Nghiên cứu xử lý tro xỉ nhiệt điện bằng chất kết dính vô cơ trên cơ sở cao lanh

Tính đến đầu năm 2019, theo thống kê của Tổng cục năng lượng, Bộ Công thương, với 23 nhà máy nhiệt điện chạy than trên toàn quốc đang hoạt động, lượng tro, xỉ thải ra hàng năm khoảng 15 triệu tấn và đến năm 2022 với 43 nhà máy thì lượng tro xỉ tương đương hàng năm là khoảng 29 triệu tấn. Theo các số liệu thống kê khác thì đến đầu năm 2017, số lượng này là khoảng trên 20 triệu tấn. Nguy cơ không đủ bãi chứa, “vỡ trận” gây ô nhiễm môi trường là hiện hữu. Cũng theo thống kê trên thì hiện tất cả các cơ sở sử dụng tro xỉ để làm vật liệu không nung, nền đập thủy điện, đường giao thông, kè bờ... mới chỉ tiêu thụ được khoảng 3 – 4 triệu tấnnăm. Việc sử dụng tro xỉ nhiệt điện hiện nay gặp nhiều khó khăn về nhiều mặt; đó là phải loại bỏ than dư xuống dưới 5% mới có thể sử dụng được. Các khó khăn khác tác động đến khả năng tái sử dụng rộng rãi tro xỉ là việc vận chuyển và tăng giá thành khi luôn luôn phải kết hợp cùng với xi măng để đóng rắn. Do điều kiện đặc thù của Việt Nam, công nghệ đốt và chất lượng than rất khác nhau giữa các nhà máy nên lượng than dư trong tro xỉ cao, không đồng đều và sự phối kết hợp giữa các ngành chưa tốt..., cho nên để xử lý tái sử dụng tro xỉ nhiệt điện cần phải có giải pháp đơn giản hơn, giá thành rẻ hơn, không cần phải tuyển nổi để loại than dư dưới 5% và không cần sử dụng xi măng làm tác nhân hóa rắn. Công nghệ sử dụng chất kết dính vô cơ không qua thiêu kết (thường gọi là polyme vô cơ) có thể đáp ứng được yêu cầu trên; do công nghệ này sử dụng các chất kết dính vô cơ điều chế từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên chứa Si, Al, Fe, Mg... trong môi trường có độ kiềm khác nhau. Các chất kết dính này cứng hóa các vật liệu bở rời theo cơ chế kết dính và bao bọc các hạt vật liệu với nhau trong điều kiện không nước (khô) bằng các liên kết phân tử làm cho vật liệu rắn chắc và bền vững theo thời gian. Xuất phát từ những điều trên, đề tài luận văn này được thực hiện với tiêu đề “Nghiên cứu xử lý tro xỉ nhiệt điện bằng chất kết dính vô cơ trên cơ sở cao lanh.”

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hà Nội - 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Phương Thảo

PGS TS Trần Hồng Côn

Hà Nội - 2019

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin cảm ơn TS Phương Thảo, PGS TS TrầnHồng Côn đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốtquá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô trong Khoa Hóa học, TrườngĐại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy,truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua, góp phần chobản thân em hoàn thành luận văn này được tốt hơn

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, các anh chị và các bạn trong Phòngthí nghiệm Hóa Môi trường, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đãgiúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập tại đây

Cuối cùng em xin cảm ơn nhóm đề tài ĐT – CNMT 01/17, gia đình và ngườithân đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về vật chất cũng như tinh thần cho em hoàn thành tốtluận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm

2019

Học viên

Nguyễn Thị Dung

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU… 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan tro xỉ nhiệt điện 2

1.1.1 Tình hình phát thải tro xỉ nhiệt điện than 2

1.1.2 Tình hình xử lý, tái chế, tái sử dụng tro xỉ 4

1.2 Cơ sở lý thuyết về polyme vô cơ và sự hình thành bê tông polyme 9

1.2.1 Cơ chế sự hình thành geopolyme 9

1.2.2 Cơ chế polyme hóa trực tiếp 11

1.2.3 Cơ chế polyme hóa gián tiếp 12

1.2.4 Một số nghiên cứu và ứng dụng công nghệ geopolyme 12

1.3 Tổng quan về cao lanh 14

1.3.1 Khái niệm chung 14

1.3.2 Thành phần, chất lượng cao lanh Việt Nam 17

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 21

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 21

2.2 Hóa chất và dụng cụ 21

2.3 Phương pháp nghiên cứu 24

2.3.1 Xác định một số thành phần, tính chất của nguyên vật liệu 24

2.3.2 Tổng hợp chất kết dính vô cơ trên cơ sở cao lanh – NaOH 32

2.3.3 Tổng hợp chất kết dính trên cơ sở cao lanh – Ca(OH)2 32

2.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến khả năng đóng rắn tro xỉ 32

2.3.5 Đánh giá khả năng gây ô nhiễm thứ cấp của vật liệu 33

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Thành phần, tính chất của nguyên vật liệu 34

3.1.1 Thành phần, tính chất của tro bay và xỉ nhiệt điện 34

3.2 Các thông số của chất kết dính vô cơ 37

3.2.1 Chất kết dính cao lanh – NaOH 37

3.2.2 Chất kết dính cao lanh – Ca(OH)2 41

3.3 Ảnh hưởng của thành phần phối liệu và một số điều kiện đến khả năng đóng rắn tro xỉ 45

3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn 45

3.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn 47

3.3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp NaOH/ Ca(OH)2 đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn 49

3.3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn 51

3.3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay/ tro xỉ nhiệt điện đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn 53

3.3.6 Ảnh hưởng của lực ép định hình đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn 55

3.3.7 Ảnh hưởng của thời gian lưu bê tông tươi đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn 56

3.3.8 Ảnh hưởng của thời gian lưu dưỡng đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn 57

3.4 Một số đặc tính hóa lý khác của vật liệu sau đóng rắn 58

3.5 Đặc trưng cấu trúc một số vật liệu sau đóng rắn 62

3.6 Đánh giá khả năng gây ô nhiễm thứ cấp của vật liệu 65

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Lượng tro của các nhà máy phía Bắc -4

Bảng 1.2 Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay tại một số nước trên thế giới 8

Bảng 1.3 Các đặc điểm chính của khoáng vật nhóm kaolinit -16

Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu -21

Bảng 2.2 Danh mục dụng cụ, thiết bị sử dụng -22

Bảng 2.3 Thứ tự và định lượng các chất trong phân tích Al3+ -30

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của tro bay và tro xỉ của ba nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Uông Bí và Thái Bình -34

Bảng 3.2 Thành phần nhôm, sắt, silic oxit và thông số khác trong mẫu caolanh -35

Bảng 3.3 Sự phụ thuộc của độ trương nở của cao lanh vào nồng độ NaOH và thời gian ngâm -37

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến nồng độ aluminat và silicat tự do trong chất kết dính cao lanh - NaOH -39

Bảng 3.5 Sự phụ thuộc của độ nhớt vào hàm lượng NaOH -40

Bảng 3.6 Sự phụ thuộc của độ trương nở của cao lanh vào hàm lượng Ca(OH)2 và thời gian ngâm -41

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến nồng độ aluminat và silicat tự do trong dung dịch -42

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến độ nhớt của chất kết dính -43

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH và cacbon dư đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -45

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 và cacbon dư đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -48

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp kiềm NaOH - Ca(OH)2 và cacbon dư đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -50

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -52

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay/xỉ tới cường độ kháng nén của vật liệu sauđóng rắn -53Bảng 3.14 Ảnh hưởng của lực ép định hình đến cường độ kháng nén của vật liệusau đóng rắn -55Bảng 3.15 Ảnh hưởng của thời gian lưu bê tông tươi đến cường dộ kháng nén củavật liệu sau đóng rắn -56Bảng 3.16 Ảnh hưởng của thời gian lưu dưỡng đến cường độ kháng nén của vậtliệu sau đóng rắn -57Bảng 3.17 Một số đặc tính hóa lý khác của vật liệu sau đóng rắn -59Bảng 3.18 pH pha nước khi ngâm vật liệu sau đóng rắn 28 ngày tuổi -66Bảng 3.19 Nồng độ các chất có khả năng gây ô nhiễm nước của vật liệu tro xỉ sauđóng rắn 28 ngày khi ngâm trong nước -68

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tứ diện SiO4 và AlO4 -10

Hình 1.2 Cơ chế polyme hóa trực tiếp -11

Hình 1.3 Cơ chế polyme hóa gián tiếp -12

Hình 1.4 Cấu trúc của cao lanh -15

Hình 2.1 Máy nén và khuôn đúc vật liệu -23

Hình 2.2 Máy nghiền trộn phối liệu PTN -23

Hình 2.3 Hiện tượng nhiễu xạ trên tinh thể -24

Hình 2.4 Nguyên lý phổ tán xạ năng lượng tia X -26

Hình 2.5 Nguyên lý phát huỳnh quang tia X -27

Hình 3.1 Giản đồ XRD tro bay và tro xỉ nhiệt điện Phả Lại -35

Hình 3.2 Giản đồ XRD cao lanh Trúc Thôn M1 -36

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến khả năng trương nở của cao lanh theo thời gian -38

Hình 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến nồng độ aluminat và silicat tự do -39

Hình 3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH đến độ nhớt của dung dịch (120 giờ) 40 Hình 3.6 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến khả năng trương nở của cao lanh theo thời gian -42

Hình 3.7 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến nồng độ aluminat và silicat tự do trong dung dịch -43

Hình 3.8 Sự phụ thuộc của độ nhớt vào hàm lượng Ca(OH)2 -44

Hình 3.9 Ảnh hưởng của hàm lượng NaOH và cacbon dư đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -46

Hình 3.10 Ảnh vật liệu sau đóng rắn bằng chất kết dính trên cơ sở cao lanh – NaOH -46

Hình 3.11 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 và cacbon dư đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -48

Hình 3.12 Ảnh vật liệu sau đóng rắn bằng chất kết dính cao lanh – Ca(OH) -49

Hình 3.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp NaOH – Ca(OH)2 và cacbon dư đến

cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -50

Hình 3.14 Ảnh vật liệu sau đóng rắn bằng chất kết dính cao lanh kiềm hỗn hợp NaOH – Ca(OH)2 -51

Hình 3.15 Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -52

Hình 3.16 Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay/xỉ tới cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -54

Hình 3.17 Ảnh hưởng của lực ép định hình đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -55

Hình 3.18 Ảnh hưởng của thời gian lưu bê tông tươi đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -56

Hình 3.19 Ảnh hưởng của thời gian lưu dưỡng đến cường độ kháng nén của vật liệu sau đóng rắn -58

Hình 3.20 Hệ số hóa mềm và độ hút nước của một số mẫu vật liệu sau đóng rắn- 61 Hình 3.21 Hình ảnh chụp SEM của một số mẫu vật liệu -63

Hình 3.22 Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV2 (15%C) -63

Hình 3.23 Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV3 (15%C) -64

Hình 3.24 Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV4 (15%C) -64

Hình 3.25 Giản đồ XRD tro xỉ và một số mẫu vật liệu sau đóng rắn -65

Hình 3.26 pH pha nước khi ngâm vật liệu sau đóng rắn 28 ngày tuổi -67

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ASTM Hiệp hội vật liệu và thử

nghiệm Hoa Kỳ

American Society for Testing and Materials

BTCL Bê tông chịu lửa

EDX Tán xạ năng lượng tia X Energy Dispersive X-ray SpectrometryMKN Hàm lượng mất khi nung

PTN Phòng thí nghiệm

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

SEM Hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscopy

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TKPT Tinh khiết phân tích

XRF Huỳnh quang tia X X-ray fluorescence

MỞ ĐẦU

Tính đến đầu năm 2019, theo thống kê của Tổng cục năng lượng, Bộ Côngthương, với 23 nhà máy nhiệt điện chạy than trên toàn quốc đang hoạt động, lượngtro, xỉ thải ra hàng năm khoảng 15 triệu tấn và đến năm 2022 với 43 nhà máy thìlượng tro xỉ tương đương hàng năm là khoảng 29 triệu tấn Theo các số liệu thống

kê khác thì đến đầu năm 2017, số lượng này là khoảng trên 20 triệu tấn Nguy cơkhông đủ bãi chứa, “vỡ trận” gây ô nhiễm môi trường là hiện hữu Cũng theo thống

kê trên thì hiện tất cả các cơ sở sử dụng tro xỉ để làm vật liệu không nung, nền đậpthủy điện, đường giao thông, kè bờ mới chỉ tiêu thụ được khoảng 3 – 4 triệutấn/năm

Việc sử dụng tro xỉ nhiệt điện hiện nay gặp nhiều khó khăn về nhiều mặt; đó làphải loại bỏ than dư xuống dưới 5% mới có thể sử dụng được Các khó khăn kháctác động đến khả năng tái sử dụng rộng rãi tro xỉ là việc vận chuyển và tăng giáthành khi luôn luôn phải kết hợp cùng với xi măng để đóng rắn

Do điều kiện đặc thù của Việt Nam, công nghệ đốt và chất lượng than rất khácnhau giữa các nhà máy nên lượng than dư trong tro xỉ cao, không đồng đều và sựphối kết hợp giữa các ngành chưa tốt , cho nên để xử lý tái sử dụng tro xỉ nhiệtđiện cần phải có giải pháp đơn giản hơn, giá thành rẻ hơn, không cần phải tuyển nổiđể loại than dư dưới 5% và không cần sử dụng xi măng làm tác nhân hóa rắn Côngnghệ sử dụng chất kết dính vô cơ không qua thiêu kết (thường gọi là polyme vô cơ)

có thể đáp ứng được yêu cầu trên; do công nghệ này sử dụng các chất kết dính vô

cơ điều chế từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên chứa Si, Al, Fe, Mg trongmôi trường có độ kiềm khác nhau Các chất kết dính này cứng hóa các vật liệu bởrời theo cơ chế kết dính và bao bọc các hạt vật liệu với nhau trong điều kiện khôngnước (khô) bằng các liên kết phân tử làm cho vật liệu rắn chắc và bền vững theothời gian

Xuất phát từ những điều trên, đề tài luận văn này được thực hiện với tiêu

đề “Nghiên cứu xử lý tro xỉ nhiệt điện bằng chất kết dính vô cơ trên cơ sở

cao lanh.”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tro xỉ nhiệt điện

Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá phầnphế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: phần xỉ thu được từ đáy lò và phần tro gồm cáchạt rất mịn bay theo các khí ống khói được thu hồi bằng các hệ thống thu gom củacác nhà máy nhiệt điện

Ở một số nước, tùy theo mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro baytheo các loại khác nhau Theo tiêu chuẩn DBJ08 – 230 – 98 của thành phố ThượngHải, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bayhàm lượng cao Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:

 Loại F: hàm lượng CaO ít hơn 8%

 Loại CI: hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%

 Loại C: hàm lượng CaO lớn hơn 20%

Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618[15] Theo các phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bayđược phân làm hai loại là loại C và loại F:

 Tro bay loại F khi tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%

 Tro bay loại C khi tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%

Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quátrình cháy, phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá Thôngthường, tro ở đáy lò (xỉ) chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổnglượng tro thải ra Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệuthan đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện [3]

1.1.1 Tình hình phát thải tro xỉ nhiệt điện than

Trên thế giới, yêu cầu về năng lượng được đáp ứng chủ yếu từ các nhà máy

nhiệt điện sử dụng than đốt Việc này cũng dẫn đến vấn đề phát thải ra môi trườngngày càng tăng của chất thải rắn từ các nhà máy nhiệt điện đốt than đặc biệt là tro

xỉ Các nước đứng đầu thế giới về số lượng phát thải tro xỉ gồm Ấn độ, Trung Quốc,Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu.

Tại Ấn Độ, khoảng 80 – 100 triệu tấn tro bay được tạo ra hàng năm từ

khoảng 75 nhà máy, trong đó hơn 10 triệu tấn từ các nhà máy nhiệt điện công suấtthấp Lượng tro từ các nhà máy nhiệt điện tại Ấn độ tăng cùng với lượng điện năngsản xuất, từ 75 triệu tấn năm 1995 lên 90 triệu tấn, 110 triệu tấn trong các năm

2000, 2010 và dự đoán tăng lên 140 triệu tấn vào năm 2020 Với hàm lượng trotrung bình là 40%, và theo dự báo tiêu thụ than trong 5 năm tới khoảng 285 triệutấn, các nhà máy nhiệt điện sẽ tạo ra lượng tro xỉ (tro bay cộng tro xỉ) dự kiến sẽkhoảng 115 triệu tấn mỗi năm [13]

Tại Trung Quốc, theo thống kê, tổng lượng tro xỉ ở Trung Quốc năm 2002

là 150 triệu tấn Lượng tro bay tạo ra trong ước tính đến năm 2020 sẽ là 570 ~ 610triệu tấn [19]

Tại Hoa Kỳ, tổng lượng tro bay tạo ra hàng năm lên đến 26,5 triệu tấn, với

xu hướng tiếp tục tăng [30]

Nga đứng thứ hai thế giới về trữ lượng than với khoảng 173 tỷ tấn Hàng

năm, các nhà máy điện đốt than tại Nga sản xuất hơn 75 triệu tấn tro xỉ và chỉkhoảng 11% được sử dụng, chủ yếu ở dạng vật liệu xây dựng thứ cấp Hầu hết cácnhà máy cũ của Nga dưới thời liên bang Xô viết đều tách loại tro xỉ theo phươngpháp ướt, tro than sau đó thường xuyên được đổ trực tiếp vào các con sông và hồ

Do đó, phần lớn nỗ lực của Nga hiện tại liên quan đến làm sạch vấn đề ô nhiễm tro

xỉ để lại từ thời Xô viết [20]

Nhật Bản là đất nước dựa hoàn toàn vào than nhập khẩu để sản xuất điện và

ngành công nghiệp Hàng năm, lượng tro xỉ tạo ra là 8,54 triệu tấn [20]

Tại Úc và New Zealand, lượng tro trong năm 2002 lên đến 12,5 triệu tấn [20].

Tại Việt Nam, đến cuối năm 2018 có tổng cộng 23 nhà máy nhiệt điện hoạt

động, trong đó có 13 nhà máy sử dụng công nghệ đốt than phun, 10 nhà máy sửdụng công nghệ đốt than tầng sôi Tổng công suất nhiệt điện 13.110 MW Tổnglượng tro, xỉ thực tế phát sinh năm 2016 khoảng 15.784.357 tấn/năm, trong đó tro,

xỉ đốt theo công nghệ than phun PC là 10.681.896 tấn/năm chiếm khoảng 68%,

công nghệ đốt than tầng sôi là 5.102.461tấn/năm chiếm khoảng 32% Tổng lượngtro, xỉ, thạch cao hiện đang tồn tại các bãi chứa khoảng 22.705.558 tấn Dự kiến đếnnăm 2020, cả nước có thêm 12 dự án nhiệt điện than đi vào hoạt động, sẽ thải rakhoảng 22,6 triệu tấn tro, xỉ, thạch cao mỗi năm Nguy cơ không đủ bãi chứa, gây ônhiễm môi trường.

Thực tế lượng tro xỉ, thạch cao thải ra từ các nhà máy nhiệt điện lớn hơnlượng đang tồn trữ, sự chênh lệch lượng phát thải và lượng trên bãi chứa là do thực

tế có nhà máy nhiệt điện đã tiêu thụ được khoảng 25% -30% hoặc tiêu thụ hết lượngtro, xỉ được thải ra hoặc có đơn vị chưa tiêu thụ được

Lượng tro xỉ phát sinh từ các nhà máy nhiệt điện than rơi vào khoảng 15triệu tấn/ năm, trong đó lượng phát thải tập trung chủ yếu tại khu vực miền Bắc(chiếm 60% tổng lượng thải), miền Trung chiếm 21% và miền Nam chiếm 19%tổng lượng thải

Theo khảo sát của ngân hàng hợp tác quốc tế Nhật Bản (JBIC), chỉ tính riêngcác nhà máy nhiệt điện phía Bắc thuộc EVN thì lượng tro thải ra hàng năm lên đến

637 600 tấn

Bảng 1.1 Lượng tro của các nhà máy phía Bắc

Tên nhà máy Công suất

(MW)

Lượng tro (Tấn/năm)

Từ các số liệu thống kê trên, mỗi năm có hàng trăm triệu tấn tro xỉ được thải

ra từ nhiệt điện than và chưa được các nhà máy nhiệt điện xử lý triệt để

1.1.2 Tình hình xử lý, tái chế, tái sử dụng tro xỉ

Trên thế giới, tro bay đã được sử dụng rất thành công trong ngành công

nghiệp bê tông hơn 50 năm qua Ở Mỹ có hơn 6 triệu tấn và ở châu Âu là hơn 9

thời gian gần đây sử dụng bê tông tro bay, bao gồm các đập ngăn nước, các nhàmáy điện, các công trình ngoài biển, các đường hầm dưới biển, đường cao tốc, sânbay, các tòa nhà thương mại hay dân cư, cầu, các đường ống dẫn,

Tại Liên minh châu Âu, việc sử dụng tro bay trong ngành xây dựng hiện

đang chiếm khoảng 46% và tro xỉ chiếm ~ 41%; trong phần lớn các trường hợp, tro

xỉ được sử dụng như một nguồn thay thế các nguồn tài nguyên sẵn có và do đómang lại lợi ích môi trường bằng cách tránh sự khai thác mỏ Tái sử dụng tro xỉcũng giúp giảm nhu cầu năng lượng và giảm lượng khí thải vào khí quyển Chúngđược sử dụng rộng rãi ứng dụng chủ yếu trong ngành xây dựng như sản xuất bêtông hay như là một chất thay thế xi măng, tro xỉ cũng được sử dụng như là mộtchất kết dính hoặc lát đường, hoặc làm chất khoáng và phân bón [20] Trong phạm

vi các quốc gia thành viên, không có quy tắc chung về việc sử dụng tro xỉ, các quốc

gia khác nhau có cách tiếp cận phương án sử dụng tro xỉ khác nhau Ví dụ như tại Đức, trung bình sản xuất 4,3×106 tấn tro bay một năm với xu hướng ngày càng

tăng Trong giai đoạn 1997 – 2005 gần như 100% lượng tro bay đã được tái chế chỉvới những thay đổi nhỏ trong lĩnh vực ứng dụng Hơn 50% tro bay được sử dụngcho bê tông trộn sẵn Khu vực ứng dụng lớn thứ hai với khoảng 17% là làm vật liệuxây dựng khô và trong khai thác mỏ với lượng xấp xỉ 12% [30]

Đến năm 2008, tổng lượng các sản phẩm từ đốt than đá của nhà máy nhiệtđiện ở Châu Âu là 58 triệu tấn, trong đó tro bay chiếm gần 68% tương đươngkhoảng 39 triệu tấn Khoảng 18 triệu tấn tro bay được sử dụng trong công nghiệpxây dựng và san lấp hầm mỏ Phần lớn tro bay làm phụ gia bê tông, kết cấu đường

và làm vật liệu để sản xuất clinker xi măng Tro bay cũng được sử dụng trong ximăng trộn, bê trong khối và làm chất điền lấp [23]

Tại Hoa Kỳ, việc sử dụng tro xỉ và thạch cao tổng hợp cũng tăng lên, với

khoảng 7,6 triệu tấn được sử dụng hàng năm cho công việc đường xá, kè cống vàkết cấu Lượng tro xỉ không được tận dụng thường được chôn lấp, mặc dù mức độ

có sẵn bãi chôn lấp thay đổi giữa các vùng Việc sử dụng tro bay tại Hoa kỳ có khácbiệt rõ ràng giữa các tiểu bang [20] Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA.2014) đưa ra các quy định liên bang đầu tiên về việc thải bỏ tro xỉ Theo các hướng

dẫn mới, các nhà máy nhiệt điện đốt than của Mỹ phải trữ tro xỉ ở các bãi chôn lấp

và bãi thải phù hợp với các tiêu chuẩn cấu trúc tối thiểu Theo Hiệp hội tro xỉ thanHoa Kỳ (ACAA), trong năm 2013, 53 triệu tấn đã được tạo ra, trong đó 23 triệu tấnđược tái sử dụng Trong số các phần không sử dụng, EPA cho biết 36% được lưugiữ tại bãi chôn lấp và 21% trong các cơ sở lưu trữ ướt [30]

Tại Úc và New Zealand, lượng tái sử dụng tro xỉ đạt 4,1 triệu tấn (chiếm

32,8%) Các ứng dụng chính gồm sản xuất xi măng (1,35 triệu tấn), các ứng dụngkhông xi măng (0,47 triệu tấn), và 2,28 triệu tấn sử dụng trong các dự án như xâydựng đường bộ, lấp đầy mỏ và các ứng dụng khác Tuy nhiên, việc sử dụng tro xỉvẫn còn hạn chế do các rào cản như sự cô lập về địa lý của một số nhà máy điện vàcác quy định và luật pháp phối hợp kém [20]

Cũng như nhiều quốc gia trên thế giới, hàng trăm nhà máy nhiệt điện trên

khắp lãnh thổ Trung Quốc thải ra hàng trăm triệu tấn tro bay mỗi năm [16] Do

vậy, chính phủ Trung Quốc rất khuyến khích phát triển các công nghệ liên quan đếnviệc sử dụng tro bay Một vài thành phố đã sử dụng rất tốt tro bay trong những nămgần đây như thành phố Nam Ninh Năm 2005, lượng tro bay được sử dụng ở thànhphố này đã vượt qua cả lượng tro bay được tạo ra Tuy nhiên, Nam Ninh chỉ là mộttrường hợp ngoại lệ Tỷ lệ sử dụng tro xỉ khoảng 10% vào những năm 1980, trongnhững năm 1990, tỷ lệ này đạt trên 53% Theo thống kê, tổng lượng tro xỉ ở TrungQuốc năm 2002 là 150 triệu tấn, trong đó khoảng 100 triệu tấn đã được sử dụng TạiNam Kinh, Thượng Hải từ năm 1997, tro bay được tái sử dụng 100%, phần lớn làlàm đất lót đường và vật liệu tấm Ở các khu vực đang phát triển, vấn đề cũng đangđược giải quyết Tại tỉnh Hà Nam, cho đến năm 2005 lượng tro bay tồn đọng là 130triệu tấn, trong đó 34 triệu tấn, khoảng một nửa dùng để sản xuất xi măng [19]

Ở Trung Quốc từ năm 2007, từng bước cấm sản xuất gạch đất sét là cơ hộiđể giải quyết vấn đề xử lý tro bay, sử dụng tro bay sản xuất gạch thay cho đất sét.Tro bay ở Trung Quốc được sử dụng trong các lĩnh vực chủ yếu sau: Các sản phẩm

bê tông (phụ gia cho xi măng, vữa, bê tông, gạch, ); xây dựng đường giao thông;xây dựng cảng; cải tạo đất trồng; xử lý ô nhiễm nước; sử dụng để lấp các mỏ hay

các vùng đất lớn hơn dọc theo bờ biển Ngoài ra, tro bay còn được sử dụng cho mộtvài ứng dụng khác như tổng hợp zeolit, chất gia cường cho cao su [19].

Tại Nhật Bản, hàng năm, lượng tro xỉ tạo ra được sử dụng là 7 triệu tấn

chiếm 82% sản lượng, trong đó, khoảng 78% lượng tro được sản xuất bởi các nhàmáy nhiệt điện được sử dụng Ngành xi măng chiếm tỷ trọng lớn nhất với 71%(4,89 triệu tấn) trong tổng số Ngoài việc sử dụng phổ biến trong sản xuất xi măng

và bê tông, nhiều mục đích sử dụng khác cũng đang được khuyến khích và pháttriển [20]

Tại Ấn Độ, Mức độ sử dụng tro bay đã tăng đáng kể từ dưới 10% vào năm

2000, đến nay đạt ~ 40%, trong số này, 19 triệu tấn đã được sử dụng cho sản xuất ximăng và phần còn lại chủ yếu thử nghiệm lót đường Việc sản suất xi măng từ trobay với hàm lượng không quá 35% đã giúp Ấn độ tiêu thụ khoảng 25 triệu tấn trobay thay vì sử dụng cùng một lượng xi măng clinker và giúp tiết kiệm 25 tỉ Rs ViệnNghiên cứu Nhiên liệu Trung ương Dhanbad đã phát triển công nghệ sử dụng trobay để sản xuất gạch xây dựng với lượng tiêu thụ tro bay được khoảng 40-70%.Như vậy, trong trường hợp khi kỹ thuật sản xuất gạch từ tro bay chấp nhận được,giải pháp này sẽ khả thi về kinh tế và thân thiện với môi trường Với mục tiêu sảnxuất ít nhất 2 tỷ viên gạch từ tro bay mỗi năm, sẽ góp phần tiêu thụ khoảng 5 triệutấn tro bay/năm Bên cạnh đó là sử dụng trong nông nghiệp Tro bay giúp cải thiệntính thẩm thấu của đất; cải thiện tình trạng sức khoẻ của đất, năng suất cây trồng,kết cấu đất; giảm mật độ khối lượng đất; cải thiện khả năng giữ nước/độ xốp; tối ưuhóa giá trị pH; cung cấp các chất vi lượng như Fe, Zn, Cu, Mo, B, Mn; cung cấp cácchất dinh dưỡng như K, P, Ca, Mg, S, vv… hoạt động như một chất thay thế chothạch cao giúp phục hồi đất cát kiềm và vôi [13]

Chính phủ nước này đã có nhiều quy định để nâng cao nhận thức về lợi íchcủa việc sử dụng tro bay cho các sản phẩm khác nhau [16, 25] Tro bay là mộtnguyên liệu tiềm năng tuyệt vời cho sản xuất vật liệu xây dựng như xi măng phatrộn, gạch tro bay, gạch ốp lát và các khối rỗng trong xây dựng Chúng được ứngdụng môṭ lươṇg lớn để rải đường, xây dựng kè, và san lấp hầm mỏ Sản phẩm tro

bay có nhiều lợi thế hơn so với các sản phẩm thông thường Lượng xi măng sử dụngtrong sản xuất sản phẩm xây dựng có thể giảm bằng cách thay thế bằng tro bay vàlượng tro bay thay thế có thể lên đến 50% Những sản phẩm chứa tro bay có độ bềncao, hiệu quả hơn và tiết kiệm đáng kể nguyên liệu Việc sử dụng tro bay ở Ấn Độ

đã tạo ra công ăn việc làm cho khoảng 3.000 lao động [26]

Bảng 1.2 Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay tại một số nước trên thế giới

TT Nước sản xuất Sản lượng tro bay

hằng năm (triệu tấn) Tro bay sử dụng (%)

Tại Việt Nam, Các nhà máy Nhiệt điện không có chủ trương khai thác tro,

hoặc không có điều kiện khai thác, nhân dân quanh khu vực các bãi xỉ than đangkhai thác một cách tự phát, chủ yếu là làm gạch xây nhà bằng cách trộn với xi măng

và nước Lượng khai thác tự phát này rất nhỏ và không nên khuyến khích vì các lý

do an ninh và môi trường Ví dụ như việc sử dụng tro làm nền đường, gạch sânphơi, ngói lợp nhà v.v một cách có tổ chức đảm bảo an ninh, vệ sinh và có sự thamgia của chuyên gia

Mặt khác, hiện nay ở trong nước có một số nhà máy đã có những biện phápthu hồi và sản xuất gạch không nung từ tro xỉ đã được xây dựng vận hành ở gần một

số nhà máy nhiệt điện Nhà máy Chế biến tro xỉ Cao Cường có công suất 80.000 tấnsản phẩm/năm (sử dụng nguồn tro xỉ của Nhà máy Điện Phả Lại)

Trong năm 2017, lượng tro xỉ tiêu thụ đạt gần 4 triệu tấn, chiếm khoảng 30%lượng phát sinh, trong đó miền Bắc tiêu thụ khoảng 3,25 triệu tấn Hàng triệu tấn tro

xỉ than được thải ra từ các nhà máy nhiệt điện Việt Nam Hầu hết lượng tro này đượctrộn với nước và bơm ra ngoài bãi thải Mà tro xỉ ở các nhà máy nhiệt điện trên thuộc

thể áp dụng việc trộn tro bay vào xi măng để kết tinh như xi măng Portland được.Mặt khác khi sản xuất một tấn xi măng sẽ thải ra khoảng một tấn khí CO2, vì vậylượng tro bay thay thế trong xi măng trong bê tông cũng chính là lượng khí tương ứng

mà chúng ta có thể cắt giảm Vì vậy cần có một công nghệ bê tông mới để giải quyếtvấn đề này như bê tông polyme vô cơ không nung

Theo Quyết định số 452/QĐ – TTg của Thủ tướng Chính phủ: Phê duyệt Đề

án đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt điện, nhà máyhóa chất, phân bón làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng và trong các côngtrình xây dựng với mục tiêu là: đến năm 2020 phải xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch caođảm bảo đáp ứng lượng tồn trữ tại bãi chứa của từng nhà máy nhiệt điện, nhà máyhóa chất, phân bón nhỏ hơn tổng lượng phát thải của 2 năm sản xuất

1.2 Cơ sở lý thuyết về polyme vô cơ và sự hình thành bê tông polyme

Polyme vô cơ là sản phẩm của sự liên kết các chất vô cơ lại với nhau bằng từlực giữa các phần tử tích điện trái dấu Đây là sự liên kết ở mức độ phân tử, cho nênpolyme tạo thành có độ bền rất cao về chịu lực cũng như về thời gian Trong tựnhiên, các dạng huyền phù sét và keo silic thường là các phần tử mang điện tích; ởmột điều kiện phù hợp nhất định, chúng sẽ hình thành các polyme và cùng với cáchạt đất, cát, sỏi, dưới lực ép tự nhiên chúng tạo thành các tầng đá nguồn gốc polymehóa từ các keo vô cơ và đất đá Quá trình này có thể thực hiện nhân tạo bằng cáchdùng hoạt chất polyme trộn vào đất để tạo ra quá trình polyme hoá Khi được nénlại với nhau chúng sẽ tạo thành dạng đá cứng trong điều kiện khô; đây chính là bêtông polyme

1.2.1 Cơ chế sự hình thành geopolyme

Theo Davidovits, có tên gọi geopolyme (bê tông polyme) là vì chúng có sựchuyển biến thù hình, polyme hóa và đóng rắn ở nhiệt độ thấp nhưng đồng thờicũng là hợp chất vô cơ, cứng và ổn định ở nhiệt độ cao và không bị cháy Có nhiềuloại geopolyme khác nhau, nhưng loại có khả năng ứng dụng nhiều nhất trong xâydựng là aluminosilicat [22]

Hệ nguyên liệu để chế tạo vật liệu geopolyme bao gồm hai thành phần chính

là các nguyên liệu ban đầu và chất hoạt hóa kiềm Nguyên liệu aluminosilicat nhằm

cung cấp nguồn Si và Al cho quá trình geopolyme hóa xảy ra (thường dùng là trobay, meta caolanh, muội silic…) Chất hoạt hóa kiềm được sử dụng phổ biến nhất làcác dung dịch NaOH, KOH và thủy tinh lỏng - natri silicat (Na2SiO3) nhằm tạo môitrường kiềm và tham gia vào các phản ứng geopolyme hóa.

Cấu trúc của geopolyme cơ bản được tạo thành từ lưới cấu trúc của nhữngAlumino - Silico hay còn gọi là Poly - Sialate (Silic – Oxy – Nhôm) Khung Sialatebao gồm những tứ diện SiO4 và AlO4 được nối xen kẽ với nhau bằng các nguyên tốOxy Những ion dương (Na+, K+, Li+ Ca2+, Ba2+, NH4+, H3O+) phải hiện diện trongcác hốc của khung để cân bằng điện tích của Al3+ [29] và hình thành monome mới

Hình 1.1 Tứ diện SiO 4 và AlO 4

Cơ chế phản ứng được minh họa ở những phản ứng sau:

Theo D Hardjito [17] quá trình phản ứng hóa học tạo thành geopolyme cóthể được phân ra thành các bước chính sau:

 Hòa tan các phân tử Si và Al trong nguyên liệu nhờ vào các ion hydroxit trongdung dịch

 Định hướng lại các ion trong dung dịch tạo thành các monome

 Đóng rắn các monome thông qua các phản ứng trùng ngưng polyme để tạo thànhcác cấu trúc polyme vô cơ.

1.2.2 Cơ chế polyme hóa trực tiếp

GS Plattfort của Đại học Bruxelles (Bỉ) đã chứng minh rằng hạt tinh khoángsét cao lanh, tên là kaolinit, gồm có 2 lá: 1 lá silic và một lá nhôm Cả hai lá đều cóđiện tích âm Bằng cách dùng xút NaOH hoặc tương đương, người ta huỷ cơ cấucủa lá nhôm, biến điện tích âm của nó thành điện tích dương Tinh thể kaolinit cònlại, có 2 đầu âm dương đối nghịch nhau như một hạt nam châm cực nhỏ Chúng tựđộng kết nối lại với nhau, đầu âm (-) với đầu dương (+), tạo ra một phân tử sợi dài

vô tận, lớn bằng 10000 lần phân tử làm nên kaolinit, gọi là một polyme vô cơ

Đây là điều mà ngành hoá học cổ điển chưa khám phá ra Về chất lượng, sựhoá đá tạo ra độ cứng không thua gì cát và xi măng Cái lợi của quá trình là có thểdùng đất tạp tại chỗ vừa chứa cát bùn, vừa đất sét, dùng đất này và chất hoạt hóapolyme vô cơ để làm bê tông polyme để thay thế cho bê tông xi măng Portland Dosự phát minh dựa trên một khoa học cơ bản mới, tức là bê tông tạo thành do kết nốibằng điện tích chứ không phải bằng quá trình kết tinh, nên nó được công nhận làmột công nghệ mới trong xây dựng, giao thông, y tế, công nghiệp

Hình 1.2 Cơ chế polyme hóa trực tiếp 1.2.3 Cơ chế polyme hóa gián tiếp

Trong thập niên 50 của thế kỷ 20, các nhà khoa học đã lập lại sự kết cứng củavôi tôi với đất sét Họ nhận thấy rằng dưới kính hiển vi điện tử, đất sét hóa đá nhờbên trong đất sét hiện ra những sợi cực mảnh, đan bện nhau Về sau, vào đầu thế kỷ

21, chúng ta mới nhận ra đó là những sợi polyme đất sét – vôi – đất sét dài độ 10000lần phân tử đất sét Sự hóa cứng là một sự polyme hóa vô cơ ở nhiệt độ thường

Đất hạt mịn và vật liệu hạt mịn như đất sét trở xuống, các hạt này chỉ có điệntích âm trên toàn hạt, đó là các anion thiên nhiên Nếu đưa vào đó các điện tíchdương (các cation kim loại), thì các cation này sẽ nối với các anion tạo thành cácchuỗi polyme Cùng lúc đó, nó tạo ra sự kết dính bằng cách thu nạp thêm các cationkhác vào Chuỗi anion – cation – anion… là một chuỗi polyme vô cơ

Hình 1.3 Cơ chế polyme hóa gián tiếp

Như vậy sự polyme hóa của đất sét tạo bê tông ngược lại với sự kết tinh của

xi măng Portland là: polyme hóa đẩy nước đi ra ngoài, còn sự kết tinh hóa hút nướcvào làm nước kết tinh bên trong Sở dĩ có sự đẩy nước ra ngoài như vậy là do giữahạt sét và hạt vôi có hai màng mỏng nước dày 0,2 m Khi màng mỏng nước này bịmất đi, hạt đất sét và hạt vôi vốn là từ tính âm (đất sét) và từ tính dương (vôi) kếtdính lại với nhau, tạo thành polyme Muốn đẩy nước đi khỏi các hạt trên cần có lựcnén hoặc phơi khô hay sấy khô

1.2.4 Một số nghiên cứu và ứng dụng công nghệ geopolyme

Theo Davidovits [18] đã thống kê các dạng ứng dụng chất kết dính geopolyme nóichung có thể như sau:

 Tấm kết cấu gỗ chống cháy

 Vật liệu xây dựng thô

 Tấm tường và panel cách điện

 Sản xuất đá nhân tạo trang trí

 Tấm panel bọt cách nhiệt

 Gạch không nung

 Kết cấu chịu lửa

 Kết cấu chống sốc nhiệt

 Ứng dụng làm khuôn đúc nhôm

 Bê tông và chất kết dính geopolyme

 Vật liệu cản lửa và gia cố sửa chữa

 Vật liệu chống cháy công nghệ caodung trong máy bay hoặc ô tô

 Vật liệu nhựa công nghệ cao

Ở Mỹ, ứng dụng chủ yếu của chất kết dính geopolyme là sản xuất xi mănggeopolyme đóng rắn nhanh (Pyrament Blended Cement – PBC) PBC đã đượcnghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong các sân bay quân sự từ những năm 1985.Sau đó PBC được dùng nhiều trong sửa chữa đường bằng bê tông, sàn nhà côngnghiệp, đường cao tốc Loại xi măng này có thể đạt cường độ 20Mpa sau 4 – 6 giờđóng rắn Một loại xi măng geopolyme khác cũng được nghiên cứu sử dụng là ximăng geopolyme bền axit Năm 1997, công ty Zeo tech corp đã thương mại hóathành sản phẩm bê tông geopolyme bền axit Sản phẩm này đã được dùng nhiềutrong các nhà máy hóa chất và thực phẩm.

Ở Úc, bê tông geopolyme đã và đang ứng dụng trong thực tiễn như: Cácthanh tà vẹt đúc sẵn, đường ống cống và các loại cấu kiện bê tông đúc sẵn kháctrong xây dựng Với đặc tính tốt nhất của các kết cấu đúc sẵn là cho cường độ caosau khi được bảo dưỡng hơi nước hoặc dưỡng hộ nhiệt [24, 27] Trong báo cáo vềquá trình sản xuất các thanh tà vẹt bê tông geopolyme trên cơ sở geopolyme tro bay,Palomo và cộng sự cho rằng các kết cấu bê tông geopolyme có thể dễ dàng đượcsản xuất bằng những công nghệ sản xuất bê tông hiện tại mà không cần phải thayđổi lớn nào Một số nhà nghiên cứu khác cũng đã sản xuất các sản phẩm ống cống

bê tông geopolyme cốt thép đúc sẵn có đường kính từ 375 – 1800 mm; các cốnghộp bê tông geopolyme cốt thép có kích thước 1200x600x1200 mm [24] Kết quảnghiên cứu cho thấy, khả năng chịu môi trường nước thải xâm thực rất tốt và tươngđương sản phẩm bê tông xi măng

Bê tông geopolyme có hoạt tính kiềm cũng đã được thương mại hóa ở Úc vớinhãn hiệu kinh doanh E-Crete ™ E-Crete được tái chế từ tro bay và xỉ lò cao cùngvới các hoạt tính kiềm thích hợp và hiện có sẵn ở dạng đúc sẵn và trộn sẵn Các sảnphẩm đúc sẵn của E-Crete chủ yếu như: Các panel đúc sẵn, các ống nắp và đế cống;cống hộp, bể xí tự hoại, hố thu rác, gạch lát vỉa hè; tấm ốp lát trang trí hoặc cáchâm,…[11]

Ở Việt Nam mới chỉ có 1 dạng sản phẩm thương mại có nguồn gốc từ bêtông geopolyme là gạch đất không nung Tuy nhiên chưa được sử dụng rộng rãi

trong các công trình xây dựng Đã có một số nghiên cứu bước đầu về bê tônggeopolyme như bê tông chịu lửa không xi măng của nhóm nghiên cứu ở Viện Vậtliệu Xây dựng [12] BTCL không xi măng dựa trên liên kết rho-alumina – tênthương phẩm là alphabond 300, so với BTCL ít xi măng là công nghệ chế tạo đơngiản, thời gian sử dụng của vật liệu này tăng tính chất cơ nhiệt tốt như tăng nhiệtđộ biến dạng dưới tải trọng và tăng độ bền uốn ở nhiệt độ cao Nhóm nghiên cứu

đã chế tạo thành công BTCL không xi măng ứng dụng thử vào thực tế Một nghiêncứu khác về ứng dụng của chất kết dính geopolyme là sản xuất vật liệu khôngnung từ phế thải tro bay và xỉ lò cao cũng được thực hiện năm 2011 Kết quảnghiên cứu đã xây dựng được quy trình sản xuất vật liệu gạch block bê tônggeopolyme có cường độ nén đạt >10Mpa, có giá thành rẻ hơn gạch block bê tông

xi măng cốt liệu khoảng 15% [4]

1.3 Tổng quan về cao lanh

1.3.1 Khái niệm chung

Cao lanh là loại khoáng vật sét màu trắng, dẻo, mềm được cấu thành bởikaolinit và một số khoáng vật khác như illit, montmorillonit, thạch anh…sắp xếpthành tập hợp lỏng lẻo, trong đó kaolinit quyết định kiểu cấu tạo và kiến trúc củacao lanh Cao lanh có thành phần khoáng vật chủ yếu là kaolinit có công thức là

Al2O3.2SiO2.2H2O hoặc Al4(OH)8Si4O10 Cao lanh có trọng lượng riêng 2,58 – 2,60g/cm3; độ cứng theo thang Mohs khoảng 1; nhiệt độ nóng chảy: 1750 – 1787oC Khinung nóng, kaolinit có hiệu ứng thu nhiệt khoảng 510 – 600oC, liên quan đến sự mấtnước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật Hai hiệu ứng toả nhiệt

960 – 1000oC và 1200oC liên quan đến quá trình mulit hoá của các sản phẩmkaolinit không định hình, với hiệu ứng 1200oC là quá trình kết tinh của oxit silickhông định hình để tạo thành cristobalit Các tinh thể (hạt) của kaolinit thường màutrắng, đôi khi đỏ, nâu hoặc xanh nhạt Chúng là các tinh thể bông (giống tuyết) hayphiến nhỏ có hình dạng 6 cạnh, hay tấm toả tia dạng đống hoặc khối rắn chắc

Trong công nghiệp, cao lanh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau,như gốm sứ, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, vật liệu chịu lửa, chấtđộn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng,…[31].

Hình 1.4 Cấu trúc của cao lanh

Đặc điểm cấu trúc: kaolinit có cấu trúc lớp với hai lá (được ký hiệu là 1/1

hay T – O, gồm một lá tứ diện và một lá bát diện), trong đó lá tứ diện SiO4 gắn vớimột lá bát diện Al(O,OH)6 với các nút mạng ở tâm là ion Al3+ Các anion oxi (O2-)đóng vai trò ion liên kết ở hai đỉnh trên (gắn với các tứ diện), còn tại vị trí của haiđỉnh phía dưới và hai đỉnh bên cạnh là các nhóm (OH-) Tổng hợp các tầng này làtrung hòa về điện tích trong một đơn vị ô mạng cơ sở {Al4(OH)8[Si4O10]}, trong đó

12 điện tích dương của 4 cation nhôm(III) được trung hoà bằng 6 điện tích âm của

lá tứ diện silic cộng với 6 điện tích âm của nhóm (OH)- Đặc điểm của cấu trúc kiểunày là mức độ gắn kết khá chặt chẽ, dẫn đến khoáng vật có cấu trúc khá bền về mặthoá học (khó bị phong hoá hơn) các khoáng vật sét có kiểu cấu trúc khác Trong cấutrúc lớp hai lá của các khoáng vật sét, giữa các lớp thường không có các cation kimloại kiềm (hoặc kiềm thổ) đóng vai trò liên kết, do vậy lá bát diện của lớp thứ nhấtthường khá gần gũi với lá tứ diện của lớp thứ 2 Điều đó dẫn đến đặc điểm của cấutrúc kiểu này là khoảng cách giữa các mặt mạng (c, dα) trong ô mạng cơ sở thường) trong ô mạng cơ sở thườngnhỏ, ít khi vượt quá 8Å Đặc điểm này giải thích mức độ bền vững về cấu trúc của

khoáng vật và do không có các cation phụ giữa các lớp, khoảng không gian giữa cáclớp rất hẹp nên các khoáng vật nhóm kaolinit ít có khả năng hấp thụ nước, khả năngtrao đổi ion và trương nở cũng rất kém [2].

Đặc điểm hình thái: khoáng vật kaolinit nói riêng và các khoáng vật sét nói

chung có kích thước tinh thể rất nhỏ, phần lớn chỉ quan sát được dưới kinh hiển viđiện tử với độ phóng đại từ hàng ngàn lần đến hàng trăm ngàn lần Hình thái đơntinh thể của kaolinit, dickit và nacrit có dạng tấm, vẩy hình lục giác, haloysit códạng sợi hoặc ống Chúng thường là tập hợp dạng đất mềm bở, gắn kết yếu hoặc bởrời, riêng các khoáng vật kaolinit nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi thường cótập hợp dạng đặc sít hoặc vẩy, hạt và có mức độ gắn kết khá chặt chẽ Các đặc điểmchính của các khoáng vật nhóm kaolinit được mô tả ở bảng 1.3 [2]

Bảng 1.3 Các đặc điểm chính của khoáng vật nhóm kaolinit

Kiểu cấu trúc 1:1 tứ diện và bát diện

Tổ phần bát diện Di – octahedral (lưỡng bát diện)

Cation chính giữa các lớp Hầu như không có

Nước giữa các lớp Chỉ có ở haloysit (một lớp phân tử nước)

Thông số hàng mạng 7,1Å (10Å đối với haloysit)

Công thức {Al4(OH)8[Si4O10]} có biến đổi chút ít

Tác dụng với axit Ít khi tan trong axit loãng

Nung ở 2000C Haloysit bị xẹp xuống 7,4Å, các khoáng vật khác trong

nhóm không bị ảnh hưởngNung ở 6500C Kaolinit => metakaolinit (14Å); dickit => metadikit

(14Å)Nguồn gốc Biến đổi từ các đá felsit, felspat… trong điều kiện axit

Cao lanh là nguyên liệu được dùng trong nhiều lĩnh vực sản xuất như:

 Sản xuất đồ gốm

 Sản xuất vật liệu chịu lửa

 Trong công nghiệp sản xuất giấy, cao lanh làm cho giấy có mặt nhẵn hơn,tăng thêm độ kín, giảm bớt độ thấu quang và làm tăng độ ngấm mực in tớimức tốt nhất

 Trong công nghiệp cao su, cao lanh có tác dụng làm tăng độ rắn, tính đànhồi, cách điện, độ bền của cao su

 Trong sản xuất da nhân tạo (giả da), cao lanh có tác dụng làm tăng độ bền,độ đàn hồi

 Trong sản xuất sơn, cao lanh làm tăng độ sệt và gây mờ lớp sơn

 Trong sản xuất xà phòng, cao lanh có tác dụng đóng rắn khi sản xuất, hấp thụdầu mỡ khi sử dụng

 Trong sản xuất thuốc trừ sâu, sử dụng cao lanh có độ khuếch tán lớn, sứcbám tốt, trơ hoá học, hợp chất sắt thấp, độ hạt 22 m từ 40-75%

 Cao lanh được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng trắng, các chấttrám trong xây dựng

1.3.2 Thành phần, chất lượng cao lanh Việt Nam

Cao lanh là khoáng sản được phân bố gần như trên toàn bộ đất nước Việt Nam Ởtỉnh nào hầu như cũng có mỏ hoặc điểm khoáng sản cao lanh

Cho đến nay trên toàn quốc đã phát hiện 347 mỏ cao lanh; trong đó 229 mỏ

đã được khảo sát và 118 mỏ chưa được khảo sát Tổng trữ lượng các mỏ đã đượckhảo sát là 849,973 triệu tấn, trong đó tổng trữ lượng loại B, C1 và C2 là 192,541triệu tấn, tài nguyên cấp P là 657,432 triệu tấn Trong cả nước, trữ lượng cao lanhlớn nhất là ở Đông Nam Bộ; đứng thứ hai là vùng đông Bắc Bộ Hai khu vực nàychiếm trên 60% trữ lượng cao lanh trên toàn quốc Theo thống kê của USGeological Survey Resources Program, 2007 thì Việt Nam sản xuất khoảng 650.000tấn cao lanh/năm theo số liệu thống kê chính thức Hiện nay Việt Nam khai tháckhoảng trên 1 triệu tấn/năm; số lượng này mới đáp ứng khoảng 25% tổng lượng caolanh cho cả nước [1]

1.3.2.1 Cao lanh nguồn gốc phong hoá

a Cao lanh phong hoá từ pegmatit:

Chất lượng cao lanh phụ thuộc vào mức độ phong hoá và có sự biến đổi theochiều thẳng đứng như sau:

- Đới phong hoá mạnh: Cao lanh có màu vàng đến vàng sẫm, hạt mịn, giàu

nhôm, hàm lượng sắt tăng cao Cao lanh dưới rây 0,21 mm có thành phần khoáng

vật chủ yếu là kaolinit (90 – 96%); ngoài ra, có haloysit, metahaloysit, ít felspat vàthạch anh Thành phần hoá học: Al2O3 = 34 – 39,5%; Fe2O3 = 1 – 3,5%; K2O +

Na2O = 0,2 – 2% Độ thu hồi dưới rây 0,21 mm : 30 – 60%, trung bình 40%

- Đới phong hoá trung bình: Cao lanh thường có màu trắng, lượng oxit sắt

giảm hơn Dưới rây < 0,21 mm, khoáng vật kaolinit chiếm 50 – 58%, còn lại làhyđromica, felspat và thạch anh Thành phần hoá học: Al2O3 = 29 – 34%; Fe2O3 =0,5 – 2,5%; K2O + Na2O = 2 – 4,5% Độ thu hồi dưới rây 0,21 mm : 20 – 50%,trung bình 30 – 35%

- Đới phong hoá yếu: Cao lanh thường có màu trắng, hạt thô, cấu tạo dạng

dăm, dạng bột Phần dưới rây 0,21 mm, khoáng vật chủ yếu là felspat, kaolinit, íthyđromica Thành phần hoá học: Al2O3 = 18 – 24%; Fe2O3 = 0,69%; K2O + Na2O =4,5 – 7% Trong khai thác thường gọi đới này là felspat bột Do mức độ phong hoáyếu, nên độ thu hồi dưới rây 0,21 mm thường thấp, trung bình khoảng 20 – 25%; độtrắng : 68 – 78%; độ dẻo : 8 – 10%

b Cao lanh phong hoá từ gabro:

Đối với các mỏ cao lanh thuộc kiểu nguồn gốc này, tại mỗi thân quặng đều

có sự phânđới rõ rệt theo chiều thẳng đứng: đới phong hoá mạnh, đới phong hoátrung bình, đới phong hoá yếu (đới bán phong hoá) Cao lanh phong hoá từ đá gabro

có đặc điểm sau:

- Thành phần hoá học: Al2O3 = 13,6 – 24,98%; SiO2 = 44 – 75%; Fe2O3 = 0,3– 7,9%.Cao lanh có thành phần Al2O3 < 22%; Fe2O3 > 2% thường chiếm 1/3 mặt cắtphong hoá

- Thành phần khoáng vật: bao gồm kaolinit, haloysit, metahaloysit, felspat

và thạch anh, đôi nơi có gibsit

Khả năng thu hồi cao lanh dưới rây 0,21 mm là 40 – 60%, trung bình 30 –35% Cao lanh có độ trắng trung bình < 70% và độ dẻo khoảng 10%

c Cao lanh phong hoá từ đá phun trào axit và keratophyr

Cao lanh phong hoá từ đá phun trào thường có màu trắng, trắng hồng, hạt rấtmịn Độ thu hồi qua rây 0,21 mm là 50 – 90%, trung bình 70%.

Cao lanh qua rây 0,21 mm có thành phần hoá học : Al2O3 = 15 – 22%; SiO2 =

62 – 75%; Fe2O3 = 0,8 – 1,8%; MgO = 0,10 – 0,29%; TiO2 = 0,03 – 0,11%; K2O =2,5 – 5,1%; Na2O: 0,06 – 1,6%; MKN = 6 – 8%

Thành phần khoáng vật: kaolinit, thạch anh vi tinh, metahaloysit Độ trắngtrung bình 70% và độ dẻo: 8 – 16%

d Cao lanh phong hoá từ đá trầm tích và trầm tích biến chất:

Đặc trưng cho kiểu cao lanh phong hoá từ đá trầm tích (sét kết, bột kết,cát kết) là các mỏ Phao Sơn (Hải Dương), Bá Sơn, Văn Khúc (Thái Nguyên);phong hoá từ đá phiến sericit như ở mỏ Hoàng Lương (Vĩnh Phúc) và mỏ Khe

Mo (Thái Nguyên)

Cao lanh thường có màu trắng, trắng xám, thân quặng dạng ổ, thấu kính, độmịn cao Độ thu hồi qua rây 0,21 mm là 20 – 80%, trung bình 60% Thành phầnhoá học: Al2O3 = 10 – 25%, trung bình 15%; SiO2= 42 – 83%, trung bình 65%;

Fe2O3 = 1 – 8%, trung bình 2 – 3% Thành phần khoáng vật: kaolinit, hyđromica,thạch anh, limonit

1.3.2.2 Cao lanh nguồn gốc trầm tích

Cao lanh trầm tích thường có thành phần hoá học, khoáng vật và độ thu hồi từkhông ổn định đến ổn định

- Thành phần hoá học: Al2O3 = 10 – 37%; SiO2 = 46 – 90%; Fe2O3 = 0,5 – 7%

- Thành phần khoáng vật: bao gồm kaolinit, hyđromica, thạch anh, limonit Độ thu

hồi qua rây 0,21 mm là 20 – 30% Theo tài liệu thăm dò ở các mỏ cao lanh TrúcThôn (Hải Dương), Yên Thọ (Quảng Ninh), Tuyên Quang,… cao lanh có hàmlượng Al2O3 rất cao, đạt từ 27 đến 37%, độ dẻo lớn

1.3.2.3 Cao lanh – pyrophylit nguồn gốc nhiệt dịch – biến chất trao đổi

Cao lanh thuộc loại nguồn gốc nhiệt dịch - biến chất trao đổi có mặt ở QuảngNinh Thành phần gồm: Al2O3 = 10 – 39%; SiO2 = 40 – 50%; Fe2O3 = 0,01 – 0,07%;

MgO = 0,05 – 0,5%; CaO = 0,05 – 1,4%; TiO2 = 0,03 – 1%; K2O = 0,16%; Na2O =0,1 – 1,3%; MKN = 1,4 – 2,1%.

Trong các thân quặng tồn tại 4 loại quặng tự nhiên: kaolinit, pyrophylit,alunit, quarzit cao nhôm

Hiện đang khai thác để sử dụng trong nước và xuất khẩu Trong thực tế, việckhai thác, bóc tách từng loại quặng là rất khó khăn Hiện nay, các cơ sở khai thácchỉ có thể xác định các loại quặng theo màu sắc và kinh nghiệm Trong khai thác,người ta phân ra 3 loại quặng để cung cấp cho thị trường:

- Loại 1 và loại 2 có màu xanh nhạt, đốm xanh làm nguyên liệu chịu lửa

- Loại 3 có màu xanh nhạt, đốm trắng làm nguyên liệu cho sản xuất xi măng trắng

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

 Mục tiêu:

Nghiên cứu xử lý tro xỉ nhiệt điện than bằng quá trình đóng rắn sử dụng chất kếtdính vô cơ chế tạo từ cao lanh – kiềm không gây ô nhiễm thứ cấp

 Nội dung nghiên cứu:

- Xác định một số thành phần, tính chất của tro bay, xỉ thải nhiệt điện, cao lanh

- Tổng hợp, phân tích và đánh giá chất kết dính vô cơ trên cơ sở cao lanh –kiềm (NaOH, Ca(OH)2)

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến khả năng đóng rắn tro xỉ

- Đánh giá một số tính chất cơ, lý, hóa của vật liệu sau đóng rắn

- Đánh giá khả năng gây ô nhiễm thứ cấp của vật liệu

- Pipet tự động loại 5000µL, 1000µL

- Quả bóp cao su

- Cốc nhựa, cốc thủy tinh 100mL

- Ống đong nhựa loại 100, 250, 500mL

- Giấy lọc, phễu lọc

- Cân phân tích, cân kỹ thuật, tủ sấy

- Cuvet nhựa

- Máy đo pH, máy quay li tâm, máy quang phổ

UV-Vis

- Máy nước cất, bình tia nước cất

- Găng tay cao su

Phân tích Al3+, Si4+ tự do

và xác định một số chỉtiêu khác của nguyên vậtliệu

- Máy nén thủy lực

- Khuôn đúc trụ tròn kích thước 5x5x5 cm

Ép viên định hình vậtliệu

Hình 2.5 Máy nén và khuôn đúc vật liệu

Hình 2.6 Máy nghiền trộn phối liệu PTN

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Xác định một số thành phần, tính chất của nguyên vật liệu

 Xác định thành phần khoáng

Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) để phân tích thành phần khoáng

có trong nguyên liệu Phương pháp nhiễu xạ tia X là một trong những phương phápvật lý quan trọng và hiệu quả để nghiên cứu thành phần pha, cấu tạo, cấu trúc tinhthể Qua phương pháp nhiễu xạ tia X xác định thành phần định tính (thành phầnpha), hàm lượng các pha, cấu trúc hình học, các thông số mạng tinh thể, kích thướchạt trung bình và cả sự phân bố, vị trí các nguyên tử trong tinh thể

Cấu trúc hình học và thông số mạng tinh thể được xác định dựa vào vị trí góccủa peak nhiễu xạ

Xét một chùm tia X có bước sóng chiếu tới một tinh thể chất rắn dưới góctới Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau nhữngkhoảng đều đặn , đóng vai trò giống như các cách tử nhiễu xạ và tạo ra hiện tượngnhiễu xạ của các tia X

Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần hoàndẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ

Hình 2.7 Hiện tượng nhiễu xạ trên tinh thể

Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (bằng góc tới) thìhiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:

Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:

Trong đó, d là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử phản xạ, θ là góc phảnxạ, λ là bước sóng tia X và n là số bậc phản xạ Tập hợp các cực đại nhiễu xạ

Bragg dưới các góc 2θ khác nhau có thể ghi nhận bằng phim hay detector Trên cơ

sở đó phân tích các đặc trưng về cấu trúc tinh thể, độ đơn pha và nhiều thông sốliên quan khác

Tia X được sinh ra khi chùm e- có vận tốc cao va chạm đột ngột với một tấmkim loại Cu Ống phát tia X gồm 3 bộ phận chính: Nguồn cung cấp e, bộ phận phátcao áp để tăng tốc độ e, anot bằng kim loại

Hiệu điện thế giữa catot và anot: 3 – 5 kV Tia X có bước sóng: λ= 10 – 100

nm Nguồn phát tia X là một ống hình trụ, bên trong làm bằng gốm chịu nhiệt,thường bằng Cu, Ni, Cr, Fe

Chỉ có 5% tia đập vào bề mặt phát ra tia X, phần còn lại chuyển thành nhiệtnăng Nguồn tia X mang năng lượng lớn, nên dễ làm già hóa detector Cần phải chebớt bằng các khe thu tín hiệu nhỏ hơn, phù hợp với từng loại mẫu:

• Mẫu kết tinh tốt: Đưa khe bình thường

• Mẫu kết tinh kém: Đưa khe rộng

Cách xác định: dựa theo công thức sau để tính kích thước tinh thể

Trong đó: λ = 0,15406 nm

k = 0,9

β =FWHM180 ∗3,14

θ = Obsmax2

Các thông số FWHM, Obs max lấy trong file kết quả chụp XRD

Các mẫu tro bay, tro xỉ sau khi được làm khô, nghiền nhỏ được đem chụpXRD trên máy D8 – Advance – Brucker – Đức (anot Cu, λ=1.504 Å) tại khoa Hóahọc, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN

 Phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng

Phổ tán xạ năng lượng tia X, hay Phổ tán xạ năng lượng là kỹ thuật phân tíchthành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do

tương tác với các bức xạ (mà chủ yếu là chùm điện tử có năng lượng cao trong cáckính hiển vi điện tử) Trong các tài liệu khoa học, kỹ thuật này thường được viết tắt

là EDX hay EDS xuất phát từ tên gọi tiếng Anh Energy – dispersive X-ray spectra.Các tia X tán xạ có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với số hiệu nguyên tử (hay số điện tử)của mỗi nguyên tố Như vậy, việc phân tích các tia tán xạ phát ra từ vật liệu sẽ chocác thông tin về thành phần và tỉ lệ các nguyên tố có trong vật liệu

Hình 2.8 Nguyên lý phổ tán xạ năng lượng tia X

Có nhiều thiết bị phân tích EDX nhưng chủ yếu EDX được phát triển trongcác kính hiển vi điện tử, ở đó các phép phân tích được thực hiện nhờ các chùm điện

tử có năng lượng cao và được thu hẹp nhờ hệ các thấu kính điện từ Phổ tia X phát

ra sẽ có tần số (năng lượng photon tia X) trải trong một vùng rộng và được phântích nhờ phổ kế tán sắc năng lượng do đó ghi nhận thông tin về các nguyên tố cũngnhư thành phần của mẫu Các mẫu được phân tích phổ tán xạ năng lượng trên thiết

bị JMS – 5410 JEOL tại khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên

 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu

Phương pháp phổ huỳnh quang tia X (XRF) được sử dụng để phân tích định

sơ cấp) có năng lượng thích hợp từ ống phát xạ tia X hoặc từ nguồn đồng vị phóngxạ, các điện tử của lớp trong (K,L,M) của các nguyên tố có trên bề mặt mẫu bị kíchthích lên trạng thái năng lượng cao hơn Khi trở về trạng thái cơ bản ban đầu sẽ phát

ra bức xạ tia X thứ cấp (bức xạ huỳnh quang đặc trưng) với năng lượng và bướcsóng đặc trưng cho mỗi nguyên tố [5]

Cường độ bức xạ tia X thứ cấp tỷ lệ với mật độ (hàm lượng) của nguyên tố đó

Hình 2.9 Nguyên lý phát huỳnh quang tia X [5]

Mẫu nguyên liệu được nghiền mịn và chụp XRF trên máy XRF 1800Shimadzu tại khoa Địa chất, Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Xác địnhkích thước hạt trung bình sử dụng ánh sáng laser trên thiết bị LA – 950V2 tại khoaĐịa chất, Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN

 Kiểm tra hàm lượng mất khi nung của tro, xỉ

Kiểm tra hàm lượng mất khi nung của tro bay được thực hiện theo TCVN8262:2009 – Phương pháp phân tích hóa học, mục 7.2 “Xác định hàm lượng mấtkhi nung (Trích)” [9]

Nguyên tắc: Mẫu thử được nung ở 750°C ± 50°C đến khối lượng không đổi.

Từ sự giảm khối lượng tính ra lượng mất khi nung

Cách tiến hành: Cân khoảng 10 g mẫu chính xác đến 0,0001 g đã được

chuẩn bị theo Điều 6 (phần mẫu B), cho vào chén sứ đã được nung ở nhiệt độ750°C ± 50°C đến khối lượng không đổi Nung chén có mẫu ở nhiệt độ trên trongkhoảng 1,5 h, lấy mẫu ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng và cân.Nung lại ở nhiệt độ trên 15 phút và cân đến khối lượng không đổi

Lượng mất khi nung (MKN), tính bằng phần trăm theo công thức:

𝑀𝐾𝑁 (%) = m1−m2 m x 100

trong đó:

m1: khối lượng mẫu và chén trước khi nung, tính bằng gam;

m2: khối lượng mẫu và chén sau khi nung, tính bằng gam;

m: khối lượng mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam.

Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,10 %

 Xác định độ ẩm của tro, xỉ

Độ ẩm của tro bay và xỉ được xác định theo TCVN 8262:2009 – Phươngpháp phân tích hóa học, mục 7.1 “Xác định hàm lượng ẩm” (Trích) [9]

Nguyên tắc: Mẫu thử được sấy ở 105 °C ± 5 °C đến khối lượng không đổi.

Từ sự giảm khối lượng tính ra được lượng ẩm có trong mẫu

Cách tiến hành: Cân khoảng 10 g mẫu chính xác đến 0,0001 g đã được chuẩn

bị theo Điều 6 (phần mẫu A), chuyển vào hộp làm độ ẩm đã được sấy ở nhiệt độ 105

°C ± 5 °C đến khối lượng không đổi Sấy hộp có mẫu ở nhiệt độ trên khoảng 1 giờđến 1,5 giờ, để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng rồi cân Lặp lại quá trìnhsấy ở nhiệt độ trên trong 15 phút, làm nguội và cân đến khối lượng không đổi

Hàm lượng ẩm (W), tính bằng phần trăm, theo công thức:

trong đó:

m1 là khối lượng mẫu và hộp làm ẩm trước khi sấy, tính bằng gam;

m2 là khối lượng mẫu và hộp làm ẩm sau khi sấy, tính bằng gam;

Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,10 %.

 Xác định cường độ kháng nén

Xác định cường độ kháng nén của sản phẩm [8] :

Đặt mẫu sao cho tâm mẫu thử trùng với tâm nén dưới của máy nén Tốc độtăng lực nén phải đều từ khoảng 0,4 – 0,8 MPa trong một giây đến khi mẫu thử bịphá hủy hoàn toàn (kim đồng hồ quay trở lại) Ghi giá trị lực nén

Mác bê tông được tính theo công thức sau:

M = P × 10,06 + 1,44M: Mác bê tông

P: Cường độ kháng nén (MPa)

Pbh: Cường độ kháng nén của mẫu bão hòa nước

Pk: Cường độ mẫu thí nghiệm ở trạng thái khô

- Vớt mẫu ra, dùng khăn ẩm thấm bề mặt mẫu thử và cân mẫu đã bão hòa nước,thời gian từ khi vớt mẫu đến khi cân xong không quá 3 phút