén. Kết quả thu được cho thấy, sản phẩm ứng với tỷ lệ bùn đỏ/đất sét = 50/50 đạt
cường độ bền nén và các chỉ tiêu cơ lý thích hợp nhất theo TCVN 1451-1998. Ngoài
ra, phân tích ảnh SEM cũng cho thầy, sản phẩm chứa rất ít lỗ rỗng và các hạt đã có sự
gắn kết với nhau, làm tăng khả năng chịu lực cho sản phẩm.

ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

CL

Clay

Đất sét

MKN

Loss on ignition

Mất khi nung

MPa

Mega pascal

RHA

Rice Husk Ash

Tro trấu

RM

Red Mud

Bùn đỏ

SEM

Scanning Electron Microscopy

Hiển vi điện tử quét

XRD

X – ray Diffraction

Nhiễu xạ tia X

XRF

X-Ray Fluorescence

Huỳnh quang tia X

iii


MỤC LỤC

Trang
TÓM TẮT.................................................................................................................... ii
Bùn đỏ và tro trấu hiện nay là những chất thải có nguy cơ gây ra ô nhiễm môi
trường rất cao do lượng thải ra hằng năm trên thế giới là vô cùng lớn. Mặc khác,
trong thành phần của bùn đỏ còn có chứa rất nhiều chất độc hại, ảnh hưởng trực
tiếp đến đời sống của con người nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn. Hiện
nay, trên thế giới, nhiều nhà khoa học đã và đang quan tâm tới việc nghiên cứu
xử lý những chất thải này. Một trong số các nghiên cứu đó đã được ứng dụng
trong thực tế. Khóa luận này nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng
hợp vật liệu đóng rắn không nung và vật liệu nung giữa bùn đỏ với các nguyên
liệu tro trấu và đất sét.................................................................................................ii
Trước hết, chúng tôi xác định các tính chất đặc trưng của nguyên liệu bùn đỏ, tro
trấu và đất sét bao gồm: Thành phần hóa học được xác định bằng phương pháp
phổ huỳnh quang tia X, thành phần pha tinh thể được xác định bằng phương
pháp nhiễu xạ tia X......................................................................................................ii
Sau khi đã xác định được các tính chất đặc trưng của nguyên liệu, chúng tôi tiếp
tục khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng geopolymer giữa bùn đỏ và tro
trấu. Hai nguyên liệu trên được phối trộn theo những tỷ lệ về khối lượng khác
nhau với hàm lượng NaOH thêm vào thay đổi. Kết quả của sản phẩm được xác
đinh bằng phương pháp thử cường độ bền nén sau những khoảng thời gian
dưỡng mẫu khác nhau. Điều kiện thích hợp cho quá trình đóng rắn này lần lượt
là tỷ lệ tro trấu/bùn đỏ = 0,6, thời gian dưỡng mẫu sau 34 ngày và nồng độ NaOH
= 6M. Với điều kiện trên, sản phẩm đạt cường độ bền nén 14,2 MPa, đạt Mac 15
theo TCVN 6477 : 2011................................................................................................ii
Tiếp theo, chúng tôi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật
liệu nung đi từ nguyên liệu bùn đỏ và đất sét Phong Điền, Thừa Thiên Huế.
Nguyên liệu dưới dạng bột khô, mịn của bùn đỏ và đất sét được phối trộn theo
những tỷ lệ khác nhau và được tạo hình rồi nung ở 1000oC với thời gian lưu 1
giờ. Sau đó, các sản phẩm được tiến hành xác định độ hút nước, khối lượng thể
tích và cường độ bền nén. Kết quả thu được cho thấy, sản phẩm ứng với tỷ lệ bùn

đỏ/đất sét = 50/50 đạt cường độ bền nén và các chỉ tiêu cơ lý thích hợp nhất theo
TCVN 1451-1998. Ngoài ra, phân tích ảnh SEM cũng cho thầy, sản phẩm chứa
rất ít lỗ rỗng và các hạt đã có sự gắn kết với nhau, làm tăng khả năng chịu lực
cho sản phẩm...............................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................iii
iv


MỤC LỤC................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH...........................................................................................ix
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
Chương 1...................................................................................................................... 4
TỔNG QUAN............................................................................................................... 4
1.1. Giới thiệu về quặng bôxit và quy trình Bayer..................................................................................4
1.1.1. Quặng bôxit...............................................................................................................................4
1.1.1.1. Sơ lược về lịch sử phát hiện..............................................................................................4
1.1.1.2. Quá trình hình thành và phân bố [22]...............................................................................4
1.1.1.3. Thành phần khoáng vật.....................................................................................................6
1.1.1.4. Thành phần hóa học..........................................................................................................6
1.1.2. Quy trình Bayer.........................................................................................................................7
1.2. Sơ lược về bã thải bùn đỏ................................................................................................................8
1.3. Tro trấu và phản ứng geopolymer...................................................................................................9
1.3.1. Tro trấu......................................................................................................................................9
1.3.2. Phản ứng geopolymer.............................................................................................................11
1.4. Đất sét............................................................................................................................................14
1.5. Tiêu chuẩn Việt Nam về gạch nung và không nung......................................................................16
1.5.1. Chỉ tiêu cơ lý gạch đặc đất sét nung (TCVN 1451 : 1998)......................................................16
1.5.1. Chỉ tiêu cơ lý gạch bê tông (TCVN 6477 : 2011).....................................................................16

Chương 2.................................................................................................................... 17
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................17
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.............................................................................................................17
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................................................................................17
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................................................................17
2.3.1. Phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu.....................................................................17
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD).........................................................................................19
2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)..............................................................................20
2.3.5. Phương pháp thử các tính chất cơ lý của gạch xây................................................................21

v


2.3.5.1. Phương pháp xác định độ bền nén (TCVN 6355-1:1998)...............................................21
2.3.5.2. Phương pháp xác định độ hút nước (TCVN 6355-3:1998).............................................22
2.3.5.3. Phương pháp xác định khối lượng thể tích (TCVN 6355-5:1998)..................................23
2.4. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, HÓA CHẤT.....................................................................................................24
2.4.1. Dụng cụ....................................................................................................................................24
2.4.2. Thiết bị.....................................................................................................................................24
2.4.3. Hóa chất..................................................................................................................................24

Chương 3.................................................................................................................... 25
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................................25
3.1. Xác định các đặc trưng của nguyên liệu........................................................................................25
3.1.1. Bùn đỏ.....................................................................................................................................25
3.1.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu bùn đỏ...........................................................................................25
3.1.1.2. Thành phần hóa học của bùn đỏ.....................................................................................25
3.1.1.3. Thành phần khoáng của bùn đỏ......................................................................................26
3.1.2. Tro trấu....................................................................................................................................27
3.1.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu tro trấu..........................................................................................27

3.1.2.2. Thành phần hóa học của tro trấu....................................................................................27
3.1.2.2. Thành phần pha của tro trấu...........................................................................................28
3.1.3. Đất sét.....................................................................................................................................29
3.2. Nghiên cứu sản xuất gạch không nung từ phế thải bùn đỏ và tro trấu.......................................29
3.2.1. Chuẩn bị phối liệu...................................................................................................................29
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH trong phối liệu đến cường độ bền nén của sản phẩm...30
3.3. Nghiên cứu sản xuất gạch nung từ phế thải bùn đỏ và đất sét....................................................34
3.3.1. Chuẩn bị mẫu gạch nung........................................................................................................34
3.3.2. Các đặc trưng của sản phẩm gạch nung.................................................................................35
3.3.2.1. Cường độ bền nén...........................................................................................................35
3.3.2.2. Độ hút nước.....................................................................................................................36
3.3.2.3. Khối lượng thể tích..........................................................................................................38
3.3.2.4. Thành phần pha...............................................................................................................39

vi


3.3.2.5. Hình thái và kích thước hạt.............................................................................................40

Chương 4.................................................................................................................... 41
KẾT LUẬN................................................................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................42
PHỤ LỤC................................................................................................................... 44

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Thành phần của bùn đỏ [7]........................................................................8

Bảng 1.2. Thành phần hóa học chủ yếu của bùn đỏ [7]............................................8
Bảng 1.3. Thành phân hóa học của tro trấu [6,7]....................................................10
Bảng 1.4. Những ứng dụng của vật liệu geopolymer dựa vào tỷ lệ nguyên tử Si :
Al................................................................................................................................. 13
Bảng 1.5. Thành phần hóa học của đất sét dùng làm gạch ngói nung...................15
Bảng 1.6. Kích cỡ hạt đất sét theo tiêu chuẩn.........................................................15
Bảng 1.7. Chỉ tiêu cơ lý đất sét..................................................................................15
Bảng 1.8. Tiêu chuẩn Việt Nam về gạch đặc đất sét nung (TCVN 1451 : 1998)....16
Bảng 1.9. Tiêu chuẩn Việt Nam về gạch bê tông (TCVN 6477 : 2011)...................16
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của bùn đỏ..............................................................25
Bảng 3.2. Thành phần hóa học của tro trấu đốt cháy tự nhiên..............................28
Bảng 3.3. Thành phần phối liệu giữa bùn đỏ, tro trấu và NaOH...........................30
Bảng 3.4. Giá trị cường độ bền nén của các mẫu có tỷ lệ RHA/RM khác nhau
theo thời gian dưỡng mẫu khi nồng độ NaOH 2M..................................................30
Bảng 3.5. Giá trị cường độ bền nén của các mẫu có tỷ lệ RHA/RM khác nhau
theo thời gian dưỡng mẫu khi nồng độ NaOH 4M..................................................32
Bảng 3.6. Giá trị cường độ bền nén của các mẫu có tỷ lệ RHA/RM khác nhau
theo thời gian dưỡng mẫu khi nồng độ NaOH 6M..................................................33
Bảng 3.7. Giá trị cường độ bền nén của các mẫu gạch nung có hàm lượng bùn đỏ
khác nhau ở nhiệt độ nung 1000oC..........................................................................35
Bảng 3.8. Giá trị độ hút nước của các mẫu gạch nung có hàm lượng bùn đỏ khác
nhau ở nhiệt độ nung 1000oC...................................................................................37
Bảng 3.9. Giá trị khối lượng thể tích của các mẫu gạch nung có hàm lượng bùn
đỏ khác nhau ở nhiệt độ nung 1000oC.....................................................................38

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang

Hình 1.1. Quặng bôxit..................................................................................................4
Hình 1.2. Bôxit với phần lõi còn nguyên mảnh đá mẹ chưa phong hóa...................6
Hình 1.3. Quy trình Bayer...........................................................................................7
Hình 1.4. Vỏ trấu và tro trấu....................................................................................10
Hình 1.5. Đất sét được tạo hình................................................................................14
Hình 2.1. Nguyên tắc tạo huỳnh quang tia X...........................................................18
Hình 2.2. Bước sóng đặc trưng của các nguyên tố trong mẫu phân tích...............19
Hình 2.3. Sơ đồ sự nhiễu xạ tia X qua mạng tinh thể..............................................19
Hình 2.4. Mô hình nguyên lí hoạt động của máy SEM...........................................21
Hình 3.1. Giản đồ XRD của bùn đỏ..........................................................................26
Hình 3.2. Mẫu tro trấu từ lò sấy công nghiệp trước (A) và sau (B) khi xử lý sơ bộ
..................................................................................................................................... 27
Hình 3.3. Thành phần pha của tro trấu...................................................................28
Hình 3.4. Mối quan hệ giữa cường độ bền nén của các mẫu có tỷ lệ RHA/RM
khác nhau theo thời gian dưỡng mẫu khi nồng độ NaOH 2M...............................31
Hình 3.5. Mối quan hệ giữa cường độ bền nén của các mẫu có tỷ lệ RHA/RM
khác nhau theo thời gian dưỡng mẫu khi nồng độ NaOH 4M...............................32
Hình 3.6. Mối quan hệ giữa cường độ bền nén của các mẫu có tỷ lệ RHA/RM
khác nhau theo thời gian dưỡng mẫu khi nồng độ NaOH 6M...............................33
Hình 3.7. Mối quan hệ giữa cường độ bền nén của các mẫu có tỷ lệ RHA/RM và
nồng độ NaOH khác nhau sau 34 ngày dưỡng mẫu................................................34
Hình 3.8. Mối quan hệ giữa cường độ bền nén và hàm lượng bùn đỏ trong gạch
nung............................................................................................................................ 36
Hình 3.9. Mối quan hệ giữa độ hút nước và hàm lượng bùn đỏ trong gạch nung 37
Hình 3.10. Mối quan hệ giữa khối lượng thể tích và hàm lượng bùn đỏ trong gạch
nung............................................................................................................................ 38
Hình 3.11. Giản đồ XRD của mẫu gạch nung..........................................................39
Hình 3.12. Ảnh SEM của mẫu gạch nung................................................................40

ix

MỞ ĐẦU
Bùn đỏ là một trong những chất thải chính trong quá trình sản xuất nhôm theo
quy trình Bayer từ quặng bôxit. Theo quy trình này, cứ 5 tấn quặng bôxit sẽ được làm
sạch và xử lý để sản xuất ra 2 tấn kim loại nhôm. Trung bình trên thế giới, khi sản xuất
ra 21 triệu tấn nhôm thì tương ứng lượng bùn đỏ thải ra vào khoảng 82 triệu tấn [4].
Theo báo cáo khảo sát địa chất Mỹ, lượng quặng bôxit khai thác được trên toàn thế
giới vào năm 2007 là 202 triệu tấn, năm 2008 là 205 triệu tấn và 201 triệu tấn vào năm
2009. Theo báo cáo đó thì lượng bùn đỏ thải ra hằng năm trung bình khoảng 120 triệu
tấn [6]. Với khối lượng lớn như vậy, hầu hết bùn đỏ khi thải ra đều được chứa trong bể
chứa có dung tích rất lớn. Theo như nhiều bài báo nghiên cứu, bùn đỏ thải ra thường
có pH rất cao, dao động trong khoảng 10,5 – 13,0, cùng với đó là hàm lượng lớn kim
loại nặng cũng như lượng vết của các nguyên tố khác [7], chính điều này làm cho việc
tái sử dụng bùn đỏ trở nên rất khó khăn và nguy cơ gây ra ô nhiễm môi trường là rất
lớn nếu như không có biện pháp xử lý kịp thời. Vào ngày 4 tháng 10 năm 2010, tại nhà
máy Alumina Ajka, Hungary đã xảy ra sự cố vỡ bể chứa bùn đỏ. Lượng bùn đỏ lỏng
tràn ra ước tính lên đến một triệu mét khối đã làm cho 8 người chết, 122 người bị
thương và khoảng 40 km2 đất đai của khu vực lân cận bị ô nhiễm nặng [13].
Ngày nay, việc bảo vệ môi trường luôn là ưu tiên hàng đầu của mỗi quốc gia và
trên toàn thế giới. Trong ngành công nghiệp sản xuất ra sản phẩm tiêu dùng thì một
trong số các xu hướng chính hiện nay đó là sử dụng công nghệ xanh, tức là sản xuất đi
đôi với bảo vệ môi trường. Theo đó, rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu tận dụng
phế thải của nhiều ngành sản xuất để tạo ra những sản phẩm mới có giá trị kinh tế cao
đồng thời giải quyết được bài toán về môi trường.
Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tái sử dụng bùn đỏ để
tạo ra những sản phẩm mới và một trong số chúng đã được ứng dụng ra thực tế. Dưới
đây là một trong số các công trình nghiên cứu đó:
- Năm 2000, nhóm nghiên cứu tại Đại học Trento và Đại học Sassari, Italy đã sử dụng
bùn đỏ và đất sét để tổng hợp vật liệu gốm có chất lượng cao [11].

- Năm 2011, Jian He tại trường đại học Louisiana State, LA, USA đã khảo sát khả
năng đóng rắn giữa bùn đỏ (RM) và tro trấu (RHA) tạo thành vật liệu Geopolymer.
1


Sau khi trộn phối liệu giữa bùn đỏ và tro trấu dưới dạng bột khô, mịn, dung dịch
NaOH có nồng độ khác nhau được thêm vào sao cho tỷ lệ dung dịch/bột = 1,2. Các
mẫu sau đó được đem xác định cường độ nén ở những thời gian bảo dưỡng khác nhau.
Kết quả thu được ứng với tỷ lệ RHA/RM = 0,5, nồng độ NaOH thêm vào bằng 2M và
thời gian bảo dưỡng sau 35 ngày sẽ cho cường độ bền nén cao nhất [6,7].
- Năm 2012, nhóm nghiên cứu bao gồm Hongtao He, Qinyan Yue, Yuan Su, Baoyu
Gao, Yue Gao, Jingzhou Wang, Hui Yu tại Đại học Shandong, Trung Quốc đã nghiên
cứu sản xuất gạch bằng cách phối trộn giữa cát sông Hoàng Hà và bùn đỏ [5].
Cùng với bùn đỏ thì tro trấu (RHA) cũng đang là một trong những chất thải có khả
năng gây ô nhiễm cao do lượng thải ra từ ngành sản xuất nông nghiệp hằng năm vô
cùng lớn. Theo một nghiên cứu thống kê về thị trường RHA vào năm 2003, khoảng
600 triệu tấn lúa được sản xuất ra trên toàn cầu. Trung bình 20% khối lượng của lúa là
vỏ trấu, như vậy lượng vỏ trấu được tạo ra vào khoảng 120 triệu tấn. Juliano (1985) đã
chỉ ra rằng vỏ trấu là một trong số những chất thải nông nghiệp khó xử lý nhất bởi vì
nó có các đặc tính sau: dai, dạng gỗ, chứa thành phần silica cao,…chính những điều đó
đã làm cho việc xử lý vỏ trấu trở nên rất khó khăn. Hơn thế nữa, vỏ trấu chứa một
lượng tro cao bất thường so với những nhiên liệu sinh học khác, khoảng 20% tùy vào
điều kiện thời tiết và địa lý của địa phương. Do đó, lượng RHA trên toàn cầu thải ra
hằng năm chiếm khoảng 24 triệu tấn [6,7,14]. Riêng tại Việt nam, năm 2010, trữ lượng
lúa sản xuất được ước tính khoảng 40 triệu tấn. Như vậy, cũng theo như tính toán trên
thì lượng RHA thải ra là khoảng 1,6 triệu tấn [20]. Ngày nay, việc xử lý lượng trấu nói
trên còn đang rất hạn chế, chỉ một phần nhỏ vỏ trấu được tận dụng làm thức ăn gia súc,
nhiên liệu sinh học,…Điều đó đồng nghĩa với việc vẫn còn một lượng rất lớn trấu chưa
được xử lý và phải thải ra bên ngoài gây ô nhiễm môi trường.
Việt Nam ta là một quốc gia có nền sản xuất gạch lâu đời. Hằng năm, trên toàn

quốc, lượng gạch sản xuất ra lên đến hằng chục tỷ viên. Tính đến tháng 5, năm 2012,
tổng sản lượng gạch ước tính khoảng 25 tỷ viên; trong đó, lượng gạch đất nung đạt
20,8 tỷ viên, chiếm 83,2 % tổng sản lượng. Còn lại là gạch không nung chỉ chiếm 16,8
% [21]. Như vậy, sản lượng gạch kể trên đã góp một phần giúp đẩy mạnh sự nghiệp
công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển
kinh tế cao cộng với tốc độ xây dựng tăng dẫn tới nhu cầu vật liệu xây dựng ngày một

2


lớn hơn, trong đó có vật liệu xây. Điều này đồng nghĩa với việc sẽ có một diện tích rất
lớn đất nông nghiệp phải mất đi. Theo số liệu thống kê của bộ xây dưng, để sản xuất 1
tỷ viên gạch đất sét nung có kích thước tiêu chuẩn sẽ tiêu tốn khoảng 1,5 triệu m 3 đất
sét, tương đương 75 ha đất nông nghiệp (độ sâu khai thác là 2m) và 150.000 tấn than,
thải ra khoảng 0,57 triệu tấn khí CO 2 gây ra hiệu ứng nhà kính và nhiều khí thải độc
hại khác gây ô nhiễm môi trường [12]. Theo quyết định ban hành của Thủ tướng
Chính phủ số 567/QĐ-TTg ngày 28/4/2010 về Chương trình phát triển vật liệu xây
không nung đến năm 2020 và chỉ thị số 10/CT-TTg ngày 16/4/2012 Tăng cường sử
dụng vật liệu xây không nung, hạn chế sản xuất và sử dụng gạch đất sét nung. Quyết
định trên đã đề ra mục tiêu phát triển sản xuất và sử dụng vật liệu xây không nung thay
thế gạch đất sét nung đạt tỷ lệ 20 - 25% vào năm 2015, 30 - 40% vào năm 2020, tiến
tới xóa bỏ hoàn toàn các cơ sở sản xuất gạch đất sét nung bằng lò thủ công. Như vậy,
với việc tận dụng và thay thế bùn đỏ cho đất sét để sản xuất vật liệu không nung sẽ
góp phần tăng sản lượng gạch của nước ta trong thời gian tới, đồng thời giúp cho quyết
định 567 sớm đạt được mục tiêu đã đề ra.
Xuất phát từ những đề cập trên, chúng tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu sử
dụng phế thải bùn đỏ trong sản xuất gạch xây dựng” nhằm tận dụng một lượng lớn
phế thải bùn đỏ để sản xuất gạch, giảm thiểu tác hại môi trường do bùn đỏ gây ra,
đồng thời giảm bớt việc khai thác, sử dụng đất sét trong sản xuất gạch xây dựng.
Đề tài thực hiện những nhiệm vụ sau:

- Xác định được các đặc tính của bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình.
- Nghiên cứu các điều kiện thực tế ảnh hưởng đến phản ứng geopolymer giữa bùn
đỏ và tro trấu của vật liệu đóng rắn không nung.
- Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình điều chế vật liệu nung từ bùn
đỏ và đất sét Phong Điền, Thừa Thiên Huế.

3


Chương 1.
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về quặng bôxit và quy trình Bayer
1.1.1. Quặng bôxit
1.1.1.1. Sơ lược về lịch sử phát hiện
Bôxit (bauxite) là một loại quặng nhôm, đồng thời là nguồn chứa nhôm chủ yếu
trên thế giới. Nó chứa chủ yếu các khoáng chất như gibbsite Al(OH) 3, boehmite γAlO(OH) và diaspore α-AlO(OH), cộng thêm hai oxit là goethite Fe(1-x)AlxOOH (x = 0
– 0,33) và hematite Fe2O3, các khoáng sét kaolinite Al2O3.2SiO2.2H2O và một lượng
nhỏ anatase TiO2. Bôxit được đặt tên bởi một nhà địa chất học người Pháp Pierre
Berthier vào năm 1821 sau khi ông đến một ngôi làng có tên là Les Baux, thuộc
Provence, miền nam nước Pháp. Tại đây ông đã phát hiện ra bôxit và ông là người đầu
tiên nhận ra trong quặng này có chứa nhôm [17,18].
1.1.1.2. Quá trình hình thành và phân bố [22]
Bôxit hình thành trên các loại đá có hàm lượng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi
trong quá trình phong hóa. Quá trình hình thành trải qua các giai đoạn:
a) Phong hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt.
b) Làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nước ngầm.
c) Xói mòn và tái tích tụ bôxit.

Hình 1.1. Quặng bôxit
Các quặng bôxit phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt đới, Caribe, Địa Trung Hải

và vành đai xung quanh xích đạo, người ta tìm thấy quặng bôxit ở các vùng lãnh thổ

4


như Úc, Nam và Trung Mỹ (Jamaica, Brazil, Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi
(Guinea), châu Á (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam), Nga, Kazakhstan và châu Âu
(HyLạp).
Từ nguồn gốc hình thành dẫn đến việc tạo thành hai loại mỏ bôxit:
1. Loại phong hóa được hình thành do quá trình laterit hóa chỉ diễn ra trong
điều kiện nhiệt đới trên nền đá mẹ là các loại đá silicat: granit, gneiss, bazan, syenite
và đá sét.
2. Loại trầm tích có chất lượng tốt và có giá trị công nghiệp. Loại này được
hình thành bằng con đường phong hóa laterit trên nền đá cacbonat như đá vôi và
dolomit xen kẽ các lớp kẹp sét tích tụ do phong hóa sót hay do lắng đọng phần khoáng
vật sét không tan khi đá vôi bị phong hóa.
Thân quặng bôxit tồn tại ở 4 dạng: lớp phủ, túi, xen kẹp và mảnh vụn:
* Các dạng lớp phủ lớn xuất hiện ở Tây Phi, Úc, Nam Mỹ và Ấn Độ, bao gồm
các lớp bằng phẳng nằm gần bề mặt và có thể trãi dài hàng km. Chiều dày có thể thay
đổi từ ít hơn 1 m đến 40 m, trong các trường hợp chấp nhận được thì bề dày trung bình
khoảng 4 - 6 m.
* Dạng túi được tìm thấy ở Jamaica và Hispaniola, cũng như miền nam châu
Âu, bôxit phân bố ở độ sâu trong các vùng này từ ít hơn 1 m đến hơn 30 m. Trong một
số trường hợp, các túi này nằm riêng biệt, trong khi các khu vực khác các vùng võng
chồng lấn nhau và tạo thành các mỏ lớn.
* Dạng xen kẹp được được tìm thấy ở Hoa Kỳ, Suriname, Brazil, Guyana,
Russia, Trung Quốc, Hungary và khu vực Địa Trung Hải. Ban đầu chúng nằm trên bề
mặt sau đó bị các đá hình thành sau phủ lên thường gặp ở dạng đá núi lửa. Loại quặng
này thường có kết cấu chặt hơn các loại khác do nó bị nén bởi các lớp đá nằm trên.
* Dạng mảnh vụn chỉ các tích tụ quặng được tạo thành từ sự xói mòn bôxit

(kiểu trầm tích ở trên) ví dụ như bôxit Arkansas ở Hoa Kỳ.

5


Hình 1.2. Bôxit với phần lõi còn nguyên mảnh đá mẹ chưa phong hóa
Ở Việt Nam, bôxit phân bố phổ biến ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn
và Tây nguyên. Ở các tỉnh phía Bắc, bôxit là các ổ, các phễu và dạng cột xuyên lên
vào giao điểm các đứt gẫy địa chất. Ở Tây nguyên, bôxit có thân quặng chứa bôxit
dạng cột, phễu và dạng dòng chảy phủ lên đá bazan cũng như các trầm tích cổ hơn.
1.1.1.3. Thành phần khoáng vật
Bôxit tồn tại ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa trong nó
và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsit Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH) và diaspore αAlO(OH), cùng với các khoáng vật oxit sắt goethit và hematit, các khoáng vật sét
kaolinit và đôi khi có mặt cả anatase TiO2.
Gibbsit là hydroxit nhôm thực sự, còn boehmit và diaspore tồn tại ở dạng
hidroxit nhôm ôxít. Sự khác biệt cơ bản giữa boehmit và diaspore là diaspore có cấu
trúc tinh thể khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách
nước nhanh.
1.1.1.4. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học chủ yếu (quy ra ôxít) là Al 2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, TiO2,
MgO... trong đó, hyđrôxit nhôm là thành phần chính của quặng.
Ở Việt Nam, bôxit được xếp vào khoáng sản khi tỷ lệ giữa ôxít nhôm và silic
ôxít gọi là modun silic (ký hiệu là mSi) không được nhỏ hơn 2.

6


1.1.2. Quy trình Bayer
Công nghệ Bayer là phương thức sản xuất chính tinh luyện quặng thô bôxit để
sản xuất ra quặng tinh alumina. Trong bôxit có đến 30 – 54% là Al 2O3, phần còn lại là

các silica, nhiều dạng ôxít sắt, và điôxít titan. Alumina phải được tinh chế trước khi có
thể sử dụng để điện phân sản xuất ra nhôm kim loại.
Bùn đỏ

T = 170 ± 180oC
Bôxit

Nghiền, xay

Bình áp
suất

Lọc

Na[Al(OH)4]
Làm lạnh

NaOH

Al2O3

Hạt mầm
tinh thể
Al(OH)3

Tinh thể hóa

Nước

Lò quay

Hình 1.3. Quy trình Bayer
Trong công nghệ Bayer, bôxit bị chuyển hóa bởi một luồng dung dịch natri hydroxit
(NaOH) nóng lên tới 175°C để trở thành hydroxit nhôm, Al(OH) 3 tan trong dung dịch
hydroxit theo phản ứng sau:
Al2O3 + 2OH− + 3H2O → 2[Al(OH)4]−

Các thành phần hóa học khác trong bôxit không hòa tan theo phản ứng trên
được lọc và loại bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ. Chính chất thải này gây nên
một vấn nạn về môi trường. Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và hydroxit
nhôm ở dạng hòa tan phân lắng tạo thành một dạng chất rắn, bông xốp, có màu trắng.
Khi được nung nóng lên tới 1050°C (quá trình canxit hóa), hydroxit nhôm phân rã vì
nhiệt trở thành alumina và giải phóng hơi nước:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
Công nghệ Bayer được Karl Bayer phát minh vào năm 1887. Khi làm việc
ở Saint Petersburg, Nga ông đã phát triển từ một phương pháp ứng dụng alumina cho
ngành công nghiệp dệt (nó được dùng làm chất cắn màu trong nhuộm sợi bông). Vào
năm 1887, Bayer đã phát hiện rằng nhôm hydroxit kết tủa từ dung dịch kiềm ở

7


dạng tinh thể và có thể tách lọc và rửa dễ dàng, trong khi nó kết tủa bởi sự trung hòa
dung dịch trong môi trường axít thì ở dạng sệt và khó rửa sạch.
Ngày nay, công nghệ này gần như không thay đổi và nó được sử dụng để sản
xuất ra hầu hết alumina của thế giới, được cung cấp như một sản phẩm trung gian
trong sản xuất nhôm.
1.2. Sơ lược về bã thải bùn đỏ
Bùn đỏ là một chất thải chính trong quy trình Bayer để sản xuất nhôm. Bùn đỏ
được thải ra dưới dạng lỏng, có thành phần chứa chủ yếu là hematite (Fe 2O3), alumina

(Al2O3),...với độ pH rất cao, dao động trong khoảng 10,5 – 13,0 nếu ở dạng lỏng.
Chính lượng sắt cao trong thành phần làm cho bùn thải có màu đỏ đặc trưng [7].
Bảng 1.1. Thành phần của bùn đỏ [7]
Thành phần
Đất sét (≤ 2 μm)

Hàm lượng (%)
33,0

Phù sa (2 – 75 μm)

43,0

Cát (> 75 μm)

24,0

Bảng 1.2. Thành phần hóa học chủ yếu của bùn đỏ [7]
Thành phần
SiO2

Hàm lượng (%)
1,2

Al2O3

14,0

Fe2O3

30,9

NaOH

20,2

NaAlO2

23,0

CaO

2,5

K2O

-

TiO2

4,5

MnO

1,7

Theo như những đề cập đã nêu ở đầu có thể thấy lượng bùn đỏ thải ra hằng năm
trên thế giới là rất lớn, trung bình khoảng 120 triệu tấn [6,7]. Hầu hết lượng bùn đỏ
này đều được lưu trữ trong các hồ chứa lớn và chưa có biện pháp xử lý. Chính điều
này gây ra một nguy cơ ô nhiễm rất lớn cho môi trường.

8


Trước vấn nạn về môi trường trên, rất nhiều giải pháp đã được đưa ra nhằm
giảm thiểu những tác hại của bùn đỏ, cụ thể [15]:
- Chứa bùn đỏ lỏng trong các bể chứa lớn được phủ bằng đất sét và để khô tự
nhiên.
- Phương pháp làm đặc cứng bùn đỏ bằng cách bổ sung muối amoni có các axit
béo thay thế, sau đó đóng thành những bánh có hàm lượng nhôm và các chất độc hại
thấp hơn cho phép thải ra môi trường một cách thân thiện hơn.
- Xử lý bùn đỏ bằng axít clohydric (HCl) sẽ giúp giảm khả năng hấp thu kim
loại nặng của bùn đỏ.
Như vậy, đánh giá một cách khách quan cho thấy bùn đỏ vẫn đang là một vấn đề
nan giải, cần đầu tư nhiều thời gian và công sức hơn để nghiên cứu những giải pháp
nhằm giảm thiểu nguy cơ gây ra ô nhiễm môi trường từ bùn đỏ.
1.3. Tro trấu và phản ứng geopolymer
1.3.1. Tro trấu
Việt nam là nước có nền văn minh lúa nước rất lâu đời, từ lâu cây lúa đã gắn
liền với đời sống của nhân dân. Đối với Việt Nam cho dù có sự chuyển dịch về cơ cấu
kinh tế, nhưng ngành nông nghiệp vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an
ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu nông sản ra nước ngoài. Tổng giá trị sản xuất
nông nghiệp chiếm khoảng 1/3 trong GDP. Trong đó, đất trồng lúa nước có diện tích
7390 km2. Sản lượng lúa của nước ta đạt khoảng 40 triệu tấn/năm (2010). Bên cạnh
mức tăng trưởng về sản lượng và kim ngạch xuất khẩu lúa gạo còn tồn đọng vấn đề về
các bãi chứa, biện pháp thu gom, đầu ra cho các phế phẩm sau thu hoạch như rơm rạ,
vỏ trấu. Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát.
Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và
khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Năm 2010, lượng trấu thải ra từ ngành xay xát ở
mức hơn 7 triệu tấn. Nhưng chỉ có khoảng 3 triệu tấn trấu được dùng để làm thức ăn

gia súc, sản xuất phân bón, ván ép, dùng để nấu ăn trong các gia đình nông thôn và
trong nhiều cơ sở công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: lò nung gạch truyền thống,
nung vôi, nung gốm. Như vậy vẫn còn một lượng lớn trấu dư thừa đang thải ra kênh
rạch, sông ngòi. Quá trình phân hủy của vỏ trấu làm nguồn nước ô nhiễm, đồng thời
phát sinh mùi hôi. Làm ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dân. Trong khi đó, tro trấu

9


có chứa trên 80% là silic đioxit. Như vậy, việc sử dụng tro trấu để sản xuất gạch không
nung khi trộn cùng với bùn đỏ vừa tạo nguồn lợi kinh tế lớn, vừa giải quyết vấn đề tồn
đọng về các biện pháp thu gom, đầu ra cho các phế phẩm sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ
trấu, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường.

Hình 1.4. Vỏ trấu và tro trấu
Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần chứa 75% chất xơ, theo
như thống kê thì 1 kg trấu khi cháy sinh ra 3400 kcal, bằng 1/3 năng lượng sinh ra do
đốt dầu nhưng giá thành rẻ gấp 27 lần.
Bảng 1.3. Thành phân hóa học của tro trấu [6,7]
Thành phần

Hàm lượng (%)

SiO2

91,5

Al2O3

-

Fe2O3

-

NaOH

-

NaAlO2

-

CaO

-

K2 O

2,3

TiO2

-

MnO

-

C

6,0

10


Một số ứng dụng chủ yếu của tro trấu:
 Sử dụng nhiệt lượng của tro trấu để sản xuất điện năng: Với khả năng đốt cháy
mạnh và rẻ, có thể ứng dụng hơi nóng sinh ra khi đốt nóng không khí bằng trấu để làm
quay tua bin phát điện. Theo tính toán mỗi kg trấu có thể tạo được 0,125kW giờ điện
và 4 kW giờ nhiệt, tùy theo công nghệ. Ứng dụng này được áp dụng để chế tạo máy
phát điện loại nhỏ cho những khu vực vùng sâu vùng xa.
 Sử dụng làm vật liệu xây dựng: Vỏ trấu nghiền mịn có thể được trộn với các
thành phần khác như mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thuỷ tinh. Lúc
này trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây thông thường khoảng 50% và có tính
cách âm, cách nhiệt và không thấm nước cao.
 Sử dụng tro trấu sản xuất oxit silic: Tro của trấu sau khi đốt cháy chứa hơn 80%
là silic oxit. Vấn đề tận dụng oxit silic trong vỏ trấu hiện đang đưọc rất quan tâm, mục
đích là thu được tối đa lượng silic với thời gian ngắn. Hiện nay đã có công trình nghiên
cứu về trích ly oxit silic bằng NaOH thành công mang lại hiệu quả kinh tế cao.
 Một số ứng dụng khác của vỏ trấu: Không dừng ở các ứng dụng trên, vỏ trấu
còn có thể dùng làm thiết bị lọc nước, thiết bị cách nhiệt, làm chất độn, giá thể trong
công nghiệp sản xuất men giống, dùng đánh bóng các vật thể bằng kim loại, tro trấu
cũng có thể dùng làm phân bón,....
1.3.2. Phản ứng geopolymer
Geopolymer là những vật liệu mới có tính ứng dụng cao như làm sơn và chất
kết dính chịu nhiệt - chịu lửa, dược liệu, vật liệu gốm chịu nhiệt, chất kết dính cho sợi
composite chống cháy,... Geopolymer là một phần của khoa học polymer, nó đang dần
hình thành một chỗ đứng mới trong khoa học vật liệu. Vật liệu dùng để tổng hợp nên
vật liệu polymer silicon thường có nguồn gốc từ những khoáng vật trong đất vì vậy nó

mới có tên là geopolymer [18].
Theo D. Kim và cộng sự [9], geopolymer có thể chỉ chứa duy nhất một khoáng vật
hoặc cũng có thể là hỗn hợp của những hợp chất bao gồm các đơn vị được lặp đi lặp
lại, ví dụ silic oxit (-Si-O-Si-O-), silic - aluminate (-Si-O-Al-O-), cốt thép silic aluminate (-Fe-O-Si-O-Al-O-) hoặc alumino - phosphate (Al-OPO-) tổng hợp. Tất cả
chúng đều được tạo ra thông qua một quá trình geopolymer hóa.

11


Quá trình geopolymer hóa liên quan tới một phản ứng hóa học nhanh một cách
đáng kể dưới điều kiện kiềm của những khoáng chất Si – Al. Kết quả của điều đó trong
không gian ba chiều chính là sự hình thành nên cấu trúc polymer dạng chuỗi và vòng
bao gồm những liên kết Si-O-Al-O [1].
Cấu trúc sơ đồ mạch của vật liệu Geopolymer có thể được chỉ ra bằng cách mô tả
thông qua phương trình (1) và (2) [1,8]:
Na+ + n(OH)3-Si-O-Al--O-Si-(OH)3

n(Si2O5.Al2O2) + 2nSiO2 + 4nH2O + NaOH

(Vật liệu Si-Al)

(OH)2

(1)

(Geopolymer precursor)

n(OH)3-Si-O-Al-O-Si-(OH)3 + NaOH

(Na+)-(Si-O-Al-O-Si-O-) + 4nH2O

(OH)2

O

O

O

(2)

Khung liên kết geopolymer
Từ phương trình 2 cho thấy cấu tử nước đã bị đẩy ra trong suốt quá trình phản ứng
hóa học được thực hiện bên trong cấu trúc của geopolymer, để lại đằng sau đó là
những lỗ có kích thước nano (nanopores), điều này ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của
phản ứng geopolymer. Nước trong hỗn hợp geopolymer, do đó không có vai trò trong
các phản ứng hóa học diễn ra; nó chỉ đơn thuần là cung cấp khả năng tương tác trong
hỗn hợp. Điều này trái ngược với phản ứng hydrat hóa của nước trong bê tông xi măng
Portland [10].
Có hai thành phần chính của geopolymer, cụ thể là nguyên vật liệu và dung dịch
kiềm. Nguyên vật liệu cho geopolymer thường giàu Si và Al. Đây có thể là các khoáng
chất tự nhiên như là cao lanh, đất sét,... Ngoài ra, những vật liệu từ các sản phẩm phụ
như là tro bay, silica vô định hình, tro trấu, bùn đỏ,...cũng được sử dụng làm vật liệu
sản xuất geopolymer. Dung dịch kiềm tốt nhất được sử dụng trong phản ứng
geopolymer là một sự kết hợp giữa natri hydroxit (NaOH) hoặc kali hydroxit (KOH)
với natri silicat hoặc kali silicat.
Theo Davidivits (1994), những vật liệu geopolymer có rất nhiều ứng dụng trong
lĩnh vực công nghiệp. Phụ thuộc vào cấu trúc hóa học trong những khoảng giới hạn

12

theo tỷ lệ nguyên tử của Si : Al. Davidovits (1994) đã phân thành những loại ứng dụng
của geopolymer theo những tỷ lệ Si : Al được trình bày như trong bảng 1.3.
Bảng 1.4. Những ứng dụng của vật liệu geopolymer dựa vào tỷ lệ nguyên tử Si : Al
Tỷ lệ Si : Al

Những ứng dụng
- Gạch

1

- Gốm
- Phòng cháy chữa cháy

2

- Xy măng chứa hàm lượng thấp CO2 và bê tông
- Đóng gói chất độc và chất phóng xạ
- Phòng cháy chữa cháy sợi thủy tinh tổng hợp

3

- Thiết bị đúc
- Vật liệu tổng hợp chịu nhiệt, 200 oC đến 1000 oC
- Công cụ chế tạo cho quá trình sản xuất titan hàng không

>3
20 - 35

- Chất đệm cho ngành công nghiệp, 200 oC đến 600 oC
- Dụng cụ cho nhôm SPF hàng không
- Sợi composite chịu lửa và nhiệt

Lợi ích kinh tế của geopolymer mang lại:
Bằng cách sử dụng phản ứng geopolymer chúng ta có thể giảm được rất nhiều
năng lượng trong việc đốt các nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất gạch hay sản xuất xy
măng. Mặc khác, nếu so với chất kết dính là xi măng Portland thì tro bay hay tro trấu
có giá thành rẻ hơn gấp nhiều lần, do đó giá thành những loại vật liệu geopolymer
cũng rẻ hơn.
Hơn thế nữa, với việc tạo ra vật liệu geopolymer từ tro trấu hoặc tro bay, chúng
ta có thể hạn chế được những hư hại về cơ sở vật chất do vật liệu này có khả năng
chống axit, sulfat. Từ đó, giảm thiểu hao phí bảo trì, bảo dưỡng, đồng thời đảm bảo an
toàn cho người sử dụng.

13


1.4. Đất sét
Đất sét [16] hay sét là một thuật ngữ được dùng để chỉ một nhóm các khoáng
vật phyllosilicat nhôm ngậm nước, thông thường có đường kính hạt nhỏ hơn 2 μm
(micromét). Do đó khi hòa tan trong nước thì chúng tạo thành dạng keo đất gọi là
huyền phù. Đất sét có khả năng hút nước cũng như chỉ số độ dẻo cao, đồng thời có khả
năng đóng rắn tốt khi được nung ở nhiệt độ cao.

Hình 1.5. Đất sét được tạo hình
Trong các nguồn tài liệu khác nhau, người ta chia đất sét ra thành ba hay bốn
nhóm chính như sau: kaolinit, montmorillonit, illit và chlorit. Có khoảng 30 loại đất
sét nguyên chất khác nhau trong các nhóm này, nhưng phần lớn đất sét tự nhiên là hỗn
hợp của các loại sét khác nhau này, cùng với các khoáng chất đã phong hóa khác. Yêu

cầu kỹ thuật của đất sét để sản xuất gạch ngói nung [19]:
Tiêu chuẩn này áp dụng cho các loại đất sét (kể cả đất sét nguyên thổ hay hỗn
hợp của nhiều loại đất sét) dùng để sản xuất gạch đặc và ngói nung theo TCVN 1451 :
1986 và TCVN 1452 : 1986. Yêu cầu kỹ thuật đó như sau:
- Đất sét dùng để sản xuất gạch đặc và ngói nung là đất sét dễ cháy, có nhiệt độ
nung thích hợp không lớn hơn 1050oC.
- Đất sét chứa muối tan hoặc những tạp chất có hại khác phải được xử lí thích hợp.
- Đất sét để sản xuất gạch đặc phải có thành phần hoá học như quy định ở bảng 1.4,
chỉ tiêu kích cỡ hạt như quy định ở bảng 1.5 và các chỉ tiêu cơ lý như quy định ở bảng
1.6.

14