Đặt vấn đề Vấn đề đầu tiên chúng ta quan tâm đó là việc ô nhiễm môi trường do phế thải bùn đỏ. Với một trữ lượng lớn 5,4 tỷ tấn quặng Bauxite nằm trong lòng đất đang được tiến hành khai thác sẽ làm thay đổi lại bộ mặt kinh tế của Tây Nguyên vốn cho là ở mức thấp so với cả nước. Nhưng bên cạnh cái lợi ích trước mắt thì vấn đề môi trường là một trở ngại lớn cho việc quyết định đưa quặng bauxite vào khai thác do lượng chất thải khổng lồ không thể tránh khỏi trong quá trình tiến hành dự án bauxite bao gồm : Từ khâu khai thác bauxite, khối lượng chất thải rắn rất lớn, bình quân lượng đất đá phủ phải bốc lên và đổ thải 1m3/tấn bauxite; Từ khâu tuyển quặng bauxite, lượng chất thải bình quân 1tấn/tấn quặng nguyên khai; Từ khâu tuyển alumina lượng chất thải (gồm bùn đỏ, bùn oxalate, và nước thải) bình quân >2m3/tấn; Hình 1.1: Quá trình khai thác Hình 1.2:Bùn đỏ thải ra đầy các hồ quặng Bauxit gây ô nhiễm môi trường Đây chính là nguyên nhân gây nên các biến đổi dị thường về thời tiết và khí hậu khu vực miền trung có nguy cơ sẽ xẩy ra gay gắt hơn, hạn hán sẽ kéo dài hơn, lũ -2- quét sẽ xẩy ra thường xuyên hơn. Theo ước tính thiệt hại do các biến đổi dị thường về thời tiết hiện nay đã tới 4000-5000 tỷ đ/năm [1].
Vấn đề thứ hai là việc xây dựng đường giao thông BTXM là một đòi h ỏi bức thiết đang được nhà nước rất quan tâm. Tuy đầu tư ban đầu cho làm đường BTXM cao hơn đường nhựa, nhưng theo các chuyên gia, do vòng đời khai thác lâu, nên tính ra chi phí làm đường BTXM vẫn rẻ hơn so với giá thành đầu tư làm đường nhựa.S Hoàng Hà, Vụ trưởng Vụ Khoa học Công nghệ (Bộ GTVT) cho biết: do đường nhựa cần thường xuyên duy tu, bảo dưỡng định kỳ, nên giá thành quy đổi theo chi phí vòng đời khai thác của mặt đường BTXM rẻ hơn 20- 25%. Năm nay cả nước sẽ có thêm 18 nhà máy sản xuất xi-măng đi vào hoạt động, đưa tổng công suất xi-măng lên gần 50 triệu tấn/năm và dự kiến đến năm 2010 sản lượng xi- măng dư thừa khoảng 5 đến 7 triệu tấn. Ðây sẽ là nguồn nguyên liệu chính, dồi dào để mỗi năm có thể xây dựng hàng trăm km đường BTXM.
Thêm vào đó nguồn vật liệu như đá, cát, sỏi vốn rất có sẵn ở nhiều nơi, cộng thêm nguồn lao động dồi dào, đội ngũ k ỹ sư, cán bộ kỹ thuật, công nhân được đào tạo bài bản, có kinh nghiệm trong thiết kế, thi công, bảo dưỡng hoàn thiện bề mặt một số đoạn đường BTXM. Một số nhà thầu đã trang bị các loại thiết bị hiện đại, đủ khả năng thi công cơ giới hóa toàn bộ quá trình xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao, đủ các loại máy móc cần thiết thi công theo phương pháp cơ giới kết hợp thủ công đối với những đoạn mặt đường BTXM ở những nơi địa hình chật hẹp[2]. Hơn nữa đề tài nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ để chế tạo ra các loại vật liệu xây dựng đã đư ợc triển khai từ trước và mang lại kết quả khả quan. Nên kết hợp hai vấn đề về bùn đỏ và đường BTXM giao thông đây là một đề tài thiết thực, có khả năng thực thi áp dụng vào thực tế, vừa đảm bảo được các yếu tố kỹ thuật, giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường vừa đáp ứng được mục tiêu kinh tế đề ra.
Xuất phát từ những khía cạnh trên, đề tài: “Ảnh hưởng của phụ gia bùn đỏ đến các tính chất của bê tông làm đường giao thông ” là điều cần -3- thiết, nó góp phần vào việc thiết lập cơ sở hạ tầng trong công cuộc đổi mới và phát triển kinh tế của đất nước.Quá trình hình thành quặng Bauxite Bauxite là một loại quặng chứa hydroxit nhôm và sắt, được đặt tên theo ngôi làng Les Baux ở miền Nam nước Pháp, nơi nó được nhà địa chất Pierre Berthier tìm thấy lần đầu tiên vào năm 1821. Bauxite được hình thành trong điều kiện khí hậu nhiệt đới do nước mưa cuốn trôi chất silica trong đá có chứa nhôm còn đư ợc gọi là đá phún xuất có thể rất cứng, nhưng thường thì mềm và giống như đất sét. Bauxite chứa một hoặc nhiều khoáng chất gibbsite, boehmite, và diaspore. Quặng bauxite cũng có thể chứa một số tạp chất khác như ôxít sắt ba (Fe2O3), oxít silic (SiO2), oxít titan (TiO2), và khoáng sét.
Bauxite có thể có nhiều màu nâu vàng, nâu đỏ hay xám trắng, nhưng thường thì có ít nhiều màu đỏ tùy theo hàm lượng ôxít sắt ba (Fe2O3). Bauxite có thể hiện diện dưới dạng hạt (rời hoặc kết dính) hay dạng khối (tảng đá xốp). Quặng bauxite có thể tìm thấy dưới dạng thảm, túi, lớp và tích tụ. Thảm bauxite là các lớp liên tục và bằng phẳng, thường ở gần mặt đất, có bề dày thay đổi từ 1 đến 40 m (trung bình từ 4 đến 6 m) và có thể rộng hàng cây số.
Túi bauxite là các túi nằm dưới mặt đất, có chiều sâu thay đổi từ dưới 1 cho đến 30 m, nằm cô lập hoặc liên kết với nhau. Lớp bauxite là thảm hoặc túi bauxite bị phủ lấp và ép xuống, nên nó bị nén nhiều hơn thảm hoặc túi bauxite do trọng lượng của lớp đất bên trên. Tích tụ bauxite rất hiếm thấy vì nó đư ợc cấu tạo do sự tích tụ của bauxite bị xói mòn từ thảm, túi, hay lớp bauxite ở nơi khác[1,4] o Quá trình hình thành bauxite trải qua các giai đoạn: Phong hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt. Làm giàu trầm tích hay đá đã b ị phong hóa bởi sự rửa trôi của nước ngầm.
-4- Xói mòn và tái tích tụ bauxite. Quá trình này chịu ảnh hưởng của một vài yếu tố chính như : Đá mẹ chứa các khoáng vật dễ hòa tan và các khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và sắt, độ lỗ hổng có hiệu của đá cho phép nước thấm qua, có lượng mưa cao xen kẽ các đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nước tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn. o Từ nguồn gốc hình thành dẫn đến việc thành tạo hai loại mỏ bauxit: Loại phong hóa: được hình thành do quá trình laterit hóa chỉ diễn ra trong điều kiện nhiệt đới trên nền đá mẹ là các loại đá silicat:granit, gneiss, bazan, syenite và đá sét. Khác với quá trình hình thành laterit sắt, sự hình thành bauxite đòi h ỏi điều kiện phong hóa mạnh mẽ hơn và điều kiện thủy văn thoát nước rất tốt cho phép hòa tan và rửa trôi kaolinite và hình thành lắng đọng nên gibbsit.
Dạng tồn tại chủ yếu của hydroxit nhôm trong bauxit laterit chủ yếu là gibbsite. Loại trầm tích có chất lượng tốt và có giá trị công nghiệp. Loại này được hình thành bằng con đường phong hóa laterit trên nền đá cacbonat như đá vôi và dolomit xen kẽ các lớp kẹp sét tích tụ do phong hóa sót hay do lắng đọng phần khoáng vật sét không tan khi đá vôi bị phong hóa hóa học. o Theo nguồn gốc tạo thành địa chất, bauxite được chia làm hai loại: Bauxite laterite và bauxite karsite.
Bauxite laterite được tạo thành tạo từ quá trình phong hoá đá bazan, chiếm khoảng 90% trữ lượng bauxite của thế giới, thành phần chủ yếu là gibbxite, Bauxite karsite được tạo thành trên nền đá vôi, chiếm khoảng 10% trữ lượng bauxite của thế giới[23,24].Thành phần khoáng vật Bauxite tồn tại ở 3 dạng chính gồm: gibbsite Al(OH)3, boehmite γ- AlO(OH), và diaspore α-AlO(OH), cùng với các khoáng vật oxit sắt goethit và hematit, các khoáng vật sét kaolinit và đôi khi có mặt cả anatas TiO2. -5- Gibbsite Al(OH)3, có thành phần hoá học là Al2O3:65,40% và H2O: 34.60%, độ cứng 2,5-3,5 , tỷ trọng 2,43. Gibbsite được tạo thành do sự phá huỷ và thuỷ phân các silicate alumine. Đặc biệt trong quá trình ngoại sinh nhất là trong điều kiện khí hậu nóng ở miền nhiệt đới và á nhiệt đới.
Diaspore α-AlO(OH), có thành phần hoá học là: Al2O3: 85%, H2O: 15%, độ cứng 6-7, tỷ trọng 3,3-3,5. Diaspore được tạo thành trong quá trình kiềm tích hoặc biến chất. Boehmite γ-AlO(OH) có thành phần hoá học là: Al2O3: 84,9%, H2O: 15,1%, độ cứng 3,5 , tỷ trọng 3,01-3,06. Boehmite thường đi kèm với diaspore và gibbsite được hình thành trong quá trình ngoại sinh và có cả nguồn gốc nhiệt dịch nhiệt độ thấp.
Gibbsit là hydroxit nhôm thực sự còn boehmit và diaspore tồn tại ở dạng hidroxit nhôm ôxít. Sự khác biệt cơ bản giữa boehmit và diaspore là diaspore có cấu trúc tinh thể khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nước nhanh[23,25].1: Tính chất thành phần khoáng của Bauxite Khoáng chất Gibbsite Boehmite Diaspore Công thức hoá học Al(OH)3 γ-AlO(OH) α-AlO(OH) Hàm lượng alumina tối đa (%) 65,4 85,0 85,0 Hệ tinh thể Đơn tà Trực thoi Trực thoi Mật độ (g.cm-3) 2,42 3,01 3,44 Nhiệt độ tách nước (°C) 150 350 450 -6- 1. Thành phần hóa học Thành phần hóa học chủ yếu (quy ra ôxít) là Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, TiO2, MgO. trong đó, hyđrôxit nhôm là thành phần chính của quặng [23].
Bauxite có thành phần hoá học chứa trong các khoáng vật cơ bản như sau: Thành phần hoá học: Thành phần khoáng vật: - Al2O3: 40-65 % - Diaspore : - Al2O3. O10 Quartz(Thạch anh): SiO2 - Fe2O3: 3-30 % - Hematite: -Fe2O3 Geotite : -Fe2O3.H2O -TiO2: 4-11 % - Anatas: TiO2 Rutin : TiO2 - H2O: 10-34% - Diaspore, boemite, gibbxite, kaolinite,geotite - Các nguyên tố đi kèm và các tạp chất: Mn, P, V, Cr, Ni, Ga, Ca, Mg, C. Chỉ tiêu để đánh giá chất lượng quặng bauxite là mô đun silic (Msi) (là tỷ số hàm lượng Al2O3 trên hàm lượng SiO2 trong quặng). Mô đun silic càng cao thì quặng bauxite càng tốt.
Ở Việt Nam, bauxite được xếp vào khoáng sản khi modun silic không được nhỏ hơn 2 [25].Sự phân bố bauxite Các quặng bauxite phân bố chủ yếu ở khu vực nhiệt đới, Caribe, Địa Trung Hải và vành đai xung quanh xích đạo, người ta tìm thấy quặng bauxte ở các vùng lãnh thổ như Úc, Nam và Trung Mỹ (Jamaica, Brazil, Surinam, Venezuela, Guyana), châu Phi (Guinea), châu Á (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam), Nga, Kazakhstan và châu Âu (Hy Lạp). Thân quặng bô xít tồn tại ở 4 dạng: lớp phủ, túi, xen kẹp và mảnh vụn: -7- - Các dạng lớp phủ lớn xuất hiện ở tây Phi, Úc, Nam Mỹ và Ấn Độ, bao gồm các lớp bằng phẳng nằm gần bề mặt và có thể trải dài hàng km. Chiều dày có thể thay đổi từ ít hơn một mét đến 40m, thông thường thì bề dày trung bình khoảng 4-6m.
