Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế một phần đất sét trong phối liệu sản xuất gạch đất sét nung

Tôi đã hoàn thành bản luận văn thạc sĩ đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế một phần đất sét trong phối liệu sản xuất gạch đất sét nung” dưới sự hướng dẫn của PGS.. Đây chính là n

MỤC LỤC

Trang

1.1 Vài nét về tình hình sản xuất gạch đỏ ở Việt Nam 1

1.2.2 Tiêu chuẩn TCVN 1451:1998 Gạch đất sét nung 3

1.5 Quá trình hoá lý khi nung gạch đỏ pha than 8

2 Sự hình thành và các tính chất của tro bay 14

2.3 Tình hình nghiên cứu tro bay trên thế giới và trong nước 17

3 Các bài phối liệu không pha phụ gia hoá dẻo 333.1 Xác định chỉ số dẻo 333.2 Cường độ gạch mộc 343.3 Xác định các chỉ tiêu cơ lý khác của mẫu gạch 35

4 Các bài phối liệu pha phụ gia hoá dẻo 424.1 Tìm loại phụ gia thích hợp 434.2 Các bài phối liệu 44Kết luận 51Kiến nghị 52Tài liệu tham khảo 53Phụ lục 56

Bảng 1.5 Phân loại thành phần hạt của đất sét

Bảng 1.6 Nguồn năng lượng Việt Nam

Bảng 1.7 Nhà máy nhiệt điện Việt Nam

Bảng 2.1 Kết quả phân tích thành phần hóa

Bảng 2.2 Kết quả thành phần khoáng của đất sét, tro bay

Bảng 2.3 Kết quả phân tích thành phần hạt của đất sét và tro bay

Bảng 2.4 Chỉ tiêu cơ lý của nguyên liệu

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu tro bay

Bảng 2.6 Chỉ số dẻo các bài phối liệu O, A, B, C

Bảng 2.7 Cường độ uốn của gạch mộc các bài O, A, B, C

Bảng 2.8 Các chỉ tiêu cơ lý của mẫu O, A, B, C

Bảng 2.9 Thành phần khoáng Bentonite

Bảng 2.10 Kết quả phân tích thành phần khoáng của mẫu C (50% TB:50% ĐS) Bảng 2.11 Kết quả phân tích thành phần hóa Bentonit (%)

Bảng 2.12 Chỉ số dẻo bài D khi pha phụ gia hoá dẻo

Bảng 2.13 Chỉ số dẻo các bài phối liệu D, E, F, G

Bảng 2.14 Cường độ uốn của gạch mộc các bài phối liệu D, E, F, G

Bảng 2.15 Kết quả các chỉ tiêu cơ lý các bài phối liệu D, E, F, G

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 và Hình 1.2 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét tro bay

Hình 2.1- Biểu đồ phân tích thành phần hạt của đất sét

Hình2.2- Biểu đồ phân tích thành phần hạt của tro bay Phả Lại

Đồ thị 2.6 Khối lượng thể tích các mẫu O, A, B, C

Đồ thị 2.7 Độ hút nước - nhiệt độ nung

LỜI CAM ĐOAN

Sau hơn 6 tháng nghiên cứu tài liệu và tiến hành thí nghiệm Tôi đã hoàn thành bản luận văn thạc sĩ đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế một phần đất sét trong phối liệu sản xuất gạch đất sét nung” dưới sự hướng dẫn của PGS TS Huỳnh Đức Minh

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đạt được là do tôi thực hiện

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010

Học viên:

Nguyễn Thị Thu Huyền

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Vài nét về tình hình sản xuất gạch đỏ ở Việt Nam

Việt Nam đang trong quá trình đô thị hoá mạnh mẽ với tỷ lệ dân cư thành thị hiện nay chiếm khoảng (27-28)% tổng số dân cả nước Dự báo tỷ lệ này sẽ tăng lên (40-55)% vào năm 2020 Vì vậy nhu cầu nhà ở, cao ốc văn phòng, trung tâm thương mại, khách sạn, các khu vui chơi giải trí, bênh viện, trường học sẽ tăng cao Điều này đồng nghĩa với việc tăng tốc độ phát triển của thị trường xây dựng trong thời gian tới Đây chính là nhân

tố thúc đẩy sự phát triển của ngành xây dựng và sản xuất các loại vật liệu xây dựng như: gạch xây, gạch lát …Hiện nay gạch đất sét nung được coi là một trong tám loại vật liệu xây dựng quan trọng của nước ta Theo định hướng đến năm 2020 sản phẩm gạch đỏ trong toàn quốc đạt 31 tỷ viên/ năm

Hiện nay, nguồn nguyên liệu để sản xuất gạch nung là đất sét và các nguyên liệu phụ trợ như than đá, các phế thải công nghiệp, nông nghiệp khác như mùn cưa, trấu,…Tuy nhiên các loại phụ gia trên chỉ chiếm một tỷ lệ khá nhỏ nên có thể coi gần như 100% nguyên liệu sản xuất gạch nung vẫn là đất sét

Bằng các ước đoán về tỉ lệ cho từng loại gạch, kích thước, độ rỗng, …có thể tính được tiêu tốn nguyên liệu sét để sản xuất 1000 viên gạch là 1,75m3 Năm 2010, sản lượng gạch khoảng 25 tỷ viên, như vậy lượng nguyên liệu sét khoảng 43.7 triệu m3.Với độ sâu khai thác trung bình khoảng 2m thì mỗi năm nước ta mất đi hàng ngàn hecta đất trồng trọt

Đất sử dụng để sản xuất gạch chủ yếu từ các mỏ sét, đất bãi ven sông, đất sản xuất nông nghiệp kém hiệu quả và đất đồi Tuy nhiên, tại một số nơi do thiếu nguồn nguyên liệu nên đã phải sử dụng cả đất ruộng canh tác để sản xuất gạch Do đó, ảnh hưởng khá nhiều đến sản xuất nông nghiệp

Nguồn tài nguyên thiên nhiên đang ngày càng trở nên cạn kiệt thì điều cần thiết là

sử dụng tiết kiệm và tìm nguyên liệu thay thế nguyên liệu truyền thống, đặc biệt là tái sử

dụng một cách hiệu quả phế thải công nghiệp và đảm bảo chống ô nhiễm môi trường

Việc nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện thay thế đến mức tối đa có thể cho nguyên

liệu truyền thống để sản xuất gạch đất sét nung nói riêng và vật liệu xây dựng nói chung

là rất cần thiết

1.2 Tiêu chuẩn gạch đỏ Việt Nam

1.2.1 Tiêu chuẩn đất sét làm gạch đỏ

Theo yêu cầu kỹ thuật, đất sét dùng để sản xuất gạch đặc là đất sét dễ chảy, có

nhiệt độ nung thích hợp không quá 10500C và có thành phần hóa bảng 1.1, thành phần hạt

bảng 1.2 và các chỉ tiêu cơ lý bảng 1.3

Tiêu chuẩn đất sét đỏ để sản xuất gạch nung (TCVN 4344-4353- 1986)

Bảng 1.1 Yêu cầu thành phần hóa

- Hàm lượng Al2O3 10 - 20

- Hàm lượng Fe2O3 4 - 10

- Hàm lượng tổng các kiềm thổ quy ra cacbonat (MgCO3 và

Bảng 1.3 Yêu cầu chỉ tiêu cơ lý

- Giới hạn bền kéo mộc ở trạng thái khô, 105 N/m2

- Độ hút nước khi nung ở nhiệt độ thích hợp (%)

- Giới hạn bền nén sau khi nung ở nhiệt độ thích hợp,

105 N/m2

2.5 - ,5

8 - 18

100 - 200

1.2.2 Tiêu chuẩn TCVN 1451:1998 Gạch đất sét nung

Gạch đất sét thường được chế tạo từ các loại đất sét dễ chảy, có hay không có phụ gia, tạo hình bằng phương pháp đùn dẻo sau đó là sấy và nung Kích thước gạch phổ biến

là (220x 105x 60)mm Theo TCVN 1451- 1998, gạch đất sét sản xuất theo phương pháp đùn dẻo chia ra các mác theo giới hạn độ bền nén bảng 1.4, và các chỉ tiêu cơ lý

Bảng 1.4 Quy định mác và độ bền nén của gạch đặc

Độ bền nén 10 5 N/m 2 Mác gạch

Trung bình cho 5 mẫu Nhỏ nhất cho 1 mẫu

- Độ hút nước, (%), không lớn hơn: 16

- Khối lượng thể tích, ( g/cm3), không nhỏ hơn: 1,6

1.3 Nguyên liệu để sản xuất gạch đỏ [7]

Trong sản xuất gạch ngói nguyên liệu chủ yếu thường dùng là đất sét dễ chảy có hàm lượng Al2O3 thấp, hàm lượng các tạp sắt kiềm và kiềm thổ cao Thành phần chính của đất sét là các khoáng alumosilicat ngậm nước (nAl2O3.mSiO2.pH2O) chúng được tạo thành do fenspat bị phong hóa Tùy từng điều kiện môi trường hóa học mà các khoáng tạo

ra có thành phần khác nhau, khoáng caolinit 2SiO2.Al2O3.2H2O, khoáng montmorilonit 4SiO2.Al2O3.nH2O, khoáng thuỷ mica K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O là ba khoáng chính quyết định tính chất của đất sét như độ dẻo, độ co, độ phân tán, khả năng chịu lửa…

Tinh thể caolinit có dạng tấm mỏng, lục giác, góc giữa các cạnh là 1060 đến 1400, kích thước 0,1-0,3µm Trong các cao lanh thứ sinh và trong các loại đất sét giàu caolinit, tinh thể caolinit có hình dạng không cân đối, các rìa góc bị sứt vỡ và kích thước nhỏ hơn lục giác Caolinit có chủ yếu trong cao lanh Khoáng haloyzit có công thức hóa

Al2O32SiO2 4H2O Haloyzit thường đi kèm với caolinit trong cao lanh Tinh thể haloyzit

có dạng hình que, hình ống d:0,05- 0,2 µm Đôi khi các tinh thể haloyzit tạo nên các kết thể lộn xộn Haloyzit so với caolinit có độ mịn và khả năng hấp phụ và trao đổi ion lớn hơn

1.3.2 Nhóm khoáng monmoriolit

Nhóm này gồm có monmorilonit, baiđêlit, nontronit Công thức hóa học

Al2O3.4SiO2.H2O.nH2O Trong mạng lưới các ion Al3+ ở lớp bát diện thường được thay thế đồng hình bởi Mg2+, Ca2+, các ion Si4+ ở lớp tứ diện được thay thế đồng hình bởi Al3+đất sét monmorilolit có độ mịn rất cao, có cỡ hạt < 0,06 µm chiếm 40%

Các tinh thể monmorilolit không những rất bé và mỏng còn có hình dạng không rõ nét Do đặc điểm cấu trúc của mình mà khoáng có độ dẻo cao, dung lượng hấp phu ion lớn 150 ml đlg/100g nguyên liệu khô Đất sét monmorilolit được đưa vào phối liệu gốm

sứ với một lượng nhỏ để tăng độ dẻo

Ngoài 3 nhóm khoáng chính trong nguyên liệu sét còn có các tạp khoáng

1.3.4 Các tạp khoáng trong nguyên liệu sét

Thạch anh

Chiếm từ vài đến vài chục phần trăm Hạt cát có nhiều kích thước khác nhau, cạnh góc thường là tù Không màu hoặc nhuộm màu Cát với hàm lượng lớn làm tăng tính khó chảy

Fenpat

Tồn tại ở dạng hạt rất nhỏ thường là fenpat kali và microcline Có tác dụng kéo dài khoảng nhiêt độ kết khối của nguyên liệu

Cacbonat

Tồn tại ở dạng đá vôi hoặc đôlomit với kích thước hạt khác nhau hoặc nằm riêng

lẻ Có tác dụng trợ chảy (đặc biệt trên 1000oC), dưới 1000oC nó không có tác dụng trợ chảy mà còn làm cho gạch bị xốp, bị giảm cường độ cơ học Nói chung CaCO3 và MgCO3 là những tạp chất có hại làm giảm nhiệt độ nóng chảy và giảm khoảng nhiệt độ kết khối của đất sét

TiO 2

Thường chiếm từ (0- 4)% ít ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy, TiO2 không màu nhưng chuyển sang màu vàng nếu có mặt của Fe2O3

Sắt

Sắt tồn tại ở dạng pyrite FeS2, hematite Fe2O3, hydroxit sắt Hạt sắt hạ thấp nhiệt

độ nóng chảy của nguyên liệu sét và nhuộm màu cho sản phẩm

1.3.3 Thành phần hạt [5]

Các hạt sét riêng lẻ có kích thước thực tế dao động trong khoảng 0- 10 µm đôi khi các hạt nhỏ kết tập lại với kích thước > 10 µm Đa số các khoáng như thạch anh, fenpat, mica… có kích thước lớn hơn các tinh thể khoáng trong nguyên liệu sét Phân loại thành phần hạt đất sét được nêu trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Phân loại thành phần hạt của đất sét

Trong đó: W1 : Độ ẩm của đất sét ở giới hạn dưới độ lưu động

W2 : Độ ẩm của đất sét ở giới hạn lăn vê

Theo giá trị này độ dẻo của đất sét được chia làm 5 nhóm:

Độ dẻo của đất sét phụ thuộc trước hết vào thành phần cỡ hạt của nó Với việc tăng

độ phân tán của đất sét thì tính dẻo cũng tăng, khi đó ảnh hưởng mạnh nhất đến tính dẻo của đất sét là hàm lượng các hạt kích thước nhỏ hơn 0,5 µm Tính dẻo của đất sét còn phụ thuộc rất lớn vào loại khoáng sét

1.4 Công nghệ sản xuất gạch đất sét nung [7]

1.4.1 Khai thác nguyên liệu

Trước khi khai thác cần phải loại bỏ 0,3-0,4 m lớp đất trồng trọt bên trên Việc khai thác có thể bằng thủ công hoặc bằng máy ủi, máy đào, máy cạp Đất sét sau khi khai thác được ngâm ủ trong kho nhằm tăng tính dẻo và độ đồng nhất của đất sét

1.4.2 Nhào trộn đất sét

Quá trình nhào trộn sẽ làm tăng tính dẻo của đất sét giúp cho việc tạo hình được dễ dàng Thường dùng các loại máy cán thô, cán mịn, máy nhào trộn, máy một trục, 2 trục để nghiền đất

có độ cứng cần thiết, tránh biến dạng khi xếp vào lò nung

Nếu phơi sấy tự nhiên trong nhà giàn hay ngoài sân thì thời gian phơi từ 8 - 15 ngày Nếu sấy gạch bằng lò sấy tuynen thì thời gian sấy từ 18 - 24 giờ Việc sấy gạch bằng lò sấy giúp cho quá trình sản xuất được chủ động không phụ thuộc vào thời tiết, năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt, nhưng có vốn đầu tư lớn, tiêu tốn nhiên liệu

1.4.5 Nung : Đây là công đoạn quan trọng nhất quyết định chất lượng của gạch

1.5 Quá trình hoá lý khi nung gạch đỏ pha than [6]

Nung gốm là một quá trình gia công vật liệu ở nhiệt độ cao và kết quả biến bán thành phẩm mộc thành sản phẩm dạng đá bền vững cơ học, lý học, hoá học

Khi nâng nhiệt trong sản phẩm gốm sẽ xảy ra một loạt các quá trình hoá lý phức tạp và làm thay đổi tính chất của chúng Chế độ nung là sự kết hợp phức tạp của quá trình hoá lý với nhiều nhân tố như tốc độ nâng nhiệt, nhiệt độ nung cuối cùng, thời gian duy trì hay lưu sản phẩm ở nhiệt độ cuối cùng, môi trường nung và tốc độ làm nguội

1.5.1 Quá trình diễn biến khi nung khoảng 20 o - 150 o C

Đây là giai đoạn sấy kiệt để loại trừ hết nước vật lý do mộc còn chứa một lượng nước đáng kể sau khi sấy Nếu nâng nhiệt độ quá nhanh thì lượng hơi nước bốc ra dữ dội

và có thể phá vỡ hay nổ sản phẩm

Trong thực tế người ta thường khống chế độ ẩm cuối cùng tối ưu khi sấy là 3-8%

Độ ẩm cuối cùng của gạch đôi khi đạt đến 10% hoặc hơn Khi nâng nhiệt độ nhanh thì bề mặt vật liệu có thể tăng nhiệt độ nhanh Nhiệt độ bên trong mặt gạch có thể dần tăng lên đến 100oC Như thế sẽ tạo ra ứng suất giữa lớp trong và ngoài khi gạch có độ dày lớn và dẫn tới nứt bề mặt hoặc nổ sản phẩm Trong trường hợp nung gạch rỗng hai lỗ lớn thì chiều dày nung nóng nhỏ hơn nên có thể tiến hành nâng nhiệt nhanh được

1.5.2 Giai đoạn từ 150 o C đến 800 o C

1.5.2.1.Quá trình thứ nhất

Trong giai đoạn này sẽ xảy ra quá trình dehydrat hay khử nước hoá học các khoáng sét trong sản phẩm Lúc này mạng tinh thể bị phá huỷ và đất sét mất tính dẻo của mình Việc loại trừ nước hoá học bắt đầu ở 350oC, song phần lớn nước hoá học được loại trừ trong khoảng 450o - 500oC Việc loại trừ nước hoá học có thể kéo dài đến tận 900oC vì trong số khoáng sét có loại có hiệu ứng tách một ít nước hoá học đến hơn 800oC Quá trình này làm cho sét co lại và giảm cường độ cơ học

1.5.2.2.Quá trình thứ hai

Quá trình thứ hai xảy ra là phân huỷ các chất hữu cơ lẫn trong gạch đỏ Nếu có pha than thì sẽ là quá trình tách chất bốc và cháy than cốc còn lại Đây là quá trình khá phức tạp và diễn ra dần dần khi tăng nhiệt độ

Đầu tiên rễ cây hay cỏ lẫn vào đất bị phân huỷ và tách khí ra bắt đầu từ 200o -

300oC Khí này là khí có thể cháy được nếu có mồi lửa nhưng trong điều kiện khói lò với hàm lượng oxy không cao mà nhiệt độ còn thấp nên khí này sẽ theo khói lò bay ra ngoài

Than antraxit thường có hàm lượng chất bốc < 6% Chất bốc này cũng sẽ tách ra bắt đầu khoảng 300o - 350oC, mạnh ở khoảng 500oC và kết thúc ở khoảng 800oC Như đã biết, chất bốc là hỗn hợp của hàng chục hợp chất hoá học khác nhau như CO, CO2, H2S, Hydrocacbon nặng và nhẹ, hắc ín nhựa than…Các hợp chất này rất độc và cháy tốt nhưng không thể cháy được ở nhiệt độ thấp dưới 500oC măc dù có đầy đủ oxy Trong điều kiện khói lò chỉ chứa gần 10% oxy lại ở nhiệt độ thấp nên các khí trên không cháy được hoặc chỉ chuyển hoá một phần rất nhỏ sang thể khí khác Đại bộ phận khí này sẽ được thải ra ngoài cùng với khói lò và nếu đứng ở nóc lò tuynen nơi hút khói lò ta sẽ ngửi thấy mùi của hỗn hợp khí đó thoát ra Mùi này tương tự như bếp than tổ ong khi mới nhóm lò mà chúng ta phải tránh xa

1.5.2.3 Quá trình thứ ba

Quá trình thứ ba là oxy hoá cacbon dư lại của than Quá trình này thực tế tiến hành chậm ở nhiệt độ < 500oC nhưng mạnh khi nhiệt độ trên 600oC và càng tăng nhiệt độ thì oxy hoá cacbon càng mạnh Quá trình này tương đối phức tạp do than nằm trong gạch nên oxy phải thẩm thấu qua các mao quản để tác dụng với cacbon sâu bên trong Đầu tiên cacbon tương tác với khí oxy tạo ra khí CO mà không phải là CO2 kèm theo toả nhiệt và nhiệt này cung cấp thêm cho phản ứng dehydrat các khoáng sét đã nói trên cũng như nâng nhiệt độ sản phẩm Khi khí CO thoát ra ngoài sẽ tương tác với oxy tạo thành CO2 trong khói lò ở nhiệt độ trên 600oC kèm theo toả nhiệt Quá trình này cứ tiếp diễn khi nhiệt độ

lò nâng đến 800oC

Dòng khí CO2 cũng có thể khuếch tán vào sâu bên trong mao quản để tương tác với cacbon nóng đỏ thành khí CO Khí CO này lại thoát ra ngoài và lại cháy với oxy

thành khí CO2 khi đủ oxy và đạt nhiệt độ bắt cháy Nếu không đủ điều kiện trên thì khí

CO lại thải ra ngoài cùng với khói lò

1.5.2.4 Quá trình thứ tư

Đây là quá trình biến đổi hoá học xảy ra trong vật liệu Trong giai đoạn này oxyt sắt hai FeO bị oxy hoá thành Fe2O3 và làm màu sắc của chúng trở thành hồng đỏ của gạch Cũng trong giai đoạn này sẽ phân huỷ cacbonat như Fe2CO3 ở 300o - 400oC, MgCO3 ở 600o - 700oC, CaCO3 ở 800o - 900oC Ngoài ra cũng tiến hành biến đổi thù hình của Quartz có mặt trong gạch, quá trình này thực tế không gây nguy hiểm lắm khi tốc độ nâng nhiệt nhanh đến 250oC - 300oC/h

đó ở bên trong sản phẩm sẽ tạo ra môi trường khử và làm cho màu sắc trở nên xám đen Một phần CO của than thẩm thấu qua lỗ xốp tới bề mặt sản phẩm, tại đây nó sẽ cháy với oxy thành CO2

Hợp chất oxit sắt 2 nhận được trong giai đoạn nâng nhiệt độ nhanh dễ nóng chảy hơn so với oxit sắt 3 Điều đó thúc đẩy quá trình kết khối và tăng cường độ cơ học

Việc cháy nhiên liệu trong gạch được tiến hành như sau:

Cháy một phần chất bốc còn lại của than khi nâng nhiệt độ chậm ở trong lòng viên gạch hoặc trên bề mặt khi nâng nhiệt độ nhanh

Cháy một phần cặn cốc do đó khử một phần oxit sắt 3 và khử hơi nước và CO2 Phản ứng khử ở 800oC tiến hành theo:

Fe2O3 + C =CO + 2FeO

H2O + C = CO + H2

CO2 + C = 2CO

Các khí CO và H2 hình thành tiếp tục cháy thành CO2 và H2O ở dòng khí bên ngoài gạch

Cháy cặn cốc của than do khuếch tán oxy vào sâu trong gạch

Tốc độ cháy nhiên liệu càng nhanh khi:

- Chiều dày sản phẩm càng nhỏ, thời gian cháy phụ thuộc với bình phương chiều dày Thực tế chứng minh gạch hai lỗ nung nhanh hơn so với gạch đặc và hiếm gặp lõi xám đen do chiều dày truyền nhiệt giảm đi

- Tốc độ khí càng lớn hay tốc độ loại trừ sản phẩm phản ứng càng lớn

- Độ thẩm khí của sản phẩm càng lớn

- Phân bố tốc độ khí theo tiết diện ngang của lò càng đồng đều

- Kích thước hạt than càng nhỏ

- Hàm lượng cacbonat mịn phân bố đều trong đất sét

Ngoài ra nhiệt độ nung có ảnh hưởng lớn đến tốc độ cháy của than Tốc độ cháy tăng khi tăng nhiệt độ là do tăng tốc độ phản ứng và tăng độ xốp, thúc đẩy quá trình khuếch tán khí và tăng tỉ lệ CO:CO2 trong zôn cháy cacbon Sau đó, do xuất hiện pha lỏng trong gạch và quá trình kết khối bắt đầu nên tốc độ cháy hạ nhanh

Thông thường, nhiệt độ mà khi đó tốc độ cháy là cực đại sẽ thấp hơn nhiệt độ nung

50o - 100oC

Trong quá trình nung nên nung nóng vật liệu với tốc độ cho phép tối đa đến nhiệt

độ tương ứng với tốc độ cháy nhiên liệu lớn nhất, sau đó hãm ở nhiệt độ này trong môi trường oxy hóa đến lúc cháy hoàn toàn cacbon

Việc tiếp tục nâng nhiệt độ được tiến hành để cháy nốt lượng than còn lại và kết khối sản phẩm

1.5.4 Giai đoạn từ 800 o C đến nhiệt độ cuối cùng

Trong giai đoạn này Al2O3 và SiO2 tương tác với nhau tạo ra các sản phẩm Alumosilicat - mulit và làm các tính chất cơ lý của sản phẩm tăng lên Khi nâng nhiệt độ, mạng cấu trúc tinh thể trong đất sét bị phá huỷ hoàn toàn và làm biến đổi cấu trúc của

xương gốm và có thể gây nứt nẻ sản phẩm Đối với sản phẩm sản xuất từ đất sét dẻo rất nhạy với quá trình nung phải pha thêm phụ gia gầy để tránh nứt nẻ khi nung Vì vậy tốc

độ nâng nhiệt trong giai đoạn này cần hạn chế 100o - 200oC

Tuỳ theo lượng và loại tạp chất dễ chảy cũng như môi trường mà pha lỏng xuất hiện trong giai đoạn này Nếu tăng nhiệt độ, lượng pha lỏng tăng lên thì tính đàn hồi giảm

đi Lúc này sản phẩm sẽ tăng mật độ, tăng độ co và có thể biến dạng dưới tải trọng

Việc nâng nhanh nhiệt độ nung gạch trong giai đoạn nào đó có thể rút ngắn nếu như đảm bảo rằng lượng pha lỏng tạo ra rất nhỏ trong gạch Khi thành phần khoáng của nguyên liệu, nhiệt độ nung cho phép tối đa đã được xác định thì sẽ tìm ra được khoảng kết khối được thể hiện bởi tính chất của sản phẩm Trong thực tế có thể nung nhanh khi nhiệt

độ nung cuối cùng cao hơn và ngược lại nếu nung chậm thì nhiệt độ nung cuối cùng sẽ thấp hơn Nhiệt độ nung càng cao thì quá trình kết khối càng tăng cường do khuếch tán của các cấu tử càng tăng Thực tế, nhiệt độ nung cực đại còn bị giới hạn do trường nhiệt

độ không đều theo tiết diện ngang cũng như theo thể tích lò

1.5.5 Hãm nhiệt ở nhiệt độ cực đại

Hãm nhiệt ở nhiệt độ cưc đại nhằm phân bố nhiệt độ đồng đều theo chiều dày sản phẩm cũng như theo toàn thể tích xe goòng để đảm bảo sản phẩm chín đều Điều đó cũng

có nghĩa là sản phẩm có đủ thời gian kết khối và làm tăng các tính chất cơ lý và hóa của chúng Việc duy trì nhiệt độ này dài hay ngắn tuỳ thuộc vào cấu trúc của lò cũng như cách xếp sản phẩm trên xe goòng và loại sản phẩm dày hay mỏng khác nhau

1.5.6 Làm nguội

Từ nhiệt độ cực đại xuống khoảng 800oC có thể làm nguội cực nhanh được Giai đoạn này trong sản phẩm có pha lỏng nên nó có tính chất biến dạng dẻo và làm nguội cực nhanh mà không gây phế phẩm Ngược lại nó sẽ làm tăng cường độ cơ học của sản phẩm

do thuỷ tinh kết tinh thành những tinh thể nhỏ mịn Hiện tượng này tương tự như quá trình tôi thuỷ tinh hay tôi thép Mặt khác, khi làm nguội nhanh lớp ngoài bị co lại, lớp trong sẽ co chậm hơn và khi co nó sẽ kéo ép lớp ngoài vào trung tâm Nhờ vậy mà cường

Sau 750o - 800oC đến 600oC phải làm nguội chậm để tránh nứt vỡ sản phẩm do biến đổi thù hình của quartz kèm theo giảm thể tích 0.82% ở 573oC Dưới 500oC có thể tiến hành làm nguội nhanh được

Nhìn chung giai đoạn làm nguội không có nhiều vấn đề như giai đoạn nâng nhiệt của quá trình nung

2 Sự hình thành và các tính chất của tro bay

2.1 Nguồn gốc hình thành tro bay

Tro bay là một sản phẩm được hình thành trong quá trình đốt than mịn của các nhà máy nhiệt điện và thu thập bằng cách lọc bụi điện hoặc cơ học Nó tồn tại dưới dạng bột mịn có màu xám và bao gồm phần lớn các hạt hình cầu có thành phần chính là pha thủy tinh Sản phẩm cháy của than bao gồm tro bay, tro đáy, xỉ lò và sản phẩm của quá trình khử lưu huỳnh trong than ( thạch cao) [13]

2.1.1 Than Việt Nam

Việt Nam là nước sản xuất than đứng thứ ba trong khu vực Đông Nam Á, chỉ sau Inđônêxia và Thái Lan Các mỏ than tập trung ở Miền Bắc, có bể than lớn ở Quảng Ninh

và đồng bằng châu thổ sông Hồng Bể than antraxits Quảng Ninh: Nằm ở phía Đông Bắc của Việt Nam Tổng trữ lượng tiềm năng 10.5 tỉ tấn, trong đó 3.5 tỉ tấn khai thác ở độ sâu -300 và 7 tỉ tấn ở độ sâu - 1000m Bể than bán antraxit ở đồng bằng châu thổ Sông Hồng với tiềm năng 210 tỉ tấn Than cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện, các ngành công nghiệp xi măng, thép và hoá chất Khai thác ở độ sâu -100m đến -3000m Các mỏ than khác: Các mỏ than địa phương có trữ lượng 400 triệu tấn Các loại than như: than nâu, than lửa dài, than bán antraxit, than béo… Dọc theo đất nước, đặc biệt là phía Nam có than bùn, hàm lượng tro cao, nhiệt lượng thấp, đặc biệt phù hợp cho nông nghiệp [15]

Trong tổng số các mỏ than Việt NAm, mỏ lộ thiên: tổng số 29 mỏ, 06 mỏ lớn nhất với công suất khai thác 800.000 - 1.5 triệu tấn/năm/mỏ Những mỏ khác có công suất 200.000 - 400.000 tấn/năm/mỏ Mỏ dưới lòng đất: tổng số 20 mỏ 07 mỏ lớn nhất với

công suất khai thác 1 triệu tấn/năm/mỏ Những mỏ khác có công suất 300.000 – 800.000

tấn/năm/mỏ [15]

Chiến lược phát triển ngành công nghiệp than đến năm 2015 Năm 2010, khai thác

khoảng 45-50 triệu tấn than Khai thác và đánh giá trữ lượng ở Vùng than Quảng Ninh (ở

độ sâu - 300m) Bắt đầu dự án thử nghiệm khai thác ở vùng than Đồng Bằng châu thổ

Sông Hồng Đến năm 2015 khai thác khoảng 55-60 triệu tấn.[15]

2.1.2 Nguồn năng lượng Việt Nam [2]

Bảng 1.6 Nguồn năng lượng Việt Nam STT Nguồn năng lượng Tỷ lệ (%)

2 Năng lượng thuỷ điện 37

3 Năng lượng than 13

4 Năng lượng dầu và nhập khẩu 11 Tổng cộng 100

2.1.3 Nhà máy nhiệt điện Việt Nam [2]

Bảng 1.7 Nhà máy nhiệt điện Việt Nam STT Nguồn năng lượng Số lượng

1 Nhà máy nhiệt điện than 10

2 Nhà máy nhiệt điện khí 13

Tổng cộng 27

Kế hoạch đến năm 2015, khu vực phía Bắc xây dựng 12 nhà máy nhiệt điện với tổng công suất 6.300 - 7.000MW

Với nhu cầu điện năng tăng đột biến (khoảng 13%/năm) cùng với nhịp độ tăng trưởng kinh tế cao của nước ta, nhiều nhà máy nhiệt điện được khởi công xây dựng hay

mở rộng quy mô sản xuất Hàng năm, các nhà máy nhiệt điện chạy than ở nước ta thải ra hàng trăm nghìn tấn tro bay Ước tính năm 2010 Việt Nam sản xuất 3000 - 5000 MW điện từ các nhà máy nhiệt điện chạy than Ứng với mỗi Megawat điện, các nhà máy nhiệt điện thải ra bình quân 428 tấn tro mỗi năm, trong đó 60% là tro bay[9] Như vậy lượng tro bay khoảng 770 400 - 1.28 triệu tấn/năm Lượng tro bay hiện nay chủ yếu sử dụng làm nguyên liệu cung cấp puzzolan cho sản xuất xi măng và bê tông Để sử dụng hết lượng tro bay dồi dào ở Việt Nam cần nghiên cứu sử dụng tro bay cho các ngành công nghiệp khác

2.2 Tính chất của tro bay [13]

Tro bay có cấu trúc hạt mịn, hình cầu Thành phần hoá học của tro bay gần như tương đương với đất sét, đặc biệt là 3 thành phần chính: oxyt silic (SiO2), oxyt nhôm (Al2O3), oxyt sắt (Fe2O3) Vì vậy, tro bay có thể sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất gạch đất sét nung

Tính chất của các loại tro bay phụ thuộc vào thành phần hóa của các loại than đem đốt, mức độ nghiền mịn của than, công nghệ đốt và các điều kiện của quá trình oxy hóa Dựa trên thành phần hóa của tro bay người ta phân loại tro bay thành 2 loại : tro bay thấp canxi và tro bay cao canxi

Tro bay thấp canxi (low calcium fly ash) thường tương ứng với tro bay loại F ( tổng hàm lượng SiO2, Al2O3, Fe2O3 lớn hơn 70%) thường là kết quả của đốt than antraxit hay bitum Trong thành phần của tro bay loại này thường có hàm lượng SiO2 và Al2O3

cao và hàm lượng CaO và MgO thấp

Tro bay cao canxi (high calcium fly ash) thường tương ứng với tro bay loại C ( hàm lượng CaO > 20%) Là sản phẩm của việc đốt cháy than nâu hoặc than bitum thứ

cấp Thành phần của tro loại này có hàm lượng của SiO2 và Al2O3 thường thấp hơn so với loại F nhưng hàm lượng CaO lại cao hơn hẳn, trong đó có 1 phần tồn tại ở dạng CaO tự

do Loại này ngoài tính puzzolan, còn có tính chất tự tạo xi măng

Thành phần chính trong loại tro bay F và C là pha thủy tinh, thường chiếm khoảng 60% và có thể lớn hơn Pha thủy tinh của tro được tạo thành trong quá trình làm lạnh pha lỏng nóng chảy, trong đó pha lỏng này được tạo thành từ những thành phần vô cơ của than gốc tại vùng nhiệt độ cao trong buồng đốt Pha thủy tinh này về cơ bản thuộc hệ SiO2- Al2O3- CaO- MgO với mức độ polyme hóa [SiO4] thấp

Những thành phần chính trong pha tinh thể của tro bay là quartz (SiO2), mulite (3Al2O3.2SiO2), magnetite ( Fe3O4) và hematite ( Fe2O3) Loại tro bay cao canxi cũng có thể chứa CaO ở dạng tự do, periclaz (MgO), tricanxialuminat (3CaO.Al2O3), đicanxi silicat ( 2CaO.SiO2) và anhydrit CaSO4 Các pha tinh thể khác có thể tồn tại trong tro bay bao gồm merwinite [Ca3Mg(SiO4)2] và mellilite (một dung dịch rắn của gehlenite, 2CaO.Al2O3.SiO2)

Hình 1.1 và Hình 1.2 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét tro bay

2.3 Tình hình nghiên cứu tro bay trên thế giới và trong nước

2.3.1 Tình hình nghiên cứu tro bay trên thế giới

Nghiên cứu tro bay trong bêtông:

Kayli [22] “Nghiên cứu chế tạo cốt liệu nhẹ từ tro bay sử dụng trong bê tông” Cốt liệu nhẹ được chế tạo từ tro bay sau đó được nghiền đến kích thước hạt thích hợp Đặc điểm nổi trội của loại cốt liệu này là tạo ra bê tông có tính năng sử dụng cao, cường độ cao Bê tông sử dụng cốt liệu này nhẹ hơn bê tông thường khoảng 22%, cường độ cao hơn khoảng 20% Độ co thấp hơn bê tông thường khoảng 33% Hơn nữa, đây là cốt liệu có độ bền hoá cao Tính chất nổi trội của loại cốt liệu mới này là đạt chất lượng tốt nhất mà không cần tăng thêm hàm lượng xi măng Do đó có thể đạt được cường độ tương đương bêtông thường khi giảm hàm lượng xi măng 20% Giảm khối lượng bê tông đồng nghĩa với giảm tải trọng của công trình xây dựng Việc sử dụng tro bay sản xuất cốt liệu còn mang lại lợi ích lớn cho môi trường

Nghiên cứu tro bay trong sản xuất gốm thuỷ tinh:

Trong một vài năm gần đây, sự thuỷ tinh hoá từ rác thải được xem là cách sản xuất hấp dẫn trong việc xử lý chất thải rắn đô thị và công nghiệp Quá trình này phá huỷ các chất hữu cơ có hại, nó giữ lại các kim loại nặng, các nguyên tố hiếm, đồng thời có thể giảm thể tích từ 40-90% Leroy [24] “nghiên cứu sản xuất gốm thuỷ tinh từ tro bay” Nhiệt độ nấu chảy thuỷ tinh khoảng 1520oC, có sử dụng thêm các chất trợ chảy để bổ sung Na2O, CaO Thuỷ tinh gốm ngoài các tính chất cơ, lý, hoá nó còn có màu bắt mắt, giống màu xanh đậm của đá Marble Gốm thuỷ tinh từ rác được áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau như các tấm ốp tường, lát nền các khu công nghiệp, hóa chất, mái lợp cho các công trình công cộng hay công nghiệp

Nghiên cứu tro bay làm gốm sialon tạo cốt liệu và gạch ở nhiệt độ cao

Gilbert và Mosset [20] “Nghiên cứu chế tạo ß SiAlON từ tro bay” SiAlON là vật liệu gốm được sử dụng trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học SiAlON có các tính chất tốt như: cường độ cao, độ dai phá huỷ cao, bền hoá ở nhiệt độ cao SiAlON chủ yếu được chế tạo do quá trình kết khối ở nhiệt độ và áp suất cao Được sản xuất từ các nguyên liệu tinh khiết như ß-Si3N4, AlN, Si2N2O, Al2ON, SiO2, Al2O3, Si, Al Sử dụng những nguyên liệu này cho sản phẩm có tính năng tốt nhưng giá thành cao, đây là mặt hạn chế cho các ứng dụng công nghiệp Để giảm giá thành, cần sử dụng các nguyên liệu tự nhiên

và phế thải công nghiệp chẳng hạn như: nguyên liệu dẻo (chứa các khoáng kaolinit, ilit, monmorilonit, pyrophylit…), nguyên liệu gầy (chứa các pha thuỷ tinh, silimanit, zeolit,

…) Những nguyên liệu này không chứa nitơ vì vậy cần phải bổ sung thêm nitơ Sử dụng tro bay loại C để tổng hợp gốm ß SiAlON gần như tinh khiết bằng cách nung phối liệu ở

15000C, lưu ở nhiệt độ cao nhất trong 1h mà không cần nghiền hay bổ sung thêm cácbon Cho thấy sialon có cấu trúc đồng nhất và bắt đầu kết khối ở nhiệt độ này Đây là những yếu tố quan trọng để chế tạo SiAlON cho xương kết khối tốt

Tương tự, Jansen [21] “Nghiên cứu đặc điểm, cấu trúc của gốm Ca-ß-sialon tổng hợp từ tro bay” Gốm sialon có tính chất cơ lý tốt, được chế tạo từ nguyên liệu rẻ tiền là tro bay, có nhiệt độ kết khối thấp hơn 1500oC, không cần bổ sung áp suất Loại tinh thể gốm sialon và lượng pha tạo thành phụ thuộc vào thành phần hoá, độ tinh khiết của tro bay, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng Nhiệt độ bắt đầu phản ứng phụ thuộc vào kích thước hạt và kích thước tinh thể trong tro bay Kích thước tinh thể giảm thì tốc độ phản ứng tăng Tạo hình gốm sialon bằng phương pháp ép đẳng tĩnh hay đổ rót Ca-ßsialon kết khối ở nhiệt độ 1450-1475oC cho mật độ cao Tính chất của gốm Ca-ßsialon tổng hợp từ tro bay tương đương với gốm sialon tổng hợp từ đất sét và các oxit tinh khiết

Nghiên cứu tro bay làm nguyên liệu gạch ceramic

Zimmer [30] “Nghiên cứu việc sử dụng tro bay làm nguyên liệu sản xuất gạch ceramic” Các mẫu tro bay của NM Capivari de Baixo, một thành phố nằm ở Bang Santa Catarina, Braxin Tro bay và các nguyên liệu khác được kiểm tra tính chất hoá lý, dựa trên các kết quả này thành lập bài phối liệu chứa tro bay và các nguyên liệu tiêu biểu Hàm lượng tro bay thay đổi từ 20-80% Các bước tiếp theo là ép mẫu bằng máy ép thuỷ lực, nung Tất cả các bài phối liệu có hàm lượng tro bay đến 60% đều có những tính chất phù hợp với nhiều loại gạch ốp lát theo tiêu chuẩn ISO 13006 (ISO, 1998) thuộc các nhóm có

độ hút nước khác nhau Các kết quả thu được đã chỉ ra rằng, khi trộn tro bay với các nguyên liệu truyền thống thì tạo ra được các sản phẩm đáp ứng các yêu cầu cần thiết của nguyên liệu đế sản xuất gạch ceramic

Đối với gạch, Furlani [18] “Nghiên cứu các tính chất của gốm chế tạo từ tro bay và bùn giấy” Bột thu được từ tro bay và bùn giấy được nghiền chung hay riêng, sau đó ép tạo mẫu và nung Vật liệu sau nung khảo sát các chỉ tiêu như mật độ, độ hút nước, độ co nung, cấu trúc tinh thể, vi cấu trúc, cường độ, độ cứng, độ dai phá huỷ Nghiên cứu các bài phối liệu giữa tro bay và bùn giấy với tỷlệ phối trộn khác nhau, nung ở nhiệt độ 1130-

1190oC Bài phối liệu 25% tro bay, 75% bột từ bùn giấy cho các tính chất tốt nhất

Song Mu [28] “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia shale đến tính chất kết khối của tro bay” Shale có thể được sử dụng thay thế đất sét trong phối liệu nung tro bay đất sét,

nó có tính chất hóa lý tương tự như đất sét Công trình nghiên cứu các đặc điểm nung của tro bay khi có và không có shale (chất liên kết) bằng các chỉ tiêu cơ lý, phân tích nhiễu xạ rơngen, chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét Các kết qủa XRD cho thấy, hàm lượng khoáng hercynite tăng khi tăng nhiệt độ, nhưng hàm lượng quartz giảm Các kết quả chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét cho thấy khi bổ sung shale vào phối liệu tro bay, shale sẽ cải thiện vi cấu trúc và độ kết khối của tro bay Các kết quả cho thấy có thể thay thế shale với thể tích từ 30-50%, đạt các tính chất của sản phẩm nung, nhiệt độ nung 950-1050 0C Tuy nhiên, đối với hàm lượng shale cao hơn dễ gây phồng ở 1100 0C Trên quan điểm ứng dụng tốt nhất và tiết kiệm năng lượng, phối liệu tro bay- shale kết khối tốt ở 1000oC, lưu 2h

Xu [29] “Nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế đất sét sản xuất gạch nung với tỷ lệ thay thế cao” Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế cao của tro bay đến các thông số

kỹ thuật nung và các tính chất của gạch đỏ Các kết quả đã cho thấy chỉ số dẻo của hỗn hợp tro bay - đất sét giảm mạnh khi tăng hàm lượng tro bay Có thể sử dụng phụ gia A để tăng chỉ số dẻo của hỗn hợp, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật công nghệ đùn dẻo đang được áp dụng chủ yếu tại các nhà máy gạch Khi sử dụng tro bay qua tuyển thì tính chất của của gạch tốt hơn Gạch nung với hàm lượng tro bay thay thế cao có cường độ nén cao, độ hút nước thấp, không bị nứt vôi Khi chỉ số dẻo thấp hơn 6.0 thì khả năng tạo hình bằng phương pháp đùn dẻo là khá khó khăn trong khi đó đây là phương pháp tạo hình chủ yếu trong các nhà máy gạch Để cái thiện tính chất dẻo, người ta đã đưa thêm phụ gia hóa dẻo

Thí nghiệm tiến hành nung mẫu ở 3 nhiệt độ : 1000, 1050, 1100 0C, nhiệt độ kết khối của gạch đất sét- tro bay cao hơn gạch đất sét khoảng 50- 100 0C Phân tích tia X ta thấy được cấu trúc pha chủ yếu trong đất sét là quartz, illite và calcite Trong quá trình đốt nóng ở

1000C- 2500C illite bị mất nước lý học, ở 300-4000C bắt đầu mất nước hóa học nhanh nhất là ở nhiệt độ 500-6000C Khi nâng nhiệt hơn 5000C thì ilit bắt đầu bị mất nước hóa học, cấu trúc bắt đầu bị biến dạng, xuất hiện sự biến đổi thù hình của quartz Trên 9000C

đi kèm với sự thay đổi của illite là sự biến đổi cấu trúc của tro bay và đất sét, spinel MgAl2O4 và FeAl2O4 được tạo thành, đường biên tinh thể dần hình thành Khi nhiệt độ cao hơn 10000C một lượng lỏng được hình thành bởi vì tro bay và đất sét có điểm nóng chảy thấp, lượng chất lỏng không nhiều và phân bố không đều sẽ liên kết các hạt rắn tạo điều kiện cho các phản ứng xảy ra Tới 11000C pha thủy tinh làm cho gạch có độ co lớn

và biến dạng Những hạt tro bay có kích thước nhỏ nên rất thuận lợi trong quá trình kết khối

2.3.2 Tình hình nghiên cứu tro bay trong nước

Gạch đất sét được sinh ra và phát triển từ rất lâu đời , tuy nhiên theo những phương pháp sản xuất thủ công thì cần một lượng đất sét khá lớn và lượng phế phẩm cũng khá nhiều Trong khi đó hàng năm các nhà máy nhiệt điện thải ra một lượng tro bay rất lớn, tuy tro bay trong những năm gần đây ở Việt Nam được sử dụng làm phụ gia khoáng hóa cho xi măng, phụ gia điền đầy cho bê tông Vấn đề nghiên cứu sử dụng tro bay trong sản xuất vật liệu gạch và gốm ở Việt Nam còn mới

Từ trước tới nay có đề tài “Nghiên cứu sản phẩm gốm tường theo công nghệ bán khô sử dụng tro bay nhiệt điện” của PGS TS Nguyễn Minh Đức [4] Nghiên cứu chế tạo sản phẩm theo công nghệ bán khô, sử dụng tro thải nhiệt điện Nghiên cứu dựa trên cơ sở

lý thuyết tạo hình bán khô, lý thuyết phản ứng vật chất trạng thái rắn và lý thuyết công nghệ gốm Được tiến hành từ nguyên liệu đất sét Thanh Trì - Hà Nội và tro nhiệt điện Ninh Bình Kết quả là đề tài đã nghiên cứu thiết lập được sơ đồ công nghệ chế tạo gốm tường theo phương pháp bán khô Các tính chất của mẫu sản phẩm chế tạo theo công

nghệ bán khô phụ thuộc rất nhiều vào thành phần và độ ẩm của phối liệu, hệ số nén, thành phần hạt của bột phối liệu ép Khối lượng thể tích, cường độ nén mẫu chế tạo từ phối liệu

có thành phần hạt tự nhiên sẽ giảm so với mẫu chế tạo từ thành phần hạt tính toán Còn tính chất độ co toàn phần, độ hút nước của mẫu chế tạo bán khô từ thành phần hạt tính theo Andersen thì ngược lại

Sinh viên Nguyễn Thị Ngọc [8] với đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu thăm dò khả năng sử dụng tro bay để sản xuất gốm xây dựng” Đề tài nghiên cứu khả năng sử dụng tro bay cho gạch lát chịu axit Hàm lượng tro bay dao động từ 50 - 70%, nhiệt độ nung khoảng 1100oC đến 1150oC

3 Những ứng dụng của tro bay

Theo báo cáo nghiên cứu [1] tro bay có các ứng dụng như sau:

3.1 Sử dụng tro bay để sản xuất bê tông cường độ cao

Ở Việt Nam, trong năm 1998 - 2000 sản phẩm của nhà máy nhiệt điện đủ cung cấp cho công trình đập Bái Thượng và đập Tân Giang ( đập Tân Giang có chiều cao gần 40 m, khối lượng 130.000m3 bê tông) Đập đã sử dụng 63-73 kg tro bay cho một khối bê tông Quá trình đã khống chế được nhiệt độ cho phép và không phát sinh nứt do ứng suất nhiệt bên trong

Trong công nghiệp xi măng, tro thô được dùng để thay thế đất sét, một trong những nguyên liệu chính để chế tạo xi măng vì tro có thành phần hoá học gần tương tự như đất sét Chính vì vậy mà ở các nước tiên tiến, bên cạnh nhà máy nhiệt điện luôn luôn

có các nhà máy xi măng để sử dụng tro xỉ than tại chỗ Trong bê tông, tro bay được dùng

để thay thế trên dưới 30% xi măng nhờ rất nhiều ưu điểm đặc trưng của nó Hạt tro tròn đều chứ không có góc cạnh như hạt xi măng, vì vậy nó giống như chất bôi trơn khi được trộn vào bê tông Giúp ta có thể bơm bê tông đi xa hơn, cao hơn

3.2 Sử dụng tro bay trong giao thông

• Đắp đê : Tro bay có hệ số đồng đều lớn bao gồm các cỡ hạt bùn, đặc tính kết hạt, độ bền chuyển dịch, khả năng nén ép, độ thấm và độ nhạy với đóng băng Hầu như toàn bộ tro bay dùng để đắp đường là tro bay loại F

• Ổn định đất đai: Việc thêm tro bay vào để củng cố tính chất cơ lý của nền đất, thường

là nền đất mềm dưới lòng đường chịu tải trọng liên tục Cải thiện có thể bằng cả tro bay loại F và loại C Nếu dùng tro bay loại F thì phải dùng thêm chất đi kèm ( như vôi hoặc xi măng) còn loại C có thể dùng một mình nhờ tính chất tự tạo xi măng của nó

• Bê tông lát đường : Bê tông lát đường là loại vật liệu tổ hợp cấu tạo từ vật liệu kết dính và vật liệu khoáng Cả hai loại tro bay loại F và C thường dùng như vật liệu vô cơ điền đầy các lỗ trống đảm bảo các hạt tiếp xúc giữa các hạt lớn hơn trong hỗn hợp bê tông dải đường Bản chất của tro bay còn thể hiện làm tăng độ cứng của vật liệu dải đường, có sức chịu đựng trượt tốt hơn, tăng khả năng chịu lún và độ bền của đường

3.3 Sử dụng tro bay xử lý chất thải

Với công nghệ đã đăng ký, công ty Mỹ N-Viro Iternationan Corporation sử dụng tính kiềm của tro bay kết hợp với phân hữu cơ tạo thành phân bón Với công nghệ tương

tự như trên của hãng DIRK Group người ta có thể làm ổn định bùn thải sinh hoạt và các bùn thải độc hại Công nghệ này đã được sử dụng làm ổn định một lượng lớn bùn nhiễm bẩn Crôm 6 từ công nghệ thuộc da ở Bồ Đào Nha

4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Như vậy, tiềm năng ứng dụng tro bay trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng là rất lớn Hiện nay các nghiên cứu ứng dụng trên thế giới rất phong phú và đa dạng, tuy nhiên ở Việt Nam chủ yếu nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực xi măng, bê tông Vấn đề nghiên cứu sử dụng tro bay trong sản xuất gạch bằng phương pháp đùn dẻo với tỷ lệ thay thế cao chưa được nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện thay thế đến mức tối đa có thể cho nguyên liệu truyền thống để sản xuất gạch đất sét nung theo phương pháp đùn dẻo Phương hướng nghiên cứu này cho phép sử dụng phế thải công

nghiệp, giải quyết vấn đề môi trường và vấn đề hạn chế sử dụng nguyên liệu sét cho gạch đất sét nung

Từ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy tro bay là phụ gia gầy đồng thời là phụ gia cháy, không có tính dẻo như đất sét Khi tăng dần hàm lượng tro bay trong phối liệu thì tính dẻo giảm dần Khi đó cần sản xuất gạch bằng phương pháp ép bán khô hoặc bằng phương pháp đùn dẻo nhưng phải sử dụng phụ gia hoá dẻo Cần tìm ra loại phụ gia hoá dẻo thích hợp ở Việt Nam để thoả mãn yêu cầu của phương pháp tạo hình đùn dẻo

CHƯƠNG II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1 Các phương pháp xác định tính chất cơ lý

1.1.Phương pháp kiểm tra độ co sấy, co nung, co toàn phần và độ hút nước, khối

lượng thể tích, độ xốp biểu kiến

Mẫu đo co sấy, co nung được tính toán theo các bài phối liệu được nhào trộn có độ

ẩm thích hợp và được ủ 24 h Đối với gạch xây ( tạo hình dẻo) dùng khuôn có kích thước (55 x 55 x 12)mm Tất cả các mẫu đều thực hiện như nhau

- Dùng thước kẹp để khoảng cách giữa 2 đầu kích thước là 50mm

- Ấn 2 đầu thước kẹp xuống từng viên mẫu theo 2 đường chéo để tạo ra cặp đánh dấu

- Đánh dấu kí hiệu lên viên mẫu

- Cân chén sứ ( mo) và 1 lượng đất khoảng 20g phối liệu ẩm ( m1) để xác định độ ẩm tạo hình Sấy chén chứa phối liệu đến độ ẩm không đổi, cân lại (m2)

- Sấy các mẫu tự nhiên 24 giờ và sấy cưỡng bức trong tủ sấy ở nhiệt độ 100 0C đến khối lượng không đổi

- Sau khi sấy đo lại khoảng cách giữa các cặp đánh dấu : b mm

- Các mẫu sau khi sấy đem nung trong lò điện Đo khoảng cách 2 cặp đánh dấu : a (mm)