Luận văn nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ nhôm thải của làng nghề tái chế nhôm bình yên nam Định

ĐỘC LẬP - TỰ DO~ HẠNH PHÚC BẢN XÁC NHẬN CHÍNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ To và tên tác giả luận văn: Nguyễn Xuân Dương Dé tai lưận văn: Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ nhôm thải

TRUONG DAL HOC BACH KHOA HA NOL

LUẬN VĂN THẠC Si NGIIÊN CỨU CHẼ TẠO NHÔM HOẠT TĨNH TỪ XỈ NHÔM THÁI CỦA

LANG NGHE TAI CHE NHOM BÌNH YEN - NAM ĐỊNH

NGUYEN XUAN BUONG duongox0807@gmail.com Ngành Quản lý Tải nguyên và Môi trường

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Kiêm Thủy

Chữ ký của GVHD

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

HA NOT, 05/2021

CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA V

ĐỘC LẬP - TỰ DO~ HẠNH PHÚC

BẢN XÁC NHẬN CHÍNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

To và tên tác giả luận văn: Nguyễn Xuân Dương

Dé tai lưận văn: Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ nhôm thải của làng nghề tái chế nhôm Bình Yên Nam Định

Chuyên ngành: Quản lý Tài Nguyên và Môi trường

Mã số HV: CB190267

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học vả Hội đẳng chấm luận văn xác nhận tác giá đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biển bản hợp Hội đồng ngày 38/04/2021 với các nội dụng sau:

1 Chỉnh sửa chương l tập trung vào đối tượng nghiên cứu là nhôm hoạt

4, Chính sửa các lỗi kỹ thuật trong toàn bộ luận văn

Š Viết lại kết luận

tạ

Ngày 28 tháng 05 năm 2021

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LOT CAM ON

Luận văn chuyên ngành Quấn lý Tải nguyên vả Môi trường với Đề tải

“Nghiễn cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ nhôm thải của làng nghề tái chế nhôm Bình Yên - Nam Dịnh” lả kết quã của quá trình cổ gắng không ngừng nghỉ của bản thân và được sự giúp đỡ tận tình, động viên khích lệ của thấy cô, bạn bè

và người thân Qua dây, Em xin gũi lời cảm ơn chân thành đến những người dã giúp đỡ em trong thời gian học lập - nghién cứu vừa qua

Xin trân trọng gửi lời cám ơn đến T8 Vũ Kiêm 'Thủy, giảng viên bộ môn Công nghệ môi trường người đã trục tiếp tâ tỉnh hưởng dẫn cũng như cung cắp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn nảy lời cảm ơn chân thành va

sâu sắc nhất

Xin cảm on toàn thể các thây cô giáo Viên Khoa học và Công nghệ Môi trường, trường Dai hoc Bach khoa L1à Nội đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt công việc nghiên cứu thực hiện luận văn của minh:

Xin cảm ơn Trung tâm Quan trắc Môi tường và KSÔN Công nghiệp dã tạo

điễu kiện làm việc dễ em hoàn thành luận văn

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân, hạn bè đã luôn bên cạnh, ting

hộ, động viên

Tm xin chân thanh cam on!

Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2031

Học viên

Nguyễn Xuân Dương

LOI CAM BOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi thực hiện trong chương trình đảo tạo của Trường Đại học Hách Khoa Hả Nội Các số liệu và kết quả trong luận văn la trung thực và chưa tùng được công bề Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm vẻ nội dung

Luận văn

Tie gid

NGUYEN XUAN DUONG

'TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài: Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ nhôm thải của làng nghề tái chê

nhôm Bình Yên ~ Nam Định

Tác giả luận văn: Nguyễn Xuân Đương — Khóa: 20198

Người hướng đẫn: T8.Vũ Kiếm Thay

Từ khỏa (Keyword): Xĩ thái nhôm từ làng nghề Yên Bình

Nội dìmg tóm lắt

a) Ly do chon dé tar

Ở Việt Nam, hoạt động tái chế nhôm điển ra mạnh mẽ tại các làng nghề, đem lại lợi ích kinh tế lớn cho người dân Quá trỉnh tái chẻ nhồm phát sinh tượng

lớn nước thải chứa hóa chất độc hại, oác loại khí CO›, SOa, từ quá trình đết

nhiên liệu và một lượng lớn chất thải rằn Một số làng nghề đá và đang gì:

nhờ tham gia vào tái ché phé liệu, nhưng mặt trải là họ đang bị bủa vây bởi ô nhiễm môi trường khi các loại chất thải chưa được xử lí và quản lí đúng cách Đặc biệt

đối với làng nghề Bình Vên - Nam Định, hàng năm tái chế khoảng 15.000 tân nhôm phế liệu và phát thải ra khoảng 200 tắn xỉ thải Xĩ thâi nhôm là một trơng

những loại chất thải rắn đã được liệt kế vào danh mục chất thai nguy hại theo danh

xnục chất thải nguy hại tại Việt Nam và Châu Âu Hiện nay, xi thai lại các làng

đang được tập kết và thu gom tại bãi tập kết của hợp tác xã và dom đi chôn lấp là

chính Việc nghiên cứu thu hãi nhôm từ xỉ là cần tết dem lại liệu qua kính tế trảnh lãng phi tài nguyên thiên nhiên và giảm lượng chất thải rắn phát sinh Việc thực hiện dễ tài: “Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạttịnh tử xỉ nhôm thải của làng nghề tái chê nhôm Binh Yên Nam Dịnh” là cản thiết để thu hồi nhôm giảm chất thải van phảt sinh đem lại hiệu quả kinh tê, giâm thiếu răng lượng, giảm thiểu khai thác quặng để sản xuất nhôm Sản phẩm nhóm hoạt tính tạo thành thân thiện với môi trường và có nhiều ứng dụng trong thực tiến Tuy nhiên dé dua mé hình và sân xuất công nghiệp còn phụ thuộc vào nhiều yếu tô về kinh tế T,uân văn đưa ra được

sảm phẩm có độ tình khiết 72,7% nhôm øxw ỡ đạng nhôm hoạt tỉnh

b) Mue dich nghiên cứu của luận văn, đối tượng phạm vi nghiên cứu

- Nehién cửu thu hồi nhôm từ xỉ thải nhôm

- _ Nghiên cứu chế tạo nhỏm hoạt tính từ xỉ thải nhôm

e) Đôi tượng nghiên cứu

- _ Nghiên cứu này lựa chọn dối tượng nghiên cứu lả chất thái rắn từ làng nghề tái chế nhôm tại thôn l3inh Yên, xã Nam Thanh, huyện Nam ‘rue, tinh Nam

Dinh

d) Tém lắt cô đọng các nội dung chứ:

Tải chế kim loại dem lại nhiều lợt ích về kinh tế cũng như tuần hoàn tải nguyên Nhưng bên cạnh đó vẫn đề môi trường cũng được đặt ra trong đó có tái

dl

Bink Yén, Nam Dinh tao ra Luong xi thai lớn Luận văn “Nghiên cứu chế tạo nhồrn hoat tinh tir xi nhém thải của làng nghề tái chế nhôm Binh Yên — Nam Định” Nhằm thu hỏi nhôm từ quả trình tái chế đẻ tạo thành nhôm hoạt tỉnh Nội dụng của luận văn nghiên cứu bao gảm:

-_ Ảnh hưởng của phương pháp hòa tách đến chải lượng sản phẩm (phương pháp hỏa tan xỉ bằng IICI và NaOT])

- _ Ánh hưởng của nhiệt độ nưng đến quá trình tạo nhôm hoạt tính

- _ Ảnh hưởng cũa quá trinh tái kết tủa Al(OH>: đền chất lượng săn phẩm

Sản phẩm nhém hoat tinh tao thanh duge dua di do SEM, EDS, XRD

và đông góp mới của lác giả

MỤC LỤC MỤC LỤC

anh mục các ký hiệu và từ viết

ĐANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MG DAU

3, Déi tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu - - 1

4 Những dóng góp mới của luận vẫm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.2 Tỉnh hình nghiên cứu thu hỏi nhỏm từ xí thải cổ nhôm 6

1.2.2, Tìnhhinh nghiên cứu tại Việt Nam 8

1.4 Tổng quanvẻ nhôm oxit à ccccccceccceccrrrrrrrree 3H 0

1.42 Cầu trúc của nhôm œxit à.cecceeeeseereeererereee TÌ

1.4.4 Một số ứng dụng của nhôm oxi eccccccccceeeccerreersev TẨ

LS - Cơ sở lý thuyết quả trình hòa tách nhôm từ xỉ cô nhêm để tạo sản phẩm

1.51 Quy trình hỏa tách nhôm và tạo odin d dich aluminat bing axit 17

15.2 Quy trình hỏa tách nhôm vả tạo dụng dịch ahuminat bằng kiểm 18

1.5.3 Quy trình tạo kết tủa nhôm hydroxiL và tạo nhôm hoạt tình 19

1.5.4 Ảnh hưởng của phương pháp hỏa tách

1.5.5 Ánh hưởng của quả trình nung và pH tỏi quả trình tạo Al;O 30 CHƯƠNG NOT DENG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

26 2.3 Phuong phap phan tich va đánh giá kết quả nghiên cứu 27 2.3.1 Phương pháp đo phổ tản xạ năng lượng tia X (ED§) 27 2.3.2 Phương pháp đo điện tích bê mặt và phân bổ mao quân (BET) 27 2.3.3 Phương pháp chụp ánh hiển vị điện tử quét (SUM) 28 23.4 Phương pháp nhiễu xạ ta X (XRD) - 30

3.1 Đặc điểm và tỉnh chất xỉ nhôm làng nghề Bình Yên 32 3.2 Ảnh hưởng phương pháp hòa tách xí bằng axit HCI và NaOH dến sản

32.2, Kết quả của phương php b hòa tách đến điện tích bề mặt riêng và độ

3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ mme đến quá trình tạo nhôm hoạt tính 38

3.4 Ảnh hưởng quả trình tái kết tủa Al(OH); đến chất lượng sán phẩm 41

PRU LUC ẨNH

iti

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VẢ TỪ VIẾT TAT

LDS Phé tan xa ning lugng tia K Energy Dispersive X-ray

Spectroscopy

SEM Hiển vi diễn tử quét Scanning Electron Microspoc

DANH MUC BANG

Bảng 1.1 Thành phẩn của xỉ từ tái chế nhôm [2] 4

Bang 2.1 Thiél bi duge sit dung trong quả trình nghiên củu 22 Bang 2.2 Dụng cụ được sử dụng trong quả trình nghiên cửu 23 Bảng 2.3 Héa chất được sử dụng trong quá trình nghiên cửu 23 Bảng 2.4.Điều kiện tối ưu đối với quả trình hỏa tách bằng HCI

Tảng 3.5.Điều kiện tối ưu đối với quá trình bòa tách bang NaOH 36 Bảng 3.1 Phản bế kích thước hạt trong mẫu tro xí tái chế nhôm 32 Bảng 3.2 Thành phẩn các chất trong xỉ lăng nghề Bình Yên theo khối lượng 33 Bang 3.3 Kết quả phân tích DIT mẫu quy trình hòa tách bằng HC và NaOH 35

& qua XRD khi nung 6 cac nhiét 46 khde mhau - 40

ét quả XRD với các nông độ axiL khác nhat: - 45

Tảng 3.8 Kết quả phân tích BET của các sản nhằm - - A7 Bang 3.9 Bảng so sánh yếu tổ kinh tế và môi trường của hai quy trình

Bang 3.10, Chi phi héa chất dễ sẵn xuốt ra 1kg nhỏm hoạt tính từ xỉ nhôm 30

y

DANH MUC HINA

1Iinh 1.2 Sơ đồ hình thảnh xỉ eô nhồm 3

Hình 1.4 Câu trúc khỏi của nhỏm øxÍt c cnisenieiireeeee m-

Hình 1.5 Vị trí của ien AI” trong cầu trúc bá chặt anion 12 Hình 1.6 Quy trình hoa tách nhôm va tao dung dich natrialuninat bang HCl 1

Tình 17 Quy tình hòa lách nhằm và tạo dụng dịch watrialuminat bing NaOH

-.18

Hình 1.8 Quy trình tạo nhỏn hoạt tích từ dung dich natrialuminat lọ

Hình 1.9 XRD của Al(OHh hình thành ở pH—5 và được nưng ð các nhiệt độ khác nhau [29] 30

lHinh 1.10 XRD của Al(OLs hình thành ở pII=? và được nung ở các nhiệt độ

Hình 2.5 Để thị biểu điển sự biến thiên của P/[VŒo-E)| theo P/Po 29

Hình 3.1 Kết quả phân tích thành phân nguyên tổ wong mau xi 16 họp -33

Hình 3.2 Hàm lượng nguyên tổ trong sản phẩm của quả trình hỏa tách ving HCL

Hình 3.3 Hàm hượng nguyên tô trong san phẩm của quả trình hòa tách bằng NaOH

35

Tình 3.4 Phan bé mao quản mẫu quy trình hỏa tách bằng HƠI - 36

Tlinh 3.5 Phan bé mao quan mau quy trình hòa tách bằng NaOTI 36 Hình 3.6 Bề mắt chụp SEM của sản phẩm quy trình hòa tách bằng HCI 37 Tlinh 3.7 Bé mat chup SEM ctia sản phẩm quy trình hỏa tách bằng NaOTI 37

Hình 3.8 XRD của nhôm oxit khi nung ở các nhiệt độ 600,700 và 800"C

Hình 3.9 Độ tính khiết của nhôm hoạt tính được khi tải kết tủa bằng HƠI với nắng

độ khác nhau cao senses AZ

Hình 3.10 XRD của quả trình tải kết tủa bằng HƠI 0,5M:0,1M và 0,05M

Hình 3.11 Phân bồ mao quản mẫu sẵn phần từ quy trình tái kết tủa bing axit HC]

MỎ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài

Ở Việt Nam, hoạt động tái chế nhằm điển ra mạnh mẽ tại các làng nghề, đem lại lợi ch kinh tế lớn cho người đân Quả trình tái chế nhôm phát sinh lượng

lớn nước thải chứa hóa chất độc hại, các loại khí COs, SOs, tur qua tinh dét

nhiên liệu và một lượng lớn chất thải rắn Một số làng nghề đã và đang giảu lên nhờ tham gia vào tái chế phê liệu, nhưng mặt trái là họ đang bị búa vây bởi ô nhiễm

môi trường khi các loại chất thải chưa được xử lí và quản lí đúng các: Dặc biệt đối với làng nghệ Bình Yên - Nam Định, hàng năm tái chế khoảng 15.000 tân nhôm phế liện và phát thải ra khoảng 200 tin xi thai, Xi thai nhém 18 mét trong những loại chất thải rắn đã được liệt kê vào đanh muc chất thải nguy hại theo danh

auc chat thai nguy hại tại Việt Nam và Châu Âu Hiện nay, xỉ thải tại các làng

nghé dang được đổ không đúng quy định gây ô nhiễm mỗi trường và ảnh hướng tới sức khôe của người đân Chất thải tại làng nghề Bình Yên - Nam Định hiện

dang được tập kết và thú gơm lại bối tập kết của hợp tác xã và đem đi chôn lấp là chỉnh Việc nghiên củu thụ hồi nhôm từ xỉ là cần thiết đem lại hiệu quả kinh tế

ih Vide

thục liện đề tải: “Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt lính từ xỉ nhôm thải của làng nghề tái chế nhôm Binh Yên - Nam Định” là cần thiết để thu hỏi nhôm giám chất thải ran phat sinh đem lại hiệu quả kinh tê, giăm thiếu năng lượng, giảm thiểu khai thác quặng để sẵn xuất nhôm Sân phám nhỏm hoạt tính tạo thành thân thiện với môi trường và có nhiêu ứng đụng trong thực tiễn Tuy nhiền để đưa mô hình va sản

tranh Hing pl nguyên thiên nhiên và giãm lượng chất thải rắn phí

văn đưa ra được

xuât công riphiệp còn phụ thuộc vào nhiều yêu lô về kinh tế Luậ

sản phẩm có độ tỉnh khiết 72,7% nhôm oxit ở đạng nhôm hoạt tính

22 Afục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu:

(1) Nghiên cứu thu hỏi nhôm từ xỉ thải nhôm

(3) Nghiên cửu chê tạo nhôm hoạt tính từ xi thải rửyôm

3 Dai trợng, phương pháp và phạm vì nghiên cứu

Di tượng nghiên cửu:

-_ Nghiên cứu này lựa chợn di tượng nghiên cứu là xỉ từ quá trinh thiêu kết

để tái chế nhôm thủ công dược lẫy tại làng nghề tải chế nhôm tại thôn Bình Yên, xẽ Nam Thanh, huyện Mam Trực, tính Nam Dinh

Phuong pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứ được sử dung trong bio cáo

này

- Phuong pháp kẻ thừa: Kế thừa từ tổng hợp cả nghiền cứu trước dây qua

các bài báo, tài liệu

-_ Phương thức thực nghiệm: tiên hành trong phòng thí nghiệm

Pham vi nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm theo

xế với vật liệu xỉ cô Lừ làng nghẻ Bình Yên và các hỏa chất phân tích Phân lích cho nghiên củu thực hiện tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu vả triển khai công nghệ indi hudng —TNEST/HUST và Phòng thứ nghiệm Hiển vị điện tử và Vì phân lich (BKEMMA), Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Đại học Bách khoa

‘Ha Nội (HUST) che oác phép đo trên hệ SEM

4, Nhitng ding gúp nưúi cũo luận văn

Đưa ra phương án tiếp cận thân thiên với môi trường theo hưởng giâm thiếu lượng chat thai ran nguy hại phát sinh đổi với láng nghề tái chẻ nhôm va tan dung tải nguyên để tạo sân phẩm có giá trị hơn

'Với những đóng góp của nghiên cửu này, hi vọng trong tương lai không xa

hất lượng tết tù

thải và quay ngược ứng đụng nó vào xử lý môi trường tại làng nghề và cáo linh:

vue khac

5 Faghia khoa học và thực tiễn

có thê sản xuất nhôm oxit ứng dụng vào trong thục tế xi nhém

Việc thu hỗi được nhôm từ xí thải của quá trình tải chế nhôm vừa giải quyết được lượng xỉ thải sinh ra tại các làng nghề tải chế nhôm và còn chế tạo được săn phẩm có nhiều ứng dụng mới Đây sẽ là tiến đề để phát triển các công nghệ để báo

vệ môi trường tại các làng nghề ở Việt Nam và tạo ra nguồn cung cấp vật liệu hấp

phụ, xúc tác mới

6 Bé cục luận vấn

- Mỡ dâu

~ Chương 1: Tổng quan về các vẫn để nghiên cứu

- Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và quy trình thực nghiệm

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

- Kết luận

- Tài liệu tham khảo

- Phụ lục

tà

CHUONG 1: TONG QUAN

Chất thải ( xỉ thứ cấp)

Hình 1.2 Sơ đồ hình thành xỉ cô nhôm

Xĩ nhôm được chia lảm 2 loại: xỉ nhôm sơ cấp (PAD) vả xỉ nhôm thứ cấp

(SAD) Theo quy trình Hình 1.2 thì xỉ nhôm sơ cấp được hình thành từ quá trình

tái chế nhôm lần đâu các bọt nhôm vả căn nhôm được gạt ra, xỉ nảy có chứa nhiều

thanh phan nhôm thường cỏ hình đáng vỏn cục, nhỏ gọn (chứa khói lượng nhôm

3

nhiều hơn 50% khỏi lượng xỉ nên nỏ còn được gọi là xỉ trắng, xỉ ướt, xỉ giàu) Xỉ thứ cập được hình thánh từ quá trình nâu tận thu nhôm từ xỉ sơ cấp củng với các chất phụ gia Xỉ thử cấp cỏ chứa ít thánh phân nhỏm (khỏi lượng nhôm từ Š — 20% Khối lượng của xỉ, xỉ mảu đen và khô), và thường có hình dạng hạt [2](Hinh 1.3)

Hình 1.3 Xĩ sơ cấp (a) và xỉ thứ cấp (ð)

1.1.2 Thần phần của xỉ nhôm

Thanh phan chi yeu cita xi bao gam AlLOs, SiOz, Na,O, FeO, kim loại

nhém, spinel MgAlO4), diaoyudaoite (NaAliuO17), oxit nhôm nitrít (AIsOeN),

hibonite (CaAh2O19) va các hợp chất khác Bảng 1.1 Các thành phẩn khác cũng đã

được tìm thây trong các lớp xi nhôm bao gồm AIN, NaCl và một số dâu vết của

KCI, Si, eryolite, nhém eacbua (ALiC3), va MgF2, NaAlCh, KalCh, MgO, KMgFs

va K.NaAlFs, Mét s6 thanh phan nhu NasAlFs, KCl va NaCl da duge xác định bằng phần tích XRD vả tôn tại ở dạng pha tính thẻ nhỏ Cac mudi NaCl, KCl va CaF¿ có nguồn gốc từ phụ gia muối nóng chảy [2]

Bang 1.1 Thành phần của xï từ tái chế nhôm [2]

sản phẩm khí Người ta ước lính được rắng muỗi tân chất thắt số tạo ra mười hai lân

khi thai 12] AIN, AlyCs, AIP, AbSs, va AlsOsN tong hop ch

chậm kln nép xe vGi nude hode hoi sinh ra NA3, PAs, A282, CAy

của xỉ thủy phân

2AhOeN + 3HaO —> SAIsO; + 2NH; ? (3

AbLS&i + 6fhO — 2AM OIDs + 3IbSt (4

Theo Quyết dịnh 23/2006/QĐ-BTNMT “ Về việc bạn hành danh mục chất thải nguy hại” ngày 26/12/2006 (Bang 1.2), xỉ thứ cấp năm trong danh mục chất thải nguy hại đo xỉ sinh ra khi amumoniac, metan, phosphine và hydro disulfide ở dang khí trong môi trường khí xung quanh và có khả năng tích tụ Ô nhiệm trong môi trường,

Bảng 1.2 Danh mục chất thải nguy bại

050201 Xi từ quá Irình sản xuất sơ cấp 10 03 04

05 0201 Xï muỗi từ quả trình sản xuất thứ cấp 10 03 08

05 0201 Xi đen từ quá trình sản xuất thử cấp 10 03 09

Việc xử lý xi nhôm vẫn dang, lả một thách thức dối với ngành sản xuất nhôm

ở Việt Nam hiện nay cũng như trên thế giới Nếu không được xử lý thích hợp, khi

ở ngoài môi trường các chất độc có trong xỉ khi trời mưa có thể bị rửa trôi đi vào nước mặt, ngắm vao dat va di vào nước ngằm tử đó có thể ảnh hưởng đến cơn người gây ra các bệnh vẻ đa, Khi phơi nhiễm ngoài không khi có thể phát tán các hat bui xi, khi 6 nhiém có thê gây ra các vẫn dê vẻ sức khỏe như viêm phê quả và bệnh bụi phổi silic [1]

1.2 Tình hình nghiên cứu tha hồi nhôm từ xỉ thái cô nhôm:

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thé giới

Tiện nay trên thế giới có nhiều công nghệ xử lý đối với xi nhôm, có thể kể đến một số công nghệ đã được nghiên cứu, áp đụng:

- _ Sử dụng công nghé plasma béi Lavoie and Dube [3] dé loai bé bot mudi

do trong xi, phương pháp này có hiệu quả giảm thiểu dáng kể các vẫn dễ môi trường, nhưng khó triển khai thực tế, Quả trình này, sử dụng một ngợi!

dudc plasma để cung cấp nhiệt lắm nóng chấy điện tích trong lỏ quay, nâng nhiệt độ của vật tích diện lèn khoảng 700 800°C Kiểm soàt không khi của

lò luôn duy trí để giảm thiểu quá trình oxy hóa của kim loại Diện ap cao dặt trên các điện cực gây ra sự hình thành hỗ quang điện Phạm vị nhiệt độ của hỗ quang trong quá trình này dễ đảng đạt 4.000-6.000°C Lò quay tạo

Ta sự khuấy cơ học làm vỡ mảng oxit, dẫn đến việc chiết xuất nhôm tốt hơn

để lại sản phẩm phi kim loại đưới đạng cặn Hiệu suật trung bình của quá trinh thu hỏi vật liệu có thể lá cao tới 85% vả giám chat thai vào môi trường Tuy nhiên phương pháp này tiêu tên nhiều năng lượng: chỉ phí lắp đặt, vận hành và báo tri kha cao

-_ Phương pháp vat ly - hoa học kết hợp để xứ lý xí thái bằng cách thay

lượng muối, kích thước hạt, thành phan kim loại [4] [5] Quy trình thu hồi kim loại nhôm được thực hiện bằng cách nạp xí nhôm và muổi (lượng muôi

‘bang 50% khối lượng xÐ vào lò đết đâu hoặc khí Khi giai đoạn nóng chãy xuất hiện, kim loại và vật liệu thô hoặc hỗn hẹp kim loại và phi kim loại được hinh thành Cặn có xu hướng tích tụ cao và nói trên bể mặt gồm các

chat khi hoa tan, cdc chal mudi co tf trong thấp, khn loại nhẹ và các oxiL xốp không kết tỉnh Nó chay xuống đáy lò hoặc tích bị gần thánh lò và tạo thành một lớp cặn khô Tha muối bên trên được lọc rồi kết tỉnh tạo thành xỉ muối Cặn khô và xi muối rất độc vì chủa một lượng khá cao clorua và Tiorua nêu cần có phương pháp xử lý tách biệt Lò quay muôi có một số nhược điểm như rủi ro về chỉ phi, an loàn về môi trường,

Đừng lò nung hỗ quang điện một chiều: Sử dụng đồng điện một chiểu duy trì giữa hai điện cực graphit để đốt nóng diện tích trên nhiệt dộ nóng chây của nhôm Trong qua trình gia nhiệt thì cơ chế truyền năng lượng chủ yếu

là bức xạ từ hỗ quang giữa vật liệu chịu nhiệt dược nung nóng và diện tích Nhiệt độ thưởng được duy trì trong khoảng, 700-800°C Khí areon dược sử dạng ngăn chặn sự hinh thánh của nhém nitrua làm cho quá trình oxi hóa kim leại nóng chảy tiếp bục giảm Sau khi hoàn thành quá trình gia nhiệt, quá trình tách nhôm kim loại được thực hiện để lại cặn vả được lẫy ra khỏi

lò Hiệu suất thu hồi nhôm đạt trong, khoảng 70-80% Tuy nhiên, phương, pháp này tiêu tốn năng lượng, nguy cơ rò rỉ nhôm nóng chảy đã bị khứ do không có bộ phận lam mat bang nước

Lam gạch bằng cach thay déi trộn tro xỉ với kaolie với các tỉ lệ khác nhau bởi [6] Kiểm tra đánh giả các đặc tính nung, khối lượng riêng, sốc nhiệt,

độ thắm

Phương pháp thu hỏi nhôm từ xỉ hay Phương pháp Tsakiridis Gm 4 bude: (1) nghiên mặn xí nhôm xuống dưới 1mm và thu hổi nhôm kim loại thông qua sang lọc, (2) nghiên bị dến kích thước <100 gm và thu bồi qua sảng tuyển; (3) thu muối tan ở áp suất khi quyền qua việc rửa nước 6 90°C; (4) thu hồi nhôm bằng quá trình xi măng, hóa ở áp suất cao và nhiệt độ khoảng 240°C sit dung soda tao thanh aluminat tan

Chế tạo bột nano nhôm hoạt tính với độ tỉnh khiết cao từ xỉ thử cấp [7] Xỉ được hòa tách bằng HƠI sau đó đuạc đưa đi tiên kết tủa với NI Tiếp theo

được lọc tách kết túa rồi đưa đi hòa tách bằng KaOII Cuối củng tái kết tủa

bằng IICI và đưa đi nung đề tạo ra sẵn phẩm nhôm hoạt tính có độ tỉnh khiết 91,6%,

Phương pháp tận dung xi nhôm gồm:

o_ Sử dụng bột xi nghiền mịn như chất phụ gia trong xi mang/bé tang Reddy & Neeraja; Iinawa & Mbadike cho thấy có thể thay thế 10- 15% trong bê tông mà không thay đổi cơ tính Tsakiridis cũng cho thây có thể sản xuất bê tổng sinh thái với 5% xỉ nhôm và 20% xỉ sắt cạnh tranh với bê tông thông thường,

o Sử dụng xi nhôm làm phụ gia xỉ măng thay thê một phần cho sa thạch

lửa bao gồm chủ yêu cerundum (œ-AlsO;) va spinel (MgAbO4)

'Yoshimura đã thành cơng trong phương pháp này

©_ Agunsoye sử dụng xỉ nhơm để chế tạo nhựa epoxy nhơm composit Các hạt nhơm làm giâm đáng kế khá năng chịu nhiệt và mịn của vật liệu tẳng hợp

© Xi nhêm sau khi rửa sạch các muối tan cĩ thế được sủ đụng làm nguyên liệu sẵn xuất thủy tỉnh silicat

e Sử dụng xỉ nhơm để sản xuất các hydrotalcites (hyđroxit kép của nhơm và Maggie) đễ sản xuất vật liệu trao đổi ion LDH

Sir dung dé san xual H2 thong qua phan ứng;

2AL+ 61b0 — 2AK OIDs — 327

dé loai bd 16p oxit bé mat can ching dang dung dich kiểm làm chất xúc lác

1.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Tại Việt Nam đã cỏ một số nghiên cửu dễ xứ lý xí nhỏm như sau

4) Nit i xi thu hội phẻn nhơm tại làng nghề Hình Yên, Nam Dịnh [8]

Quy trình xử lý được tiền hành theo mé với khỏi lượng 1 mẻ xử lý lả 10 kg Cân 10 kg xỉ cho vào máy nghiên búa nhằm nghiên nhỏ các hạt xỉ vớn cục đề đạt trước kích thước theo yêu cầu trước khi đưa vào cơng đoạn xứ lý tiếp theo, Xĩ sau khi nghiền được đưa vào thiết bị phản ứng số 1, tại đây bổ sưng dung địch NaOl1 5% để hịa tách xỉ nhơm thu muối NaAlOs lùn thải được thu gom chuyên đền bãi chứa chất thải thơng thường Dung dich muối nhơm NaA1O; thu được sẽ được dẫn qua thiết bị lọc nhằm lọc bỏ các cặn bẵn trước khi đẫn qua thiết bị phản ứng số 2 Tại thiết bị phản ứng, 2 bố sung dưng dich HạSO+ nhằm phân ứng với dung dich NaAlO: thủ phèn Als(SOä);.18I5O Sản phẩm phèn nhơm thu được chất lượng thấp và ý nghĩa ứng đựng trong bảo vệ mơi trường cũng thấp Mơ hình trình điễn tại làng Binh Yên khơng đạt được hiệu quả Cĩ nhiều lý đo giải thích cho điều này, như kinh phí vận hành các hệ thống thi điểm quả cao so với mức chấp nhận của chủ sản xuất, các hệ thống xử lý mơi trường vận hành bởi lao động địa phương thiếu kinh nghiệm vả kỹ năng, dẫn đến mau chồng hồng hĩc và vận hành kém hiệu qua, dẫn đến đa phân đều ngưng hoạt động sau thời gian thí điểm

b) Xử [ý xỉ thu hội phèn nhâm tại làng nghề Lăn Mơn, Bắc Ninh |9|

Xï nhơm được hịa tách bằng dụng địch NaOH, sau đĩ thủy phân, axit hĩa bằng

h H2SOx để thu Alz(SO¿); sau đĩ trộn thêu KaSOu theo tỉ lệ hợp thức và sản xuất ở quy mơ 500 ba thai/né theo các điều kiện đã nghiên cứu để sẵn xuất

dụng

phèn don va phen kep Kat quá thu dược phên dơn chứa 99,03% Als(SO4);,§H3O (thị tưởng 989), phèn kép chứa 99,02% AIK(SOx)s.12HzO (thị trường > 9994), 1⁄3 Làng nghề Bình Yên - Nam Định

Lang nghé Binh Yên sĩ 465 hộ với hơn 1.800 nhân khẩu, trong đĩ cĩ 127 hộ tham gia sản xuất nhơm và 140 hộ cán kéo tạo hình Trung bình một ngày, lang nghẻ Bình Yên xuất bán gần 100 tân sân phẩm đổ nhỏm gia đụng Tổng giá trị của

lang nghề mỗi năm đạt 70 tỷ đồng Làng nghề phát triển đã tạo việc làm, thu nhập

cho 1.090 lao động của địa phương và khoảng 500 lao động ở các xã lần cận [E] Mỗi năm làng nghé Linh Yên tải chế khoảng 15.000 tấn nhơm phế liệu Bên cạnh các lợi thẻ kinh tế của việc tái chế và cĩ lợi ich mỏi trường mong muốn, cơng nghệ tái chế nhơm thể hiện những mối nguy tiêm ẫn của chính nĩ đổi với mơi trường vả

cỗ con người nĩi chung

a Thu thập và phân loại phê liệu

Ehẻ liệu nhêm cĩ thể khĩ để xử lý mệt cách an tồn và đưa ra một số mỗi nguy hiểm như: hĩa chất độc hại, an tồn lao động, vật liệu gây nỗ, chất pháng xạ, [10]

1 Nước: Nếu nước được nạp vào lỏ mmng chảy củng với phê liệu cĩ thể gây nỗ

2 Risét: Khả năng phân ứrng của rí sét với nhơm nĩng chây:

TresOx — 2A1 () — 2e () + FeO

Phần ứng nhiệt này rất tốa nhiệt, đến mức cĩ thể bị nỗ,

3 Độc tổ ở nhiệt độ cao: Những hĩa chất khơng gây nguy hiểm trong ở nhiệt

độ thường nhưng thải ra khí dộc khi dun nĩng ở nhiệt dộ cao

4 Chất nổ nhiệt độ cao: Phan mg của hỏa chất mirai với nhơm nĩng chấy là

mt van dé an Loan quan trong trong các hoạt động lây rửa

5 Chất phụ gia: Chất phụ gia muối được sử dụng trong lỗ quay và một sẽ lị

phản xạ bốc hơi ở một mùc độ nhỏ trong quá trình nấu chảy, tạo ra khĩi clorua, Bụi phát ra từ xĩ muỗi cũng gây nguy hiểm tại nơi làm việc [11]

©.— Nước thải

Nước thái từ các quy trình tái chế quy mơ nhỏ chứa ham lượng, lớn hỗn hợp các chất axit và hàm lượng rất lớn kim loại được thải trực tiếp ra các con sơng, Tại làng nghẻ Bình Yên quả trình tây rửa các sản phẩm nhêm đã thải trực tiếp ra mơi trường nước thải cĩ chứa các đụng địch độc hại như ậ-xiL, hơi kim loại, xúC trưng Đình từ 7 - 1Ơm°/hộAngày,

4 Khíthải

Ơ nhiễm khơng khi từ nhơm tải chẻ khơng chỉ đến từ việc đốt nhiên liệu hĩa thạch Ơ nhiễm khơng khí phát sinh khi nhơm bị nĩng chày Quá trình nĩng chây giải phỏng furan, dioxit, lydro elorua và các hạt vật chất,

e Chất thải rắn

Chất thái rn sinh ra trong quả trình tái chẻ nhôn bao gdm xi than, xí nhôm, Tượng chất thải rốn thôi ro lại làng nghề Bình Yên, Nam Định lên đến hơn 40 tân tháng |12|

1.4 Téng quan về nhâm axit

Nhôm ewit là hợp chất của nhôm với oxy với công thức hóa học lả AlạO; Còn đượu gợi là nlumima Nhôm oxit là chất rắn màu lrắng, không tan trong nước, có nhiệt độ nóng chảy cao trên 2.000°C:

1.4.1 Phân loại nhôm oxft |

a Phân loại dựa vào nhiệt độ chuyên hóa từ nhâm hydroxit

hôm oxit được phân loại dựa vào nhiệt độ chuyên hoá từ nhôm hydroxit va được chia thành [13, 14]:

-_ Nhôm oxit tạo thành ở nhiệt độ thấp (AbOa nHaO) 0 < n < 0,6; chúng được tạo thành ở nhiệt độ không vượt quá 600°C và được gọi là nhóm ganumns nhôm oxit, gồm có: X, Tị và y-AlOs

- Nhém oxit tạo thành ở nhiệt độ cao từ 900 dên 1000%C được gọi là nhón

delta nhdm oxi (Š-AlàO¿), gồm x, 8 và §-ÄAl:Os

Trong khuôn khế đả tài này, nghiên cứu tập trung vào việc tạo thành nhôm oxit

1- ALO; duge lao tharih khi nung Bayerit ở nhiệt độ lớn hơn 230°C,

ota n- ALO; gan giéng nhir cau trie ca y- ALO; va duge én định bằng một số ít

nước tỉnh thể Tuy nhiên lượng mước di trang q-AI203 nhé hon trong y- ALOs Thi nung lượng nước đư trong rị- Als©; tổn tại đến 900°C [13] [L4]

- AbOs va y- AlbOs khác nhau về kích thước lễ xóp, bể mặt riêng, tỉnh axit, 'Mặc đà chúng có số (ấm axit như nhau, nhưng lực mát ở nỊ¬ AlàO; lớn hơn

q- ALO két nh trong khéi lap phutong, mang (inh thé thude dang spinel Trong cAu inic tinh thé cha n- AlzOs, ion nhém AP! phan bỏ chủ yêu trong khối tứ điện, d6i voi y- AbOs phan lon AP* 6 khéi bat dign n- AlOs khac voi y- ALOx & mire

độ cấu trúc trật tự hơn và câu trúc oxy bé chat hon Trong khoang nhiét dé 800-

850"C, n- AlsQ chuyển hoá thánh 6- AlaOs [13] [14]

x- AbO;

Khối lượng riêng cña x-À12O3: 3,00 g/cm°

x¢ ALO lav tharih bong quả Irình nung GibbsiL trong không khí hoặc miơ ở nhiệt độ 230 - 300%C Có ý kiến cho rằng x- AlsO; là trạng thái trung gìan của quả trình kết tỉnh - AbOi x- AbOa kết tỉnh trong hệ lục diện, kết cầu ô mạng cơ sở

là giả lập phuong Nguyên tử nhôm nằm trong bát điện được bỏ chặt bằng các 10

nguyên tử oxy Khi rung tới nhiệt độ 800 - 1000, x- AlzOa biến đổi thành K- AlsO› [1341141

ye ALOs

Khéi long riéng eta y- AlzOs: 3,20 + 3,77 g/cm?

Khối lượng riêng của y- AlsO; bằng 72% của œ- Al:Os

Dang y- AbOs không tìm thấy trong tự nhiên mà nó được tạo thành khi nung Gibbsit, Baycril, Nordstrandit va Boehmuite ở nhiệt dộ khoảng 400 + 600°C hay trong quá trình phân huỷ muối nhôm từ 900 + 950°Ỡ |13| |14{

b Phân laại theo cầu trú

Người ta cũng có thể phân loại nhôm oxit tủy theo cầu trúc của chúng:

- Nhôm œ Có cầu trúc mạng lưới bát điện bó chặt, nhóm mày duy nhất chỉ có

a- ALO;

- Nhóm §: Có

trong đó gêm oxit kim loại kiêm, kiếm thổ và sân phẩm phan huy Gibbsit ¢6 cimg

họ cầu trúc x và K- Al2O;

- Nhóm : Với câu trúc mạng khối bỏ chặt, trong đỏ bao gồm sản phẩm phân

cau trúc mạng lưới bó chặt luân phiên, rhởm này có Ñ- AlsO¿,

huỷ nhôm hydroxit đạng BayeriL, NordatrmdiL, và Boelmite Nhóm này bao gé

1 Y- AlzO; được tạo thành ở nhiệt độ tháp và 8, ð- A bOy tạo thành ở nhiệt độ cao

Nhin chung trong các quá trinh xúc tác và hấp phụ người ta thưởng sử dựng

nhóm y- AlbOs hoặc nhóm các nhôm oxit tạo thành ở nhiệt độ thập,

14.2 Cấu trúc của nhôm oxit

Cấu trúc củn nhỏm oxit duợc xây dựng từ gác dơn lớp của cáo quả cầu bị bó

chặt [15] Lớp này có dạng tâm dối mà ở dó mọi ion O* duge dịnh vị ở vị trí Ì như Hình 1.4 Lớp tiếp theo dược phân bỏ trên lớp thứ nhật, ở đó tất cả những quả câu thử bai nằm ở vị trí lõm sâu của lớp thứ nhất (vị trị 3) Đối với lớp thử 3 cò thê xáy

ya 2 khả nẵng sau:

+ Khả năng 1: Độ bó chặt khối lạu giác

Lớp thứ 3 dược phản bề ở vị trí như lớp thử nhất, và tiếp tục như vậy ta sẽ dược thử tự phân bố của các lớp như sau:

3,2; 2,2; 2,2; 1,2;

Câu trúc này dặc trưng cho a- AbOs

+ Khả năng 2: Độ bó chặt khói lập phương,

Lớp thử 3 dược phân bồ trên những hỗ sâu khác của lớp thử nhất (vị trí 3), con lớp thử 4 phân bố tại vị trí 1 Như vậy, ta sẽ có sự phần bổ của các lớp như sau: 1,2,3;1,2,3;1,2,3,

Độ bỏ chặt khối lập phương đặc trưng cho 9 và y-AbOa

1

Hình 1.4 Cầu trúc khối của nhôm oxit

Lị trí của các ion AP'*

Các cation trong đó AP* nhất thiết được phân bỏ trong không gian giữa các lớp

bỏ chặt anion Lỗ hỏng duy nhất mà ion A* cỏ thể phân bỏ là ở giữa 2 lớp Một khả năng, các ion AI? nằm ở vị trí trên lỗ hồng tam giác; lớp oxy thứ hai thuộc vị trí 2 được phan bé trén ion AP* Ion A* trong trường hợp nay nằm ở vị trí tâm

bát điện

Lớp oxy thứ hai của oxit trong vi trí 2 phân bố trên AI?* Nếu tiếp tục sắp xếp

bing phuong phap nay: O* , AP* , O* và AI trong sự bỏ chặt lục giác như trường hợp thì thấy rằng cỏ bao nhiêu vị trí dành cho cation thi có bẩy nhiêu vị trí dành cho O*' ở lớp anion Sự bó trí này không thoả mãn tính trung hoả điên tích Đề thoả

mãn độ trung hoà điện tích thỉ cân thiết trồng 1 trong 3 vị trí của cation Sự thiếu

trồng này đưa đến khả năng khác nhau trong sự đổi xứng ion Al#*

trong œ- AlsO¿ cũng giồng như trong Al(OH); (Hình 1.5)

Vị trí cation

e

é 3œ

Hình 1.5 Vị trí của ion A* trong cầu trúc bó chặt anion

Trong nhôm ôxit, oxy được bao gói theo kiêu khói lập phương bó chặt, còn đổi

với cation th một trong hai cation nằm ở khôi tử diện, cation kia nằm trong khỏi bat điện (câu trúc spinel), ở trường hop nay khi cé mat hydro (H) trong va y- AbO; céng thie cia chimg c6 thé viet tuong tmg: (HizAlz)AbOs hay Al(HizAlsa)Os, trong dé cac ion nhôm nằm trong khối tử diện Proton không nằm trong lỗ trồng tứ diện mả nằm trên bẻ mặt dưới dạng nhỏm OH- Suy diễn ra rằng

12

một trong 8 ion O* nam trêu bẻ mặt trong dang OH” Điều đỏ có nghĩa tính thể bé

và phân lớn các nhóm OI1 nằm rên bẻ mặt Giá thiết nảy phủ hợp với kết quá thực nghiệm thư được 1 va y-AbLOs c6 didn tich bề mặt kim và trên bề mặi chứa nhiều OH: liên kết Các nhôm oxit khác nhau về tý lệ ion nhôm trong khối bát diện

Do nhôm oxiL có cầu trúc lớp nên có thể trên mỗi bể mặt chỉ có mội đạng xác định

bổ mặt tính thể rị- A12O3 có độ axi lớn hơn do mật độ AI? lớn hơn trong vị trí

lỗ tréng anion Nhiéu tinh chat của chúng khác bắn với nhôm oxit khác

1.4.3 Tỉnh chất của nhôm oxw

a Tính arU cửa xi nhôm

Trên bê mặt nhôm oxit hydrat hoá toản phần, tằn tại một số tâm axit Bronsted

đo oỏ nhóm OH' [15, 16] Bề mặt của ỗ- ALO; va 0- ALOs cé tam axit Lewis, khéng cé tam Bronsted, nị- AlOx và y-AlzOs, phụ thuộc vào mức độ delydrat hoá

có cả hai loại tâm axit Nói chung nhôm oxit và nhôm hydroxit hoá không biểu hiện tính axit mạnh Chính vi vậy nhôm owit rất thích hợp làm chất mang cho một

số phản ứng không đổi hỏi xúc tác axit, vị dụ phản ứng khủ lưu huỳnh của nhiên

liệu bởi vi chất mang có tính axit cao sẽ thúc đây các phản ứng cracking tạo cóc,

cặn cacbon làm giãm hoạt tính và thời gian sống của xúc tác

b Be

Thông thường điện tích bể mặt riêng của nhôm oxit khaảng từ 100-300 mổ/z_ Diện tích bê mặt riêng của ?-Al:Q¿ khoảng rừ 150-280 m3/g còn diện tích bể mặt

ặt riêng của nhâm oxit

riêng của œ- AlzO¿ rất bé chỉ khoảng vải m3/

Theo tác giả Lappen, Bayerit và CHbbsit ban đản có điện tích bẻ mặt riêng tháp

khoảng 3-5 m2/g, trái lai dang gel Đoelmite cỏ thể có điện tích bể mặt riêng lớn +-AbO; đi từ gel Boehmite có điện tích bể mặt riêng khoảng 280-325 mỶ⁄g, dạng 5- AbOs va 0- ALO; cing được tạo thành từ dạng gel Boehmite và có diện tích bễ xnặt riêng trong khoảng 100-150 rm2/g Dạng y-Al©x có điện tích bẻ mặt lớn có thể đi từ Gibbsit và phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian nung, điện tích bế mặt có thê đạt tới 300 m2⁄e œ- AlzOx cá điện tích bẻ mặt lớn có thể được điều chế bằng, phương pháp nung gel 13oehmite ở 1000%C trong một khoảng thời gian nhất định

13

e Cầu trúc xốp của nhém oxit

Dạng y-AbO; được tạo thành khi nung Cibbsit, Bayerit, Nordtrandit va

Bochmite 6 nhiét do 450 — 600°C [15] Tuy nhién, y- AlbOs thu dược từ quả trình

nhiệt phân Boebmite, dạng thù hình cúa mono nhỏm lrydroxit là tốt nhất, chứa nhiều lỗ xốp có dường kính vào khoảng 30 — 120 Â thể tích lễ xóp 0.5 — 1 cm”⁄g Diện tích bể mặt phụ truộc vào cá nhiệt dộ mung, thỏi gian nung và mỏi trường khí

khi nung

+-AšO¿ thường được sứ dụng làm chất mang cho xúc tác lưỡng chức hoặc chất mang tương tác [17, 18] Với vai trò làm chất mang tương tác, nhôm oxit hoat tinh tac dung với cáo pha hoạt tỉnh làm cho chúng phân tán tốt hơn đồng thời làm tăng,

độ bản cho xúc tác 'Tlực tế sự tương tác nảy tạo ra một bể mặt xúc tác tối đã so với chất mang, nghĩa là tương táo giữa xúc tác và chất mang có vai trò ngăn chặn

sự chuyển động của các tỉnh thể chất xúc tác trên bẻ mặt chất rang để tạo ra các kết tụ

-ÄAl2Oa được sử dụng rộng rãi nhật trong nhiều Tình vực như lọc hoá dân, xúc

tác cho các phân ứng hoá hoc, trong van dễ xứ lý ö nhiễm môi trường, |19, 20, 21] do đặc tính có bề n

ặt riêng lớn, hoạt tính cao, bẳn cơ, bên nhiệt

a Ung dung ctia y- AlbOs trong cong nghé loc hoá dầu

Mue dich oda nhém oxit trong cac nha may loc dau la tách những câu tử không xuong muốn, bảo vệ thiết bị lọc đầu, tăng chất lượng sản phim Xue tac nay cing dược ding dé tang hiệu suất sản phẩm, trong dỏ nhôm oxit dạng gama là dược

dũng phê biến hon cả

+ Xue hic cho gu trình Clowse: Trong qúa trình này nhôm oxit dược sử dụng như một chất xúc tác nhằm chuyển hoa 128 thanh muối sunfua y-(^l2Qs được sử dụng với một số lượng lớn vào ứng đụng này

+ Xúc tác trang quá trình xứ lý bằng hydra [17, 18] : y-AbOx duge sit dung Jam chất mang xúc tác cho các quá trình tách những, hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh (quá trình [IDS), nita trong quả trình lọc dầu Ngoài ra, chúng còn dùng để tách những tạp chất kim loại có trong nhiên liệu

+ Xúc tác trang quả trình Reforming [L7, 18] : trong quá trình này, 7-AbOa đóng vai trò vừa là chất mang vừa là xúc tác, Chất mang y¬AlaO kết hợp với các câu tử kửn loại quý, tạo ra xúc tác lưỡng chức năng Mụe đích của quá trình là nâng cao trị số ootan của gasoline

+ Xúc tác cha quả trình hydrocracling [L7] : Trong quá trình này, 7-AlLOs

được đừng làm chất mang cho các xúc tác PU/y- AbOs, Pd/ y-AlsO;

14

+ Xúc tác cha quú trình isore hoá [17, 18]: nhờ có tính axit phù hợp mà y- AbLOs được sứ dụng làm chất mang xúc tác thể hệ mới Pư y-AlsOs cho phản ung này,

b Ung dung trong vin dé sat ly 6 nhiễm môi trường

Một lượng lớm nhôm oxit được ứng dụng trong quá trình xử lý khí thải với vai trỏ chất mang, thường là 8 hoặc lả hỗn hợp của 6 với œ, hoặc § với 6

AbO côn được đúng trong công nựh

Ngoài vai rô được số dụng Tam chất xúe ác, chất xrang ALO: cin dive sử

dụng lâm chất hấp phụ để tách loại một số câu tổ hỏi sác cẩu tử khác hay làm

làm chất hấp phụ trong quá trình sấy khi, hoặc làm

Ngoài vai trở được sử đụng làm chất xúc lác, chất mang, Y-À AlsOs còn được

chất hút âm |1 9, 20, 21 J Vĩ dụ, đùng fam chất hấp phụ lrong quả trình

khô chất lồng hữu cơ, tach SOx có trong khi, làm lớp chất hấp phụ bảo về chất xúc tác trong thiết bị phản ứng khỏi các chất gây ngõ độc xúc tác

Việc chọn nhôm oxit cho ứng dụng xúc tác phải đâm bảo nuột số chỉ liêu nhục

tỉnh sẵn có, để sản xuất, giá thành hợp lý Ngoài việc đáp ứng được các tiêu chuẩn

xây thì nhôm oxiL được chọn cũng cản phải có những đặc tính như: tỉnh sét, điện tích bể mặt riêng, cầu trúc lỗ xóp, độ tính khiết và độ bên vat ly Tuỷ thuộc vào xnỗi loại ứng dựng mà nhôm oxit có thể được sử dụng như một chất mang, chất xúc tác, chất kết dính, hay chất hấp phụ và mức độ quan trọng cửa những chỉ tiêu trên có thể thay đổi theo từng ứng dụng, liên cạnh đó độ tính khiết của nhôm oxit cũng rất quan trọng Độ tinh khiết cao sẽ tạo xúc tác có hoạt tình cao vả trành được ngộ độc trong quả trình phản ứng, So với cáo nhôm oxit khác thì nhôm oxit đi từ gel oehmite hoặc giá Boehmite cé 48 tinh khiét cao nhất nên chứng thường được quan tâm đến nhiều hơn [15, 16] [2 24, 25, 26, 27] Từ gel Boehmite od thé điều chế ra nhiều loại nhôm oxit có thể đáp ứng được dây đủ những chỉ tiêu trên

Da vay, gel Boehmite (hoặc giã Boehmite) thường được chọn là tiền chất nhôm

oxit cho nhiều loại xúc tác

1.4.5 Quá trình tổng hợp nhơm oxif

Cĩ nhiều phương pháp tổng hợp nhơm oxit hoạt lính Các phương pháp tổng hợp khác nhau tạo ra các nhơm oxit cĩ câu trủc xốp khác nhau Chẳng han, với phương pháp kết tủa, nhơm oxit hoạt tính thu được bằng cách nang Bochmite tinh thể cĩ diện tích bề mặt riêng khoảng 150 - 250 m2⁄g [15, 16] Nhơm oxit hoạt tính tổng hợp theo phương pháp sol-gel cĩ bể mặt riêng lỏn hơn, cĩ thể tới 300 — 400

sẽ thu được nhơm oxit vá sản phẩm này thường thừa kế cầu trúc của nhơm hydroxit ban đầu do hiệu ứng giả hình, nhất là vai dang giả Roelmite và Boehmite[15, 16] Chính vì vậy, người ta cho rằng những đặc trưng cầu trúc cơ học cơ bản của nhơm onit (didn téch bẻ mặt riêng, thể tích và bán kinh trung binh của lễ xếp, sự phân

xốp theo kích thước, độ bên cơ học) được khởi thảo ngay ở giai đoạn điều chế nhầm hyđroxit Phản lớn khung của nhĩm hydrexit được hình thành ở giai đoạn kết tủa và giả hố, nĩi chung chúng chi bi bién dang qua các quá trình tiếp theo Trong thực tế, sau khi kết tủa, già hố và rửa cơn một số cơng đoạn xử lý

thêm để nhơm hydrexit cĩ tính chất cần thiệt cho tạo hình Các phương pháp xử lý

bế sung cĩ thế là hố học (đùng axit hoặc kiểm) nhiệt (sây và làm đậm đặc), cơ

học (đão trơn trong máy trên)

B Tổng hợp nhơm oxi bằng phương pháp sol-gaÏ

Phương pháp sol-gel được biết đến từ cuối thê kỹ 20 Phương pháp này cĩ thế tổng hợp nhơm oxit hoại tính cĩ bể mặt riêng kẽm, độ xếp cao Cĩ nhiễu lắc giả

trên thể giới nghiên cứu về phương pháp sol-gel điều chế nhơm oxit hoạt tỉnh

-G Buelna, Ÿ, 8 Lớn và các cơng sự |22| đỏ tổng hợp thành cơng nhơm oxit

hoại tĩnh từ nguyên lị

do mau cĩ diện Lích bể mặt riêng lớn nhất (SBET) là 313 m°/g

- Zhong - Min Wang va

la alumino isopropoxil theo phương pháp sol-gol, trong

cơng sự [23 đã tổng hợp thành cơng nhơm oxil hoạt tính đạng hạt theo phương phap sol-gel, trong đĩ mẫu cĩ diện tích bê mặt riêng lớn nhất (SBET) là 331,6 m2/g

16

- R.Limacaro và các cộng sự [26] đã tổng hợp thành công nhôm oxit hoạt tính: theo phương pháp sol-gel, trong đó mẫu có diện tích bẻ mặt riêng lớn nhất (SI317T)

là 361 m3⁄g

Mặc dủ có nhiều ưu diễm như vậy nhưng phương pháp này chỉ thích hợp với những nước cỏ nguồn nguyên liệu alko:

đồng sản phẩm của quá trình công nghiệp khác Với những nước không có nguồn

rd nhôm, được sản xuất với tư cách là

nguyên liệu nảy, chỉ phí săn xuất nhôm oxit theo phương pháp nảy là rất cao và khó ứng, dụng thực tiên một cách có hiệu quá Nước ta không sắn xuất được alkoxyd nhôm nên trong đề tài này, chúng tôi không chọn phương pháp sol-gei để nghiên cửu triển khai sán xuất, Vi thẻ, chúng tôi cũng không tổng quan sâu về phương pháp nảy

1.5 Cơ sẽ lý thuy*t guá trình bòa tÁch nhôm từ xĩ cô nhm đỄ tạo sẵn phim hâm hoạt tink

Da xỉ cô nhôm có chứa thành phân cáo oxit kim loại và phí kim eba nên để hòa tách được riêng nhém vả tạo sản phẩm nhóm hoạt tính cần phải qua rẬt nhiều công đoạn Số lượng công đoạn sẽ phụ thuộc vào phương pháp hòa tách lây nhôm ra khỏi xi Do tính chất lưỡng tính của nhôm nên nhôm có thể được hòa tách bởi hai

phương pháp: (1) Hòa tách bằng axit và (2) hòa tách bằng kiểm [11]

1.5.1 Quy trình hòa tách nhôm và tạo dụng dịch alaminat bằng axit

Xi sau khi được xử lý sơ bộ được hòa tách bằng axit LICI để hòa tách các kim loại và oxit kim loại Sau dó lọc thu dung dich mudi clorua kim loại vào tạo kết tủa hvdroxit kim loại bằng dưng dich Nis Dé thu héi nhém và loại bé các kim

loại khác kết tủa hydroxit kim loại tiếp tục được hỏa tách bằng NaOH đề hỏa tan

nhôm hydroxit khi đỏ thu được đụng dịch NaA1O› theo Tình 1 6 [7]

Nghiễn, sàng

Hòa tách bing HCI

Loc thudungdich = |——+ Baxi sau ha tach

Hòa tan kết tủanhôm | + Kết tủa sau lạc

Loc dung dich NaAlOz

Hinh 1.6 Quy trinh hoa tach nhôm va tao dung dich natriakaminat bang HCL

Dung dich NaAlO2

Link 1.7 Quy trink héa ttich nhém va tao dung dich natrialuminat bing NaOl1,

18

1.5.3 Quy trình tạo kết tủa nhôm hydroxkt và tạo nhôm hoạt tính

Dung dịch NHÀ]O2 dược lọc va lạo kết tủa với HƠI dễ tú kết ta nhôm hydroxil

Sau do ket tia dược loc nia voi nude cit, ethanol va dem di say 6 108°C Cuối

củng sn pham duge dem di nung dễ thà được nhôm oxit nhu Hình 1.8 |7]

Dung dich NaAlOz

Kết túa với dung dịch HCI

Loe thu kél tia AHO:

Rita ethanol nude cat

Hình 1.8 Quy trình lạo nhâm hoại tích từ dụng dịch nalriahummal

15.4, Ảnh hưởng của phương pháp hòa tách

Phương pháp hỏa tách ãnh hướng lên thành phần tạo sản phẩm thu được Do thành phân xỉ chứa nhiều thành phần khác nhau thành phần kim loại và oxit kim loại khoảng 94 % thanh pha phi kim chiếm khoăng 5% vẻ thành phần kim loại lưỡng tính khoảng 1%

-_ Khi hẻa tách bằng axit các kim loại bị hỏa tan theo phản ứng:

MQ, + 2y TIC] xMClu, +yTbO (M= Aetal cation) fo) Khi đó trong đụng địch thu được sẽ có nhiều thành phân kim loại bị hòa

tách tạo thành muối kim loại elorua Quá trình tạo kết tủa nhôm hyđroxit sẽ có mật

của các kim loại khác đi cùng theo phản ứng:

MCl, | yNH,OH + M(QH),| | yNELCl (M= Metal cation) 9)

19

Do dò sẽ có nhiều thành phan có mặt trong sản phẩm Điều nảy ảnh hưởng đến độ tính khiết của sản phẩm tạo thánh

- Khi hỏa tách bằng kiểm: các thành phần ảnh hưởng hóa tách sẽ bị hỏa tach Nai bat trong day la AL, Si, Zn theo phan ung:

AbOs + 2NaOU — 2NaAlO2 + LhO (10) 2AI + 2NaOQH + 2HạO — 2NaAlOz + 3HaT Ql)

$102 + 2NaOL — 112O + NazBIOs (2) ZnO + 2NaOH + HaO — Naa[Zn(OH)4[ q3)

1.5.5 Ảnh hưởng của quá trình nung va pH tới quả trình lạo AlO;

Xuelian Du, Yangin Wang, Xinghua Su, Jiangon Li [29] đã nghiên cứu ảnh hướng của nhiệt độ nung va pl dén quả trình tạo nhôm cxit với đối tượng nghiên ctu polyethylene glycol octylpheny ete Kết quả của nghiên cứu [29] đưa ra nội

dung như sau:

~ KhipH=5 Al(OH)b được tạo thành ở dạng vô định hình và tách nước tạo ra

Al¿Os đạng võ định hình ở nhiệt độ từ 300-700°C Khi nhiệt độ từ 700-

900°C bắt đâu hình thánh 1 phân y-AlsOs nhưng không nhiều má chú yêu vẫn ở đạng võ định hình Khi nhiệt độ > 950"C chuyển hóa hoàn toàn sang a-ALOs

Khi pIE? Al(OID› được bình thành đưới đạng ÿ-Al(OITh [linh 1.LI

cho thay y-AlsO; bắt đâu hình thành khi nhiệt độ từ 300-900°C và các

đỉnh cực đại ở nhiệt độ 700°C Khi nhiệt độ >950°C thi chuyển sang dạng a-AbOs y-Al(OH); — y-AIOOH — y-AbOs

AlsO; chuyên hoàn toản sang dạng ơ-Al›O¿ khi nung trên 1.000%C

VEayorte aBoohmia ©zaiumlna sœaiumina

Theo ket qua nghién ctru Xuelian Du, Yangin Wang, Xinghua Su, Jiangon

Li [29] cho thấy nhiệt độ nung không ảnh hưởng tới quá trinh tao ra y-ALOs Qua trình quyết định tạo ra y-AlsO› phụ thuộc vào tạo ra kết tủa y-Al(OH); Dạng thù hình Al(OH)› sẽ quết định dạnh thủ hình của AlsO› Dạng thủ hình y-Al(OH)› nhiêu nhật khi pH =7 và nung ở nhiệt độ 700°C trong 2h tạo ra y-AlzO› nhiều nhất

CHUONG 2: NỘI DŨNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

21 Vật liệu và hảa chất nghiên cứu

2.1.1 Vậi liệu nghiên cứu

Xi nhôm của làng nghề tải chế nhôm Bình Yên, huyện Trực Ninh, tỉnh Nam

Tình 2.1 Quy trinh tai ché nhém tại làng nghề Bình Yên, Nam Dịnh [31]

‘Xi tai lang nghé Binh Yên là xỉ thứ cấp có dang hat mau den va thé

‘Mau xi thai ta lang nghề Hình Yên (Nam Định) được lẫy và bảo quan theo TCVN 12058:2017 Chat thai rin Phương pháp thực hành lấy mẫu chất rắn không cổ kết trong thủng hình trụ hoặc các thùng chứa tương tự

Hiện tại, xí tại làng nghề được hợp tae x4 thu gom va thué don vi ngoai xi

lý 7 mẫu xỉ được lấy tại các điểm xung quanh bãi được dem di phan tích kích thước hạt, sau đó lấy 1 mẫu tổ hợp của 7 mẫu trên đem đi nghiên sảng đến kích thước <1,6mm Mẫu xỉ được đem đi phân tích thành phan bằng phương phap EDS

để xác định thánh phần các chất có trong xỉ theo phân trăm khối lượng

2.1.2 Hóa chất và thiết bị -

Quá trình thực nghiệm được tiền hành tại phòng thí nghiệm 401 —C10B thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Thiết bị và dụng cụ sử đụng rong quá trình được thể hién trong Bang 2.] va Bang 2.2

Bang 2.1,Thiét bi duege siz dung trong quả trình nghiên cứu

1 | Máy sàng Kích thước mất sảng | Hàn Quốc |1-VSS

1,6m

2 |Bếpđưn khuấytù | Nhiệt độ 0380 |HànQuốc |MSH-20D

Tốc độ khuấy 0—1.500 vòng/phút

22

11 SữG

Star

1.500x950x2.360mm

Bang 2.2 Dung cụ dược sử dụng trong quá trình nghiên cứu

S |Ditakhudy thoy tinh Trung Quốc 30cm

6 | Phéu loc thiiy tink, Trung Quốc 290mm

7 | Gidy lee Whatman s8.4 Trung Quốc @i25mm, Rich thước Te lọc 20 — 254m, £00 18

8 | Chénnung chiunhiét — Trung Quéc Chất liêu sứ

Ha chất được sử dụng trong nghiên cứu thuộc vào loại hóa chất tỉnh khiết phân tích Nước được sử dựng trong toàn bộ quá Irình nghiên cứu là nước cất

fam Danh taue hoa chat sd dụng được trình bày trong Bằng 2.3

Bảng 2.3 Hóa chắt dược sử dụng trong quả trình nghiên cứu

STT | Tên hỏa chất Công thức húa hục | Nồng độ | Xuất xứ

hà a

22 Quy trình thực hiện nghiên cửu

Quy trình tạo mẫu nhôm hoạt tính từ mẫu xí cô nhỏm được thực hiện theo quy

-_ TIöa tách băng NaCII: Xĩ sau khi tiền xử lý được hòa tách bang NaOH

do nhôm và oxit nhôm có tính chất lưỡng tính để thu được dung dich NaAlO;