tiểu luận hóa môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA HÓA HỌC

Nhóm Sinh Viên Thực Hiện

1.
2.
3.

Mai Quang Hoàng
Lê Văn Trung
Hồ Văn Khôi

Đề Tài
SỬ DỤNG PHẾ THẢI BÙN ĐỎ ĐỂ SẢN XUẤT
VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Giảng Viên Hướng Dẫn: TS. Hoàng Thái Long
Bộ Môn: Hóa Môi Truòng

Huế, tháng 11/2014


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU.

3

Lý do chọn đề tài.

3

Mục đích và nhiệm vụ đề tài.
9

8 NỘI DUNG CHÍNH.

Sản xuất nhôm theo quy trình bayer.

9

Thành phần của bùn đỏ.

11

Nguyên nhân và hậu quả tràn bùn đỏ.

12

Sản xuất gạch nung từ bùn đỏ và đất sét.

14

Sản xuất gạch không nung từ bùn đỏ và tro trấu.

20

KẾT LUẬN.

24

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

26

NGUỒN THAM KHẢO.

27

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

2

08:46:45 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Lý Do Chọn Đề Tài

A. MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài:
Xuất phát từ thực trạng của ngành công nghiệp sản xuất nhôm hiện nay:
Hàng năm, thế giới thải ra khoảng 50- 80 triệu tấn bùn đỏ.
bùn đỏ thải ra chủ yếu được chứa trong các các hồ chứa tự nhiên hoặc nhân tạo.
Do hàm lượng kiềm dư trong bùn đỏ khá cao , việc lưu trữ trong thời gian lâu dài luôn tiềm ẩn nhiều nguy
cơ gây ô nhiễm nguồn nước và đe dọa môi trường sinh thái xung quanh.

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

3

08:46:46 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Lý Do Chọn Đề Tài

thảm họa sinh thái ở châu Âu do vỡ hồ chứa bùn đỏ ở Hungary ngày 04/10/2010
3
2
hơn 1,1 triệu m bùn đỏ có pH =13 tràn ra một khu vực rộng hơn 40 km và lan đến cửa sông Danube,
Sự cố này không chỉ gây chết người, ảnh hưởng đến cuộc sống của hàng ngàn hộ dân cư mà mà còn mất
hàng chục năm để phục hồi hệ sinh thái.

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

4

08:46:46 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Lý Do Chọn Đề Tài

Bùn đỏ được chứa trong hồ tự nhiên

Sự cố tràn bùn đỏ hungary 2010

Xây thành bao quanh để ngăn bùn đỏ

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

5

08:46:47 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Lý Do Chọn Đề Tài

Kênh Marcal chụp năm 2009

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

Kênh Marcal chụp ngày 12/10/010

6

08:46:47 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Lý Do Chọn Đề Tài

Do vậy, việc nghiên cứu xử lý lượng bùn đỏ để giảm thiểu tác hại đến môi trường, đồng thời tận dụng nó
để đưa lại các lợi ích kinh tế phục vụ đời sống là vấn đề được các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm.

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

7

08:46:48 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Mục đích và nhiệm vụ đề tài

II.

•
•
•
•
•

Mục đích và nhiệm vụ đề tài
Tìm hiểu sản xuất nhôm theo quy trình bayer.
Xác định các thành phần hóa trong bùn đỏ.
Nguyên nhân và hậu quả của việc tràn bùn đỏ.
Khảo sát gạch nung sản xuất từ bùn đỏ và đất sét theo tỉ lệ phối liệu, nhiệt độ nung, lực ép.
Khảo sát gạch không nung sản xuất từ bùn đỏ, tro trấu và NaOH theo tỉ lệ phối liệu, nồng độ NaOH, và thời
gian dưỡng mẫu.

•

Đề xuất hướng nghiên cứu trong tương lai.

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

8

08:46:48 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất nhôm theo quy trình bayer

B. NỘI DUNG CHÍNH
I.

Sản xuất nhôm theo quy trình bayer

Bước 1: Nghiền trộn quặng nhôm boxit (Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SiO2, TiO2 với NaOH
rắn, xô đa, vôi.
o
Bước 2: bơm hỗn hợp vào bình chịu áp lực rất lớn và nước nóng (170-180 c) để hòa tan
Al2O3, sau đó thêm vôi để tái sinh xút.
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]
Bước 3: thêm nước lạnh vào để pha loãng dung dịc,để chuyển Na[Al(OH) 4] => Al(OH)3 kết
tủa xuống
0
Bước 4: lọc kết tủa, nung đến 1050 c thu được Al2O3 tinh khiết: Al(OH)3= Al2O3 + H2O
Bước 5: Điện phân nóng chảy Al2O3 thu được Al
Al2O3 =Al + O2

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

9

08:46:49 PM

Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất nhôm theo quy trình bayer

Các thành phần khác trong boxit không hòa tan theo phản ứng trên được lọc và loại
bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ
Chính thành phần bùn đỏ này gây nên vấn nạn môi trường

•

Nồng độ kiềm dư lớn(pH từ 10,5-13)

•

Kim loại nặng( Fe

•

Không thể tái sử dụng

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

2+

, Al

3+
2+
2+

2+
, Mn , Ca
, Mg )

10

08:46:50 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Thành Phần Của Bùn Đỏ

II.

Thành Phần Của Bùn Đỏ
 

Thành phần hóa học chủ yếu của bùn đỏ [2]
Thành Phần

Hàm Lượng(%)

Fe2O3

46,71

Al2O3

19,10
4,27

SiO2

5,93

TiO2

1,75

CaO

4,41

Na2O

0,0083

BaO

0,0679

MnO

0,166

Cr2O3

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

11

08:46:50 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Nguyên Nhân Và Hậu Quả Tràn Bùn Đỏ

III.

Nguyên Nhân Và Hậu Quả Tràn Bùn Đỏ

1. Nguyên Nhân
Lượng phế thải bùn đỏ thải ra quá lớn
cứ sản xuất một tấn oxit nhôm thường thải ra khoảng 0,3 - 2,5 tấn bùn đỏ [3].
Bùn đỏ được chứa trong các hồ tự nhiên hoặc nhân tạo trong thời gian dài.
Không thể xử lí và tái sử dụng vào quy trình công nghệ

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

12

08:46:51 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Nguyên Nhân Và Hậu Quả Tràn Bùn Đỏ

2. Hậu Quả
Lượng kiềm dư ngấm vào đất, sông hồ, nước ngầm…làm biến đổi tính chất của đất, nước.
Làm chết các vi sinh vật, động vật thực vật gây mất cân bằng sinh thái.

Các kim loại nặng và kiềm dư ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, gây tử vong

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

13

08:46:51 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch nung từ bùn đỏ và đất sét

IV. Sản xuất gạch nung từ bùn đỏ và đất xét.
1. Nguyên tắc
Dựa trên tính chất cơ lí của đất sét là khả năng đóng rắn, kích thước hạt nhỏ.
Phản ứng tạo thành multite giữa Al2O3 và SiO2 (3Al2O3.2SiO2) làm tăng khả năng thiêu kết của gạch
[5]

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

14

08:46:52 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch nung từ bùn đỏ và đất sét

2.

Phương pháp sản xuất (theo phòng thí nghiệm)

Bước 1: Chuẩn bị phối liệu đất sét-bùn đỏ theo thành phần tỉ lệ.[2].
Bước 2: vào độ ẩm và nghiền trộn thành hỗn hợp bột rắn đồng nhất.[3].

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

15

08:46:52 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch nung từ bùn đỏ và đất sét

Thành phần của bùn đỏ và đất sét [2]

Thành phần của đất sét

Thành phần của bùn đỏ
Thành Phần

Hàm Lượng(%)

Thành Phần

Hàm Lượng(%)

Fe2O3

46,71

SiO2

58-72

Al2O3

19,10

Al2O3

10-20

SiO2
TiO2
CaO
Na2O
BaO
MnO

4,27

Fe2O3

5,93
1,75

MgCO3 + CaCO3

4,41

4-10

6

0,0083
0,0679
0,166

Cr2O3

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

16

08:46:53 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch nung từ bùn đỏ và đất sét

Bước 3: ép viên ở cùng một áp lực

Khuôn ép

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

Máy ép

17

08:46:54 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch nung từ bùn đỏ và đất sét

0
Bước 4: Nung sản phẩm 1000 c

Gạch nung

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

18

08:46:54 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch nung từ bùn đỏ và đất sét

0
Bước 5: Đo các chỉ tiêu của gạch theo TCVN ở 1000 c

Mẫu

Thành phần

Cường độ bền nén

Đạt chuẩn TCVN

% bùn đỏ

MPa

1451-1998

GN0

10

15.4

Mac 20

GN10

20

20.4

Mac 20

GN20

30

22.7

Mac 20

GN30

40

23.1

Mac 20

GN40

50

22.1

Mac 20

GN50

60

17.5

Mac 10

GN60

60

13,6

Mac 10

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

19

Độ hút nước

Đạt chuẩn TCVN
1451-1998

13.7

Mac 20

17.0

Mac 20

17.4

Mac 20

17.9

Mac 20

18.0

Mac 20

21.5

Không đạt

22.1

Không đạt

08:46:55 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch không nung từ bùn đỏ và tro trấu

V. Sản xuất gạch không nung từ bùn đỏ và tro trấu

1.

Nguyên tắc
Dựa trên cơ chế phản ứng Geopolymer

Đó là sự sắp xếp thứ tự Al và Si theo mạch dài hoặc mạch vòng trong môi trường NaOH

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

20

08:46:55 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch không nung từ bùn đỏ và tro trấu

Thành phần hóa học của bùn đỏ và tro trấu [2]

Thành phần của bùn đỏ

Thành phần của tro trấu

Thành Phần

Hàm Lượng(%)

Thành Phần

Hàm Lượng(%)

Fe2O3

46,71

Al2O3

0,21

Al2O3

19,10

SiO2

88,39

SiO2
TiO2
CaO
Na2O
BaO
MnO

4,27

MgO

5,93

Na2O

1,75
4,41

K2O

0,0083

Fe2O3

0,0679

CaO

0,36
0,17
3,85
0,2
0,83

0,166

Cr2O3

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

21

08:46:56 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch không nung từ bùn đỏ và tro trấu

2.

Phương pháp sản xuất (theo phòng thí nghiệm)

Bước 1: Chuẩn bị phối liệu bùn đỏ-tro trấu theo thành phần tỉ lệ.[2].
Bước 2: Cho thêm NaOH và Nước theo tỉ lệ.[3].
Bước 3: Tạo hình viên cho gạch và dưỡng mẫu
Bước 4: Đo các chỉ tiêu theo TCVN 1451-1998

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

22

08:46:56 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Sản xuất gạch không nung từ bùn đỏ và tro trấu

Đạt chuẩn TCVN

Cường độ bền nén (MPa)
Thời gian dưỡng mẫu

1451-1998

(ngày)
KN0.3-2M

KN0.4-2M

KN0.5-2M

KN0.6-2M

5,86

4,70

5,11

4,50

6,81

5,18

5,59

4,94

6,91

5,52

5,73

5,17

KN0.3-4M

KN0.4-4M

KN0.5-4M

KN0.6-4M

18

5,79

7,56

9,81

7,36

34

6,15

7,71

10,11

8,65

60

6,36

8,24

10,12

8,82

KN0.3-6M

KN0.4-6M

KN0.5-6M

KN0.6-6M

3,96

6,47

11,58

13,89

4,16

6,88

11,87

14,21

18

34

60

18

34

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

23

08:46:57 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Kết luận

V.

Kết Luận

1. Gạch không nung

•
•
•
•
•

thành phần tỉ lệ tro trấu/bùn đỏ bằng 0,6.

Nồng độ dung dịch NaOH 6M;
Độ ẩm của phối liệu là 20%;
Lực ép tạo hình mẫu gạch bằng 7000N.
Thời gian dưỡng mẫu khoảng 34 ngày.

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

24

08:46:58 PM


Sử Dụng Phế Thải Bùn Đỏ Để Sản Xuất Vật Liệu Xây Dựng
Kết luận

2.

•
•
•
•

Gạch Nung
Tỷ lệ khối lượng bùn đỏ/đất sét dao động từ 10/90 đến 40/60;
Độ ẩm của phối liệu là 20%;
Lực ép tạo hình mẫu gạch bằng 4000N.
o
Nhiệt độ nung: 1000 C;

Hoàng-V.Trung-D.Trung-Khôi

25

08:46:58 PM