Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi trong

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

CAO THẾ QUÂN

NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI MẠ ĐIỆN SAU THU HỒI ĐỒNG

ĐỂ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHÔNG NUNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

Mã số: 8520320.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Phạm Thị Thúy

PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải

Hà Nội – 2020

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn Thạc sĩ này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng

viên hướng dẫn là TS Phạm Thị Thúy cùng thầy PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải đang

công tác tại Khoa Môi Trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc

gia Hà Nội đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong thời gian qua

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy cô Khoa Môi Trường, Trường Đại

học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội cùng các thầy, cô giáo đã dạy

dỗ và truyền đạt giảng dạy trong quá trình học tập của tôi tại trường

Tôi xin cảm ơn tới nphóm thực hiện đề tài KC08.18/16-20 “Nghiên cứu xây

dựng mô hình công nghệ khả thi quy mô pilot để xử lý bùn thải công nghiệp giàu

kim loại nặng theo hướng tận thu tài nguyên, tiết kiệm năng lượng” đã hỗ trợ trong

quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tới tập thể cán bộ Viện nghiên cứu và ứng

dụng vật liệu xây dựng nhiệt đới, Trường Đại học Xây dựng và công nhân

viên công xưởng sản xuất gạch bê tông Huy Huấn, Đông Anh, Hà Nội đã tạo

điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn

Do còn nhiều hạn chế về kinh nghiệm, thời gian cũng như các điều kiện

nghiên cứu nên chắc chắn luận văn sẽ có những thiếu sót nhất đinh Tôi mong

nhận được những lời góp ý từ quý thầy cô, các nhà khoa học để hoàn thiện

luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2020

Học viên thực hiện

Cao Thế Quân

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi trong thời gian qua Số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực được thực hiện trong thời gian học tập tại trường và dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Phạm Thị Thúy và PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải, Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học tự nhiên Ngoài ra, trong trong luận văn có sử dụng một số nguồn tài liệu tham khảo đã được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về luận văn của mình

Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2020

Học viên thực hiện

Cao Thế Quân

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 Bùn thải mạ đồng 1

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh bùn thải mạ đồng 1

1.1.2 Hiện trạng phát sinh bùn thải mạ điện ở Việt Nam 3

1.1.2 Tính chất của bùn thải mạ điện 10

1.1.3 Tác động của bùn thải mạ đồng tới môi trường 10

1.1.4 Tác động của bùn thải mạ đồng tới con người 11

1.2 Các công nghệ xử lý bùn thải mạ điện 12

1.2.1 Phương pháp thủy luyện thu hồi kim loại từ bùn thải ngành công nghiệp mạ điện 12 1.2.2 Phương pháp chôn lấp 15

1.2.3 Phương pháp ổn định hóa rắn 16

1.3 Gạch bê tông không nung 16

CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Đối tượng nghiên cứu 21

2.2 Phương pháp nghiên cứu 22

2.2.1 Tổng quan kế thừa tài liệu 22

2.2.2 Lấy mẫu phân tích bùn thải sau thu hồi đồng 22

2.2.3 Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn 23

2.2.4 Thử nghiệm sản xuất gạch bê tông quy mô phòng thí nghiệm 24

2.2.5 Nghiên cứu cấp phối mới làm gạch bê tông từ mẫu bùn MB03 27

2.2.6 Thử nghiệm sản xuất gạch bê tông từ mẫu bùn MB03 với cấp phối mới trong điều

kiện thực tế 28

2.2.7 Phương pháp đánh giá tính chất cơ lý 32

2.2.8 Phương pháp xử lý số liệu 36

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Tinh chất của bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng 37

3.1.1 Tính chất vật lý của bùn thải sau thu hồi đồng 37

3.1.2 Tính chất hóa học của bùn thải sau thu hồi đồng 38

3.2 Đánh giá tính chất của gạch bê tông trong thử nghiệm 2.2.4 41

3.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn của từng mẫu bùn đến hình thái của gạch không nung 41

3.2.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến tính chất cơ lý của gạch bê tông 43

3.3 Mức độ an toàn môi trường của gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB01 và MB02 51

3.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến mức độ hòa tan KLN từ gạch vào trong nước 51 3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến mức độ hòa tan KLN từ gạch vào trong dung môi chiết rút theo EPA 1311 54

3.4 Đánh giá tính chất của gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB03 và cấp phối mới 57

3.4.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến kích thước và khối lượng thể tích của gạch bê tông 57

3.4.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến độ bền nén của gạch bê tông 58

3.4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn bùn MB03 đến độ hút nước của gạch bê tông 59

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 67

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.2 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Bắc

Ninh 4

Hình 1.3 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc 5

Hình 1.4 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 6

Hình 1.5 Lượng bùn thải chứa kim loại nặng phát sinh của một số cơ sở công nghiệp ở Đà Nẵng 7

Hình 1.6 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Bình Dương 8

Hình 1.7 Lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Đồng Nai 9

Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ thu hồi kim loại từ bùn thải ngành mạ điện 14

Hình 1.9 Bãi chôn lấp xử lý chất thải rắn tỉnh Quảng Nam 15

Hình 1.10 Gạch bê tông cốt liệu 18

Hình 2.1 Bùn thải mạ sau khi phơi khô và nghiền nhỏ 21

Hình 2.2 a) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn MB01, b) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn MB02, c) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn MB03 25

Hình 2.3 a) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB01 sau 28 ngày bảo dưỡng; b) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB02 sau 28 ngày bảo dưỡng; c) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB03 sau 28 ngày bảo dưỡng 26

Hình 2.4 Quy trình sản xuất gạch bê tông thực tế 28

Hình 2.5 a) Bùn thải mạ sau thu hồi kim loại đồng của công ty SamSung Thái Nguyên, b) Đá mạt, c) Xi măng, d) Phụ gia HPMC 30

Hình 2.6 a) Máy trộn và băng chuyền, b) Máy ép gạch bê tông 31

Hình 2.7 a) Gạt vật liệu sau trộn vào khuân gạch, b) Ép gạch bê tông, c) Vận chuyển gạch tươi ra sân phơi, d) 4 mẫu gạch tương ứng 4 tỉ lệ phối trộn, e) gạch bê tông sau phơi 14 ngày 32

Hình 2.8 Sơ đồ thiết bị đo độ thấm nước 35

Hình 3.1 Mẫu gạch làm từ mẫu bùn MB01 sau 28 ngày 42

Hình 3.2 Các mẫu gạch không nung làm từ mẫu bùn MB02 sau 28 ngày phối trộn 43

Hình 3.3 Mẫu gạch không nung làm từ mẫu bùn MB03 sau 28 ngày phối trộn 44

Hình 3.4 Cường độ chịu nén của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB01 45

Hình 3.5 Cường độ chịu nén của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB02 45

Hình 3.6 Kết quả thử nghiệm chịu uốn của các mẫu sản phẩm từ mẫu bùn MB01 46

Hình 3.7 Kết quả thử nghiệm chịu uốn của các mẫu gạch làm từ mẫu bùn MB02 47

Hình 3.8 Độ hút nước của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB01 49

Hình 3.9 Độ hút nước của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB02 49

Hình 3.10 Độ rỗng của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB01 51

Hình 3.11 Độ rỗng của gạch phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn của mẫu MB02 51

Hình 3.12 Phổ XRD của mẫu bùn MB01 52

Hình 3.13 Phổ XRD của mẫu gạch không nùng là từ bùn MB01 53

Hình 3.14 Phổ XRD của mẫu bùn MB02 53

Hình 3.15 Phổ XRD của mẫu gạch không nùng là từ bùn MB02 54

Hình 3.16 a) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL1; b) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL2; c) Mẫu gạch có tỉ lệ phối trộn TL3 61

Hình 3.17 Độ bền nén của gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB03 62

Hình 3.18 Độ hút nước của gạch làm từ mẫu bùn MB03 63

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Tỉ lệ phối trộn cho cấp phối gạch bê tông 23

Bảng 2.2 Tỉ lệ phối trộn của cấp phối mới gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB03 28

Bảng 3.1 Thành phần cấp hạt mẫu bùn thải mạ sau thu hồi kim loại 38

Bảng 3.2 Hàm lượng oxit trong bùn thải mạ sau thu hồi kim loại 39

Bảng 3.3 Hàm kim loại nặng trong bùn thải mạ sau thu hồi kim loại 40

Bảng 3.4 Nồng độ KLN được hòa tan trong nước của gạch làm từ mẫu bùn MB01 55

Bảng 3.5 Nồng độ KLN được hòa tan trong nước của gạch làm từ mẫu bùn MB02 57

Bảng 3.6 Nồng độ KLN được hòa tan trong dung môi theo EPA 1311 của gạch làm từ mẫu bùn MB01 59

Bảng 3.7 Nồng độ KLN được hòa tan trong dung môi theo EPA 1311 của gạch làm từ mẫu bùn MB02 59

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT : Bộ tài nguyên và môi trường

M1-01  M1-08 : Cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB01

M2-01  M2-08 : Cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB02

M3-01  M3-08 : Cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB03

MB01 : Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng của nhà

máy Luyện kim thuộc công ty luyện kim màu Thái Nguyên

MB02 : Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng từ dây

chuyền mạ đồng của công ty TNHH Yestech Vina, KCN Quế Võ, Bắc Ninh

MB03 : Bùn thải mạ sau thu hồi kim loại đồng của công ty

SamSung Thái Nguyên

US EPA : United States Environmental Protection Agency

TL1 : Tỉ lệ thứ nhất cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn

MB03 trong điều kiện có máy ép TL2 : Tỉ lệ thứ hai cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB03

trong điều kiện có máy ép TL3 : Tỉ lệ thứ ba cấp phối gạch bê tông của mẫu bùn MB03

trong điều kiện có máy ép

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trái đất là ngôi nhà chung của con người và muôn loài, tuy nhiên cùng với tiến trình phát triển của xã hội thì cái nôi sự sống này cũng đang bị chúng ta hủy hoại Dưới tác động từ các quá trình phát triển kinh tế, sản xuất, sinh hoạt thường ngày chúng ta đang khiến môi trường bị ô nhiễm nặng nề Từ đất đai, nguồn nước cho đến không khí đều đang bị suy thoái và ô nhiễm trầm trọng Đặc biệt trong số những chất thải rắn ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường do con người tạo ra đó là bùn thải công nghiệp từ quá trình mạ điện Công nghệ mạ điện đã được phát hiện từ rất lâu vào năm 1805 bởi nhà hóa học Luigi V Brugnatelli – tạo một lớp phủ bên ngoài kim loại khác [23] Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển không chỉ của ngành cơ khí chế tạo mà còn rât nghiều ngành công nghiệp khác

Cùng với sự tăng trưởng của ngành mạ điện, đi cùng với ích lợi ngành mạ điện đem lại là những hệ lụy to lớn về môi trường Nhìn chung các công đoạn của quy trình

mạ điện đều phát sinh khí thải, bụi, hơi độc và nước thải ra ngoài Đặc biệt, bùn thải sau xử lý nước thải mạ điện có thể chứa một lượng chất độc hại nhất định như: crom, niken, đồng, kẽm, sắt, xianua, và các chất hữu cơ có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến môi trường tiếp nhận nếu không có biện pháp xử lý hợp lý Hiện nay

đã có những biện pháp xử lý bùn thải phát sinh từ ngành công nghiệp mạ điện phổ biến như: Phương pháp chôn lấp, phương pháp nhiệt, phương pháp thu hồi kim loại, phương pháp ổn định hóa rắn, …Tuy nhiên lượng bùn sau thu hồi kim loại là rất lớn

và vẫn còn chứa một lượng kim loại nặng và chất có hại nếu thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và sinh vật Do đó việc đưa ra một biện pháp cụ thể cho việc xử lý cũng như tận thu được bùn thải sau thu hồi kim loại là rất cần thiết

Vì vậy, đề tài "Nghiên cứu tái sử dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung" đã được tôi lựa chọn và nghiên cứu để đánh giá khả năng tái sử dụng của bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng và giải pháp cụ

thể cho loại bùn thải mạ đồng sau thu hồi đồng, giảm tối đa lượng chất thải rắn phát sinh với chi phí thấp nhất, tạo ra được sản phẩm hữu ích có giá trị kinh tế từ bùn thải mạ đồng sau thu hồi đồng tưởng chừng như không còn giá trị với con người

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tận dụng bùn thải mạ đồng sau thu hồi kim loại đồng để sản xuất vật liệu xây dựng không nung

3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát tính chất của bùn thải mạ đồng sau khi thu hồi kim loại đồng

- Nghiên cứu cấp phối và đánh giá tính chất cơ lý của sản phẩm gạch không nung quy mô phòng thí nghiệm

- Nghiên cứu mức độ an toàn môi trường của gạch không nung

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Bùn thải mạ đồng

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh bùn thải mạ đồng

Mạ đồng là công nghệ phủ một lớp đồng lên bề mặt phôi đồng thau, phôi kim loại nhằm bảo vệ và tăng độ bề, khả năng chống oxi hóa trong môi trường không khí, môi trường chứa hóa chất, Hiện nay, mạ đồng cũng là một kỹ thuật

mạ sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp Quy trình công nghệ mạ đồng được chia làm công đoạn chính [1]:

- Gia công cơ học bề mặt trước khi mạ: Mài và đánh bóng nhằm loại bỏ hết gỉ, oxit, … và đạt độ nhẵn, độ bóng cho về mặt chi tiết kim loại

- Tẩy dầu mỡ hóa học và điện hóa: Tẩy bằng dung môi hữu cơ sẽ làm sạch được các loại dầu mỡ khoáng, thuốc đánh bóng, dầu mỡ bảo quản, … Sau khi tẩy trong dung môi hữu cơ trên bề mặt chi tiết kim loại vẫn còn một lớp rất mỏng dầu mỡ nhưng cũng đủ làm giảm độ gắn bám của lớp mạ với nền

Để loại bỏ lớp mỏng dầu mỡ này cần phải tẩy tiếp bằng phương pháp hóa học hay điện phân

- Tẩy gỉ hóa học và điện hóa: Trên bề mặt kim loại thường phủ lớp gỉ Tẩy hóa học để loại bỏ chúng thường dùng axit loãng hoặc hỗn hợp axit loãng

- Quá trình mạ phủ đồng: Khi mạ, chi tiết kim loại được gắn cới cực âm catot, đồng được gắn vào cực dương anot của nguồn điện Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e- trong quá trình oxi hóa và giải phóng ra ion Cu2+dương, dưới tác động của lực tĩnh điện các ion Cu2+ sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại e- hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được mạ Độ dày của lớp mạ tỉ lệ với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ

- Sấy khô, kiểm tra sản phẩm: Làm khô, kiểm tra chiều dày lớp mạ, độ gắn bám của lớp mạ, đo độ hoàn thiện của lớp mạ

Trong quá trình mạ điện, sẽ sinh ra nước thải ở các khâu: tẩy dầu mỡ, rửa, hoạt hóa bề mặt, hoạt hóa bề mặt, mạ đồng, rửa sản phẩm theo như sơ đồ công nghệ

Nước thải chứa kiềm

Nước thải chứa axit Dung dịch axit

Nước thải chứa axit

Nước thải chứa axit

Nước thải chứa axit

Tẩy điện hóa bằng bể catot và bể anot Tẩy rửa hóa học

Hoạt hóa bề mặt vật cần mạ Rửa nước

Rửa nước Hoạt hóa đồng

Mạ đồng

Rửa thu hồi sau mạ

Nước thải chứa axit, Cu 2+

Hơi axit Dung dịch đồng

Nước thải chứa axit, hơi axit, Cu2+Dung dịch mạ đồng

Rửa nước Nước

Sấy khô

Chi tiết kim loại cần mạ

Nước thải mạ đồng sau khi thu gom sẽ được xử lý, sau quá trình xử lý còn lại bùn thải mạ đồng Bùn thải mạ điện nói chung mà cụ thể là bùn thải mạ đồng là chất thải rắn phát sinh sau khi xử lý nước của dây chuyền sản xuất của ngành công nghiệp mạ điện Theo quyết định số 23/2006/QĐ-BTNMT của bộ tài nguyên môi trường [2], chất thải từ quá trình chế biến kim loại màu thuộc danh mục chất thải nguy hại

1.1.2 Hiện trạng phát sinh bùn thải mạ điện ở Việt Nam

Hiện trạng phát sinh bùn thải mạ điện ở một số thành phố lớn ở Việt Nam: Bắc Ninh từ một tỉnh nông nghiệp với nền kinh tế lạc hậu, sau 20 năm nỗ lực phấn đấu và kiến thiết, Bắc Ninh đã “thay da đổi thịt” Kinh tế - xã hội của tỉnh có nhiều bước chuyển biến rõ rệt, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp điện tử Bắc Ninh đã cơ bản trở thành tỉnh công nghiệp theo hướng hiện đại, là trung tâm công nghiệp điện tử công nghệ cao của cả nước Trong công cuộc kiến thiết, tỉnh Bắc Ninh chú trọng vào việc phát triển công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp điện tử công nghệ cao Sau 20 năm phát triển, Bắc Ninh đã cơ bản trở thành tỉnh công nghiệp theo hướng hiện đại, là trung tâm công nghiệp điện tử của cả nước, với nhiều sản phẩm công nghệ cao mang tầm quốc tế của các tập đoàn lớn như: Samsung, Canon, Hồng Hải Theo báo cáo của UBND tỉnh, tính đến hết năm 2016,

tỷ trọng giá trị ngành công nghiệp chiếm 74,3% GRDP, giá trị sản xuất công nghiệp đạt 705.291 tỷ đồng, đứng thứ 2 cả nước Trong thời kỳ đầu, Bắc Ninh chủ yếu thu hút đa ngành công nghiệp, đa dạng loại hình sản xuất từ thủ công, bán cơ giới trong các làng nghề, cụm công nghiệp và công nghệ khá hơn trong các KCN Là một trong những tỉnh tập trung nhiều khu công nghiệp nhất ở phía Bắc, Bắc Ninh nổi lên như một tỉnh thành có nền kinh tế tăng trưởng nhanh Những sự kiện này cho thấy Bắc Ninh có tiềm năng phát triển rất lớn, thu hút các nguồn vốn nước ngoài, đặc biệt là từ các tập đoàn lớn trên thế giới Các dự án đầu tư của các công ty Canon, Foxconn, Microsoft, và các doanh nghiệp vệ tinh, các nhà cung cấp FDI đã "phôi thai" ngành công nghiệp điện tử, tuy còn trong giai đoạn lắp ráp là chủ yếu, nhưng các dự án đều là công nghiệp công nghệ cao Xuất phát từ đó, Bắc Ninh đã điều chỉnh quy hoạch phát triển công nghiệp, từ chỗ hoạch định 8 ngành chủ yếu sang tập trung xoay quanh ngành Điện, điện tử; cơ khí chính xác; chế biến nông sản mà sản phẩm cuối cùng là ngành có điều kiện tiếp thu ứng dụng công nghệ tiên tiến và

định hướng ưu tiên 3 ngành công nghiệp cơ bản, là bước cụ thể hoá chiến lược phát triển công nghiệp công nghệ cao, tạo lập công nghiệp mũi nhọn của tỉnh Trong 3 ngành công nghiệp được ưu tiên phát triển thì ngành điện tử; cơ khí chính xác là 2 ngành có phát sinh bùn thải có chứa hàm lượng cao các kim loại nặng độc hại (chủ yếu từ công đoạn xi mạ linh kiện điện, điện tử; làm sạch, che phủ bề mặt kim loại) Kết quả điều tra khảo sát lượng bùn thải xi mạ phát sinh từ một số doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh được chỉ ra ở hình 1.2 [3]

Công ty Woogin Công ty Longtech Precision Vietnam

Công ty Shinhan Vina Công ty Yestech Vina Công ty Jangwon Công ty Công ty Sơn Linh Công ty Sewon Vina

Lƣợng bùn thải chứa kim loại nặng (tấn/năm)

trên 3 tỷ USD và 653 dự án của nhà đầu tư trong nước (DDI), tổng vốn đăng ký trên 56,8 nghìn tỷ đồng; trong đó 55% dự án đã đi vào hoạt động sản xuất, kinh doanh Đáng chú ý, nhiều dự án đầu tư tại tỉnh là của các tập đoàn lớn trong và ngoài nước như Toyota, Honda, Piaggio, Deawoo bus, Prime, thép Việt Đức … Nhiều dự án với những sản phẩm chủ lực như ôtô tăng gần 30 lần, xe máy tăng 957 lần so với năm 1997

Kết quả khảo sát lượng bùn thải giàu kim loại nặng độc hại tại một số doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh được thể hiện ở hình 1.2 Hai doanh nghiệp phát sinh bùn thải xi mạ điển hình là Công ty Honda Việt Nam, Công ty sản xuất phanh Nissin

Công ty TNHH Kwang Sung Vina Công ty Honda Việt Nam Công ty sản xuất phanh Nissin Việt Nam

Công ty TNHH Công nghiệp Chính Xác Việt

Ngoài ra, một lượng CTNH là dạng bùn thải từ quá trình xi mạ, che phủ bề mặt, từ quá trình điện phân kim loại… Phát sinh từ một số cơ sở có hoạt động xi mạ, che phủ bề mặt như công ty CP Phụ tùng máy số 1, Cong ty CP cơ khí Phổ Yên, Công

ty TNHH Diesel song công, công ty CP Plato, Công ty Mani Hà Nội … Khối lượng loại CTNH là dạng bùn từ các cơ sở phát sinh khối lượng rất ít, định kì qua các đơn

vị thu gom, xử lí; khối lượng phát sinh trung bình khoảng gần 1 tấn/ngày [3]

Kết quả khảo sát lượng bùn thải giàu kim loại nặng phát sinh từ một số doanh nghiệp có hoạt đông khai thác, chế biến khoáng sản và xi mạ trên địa bàn tỉnh được thể hiện ở Hình 1.4

có lập báo cáo quản lý CTNH định kì nộp sở tài nguyên và môi trường, báo cáo đánh giá tác động môi trường, báo cáo giám sát môi trường với định kì 6 tháng

Các cơ sở sản xuất sử dụng công nghệ mạ kẽm nhúng nóng đều phát sinh bùn thải

từ xử lý nước thải từ khâu tẩy gỉ Xử lý nước thải từ khâu tẩy gỉ các kết cấu sắt (nước rửa sau khâu tẩy axit và nước tẩy axit) bằng phương pháp trung hoà sử dụng nước vôi trong, keo tụ dùng PAC (poly aluminium chloride) Bùn thải được loại nước trực tiếp bằng thiết bị ép khung bản (Hoà Phát Khu A và B) hoặc sử dụng sân

150000 0.03

Công ty TNHH Hương Đông Công ty thép Toàn Thắng Công ty TNHH một thành viên Diesel Sông Công

Công ty Kim loại màu Thái Nguyên Công ty liên doanh kim loại màu Việt Bắc

Lượng bùn thải chứa kim loại nặng (tấn/năm)

phơi bùn (Công ty Cơ khí mạ Đà Nẵng) Riêng VNESCO, lượng bùn loại này không thu thập được

Tại công ty DAIWA Việt Nam, công nghệ mạ sử dụng là mạ điện phân Ni và Cr Nước thải được thu gom tách dòng (CN-, Ni, Cr, nước khác), xử lý với công nghệ riêng sau đó được xử lý chung trước khi thải ra môi trường Công ty có 3 loại bùn thải khác gồm bùn lắng từ khâu thau rửa bể mạ Ni và Cr, bùn từ dòng nước thải có chứa Ni, và dòng nước thải chứa Cr [3]

Thông tin về lượng bùn thải phát sinh tại các doanh nghiệp liên quan đến xi mạ tại

cơ khí chính xác đến các ngành công nghệ cao … Mỗi nhóm ngành có nhu cầu nguyên liệu và dòng chất thải phát sinh riêng, CTNH phát sinh từ các doanh nghiệp, các ngành nghề trên địa bàn tình Bình Dương rất đa dạng và phức tạp Trong đó bùn thải nguy hại có chứa các kim loại nặng phát sinh từ công đoạn xi mạ rất đáng được

CT TNHH DAIWA Việt Nam

Lượng bùn thải phát sinh (tấn/năm)

quan tâm (ngành công nghiệp khai khoáng cũng là ngành được quan tâm phát triển, tuy nhiên tại Bình Dương chủ yếu khai thác khoáng sản phi kim loại) Tuy nhiên xi

mạ thường chỉ là một công đoạn trong dây chuyền sản xuất của các doanh nghiệp nên việc phân loại, thu gom để vận chuyển và xử lý là vô cùng quan trọng Một số doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh có phát sinh bùn thải xi mạ và lượng phát sinh được trình bày trên Hình 1.6 [3]

Mỗi KCN trong tỉnh có các loại hình sản xuất khác nhau và việc đầu tư các ngành nghề trong KCN cũng không giống nhau, do đó CTNH phát sinh tại các KCN rất phức tạp

77

42

108

105 0.24

36 7.86

263.7 2.2

1.54

Chi nhánh Công ty Cổ phần tôn Đông Á

Chi nhánh Công ty cổ phần thép Nam Kim

Công ty CP công nghiệp Co-win Fasteners …

Công ty TNHH Vision International

Công ty TNHH Asuzac Công ty TNHH Hưng Long Công ty TNHH Quốc tế mâm xe hợp kim …

Công ty TNHH Tôn Đông Á Chi nhánh công ty CP Đại Thiên Lộc

Công ty TNHH MTV thép Đại Thiên Lộc

Lượng bùn thải chứa kim loại nặng (tấn/năm)

Đối với bùn thải nguy hại có chứa thành phần kim loại nặng phát sinh từ công nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản và xi mạ trên địa bản, qua khảo sát cho thấy, đối với lĩnh vực khai khoáng mà phát sinh bùn thải nguy hại thì Đồng Nai hầu như không có chỉ có khai thác cát, đá xây dựng là chủ yếu Đối với lĩnh vực xi mạ thì có một số Công ty đang hoạt động, chủ yếu là một số công ty có công đoạn xi mạ trong quy trình sản xuất Do tỉnh Đồng Nai đã có quy định không cho đầu tư công nghiệp

xi mạ từ năm 2006 đến nay nên số doanh nghiệp có hoạt động xi mạ không tăng thêm Kết quả khảo sát một số doanh nghiệp có hoạt động xi mạ trên địa bàn tỉnh (Hình 1.7) cho thấy Công ty TNHH sản xuất toàn cầu Lixil Việt Nam, công ty TNHH YKK Việt Nam và công ty TNHH Homn Reen Việt Nam là 3 công ty có lượng phát sinh bùn thải xi mạ lớn nhất Công ty TNHH sản xuất toàn cầu Lixil Việt Nam với ngành nghề sản xuất chính là sản xuất khung cửa, sản phẩm ngoại thất, lượng bùn thải chứa kim loại phát sinh hàng năm trên 2000 tấn [7]

2016.532 0.2

Công ty TNHH Nissei surface treatment

technology việt nam Công ty TNHH Tayca Việt Nam Công ty TNHH HORY Việt Nam Công ty TNHH Homn Reen Công ty Cổ phần Công nghiệp QH Plus

Công ty TNHH YKK Việt Nam

Lượng bùn thải chứa kim loại nặng (tấn/năm)

1.1.2 Tính chất của bùn thải mạ điện

Đặc trưng chung của bùn thải mạ điện là chứa hàm lượng cao các chất muối vô cơ, hợp chất polymer hỗ trợ keo tụ và kim loại nặng Tùy theo kim loại của lớp mạ mà thành phần kim loại nặng có thể là Cu, Zn, Cr, Ni… tùy theo các loại muối kim loại đang được xử dụng mà bùn thải có thể chứa các độc tố như xyanua, sunfat, amoni… Các chất hữu ít có trong nước thải xi mạ, phần chủ yếu là chất tạo bông kết tủa, chất hoạt động bề mặt

1.1.3 Tác động của bùn thải mạ đồng tới môi trường

Thành phần và tính chất bùn thải có ý nghĩa quan trọng trong việc xử lý cũng như nghiên cứu khả năng tận dụng bùn thải cho các mục đích khác nhau như sử dụng làm phân bón, san lấp mặt bằng, sản xuất thủy tinh, vật liệu xây dựng Điều đó cũng cho phép xác định các nguyên nhân tích tụ các chất ô nhiễm trong bùn của mỗi kênh rạch cũng như thành phần ô nhiễm độc hại trong bùn thải Do đó, tác động của bùn thải đến môi trường có thể kể đến gồm [4][5]:

 Gây ô nhiễm nguồn nước ngầm: Trong thành phần bùn nạo vét hệ thống thoát nước có chứa một lượng nước khá lớn, vào mùa khô lượng nước này không đủ để thấm đến tầng nước ngầm và dễ bay hơi Tuy nhiên, vào mùa mưa

có thể gây ra tình trạng các chất độc hại hòa tan trong bùn ngấm xuống mạch nước ngầm, làm ô nhiễm nguồn nước ngầm

 Gây ô nhiễm nguồn nước mặt: Giữa môi trường bùn lắng và nước bề mặt có một cân bằng nhất định, khi tính chất môi trường thay đổi, các chất ô nhiễm tích trữ trong bùn lắng có thể hòa trộn trở lại vào trong nước gây ô nhiễm nguồn nước mặt

 Gây ô nhiễm môi trường đất: Ô nhiễm đất chủ yếu xảy ra bởi các thành phần độc hại có nồng độ cao ở trong bùn, bao gồm các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất khó phân hủy như nilon, lon sắt trong bùn nạo vét khi sử dụng để san lấp mặt bằng sẽ gây ô nhiễm môi trường đất và khó khắc phục hậu quả về lâu dài

 Tác động đến hệ sinh thái; Đất là môi trường có sự đa dạng cao nhất

về chủng loại cũng như số lượng vi sinh vật Khi môi trường đất bị ô nhiễm bởi

các kim loại nặng, chất độc có trong bùn thải mạ điện sẽ gây ảnh hưởng tiêu cực tới hệ vi sinh vật có trong đất, cũng như động thực vật trong khu vực đó

1.1.4 Tác động của bùn thải mạ đồng tới con người

Mạ điện là ngành có mật độ ô nhiễm cao bởi có nhiều hóa chất độc hại, bùn thải có chứa nhiều ion kim loại nặng, kim loại độc hại ảnh hưởng tới sức khỏe của con người gây nên nhiều căn bệnh khó chữa, nguy hiểm tới tính mạng Bùn thải từ các quá trình mạ điện, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng Các ion kim loại nặng như: Pt, Cu, Cr, Ni…có thể gây bệnh viêm loét dạ dày, viêm đường hô hấp, bệnh eczema, ung thư…

Đặc trưng chung của bùn thải ngành mạ điện là chứa hàm lượng cao các kim loại nặng và dưới đây là liệt kê độc tính của một số kim loại nặng điển hình:

Độc tính của Crom, Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và qua da Nhìn chung, sự hấp phụ của Cr vào cơ thể con người tùy thuộc vào trạng thái oxi hóa của nó Cr6+ hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr3+ và còn

có thể thấm qua màng tế bào Crom hòa tan trong máu ở nồng độ 0,001 mg/L, sau

đó chuyển vào hồng cầu và hòa tan với tốc độ nhanh từ 10-20 lần, từ hồng cầu crom chuyển vào các tổ chức phụ tạng, một phần bị giữ lại trong đó, một phần thải ra ngoài qua nước tiểu nhưng phải mất vài tháng đến vài năm Các bệnh thường gặp khi tiếp xúc với crom: một số bệnh ngoài da (da bị nổi phồng, loét sâu, viêm da dị ứng), gây bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản, loét niêm mạc mũi [21]

Độc tính của kẽm, kẽm được đưa vào cơ thể chủ yếu qua đường tiêu hóa và được hấp phụ phần lớn ở ruột non Khi vào cơ thể, phần lớn kẽm tập trung trong tế bào, chỉ một lượng nhỏ trong huyết tương Sau khi vào cơ thể nó được thải ra ngoài với một lượng lớn qua dịch ruột, dịch tụy (2-5 mg), qua nước tiểu và mồ hôi chỉ khoảng 0,5 mg Kẽm kim loại không bị coi là độc, nhưng có những tình huống gọi

là sự run kẽm hay ớn lạnh kẽm sinh ra do hít phải các dạng bột ôxít kẽm nguyên chất, hít phải khói kẽm clorua sẽ bị tổn thương phổi, niêm mạc hô hấp và nếu tiếp xúc lâu có thể gây lở loét các ngón tay, bàn tay Các muối kẽm gây ói mửa [25]

Độc tính của sắt, sắt ít gây độc tuy nhiên hấp thụ quá nhiều sẽ có những ảnh hưởng tới sức khỏe con người Triệu trứng sớm có thể gồm: mệt mỏi, yếu sức, đau

bụng, đau khớp Nếu tích trữ sắt quá lâu thì sẽ phá hủy cấu trúc tế bào, có thể gây ra hoặc trầm trọng thêm các bệnh kinh niên như bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson, xơ vữa động mạch vành, bệnh đái đường, bệnh viêm khớp, ung thư vú… [26]

Độc tính của Asen, khi vào cơ thể, asen được tích lũy nhiều trong các mô giàu keratin như da, móng, tóc và trong các tổ chức giàu biểu mô như niêm mạc vòm miệng, thực quản, dạ dày, ruột non Sau đó asen được đào thải ra khỏi cơ thể chủ yếu qua nước tiểu, một phần nhỏ qua phân, móng, tóc, vảy da, sữa mẹ Tuy nhiên, vẫn còn một lượng rất nhỏ tiếp tục được tích lũy trong cơ thể Các bệnh thường gặp khi tiếp xúc với asen: khi tiếp xúc với da sẽ làm tổn thương da, gây bệnh dày sừng, hoại tử các chi, ung thư da và ảnh hưởng đến phổi, phế quản, làm hỏng niêm mạc mũi [30]

1.2 Các công nghệ xử lý bùn thải mạ điện

1.2.1 Phương pháp thủy luyện thu hồi kim loại từ bùn thải ngành công nghiệp mạ điện

Phương pháp thủy luyện thu hồi kim loại là phương pháp dùng dung dịch thích hợp, như dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN… để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách khỏi phần không tan có trong bùn thải mạ điện [27] [6] [31]

Quy trình công nghệ được thực hiện như sau:

- Bã thải được nghiền nhuyễn hoặc nghiền tơi thành bùn ướt hoặc hạt mịn trong máy nghiền bi hoặc máy nghiền cánh búa trong môi trường nước cho đến kích cỡ d

≤ 0,074 mm Sau đó, được phân làm 2 loại: loại chứa ít (Cu, Ni, Cr <1%) hoặc nhiều kim loại nặng (Cu, Ni, Cr >1%)

- Bã thải chứa ít kim loại nặng (Cu, Ni, Cr <1%) thì được đưa đi tái chế thành vật liệu xây dựng đơn giản

- Bã thải chứa nhiều kim loại nặng (Cu, Ni, Cr >1%) thì được hòa tách bằng dung dịch axit sunfuric với tỷ lệ lỏng/rắn từ 6-12/1 trong hệ thống bể hòa tách có thiết bị khuấy trộn với tốc độ lên đến 300 vòng/phút

Tiến hành phân loại trên cơ sở xác định thành phần nhanh bằng phương pháp EDX hoặc phương pháp huỳnh quang tia X Cụ thể, chúng tôi đã hoà tách 20 tấn bã thải

mạ có thành phần theo phương pháp phân tích EDX (phương pháp phân tích thành phần có sai số cho phép là 3%)

- Trong quá trình hòa tách, axit sunfuric được bổ sung dần dần cho đến khi pH đạt 2.7-2.9 trong thời gian hòa tách khuấy trộn khoảng 6-12h Với chế độ hòa tách như vậy thì có thể thu hồi tối đa lượng niken (ở dạng hydroxyt hoặc cacbonat bazơ trong

bã thải) Sử dụng đồng hồ đo pH để xác định độ kiềm của dung dịch trong và sau hòa tách Tỷ lệ thu hồi niken được xác định theo công thức: P(%) = -A(pH) + B (Khi L/R = 12/1 thì A = 5.558, B = 115) khi bã thải chỉ chứa hợp chất niken dễ tan dạng hydroxyt, cacbonat bazo

- Dịch hòa tách được lọc tách để thu được dung dịch sunfat sơ cấp và cặn hòa tách (bã thải thứ cấp) Thiết bị lọc tách là phễu sử dụng giấy lọc (cho mẫu thí nghiệm), túi vải cỡ lớn hoặc máy ép khung bản (lọc với lượng lớn)

- Dung dịch sunfat sơ cấp sẽ được tái chế tiếp để thu được đồng, cặn khử và dịch sunfat niken sạch

- Bã thải thứ cấp được phân loại như đã làm ở trên Trong đó bã thải chứa hàm lượng kim loại nặng Ni, Cr, Cu <1% thì đưa đi tái chế làm vật liệu xây dựng đơn giản; bã thải chứa hàm lượng kim loại nặng Ni, Cr, Cu >1% thì đưa đi nấu luyện thành ferro

- Thu hồi Cr, Fe từ dung dịch sơ cấp: Bổ sung H2¬O2 vào dung dịch để chuyển hóa ion sắt (II) thành ion sắt (III) Chất kiềm dùng để khử tạp chất là (NH4)2CO3 Mẫu dung dịch kiềm được rót từ từ vào dung dịch sunfat sơ cấp có pH = 2,6-2,9; khuấy trộn cho đến khi độ kiềm của dung dịch sơ cấp đạt pH ~ 6 Sau đó để yên cho các kết tủa lắng đọng xuống đáy Số liệu phân tích thành phần các dung dịch sau khử bằng chất kiềm cho thấy lượng sắt bị kết tủa từ 75-95%, lượng crôm từ 83–99%, lượng niken bị kết tủa từ 15-35% Với mức độ này dung dịch sunfat niken sơ cấp đủ

độ sạch để tiếp tục điều chế ra các nguyên liệu điện phân trực tiếp có độ sạch cao hơn (> 98%)

 Quy trình công nghệ hòa tách bùn thải thu hồi kim loại (niken, đồng, sắt và crom)

Nguồn: [31]

Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ thu hồi kim loại từ bùn thải ngành mạ điện

1.2.2 Phương pháp chôn lấp

Chôn lấp là biện pháp cô lập chất thải nguy hại, ngăn chặn các chất ô nhiễm phát tán ra môi trường, có thể đóng gói an toàn hoặc hóa rắn trước khi chôn Nơi chôn phải xem kĩ địa hình, thổ nhưỡng, thủy văn… hạn chế gần khu dân cư, đất trồng lương thực, gần sông suối, gần nguồn nước, gần khu dân cư Cần có biện pháp kiểm soát các tác nhân gây hại, các loại khí sinh ra, nước rò rỉ, nước thẩm thấu [9]

Vị trí lựa chọn bãi chôn lấp bùn thải cần đặc biệt lưu ý các vấn đề:

- Bãi chôn lấp bùn thải không được đặt tại khu vực ngập lụt

- Không được đặt vị trí bãi chôn lấp ở những nơi có tiềm năng nước ngầm lớn

- Bãi chôn lấp chất thải có vùng đệm rộng ít nhất 50m cách biệt bên ngoài Bao bọc bên ngoài vùng đệm là hàng rào bãi

- Bãi chôn lấp phải hòa nhập với cảnh quan môi trường tổng thể trong vòng bán kính 1.000m Để đạt mục đích này có thể sử dụng biện pháp tạo vành đai cây xanh

Quy trình chôn lấp phải tuân theo TCXDVN 320:2004 – Bãi chôn lấp chất thải nguy hại – Tiêu chuẩn thiết kế

Hình 1.9 Bãi chôn lấp xử lý chất thải rắn tỉnh Quảng Nam

1.2.3 Phương pháp ổn định hóa rắn

Ổn định hóa rắn là quá trình làm tăng các tính chất vật lý của chất thải, giảm khả năng phát tán vào môi trường hay làm giảm tính độc hại của chất ô nhiễm Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong quản lý chất thải nguy hại [8]

Tại Mỹ, công nghệ ổn định hóa rắn để xử lý bùn đã được phát triển từ những năm

1982 Trong số 863 địa điểm xử lý đất của khu vực Supperfund thì 499 địa điểm xử

lý bằng cách chuyển đất đi chỗ khác (58%), 157 điểm sử dụng kỹ thuật ổn định hóa rắn (18%) [8]

Tại Việt Nam, năm 2005, Nguyễn Trung Việt, Nguyễn Ngọc Châu và cộng sự tiến hành nghiên cứu xử lý bùn thải chứa kim loại nặng bằng phương pháp ổn định hóa rắn đối với bùn từ công ty mực in Đức Quân và bùn dệt nhuộm với tỉ lệ phối trộn xi măng: bùn: cát là 1:1:1 Kết quả cho thấy, nồng độ kim loại rò rỉ ra môi trường bên ngoài không vượt quá nồng độ cho phép theo TCVN 5501-1991 nước cấp cho sinh hoạt [8]

Các chất phụ gia thường dùng để ổn định hóa rắn chất thải nguy hại:

Xi măng: là chất hay được sử dụng nhất để đóng rắn chất thải nguy hại Loại xi măng thông dụng nhất là xi măng Portlan được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp đá vôi với thạch cao (hoặc chất silicat khác) trong là nung nhiệt độ cao

Pozzolan: là một chất mà có thể phản ứng với vôi có trong nước để tạo thành vật liệu có tính chất như xi măng Phản ứng giữa nhôm-silic, vôi và nước sẽ tạo thành một loại sản phẩm là pozzolan Các vật liệu pozzolan bao gồm xỉ than, xỉ lò và bụi

lò xi măng

1.3 Gạch bê tông không nung

 Gạch không nung được sản xuất từ phế thải công nghiệp: Xỉ than, vôi bột được sử dụng lâu đời ở nước ta Gạch có cường độ thấp từ 30–50 kg/cm2 chủ yếu dùng cho các loại tường ít chịu lực [10]

 Gạch Block hay gạch xi măng cốt liệu, gạch bê tông: là loại gạch được sản xuất chủ yếu từ xi măng với các loại cốt liệu khác như: cát vàng, cát đen, mạt

đá, xỉ nhiệt điện, phế thải công nghiệp, đất… Gạch không nung block được xem là loại gạch chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các công trình xây dựng hiện nay Gạch xi măng cốt liệu được đánh giá là có cường độ chịu lực tốt, tỉ trọng lớn và thể tích nhỏ Trong các loại gạch không nung hiện nay, gạch xi măng cốt liệu được ưu tiên phát triển mạnh nhất, bởi vì nó đáp ứng được các tiêu chí kỹ thuật như: môi trường, kết cấu, phương pháp thi công Ngoài ra, gạch cũng dễ sử dụng và dùng loại vữa thông thường [10]

 Gạch xi măng – cát: Xét về mặt chất lượng, gạch ống lại có chất lượng từ trung bình đến thấp, sau gạch block Cường độ chịu lực của gạch này chỉ từ

35 - 50kg/cm2, trọng lượng mỗi viên gạch khoảng 1,5 kg Qua đó có thể thấy cường độ chịu lực của loại gạch này khá kém và nặng nên phù hợp hơn với những công trình có chất lượng thấp hoặc trung bình [10]

 Gạch không nung tự nhiên: Từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá bazan Loại gạch này chủ yếu sử dụng ở các vùng có nguồn puzolan tự nhiên, hình thức sản xuất tự phát, mang tính chất địa phương, quy mô nhỏ

 Gạch bê tông bọt siêu nhẹ: sản xuất bằng công nghệ tạo bọt, khí trong kết cấu nên tỷ trọng viên gạch giảm đi nhiều và nó trở thành đặc điểm ưu việt nhất của loại gạch này Thành phành cơ bản: Xi măng, tro bay nhiệt điện, cát mịn, phụ gia tạo bọt hoặc khí, vôi, Sản phẩm đã được kiểm định chất lượng vượt TCXDVN: 2004 về cường độ chịu nén đối với tỷ trọng D800

 Gạch bê-tông khí chưng áp: (Tên tiếng Anh: Autoclaved Aerated Concrete, viết tắt: AAC) Được rất nhiều nước trên thế giới ứng dụng rộng rãi với rất nhiều ưu điểm như thân thiện với môi trường, siêu nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng hóa thạch do không phải nung đốt truyền thống, bảo ôn, chống cháy, cách âm, cách nhiệt, chống thấm rất tốt so với vật liệu đất sét nung Nó còn được gọi là gạch bê-tông siêu nhẹ vì tỷ trọng chỉ bằng ½ hoặc thậm chí là chỉ bằng 1/3 so với gạch đất nung thông thường Công trình xây dựng sẽ giảm tải, giảm chi phí xử lý nền móng và hệ thống kết cấu, góp phần giảm mức đầu tư xây dựng công trình từ 7- 10%, đẩy nhanh tiến độ thi công và hoàn

và cách nhiệt của bê tông nhẹ rất cao, làm cho nhà ấm về mùa đông, mát về mùa hè, tiết kiệm điện năng sưởi hoặc điều hòa nhiệt độ Kích thước thành phẩm lớn và chính xác (100mm x 200mm x 600mm) giúp rút ngắn thời gian thi công và kể cả thời gian hoàn thiện [10]

Hình 1.10 Gạch bê tông cốt liệu

Quy trình sản xuất gạch bê tông không nung phổ biến [10] [11]:

a) Máy móc, thiết bị cần thiết:

- Hệ thống cân cốt liệu tự động: Loadcell, xi lanh khí nén

- Máy trộn: Cửa xả trộn, cánh gạt liệu

- Băng tải cấp liệu: Trục lô, con lăn, nhông xích truyền tải

- Máy cấp palet tự động: Nhông xích truyền tải dính bê tông sẽ làm kênh, vênh palet khi cấp và dẫn đến bị kẹt không hoạt động hoặc làm hư hại palet

- Máy định lượng vật liệu vào khuôn: Phần trục khấy liệu dễ bị kẹt do bê tông còn sót lại, ray dẫn thùng chứa liệu bị dính bê tông dễ làm cho thùng bị vênh không hoạt động được;

- Máy ép gạch thủy lực: Mặt bàn máy chứa vật liệu còn sót lại của dầu ép trước sẽ làm cho vị trí đặt palet không phẳng sinh ra dễ bị gãy palet, ép không chặt, …

- Máy ra gạch và nâng hạ di chuyển palet gạch: Nếu trên máy bám các phối liệu còn lại, máy dễ bị kẹt không hoạt động được hoặc bị kẹt ray di chuyển sẽ làm cho máy không thể hoạt động

b) Cấp liệu

Nguyên liệu được cấp vào máy trộn nguyên liệu bằng hệ thống gầu và tời Cấp đá mạt, xi măng, cát và phụ gia theo định lượng thể tích và khối lượng đã xác định

c) Trộn

Cho máy trộn hoạt động, máy trộn được trộn theo 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Trộn khô hỗn hợp khoảng 5 phút

- Giai đoạn 2: Sau đó cấp nước và trộn thêm 10 phút là kết thúc

d) Cho mở cửa xả để xả vật liệu, đồng thời lúc này cho băng tải cấp liệu đã hoạt động nhận vật liệu từ cửa xả của máy trộn cấp vào máy tiếp liệu trên máy ép

e) Khi đã có vật liệu trên máy tiếp liệu, khởi động máy ép và hệ thống cấp palet, ra gạch và hệ định lượng vật liệu để cấp vào khuôn, chế độ hoạt động là tự động nên

bộ phận lấy gạch và vận chuyển gạch bắt đầu hoạt động

f) Vận chuyển gạch ra khỏi khu vực sản xuất bằng xe ra gạch bằng tay, xếp gạch vào vị trí quy định

g) Khi gạch đủ thời gian và cường độ xếp kiêu (sau 12 – 24 giờ), vận chuyển gạch

ra khỏi vị trí cũ và xếp kiêu gạch để bảo dưỡng gạch bằng tưới nước với tầng suất 2 lần/ngày và trong 10 ngày đầu và 1 lần/ngày trong 18 ngày tiếp theo

Xi măng (15%)

Phụ gia HPMC

Trộn khô (5 phút)

Trộn ướt (10 phút) Nước

Băng tải

Máy ép thủy lực

CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng:

Bùn thải mạ điện được lấy từ dây chuyền luyện kẽm thuộc công ty luyện kim màu Thái Nguyên, bùn thải của dây chuyền mạ đồng của công ty TNHH Yestech Vina, bùn thải của Công ty Sam Sung Thái Nguyên Bùn thải mạ điện sau khi thu gom sẽ được thu hồi kim loại đồng bằng phương pháp thủy luyện và mã hóa như sau:

 MB01: Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng của nhà máy Luyện kim kẽm thuộc công ty luyện kim màu Thái Nguyên

 MB02: Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng từ dây chuyền mạ đồng của công ty TNHH Yestech Vina, KCN Quế Võ, Bắc Ninh

 MB03: Bùn thải mạ sau thu hồi kim loại đồng của công ty SamSung Thái Nguyên

Hình 2.1 Bùn thải mạ sau khi phơi khô, nghiền nhỏ kích thước 1mm

Trước khi tiến hành thí nghiệm, bùn thải mạ được phơi khô trong môi trường không khí và nghiền nhỏ, cho qua rây 1mm

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Tổng quan kế thừa tài liệu

Tận dụng bùn thải mạ điện sau thu hồi đồng làm vật liệu xây dựng không nung, cụ thể là gạch bê tông được nghiên cứu trong những năm gần đây

Kế thừa một phần các số liệu thu thập từ các điều tra, đề tài, các chuyên đề khác đã được nghiên cứu của đề tài KC.08.18/16-20

Và nhiều nghiên cứu khác về bùn thải mạ điện

2.2.2 Lấy mẫu phân tích bùn thải sau thu hồi đồng

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là bùn thải từ ba địa điểm: từ dây chuyền luyện kẽm thuộc công ty luyện kim màu Thái Nguyên, bùn thải của dây chuyền mạ đồng của công ty TNHH Yestech Vina, bùn thải của Công ty Sam Sung Thái Nguyên Bùn thải mạ điện sau khi thu gom sẽ được thu hồi kim loại đồng bằng phương pháp thủy luyện tại cơ sở thu hồi đồng trong bùn thải mạ điện Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng sẽ được làm theo mẻ riêng biệt Đối với từng loại bùn có xuất xứ khác nhau như trên, tiến hành lấy ngẫu nhiên 5 mẫu tại 5 vị trí khác nhau của đống thải Tiến hành đặt tên và mã hóa như sau:

• MB01: Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng của nhà máy Luyện kim kẽm thuộc công ty luyện kim màu Thái Nguyên

• MB02: Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng từ dây chuyền mạ đồng của công ty TNHH Yestech Vina, KCN Quế Võ, Bắc Ninh

• MB03: Bùn thải mạ sau thu hồi kim loại đồng của công ty SamSung Thái Nguyên

2.2.3 Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn

Để tìm tỷ lệ phối trộn bùn thải mạ sau thu hồi kim loại với các phụ gia khác nhau phù hợp với từng loại bùn để cho ra sản phẩm là gạch xây dựng không nung đảm bảo các tiêu chuẩn về chất lượng gạch không nung theo TCVN 6477-2016 và đảm bảo không gây tác hại đến môi trường theo tiêu chuẩn QCVN 07:2009/BTNMT, nghiên cứu đã bố trí các thí nghiệm với các tỷ lệ bùn sử dụng làm gạch không nung thay đổi từ 10 – 40% ở tất cả các mẫu bùn thí nghiệm và ở 2 mức xi măng xử dụng là 15 và 20%, trong 2 điều kiện có chất phụ gia HPMC và không có HPMC Đá mạt được cố định sử dụng ở mức 25% Khối lượng cát được thay đổi tương ứng để đảm bảo tổng khối lượng là 100% chi tiết trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Tỉ lệ phối trộn cho cấp phối gạch bê tông

Ký hiệu mẫu gạch tương

ứng với các mẫu bùn Tỷ lệ phối trộn % (Theo khối lượng)

2.2.4 Thử nghiệm sản xuất gạch bê tông quy mô phòng thí nghiệm

2.2.4.1 Chuẩn bị

 Đá mạt: Chuẩn bị 50 kg đá, đá mạt là nguyên liệu chính để sản xuất gạch không nung Đá mạt phải đạt tiêu chuẩn về độ hút nước theo TCVN 7572-4:2006 và khối lượng thể tích xốp của Đá mạt theo TCVN 7572-6:2006 Chọn đá có ít tạp chất, sạch, và kích thước đá nhỏ hơn 10 mm

 Cát: Chuẩn bị 50kg cát xây dựng hạt to, chọn cát xây dựng đạt tiêu chuẩn TCVN 7572:2006, cát sạch không lẫn tạp chất

 Xi măng: Chuẩn bị 20kg xi măng Vissai PCB30

 Bùn thải mạ điện sau thu hồi kim loại đồng: Chuẩn bị 3 mẫu bùn MB01, MB02, MB03 mỗi mẫu 20kg Phơi khô, nghiền nhỏ và sàng qua ray 1mm

 Phụ gia: chuẩn bị 5kg phụ gia HPMC là phụ gia gốc polymer hữu cơ làm chất phân tán và phụ gia hoạt tính vô cơ làm mầm kết tinh sớm Có tính kết dính và có khả năng tạo màng, giúp tăng cường độ dẻo của hỗn hợp vữa, đặc biệt trong trạng thái bán khô Tỷ lệ sử dụng trong hỗn hợp khoảng 1-2%

 Nước: Lấy theo TCXDVN 302:2004, chọn nước có độ pH=7-10

 Trộn ướt: thêm từ từ nước sạch vào hỗn hợp trên và tiếp tục trộn trong thời gian 10 phút

Làm lần lượt với hai mẫu bùn còn lại là MB02 và MB03

2.2.4.3 Định hình gạch bê tông không nung

Hỗn hợp sau khi được trộn đều sẽ đổ ra khuân định hình với kích thước

Hình 2.2 a) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn MB01, b) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn MB02, c) Định hình gạch không nung làm từ mẫu bùn

MB03

2.2.4.4 Bảo dưỡng gạch bê tông không nung

Sau 24h gạch đủ thời gian để ổn định và rắn, gạch được bảo dưỡng bằng tưới nước với tần xuất 2 lần/ngày trong 10 ngày đầu và và 1 lần/ngày trong 18 ngày tiếp theo Gạch sau khi được bảo dưỡng 28 ngày thì được kiểm tra đặc tính cơ lý thông qua đo cường độ nén, cường độ uốn, độ cứng, độ hút nước và độ rỗng của gạch Đánh giá

độ an toàn của gạch với môi trường thông qua xác định nồng độ của các kim loại nặng được hòa tan ra từ gạch với nước cất và chiết rút bằng dung môi theo tiêu chuẩn EPA 1311

Hình 2.3 a) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB01 sau 28 ngày bảo dưỡng; b) Mẫu gạch bê tông làm từ bùn MB02 sau 28 ngày bảo dưỡng; c) Mẫu gạch bê tông làm từ

bùn MB03 sau 28 ngày bảo dưỡng

Đánh giá nhanh kết quả các mẫu gạch thu được trong thử nghiệm:

 Sau 28 ngày bảo dưỡng, tất cả 8 mẫu gạch ứng với 8 tỉ lệ phối trộn của hai mẫu bùn MB01 và MB02 đều hóa rắn và có độ cứng nhất định

 Các mẫu gạch bê tông làm có thành phần mẫu bùn MB03 có kết quả không khả quan, các mẫu gạch dễ vỡ, không có sự rắn chắc Do đó thử nghiệm làm gạch bê tông từ mẫu bùn MB03 dựa theo 8 tỉ lệ phối trộn đã lựa trọn ở Bảng 2.1 là không thành công Nguyên nhân có thể là:

- Thứ nhất do bản thân mẫu bùn MB03 có hàm lượng limon, sét, chất hữu cơ cao gây ảnh hưởng đến các liên kết trong gạch

- Thứ hai do điều kiện thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, không có thiết bị

ép tăng cường độ nén cho viên gạch Tất cả điều đó ảnh hưởng tới sự thành công của thực nghiệm đối với mẫu bùn MB03

Do đó cần điều chỉnh tỉ lệ phối trộn và điều kiện thử nghiệm có máy ép đối với thử nghiệm sản xuất gạch bê tông từ mẫu bùn MB03

2.2.5 Nghiên cứu cấp phối mới làm gạch bê tông từ mẫu bùn MB03

Trong thực tế, công nghệ sản xuất gạch xi măng cốt liệu (gach block):

- Nguyên liệu: xi măng và cốt liệu như: tro bay, mạt đá, cát vàng, nước

- Cách phối trộn: 8-10% xi măng để liên kết, 85% cốt liệu và nước, phụ gia

- Quy trình sản xuất:

Nguồn: Quy trình của cơ sở sản xuất gạch bê tông Hựu Hân – Đông Anh, Hà Nội

Hình 2.4 Quy trình sản xuất gạch bê tông thực tế

Băng tải

Máy ép thủy lực

Gạch tươi Bảo dưỡng bằng tưới nước

Gạch thành phẩm

Do trong mẫu bùn MB03 có hàm lượng cát nhất định, nên giảm thành phần cát trong cấp phối Và thay thế một phần đá mạt bằng mẫu bùn MB03 Dựa vào thực tế sản xuất tại cơ sở và nghiên cứu trước đó đưa ra tỉ lệ phối trộn cho cấp phối của gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB03 như Bảng 2.2:

Bảng 2.2 Tỉ lệ phối trộn của cấp phối mới gạch bê tông làm từ mẫu bùn MB03

Cấp phối Bùn

(%)

Xi măng (%)

Đá mạt (%)

Phụ gia HPMC (%)

Kí hiệu màu gạch

Trong quá trình thử nghiệm, dây chuyền sản xuất theo mẻ, trong thử nghiệm này có

4 tỉ lệ phối trộn khác nhau do đó cần sản xuất 4 mẻ gạch bê tông Dựa theo công suất của máy trộn và dây chuyền Ta tính toán được khối lượng tổng cộng của một

mẻ trộn là 675 kg và sẽ làm được 270 viên gạch Tỉ lệ xi măng là 10%, do đó khối lượng của cốt liệu còn lại là 90% tương ứng 607,5 kg Tỉ lệ của bùn tăng từ 5% đến 20%