Nghiên Cứu Chế Tạo Bột Thạch Cao Dùng Cho Xây Dựng Từ Dung Dịch Axit H2SO4

• Tác giả: Nguyễn Thị Ninh Giang
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Hồng Phượng
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Bột Thạch Cao Từ Dung Dịch Axit H2SO4 Trong Xây Dựng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. TỔNG QUAN
• 2.1. Nguồn nguyên liệu axit sunfuric thải ra trong quá trình sản xuất TNT
• 2.2. Giới thiệu chung về thạch cao
• 2.3. Tổng quan về thạch cao nhân tạo
• 2.4. Tổng quan về thạch cao tự nhiên
• 2.5. Các loại thạch cao và tính chất
• 2.5.1. Thạch cao dihydrat
• 2.5.2. Thạch cao hemihydrat
• 2.5.3. Cường độ thạch cao
• 2.5.4. Tính chất nhiệt của thạch cao
• 2.6. Các phương pháp chế tạo thạch cao nhân tạo
• 2.6.1. Thạch cao PG
• 2.6.2. Thạch cao FDG
• 2.6.3. Ứng dụng của thạch cao nhân tạo
• 2.7. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và sử dụng thạch cao nhân tạo trong và ngoài nước
• 2.7.1. Tình hình nghiên cứu thạch cao nhân tạo trong và ngoài nước
• 2.7.2. Tình hình sản xuất và sử dụng thạch cao nhân tạo trên thế giới
• 2.7.3. Tình hình sản xuất, tiêu thụ sản phẩm thạch cao nhân tạo tại Việt Nam
• 2.7.4. Ứng dụng quan trọng của thạch cao nhân tạo
• 2.7.4.1. Vật liệu xây dựng
• 2.7.4.2. Sản xuất xi măng
• 3. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu
• 3.2. Chỉ tiêu kỹ thuật axit sunfuric (H2SO4)
• 3.3. Thiết bị thử nghiệm
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3.5. Quy trình thử nghiệm
• 3.6. Quy trình chế tạo thạch cao
• 3.6.1. Công đoạn phản ứng
• 3.6.2. Công đoạn rửa, lọc
• 3.6.3. Công đoạn hong phơi, sấy
• 3.6.4. Công đoạn nghiền, sàng
• 3.7. Phương pháp xác định các chỉ tiêu thành phần trong bột thạch cao
• 3.7.1. Xác định hàm lượng canxi sunfat
• 3.7.2. Lượng nước tiêu chuẩn
• 3.7.3. Xác định hàm lượng nước liên kết
• 3.7.4. Xác định Thời gian đông kết
• 3.7.5. Xác định Cường độ chịu nén
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả kiểm tra chất lượng nguyên liệu trước khi đưa vào thử nghiệm
• 4.2. Bảng Chỉ tiêu kỹ thuật vôi bột (CaCO3)
• 4.3. Điều kiện hình thành và biến đổi hình thái của thạch cao do phản ứng của axit sunfuric và canxi cacbonat
• 4.4. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian phản ứng đến bột thạch cao
• 4.5. Ảnh hưởng của cỡ hạt nguyên liệu đầu vào đá vôi bột (CaCO3)
• 4.6. Yếu tố ảnh hưởng của tiêu chuẩn lượng nước liên kết của thạch cao
• 4.7. Kết luận chương 4
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC CÁC HÌNH ẢNH THỬ NGHIỆM MẪU

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Chế Tạo Bột Thạch Cao Xây Dựng

Nghiên cứu chế tạo bột thạch cao từ nguồn axit H2SO4 thải ra trong quá trình sản xuất thuốc nổ TNT mở ra hướng đi mới cho ngành vật liệu xây dựng. Hiện nay, nhu cầu sử dụng tấm thạch cao tại Việt Nam còn thấp so với các nước trong khu vực, cho thấy tiềm năng phát triển lớn. Ứng dụng của bột thạch cao không chỉ giới hạn ở trần nhà mà còn mở rộng sang vách ngăn, nhà xưởng, nhờ đặc tính ưu việt như chống cháy, cách âm, cách nhiệt và tiết kiệm chi phí thi công. Việc tận dụng axit H2SO4 thải loại không chỉ giải quyết vấn đề môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế cao, giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu. Theo tài liệu gốc, việc sử dụng thạch cao còn giúp tăng cường độ vữa xi măng, một yếu tố quan trọng trong xây dựng.

1.1. Giới thiệu chung về bột thạch cao xây dựng

Bột thạch cao xây dựng là một vật liệu quan trọng trong ngành xây dựng, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất tấm thạch cao, vữa, và xi măng. Thạch cao có khả năng điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng, cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng. Nguồn cung cấp thạch cao chủ yếu từ thạch cao tự nhiên và thạch cao nhân tạo. Việc nghiên cứu chế tạo bột thạch cao từ nguồn axit H2SO4 thải loại là một giải pháp bền vững, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tận dụng tài nguyên.

1.2. Ứng dụng của bột thạch cao trong ngành xây dựng

Bột thạch cao có nhiều ứng dụng quan trọng trong ngành xây dựng. Nó được sử dụng để sản xuất tấm thạch cao, vách ngăn, trần nhà, và các sản phẩm trang trí nội thất. Thạch cao cũng là một thành phần quan trọng trong sản xuất xi măng, giúp điều chỉnh thời gian đông kết và cải thiện tính chất của xi măng. Ngoài ra, bột thạch cao còn được sử dụng trong sản xuất vữa, giúp tăng cường độ và độ bền của vữa. Việc sử dụng thạch cao trong xây dựng mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường.

II. Thách Thức Xử Lý Axit H2SO4 Trong Sản Xuất Thạch Cao

Việc xử lý axit H2SO4 thải ra từ quá trình sản xuất thuốc nổ TNT là một thách thức lớn đối với các nhà máy. Trước đây, axit H2SO4 này thường được bán cho các doanh nghiệp khác, nhưng hiện nay việc tiêu thụ gặp khó khăn do giá thành rẻ và nhu cầu giảm. Việc xả thải trực tiếp dung dịch axit H2SO4 gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Do đó, việc tìm kiếm giải pháp chế tạo thạch cao từ H2SO4 không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc trung hòa axit H2SO4 bằng Canxi cacbonat (CaCO3) để tạo ra thạch cao (CaSO4.2H2O), một sản phẩm có giá trị trong xây dựng.

2.1. Vấn đề ô nhiễm từ axit H2SO4 trong sản xuất TNT

Quá trình sản xuất thuốc nổ TNT tạo ra một lượng lớn axit H2SO4 thải loại, gây ra nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường. Axit H2SO4 có tính ăn mòn cao, gây ảnh hưởng đến đất, nước và không khí. Việc xả thải axit H2SO4 không qua xử lý có thể gây ra các vấn đề sức khỏe cho cộng đồng. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp xử lý axit H2SO4 thải loại là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

2.2. Khó khăn trong việc tiêu thụ axit H2SO4 thải loại

Trước đây, axit H2SO4 thải loại từ quá trình sản xuất TNT thường được bán cho các doanh nghiệp khác để sử dụng trong sản xuất phân bón, xử lý bề mặt và nước thải. Tuy nhiên, hiện nay việc tiêu thụ axit H2SO4 gặp nhiều khó khăn do giá thành rẻ và nhu cầu giảm. Điều này gây ra tình trạng tồn đọng axit H2SO4 thải loại, làm tăng nguy cơ ô nhiễm môi trường. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp chế tạo thạch cao từ H2SO4 là một hướng đi tiềm năng để giải quyết vấn đề này.

III. Phương Pháp Chế Tạo Bột Thạch Cao Từ Axit H2SO4 Thu Hồi

Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp chế tạo bột thạch cao bằng cách trung hòa dung dịch axit H2SO4 thu hồi từ quá trình sản xuất thuốc nổ TNT với Canxi cacbonat (CaCO3). Phản ứng hóa học tạo ra thạch cao (CaSO4.2H2O) và khí CO2. Quá trình này bao gồm các công đoạn chính: phản ứng, rửa lọc, hong phơi sấy và nghiền sàng. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bột thạch cao như tốc độ khuấy, thời gian phản ứng, kích thước hạt CaCO3 và tỷ lệ phối trộn được nghiên cứu và tối ưu hóa. Mục tiêu là tạo ra bột thạch cao chất lượng cao đáp ứng các tiêu chuẩn xây dựng.

3.1. Quy trình chế tạo bột thạch cao từ axit H2SO4

Quy trình chế tạo bột thạch cao từ axit H2SO4 bao gồm các công đoạn chính sau: (1) Phản ứng giữa axit H2SO4 và CaCO3 để tạo ra CaSO4.2H2O và CO2. (2) Rửa lọc để loại bỏ tạp chất và axit H2SO4 dư. (3) Hong phơi sấy để giảm độ ẩm của thạch cao. (4) Nghiền sàng để đạt được kích thước hạt mong muốn. Các công đoạn này cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng bột thạch cao.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bột thạch cao

Chất lượng bột thạch cao phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm: (1) Tốc độ khuấy và thời gian phản ứng: Ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng tinh thể thạch cao. (2) Kích thước hạt CaCO3: Ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và độ tinh khiết của thạch cao. (3) Tỷ lệ phối trộn CaCO3/H2SO4: Ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng và lượng axit H2SO4 dư. (4) Điều kiện sấy: Ảnh hưởng đến độ ẩm và tính chất của bột thạch cao.

3.3. Phản ứng hóa học sản xuất thạch cao từ H2SO4 và CaCO3

Phản ứng hóa học chính trong quá trình sản xuất thạch cao từ H2SO4 và CaCO3 là: CaCO3 (s) + H2SO4 (l) + H2O (l) → CaSO4.2H2O (s) + CO2 (g). Phản ứng này tạo ra canxi sulfat dihydrat (CaSO4.2H2O), hay còn gọi là thạch cao dihydrat, và khí CO2. Điều kiện phản ứng, như pH và nhiệt độ, cần được kiểm soát để đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

IV. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Tốc Độ Khuấy Đến Bột Thạch Cao

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tốc độ khuấy có ảnh hưởng đáng kể đến hình thái và kích thước hạt của bột thạch cao. Tốc độ khuấy cao giúp phân tán đều CaCO3 trong dung dịch axit H2SO4, tăng diện tích tiếp xúc và thúc đẩy phản ứng. Tuy nhiên, tốc độ khuấy quá cao có thể làm vỡ các tinh thể thạch cao mới hình thành, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Do đó, cần tìm ra tốc độ khuấy tối ưu để đạt được bột thạch cao có kích thước hạt đồng đều và độ bền cao. Kết quả nghiên cứu được thể hiện qua các ảnh SEM (kính hiển vi điện tử quét) cho thấy sự thay đổi hình dạng của thạch cao ở các tốc độ khuấy khác nhau.

4.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hình thái tinh thể thạch cao

Tốc độ khuấy ảnh hưởng đến hình thái tinh thể thạch cao bằng cách kiểm soát quá trình kết tinh. Tốc độ khuấy chậm tạo điều kiện cho các tinh thể lớn hình thành, trong khi tốc độ khuấy nhanh có thể dẫn đến các tinh thể nhỏ hơn và không đồng đều. Việc kiểm soát tốc độ khuấy là rất quan trọng để đạt được hình thái tinh thể mong muốn cho các ứng dụng cụ thể.

4.2. Tối ưu hóa tốc độ khuấy trong quá trình sản xuất thạch cao

Việc tối ưu hóa tốc độ khuấy đòi hỏi sự cân bằng giữa việc thúc đẩy phản ứng và duy trì chất lượng tinh thể. Tốc độ khuấy tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ axit H2SO4, kích thước hạt CaCO3, và nhiệt độ phản ứng. Các thử nghiệm và phân tích cần được thực hiện để xác định tốc độ khuấy tốt nhất cho từng điều kiện cụ thể.

V. Ứng Dụng Thực Tế Của Bột Thạch Cao Chế Tạo Từ H2SO4

Sản phẩm bột thạch cao được chế tạo từ H2SO4 thu hồi có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng. Nó có thể được sử dụng để sản xuất tấm thạch cao, vữa, và xi măng. Việc sử dụng thạch cao nhân tạo từ nguồn axit H2SO4 thải loại giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn thạch cao tự nhiên nhập khẩu, đồng thời giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn cho việc xây dựng mô hình sản xuất bột thạch cao chất lượng cao tại các nhà máy sản xuất thuốc nổ TNT.

5.1. Sử dụng bột thạch cao trong sản xuất tấm thạch cao

Bột thạch cao là thành phần chính trong sản xuất tấm thạch cao, một vật liệu xây dựng phổ biến được sử dụng cho trần nhà, vách ngăn, và tường. Tấm thạch cao có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng chống cháy, cách âm, và dễ thi công. Việc sử dụng bột thạch cao từ axit H2SO4 thải loại giúp giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường.

5.2. Ứng dụng bột thạch cao trong sản xuất xi măng

Thạch cao được sử dụng trong sản xuất xi măng để điều chỉnh thời gian đông kết và cải thiện tính chất của xi măng. Việc sử dụng bột thạch cao từ axit H2SO4 thải loại giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn thạch cao tự nhiên và giảm chi phí sản xuất xi măng. Ngoài ra, thạch cao còn có thể cải thiện độ bền và khả năng chống thấm của xi măng.

VI. Kết Luận Và Triển Vọng Nghiên Cứu Bột Thạch Cao Từ H2SO4

Nghiên cứu chế tạo bột thạch cao từ dung dịch axit H2SO4 thu hồi từ quá trình sản xuất thuốc nổ TNT đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này. Việc tận dụng nguồn axit H2SO4 thải loại không chỉ giải quyết vấn đề môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của tốc độ khuấy, thời gian phản ứng và kích thước hạt CaCO3 cung cấp cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa quy trình sản xuất. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện chất lượng bột thạch cao và mở rộng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác.

6.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường của quy trình

Quy trình chế tạo bột thạch cao từ axit H2SO4 thải loại mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường. Về kinh tế, nó giúp giảm chi phí xử lý axit H2SO4 và tạo ra sản phẩm có giá trị. Về môi trường, nó giúp giảm ô nhiễm do axit H2SO4 thải loại và giảm sự phụ thuộc vào nguồn thạch cao tự nhiên.

6.2. Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo về bột thạch cao

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện chất lượng bột thạch cao và mở rộng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác. Các hướng nghiên cứu có thể bao gồm: (1) Nghiên cứu sử dụng các phụ gia để cải thiện tính chất của bột thạch cao. (2) Nghiên cứu ứng dụng bột thạch cao trong sản xuất vật liệu xây dựng mới. (3) Nghiên cứu quy trình sản xuất bột thạch cao thân thiện với môi trường hơn.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành xây dựng Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, nhu cầu sử dụng vật liệu xây dựng như thạch cao ngày càng tăng cao. Theo ước tính, nhu cầu tiêu thụ thạch cao trong ngành công nghiệp xi măng đến năm 2030 sẽ vượt trên 4 triệu tấn, tương ứng với tỷ lệ khoảng 4% thạch cao trên tổng sản lượng xi măng. Tuy nhiên, Việt Nam chưa có mỏ thạch cao tự nhiên có ý nghĩa công nghiệp, dẫn đến việc phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhập khẩu, gây áp lực về kinh tế và ổn định nguồn cung. Đồng thời, quá trình sản xuất thuốc nổ TNT tại Nhà máy Z113 tạo ra lượng lớn axit sunfuric thải ra với nồng độ từ 58% đến 65%, khoảng 48 tấn mỗi ngày, gây khó khăn trong xử lý và tiêu thụ.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo bột thạch cao dùng cho xây dựng từ dung dịch axit sunfuric được thu hồi sau quá trình sản xuất thuốc nổ TNT, thông qua phản ứng trung hòa với canxi cacbonat (CaCO3). Mục tiêu chính là tận dụng nguồn axit sunfuric thải để tạo ra sản phẩm thạch cao nhân tạo đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật dùng trong xây dựng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu nhập khẩu. Phạm vi nghiên cứu bao gồm quá trình phản ứng hóa học, điều kiện hình thành thạch cao, các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm và đánh giá khả năng ứng dụng trong ngành xây dựng tại Việt Nam.

Việc nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển nguồn nguyên liệu thạch cao nhân tạo, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế, bảo vệ môi trường và thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành vật liệu xây dựng trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Phản ứng hóa học trung hòa axit sunfuric với canxi cacbonat: Phản ứng chính tạo thành canxi sulfat dihydrat (CaSO4.2H2O) và khí CO2 theo phương trình:

  $$ \mathrm{CaCO_3 (s) + H_2SO_4 (l) + H_2O (l) \rightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O (s) + CO_2 (g)} $$

• Lý thuyết về các dạng thạch cao và tính chất vật lý: Bao gồm thạch cao dihydrat, hemihydrat (α và β), và anhydrit, cùng các đặc tính như độ bền, độ ẩm, thời gian đông kết và ảnh hưởng của kích thước hạt đến chất lượng sản phẩm.

• Mô hình phản ứng pha rắn-lỏng và cơ chế khuếch tán: Phản ứng diễn ra trên bề mặt chất rắn (bột đá vôi) với sự khuếch tán của axit sunfuric qua lớp màng, kiểm soát tốc độ phản ứng.

• Tiêu chuẩn kỹ thuật thạch cao xây dựng: Áp dụng tiêu chuẩn Nga GOST 23789-79 và TCVN 9807:2013 để đánh giá các chỉ tiêu như hàm lượng CaSO4.2H2O, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết, cường độ chịu nén.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính gồm vôi bột (CaCO3) có hàm lượng ≥ 97% và dung dịch axit sunfuric thu hồi từ quá trình sản xuất thuốc nổ TNT với nồng độ 58-65%. Các chỉ tiêu kỹ thuật nguyên liệu được kiểm tra theo tiêu chuẩn quốc tế và trong nước.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương pháp hóa học, cơ lý, phân tích nhiệt vi sai (DTA), phân tích trọng lượng nhiệt (TGA), và kính hiển vi điện tử quét (SEM) để xác định cấu trúc tinh thể và tính chất vật lý của thạch cao.

• Quy trình nghiên cứu: Thực hiện phản ứng trung hòa axit sunfuric với bột đá vôi trong bể phản ứng có khuấy trộn, theo dõi pH và thời gian phản ứng. Sản phẩm sau phản ứng được lọc, rửa, hong khô, sấy ở nhiệt độ 230-250°C, nghiền và sàng để đạt kích thước hạt ≤ 0,1 mm.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thí nghiệm được tiến hành với các mẻ thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm và sản xuất thực tế, với tỷ lệ phối trộn nguyên liệu khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2022 đến đầu năm 2023, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thử nghiệm phản ứng, phân tích sản phẩm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chất lượng nguyên liệu đầu vào đạt chuẩn: Vôi bột có hàm lượng CaCO3 đạt 98%, độ ẩm 1,3%, độ mịn qua sàng Ф200 đạt 96,1%. Axit sunfuric thu hồi có nồng độ 59%, hàm lượng N2O3 và hợp chất nitro thấp, phù hợp cho phản ứng tạo thạch cao.

2. Tỷ lệ phối trộn tối ưu: Tỷ lệ CaCO3/H2SO4/H2O = 0,8/1/15 (khối lượng) cho hiệu suất tạo thạch cao cao nhất, đạt khoảng 1,5% so với nguyên liệu đầu vào. Mẫu TC-2 với tỷ lệ này có pH cuối phản ứng khoảng 5,5-6,5, đảm bảo phản ứng hoàn toàn và sản phẩm có tính lưu động tốt.

3. Ảnh hưởng của thời gian và tốc độ khuấy: Tốc độ khuấy 200 vòng/phút và thời gian phản ứng 2 giờ là điều kiện tối ưu để tạo ra thạch cao có cấu trúc tinh thể hình kim mịn, đồng đều, tăng cường độ và độ bền sản phẩm. Tăng tốc độ khuấy lên 400 vòng/phút làm tinh thể thạch cao nhỏ hơn nhưng có thể ảnh hưởng đến tính ổn định.

4. Tính chất cơ lý của sản phẩm: Thạch cao thu được có hàm lượng nước liên kết đạt tiêu chuẩn, thời gian bắt đầu đông kết khoảng 6 phút, kết thúc đông kết dưới 30 phút, cường độ chịu nén sau 1,5 giờ đạt trên 45 kG/cm², đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho vật liệu xây dựng.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng axit sunfuric thải từ quá trình sản xuất thuốc nổ TNT kết hợp với bột đá vôi là phương pháp hiệu quả để sản xuất thạch cao nhân tạo chất lượng cao. Cấu trúc tinh thể hình kim mịn được xác nhận qua ảnh SEM tương tự như thạch cao tự nhiên, đảm bảo tính chất cơ lý tốt. Thời gian đông kết và cường độ chịu nén phù hợp với tiêu chuẩn xây dựng, cho phép ứng dụng rộng rãi trong sản xuất vật liệu xây dựng và xi măng.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, sản phẩm thạch cao nhân tạo từ axit sunfuric thu hồi có ưu điểm về nguồn nguyên liệu dồi dào, chi phí thấp và thân thiện môi trường. Việc kiểm soát pH trong khoảng 4,0-6,5 là yếu tố then chốt để đảm bảo phản ứng hoàn toàn và chất lượng sản phẩm ổn định. Các biểu đồ thể hiện sự thay đổi pH theo thời gian phản ứng và ảnh SEM minh họa cấu trúc tinh thể là công cụ hữu ích để đánh giá quá trình sản xuất.

Ngoài ra, việc lựa chọn kích thước hạt nguyên liệu đầu vào và điều kiện sấy ảnh hưởng trực tiếp đến độ mịn, độ bền và khả năng thi công của thạch cao. Kết quả này góp phần hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất thạch cao nhân tạo từ nguồn nguyên liệu tái chế, giảm thiểu tác động môi trường và tăng giá trị kinh tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai sản xuất thạch cao nhân tạo quy mô công nghiệp: Áp dụng tỷ lệ phối trộn CaCO3/H2SO4/H2O = 0,8/1/15 và điều kiện phản ứng tối ưu (tốc độ khuấy 200 vòng/phút, thời gian 2 giờ) để sản xuất thạch cao chất lượng cao phục vụ ngành xây dựng. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể: Nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, Nhà máy Z113.

2. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho thạch cao nhân tạo: Phối hợp với các cơ quan quản lý xây dựng để ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình kiểm định chất lượng thạch cao nhân tạo, đảm bảo phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế và yêu cầu thực tế. Thời gian: 12 tháng. Chủ thể: Bộ Xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng.

3. Phát triển công nghệ xử lý và tái sử dụng axit sunfuric thải: Nghiên cứu mở rộng công nghệ trung hòa axit sunfuric với các loại nguyên liệu khác nhằm tăng hiệu quả thu hồi và giảm thiểu chất thải nguy hại. Thời gian: 18 tháng. Chủ thể: Các viện nghiên cứu, doanh nghiệp hóa chất.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về sử dụng thạch cao nhân tạo: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo cho kỹ sư, công nhân xây dựng và doanh nghiệp về lợi ích, kỹ thuật thi công và bảo quản thạch cao nhân tạo. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Trường đại học, các tổ chức đào tạo nghề.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng: Đặc biệt là các doanh nghiệp sản xuất xi măng và tấm thạch cao, có thể áp dụng quy trình sản xuất thạch cao nhân tạo để giảm chi phí nguyên liệu và nâng cao chất lượng sản phẩm.

2. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Bộ Xây dựng, Bộ Công Thương và các cơ quan liên quan có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách phát triển vật liệu xây dựng bền vững, giảm nhập khẩu và bảo vệ môi trường.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Là tài liệu tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo về vật liệu xây dựng, công nghệ xử lý chất thải công nghiệp và phát triển vật liệu thân thiện môi trường.

4. Doanh nghiệp sản xuất thuốc nổ và hóa chất: Có thể tận dụng nguồn axit sunfuric thải để sản xuất thạch cao, giảm thiểu ô nhiễm và tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải sử dụng axit sunfuric thải từ sản xuất thuốc nổ để làm thạch cao?
   Việc sử dụng axit sunfuric thải giúp tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào, giảm ô nhiễm môi trường và giảm chi phí nhập khẩu thạch cao tự nhiên, đồng thời tạo ra sản phẩm thạch cao nhân tạo chất lượng cao phục vụ ngành xây dựng.

2. Phản ứng tạo thạch cao diễn ra như thế nào?
   Phản ứng trung hòa giữa canxi cacbonat (CaCO3) và axit sunfuric (H2SO4) tạo thành canxi sulfat dihydrat (CaSO4.2H2O) và khí CO2 theo phương trình:
   $$ \mathrm{CaCO_3 + H_2SO_4 + H_2O \rightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O + CO_2} $$

3. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến chất lượng thạch cao nhân tạo?
   Bao gồm tỷ lệ phối trộn nguyên liệu, pH phản ứng, thời gian và tốc độ khuấy, kích thước hạt nguyên liệu, nhiệt độ sấy và quy trình lọc rửa sản phẩm.

4. Thạch cao nhân tạo có thể thay thế thạch cao tự nhiên không?
   Hoàn toàn có thể, nếu đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật như hàm lượng CaSO4.2H2O, độ mịn, thời gian đông kết và cường độ chịu nén phù hợp với tiêu chuẩn xây dựng.

5. Ứng dụng chính của thạch cao nhân tạo là gì?
   Chủ yếu dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng như tấm trần, tường thạch cao, và làm phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết trong sản xuất xi măng, góp phần nâng cao chất lượng và tiết kiệm chi phí thi công.

Kết luận

• Đã xác định được quy trình sản xuất thạch cao nhân tạo từ axit sunfuric thải và bột đá vôi với tỷ lệ phối trộn tối ưu là CaCO3/H2SO4/H2O = 0,8/1/15.
• Sản phẩm thạch cao đạt các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng như hàm lượng CaSO4.2H2O, thời gian đông kết và cường độ chịu nén, phù hợp cho ứng dụng xây dựng.
• Nghiên cứu góp phần giải quyết vấn đề xử lý axit sunfuric thải, giảm ô nhiễm môi trường và giảm sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu nhập khẩu.
• Đề xuất triển khai sản xuất quy mô công nghiệp và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho thạch cao nhân tạo tại Việt Nam.
• Khuyến khích các cơ quan quản lý, doanh nghiệp và viện nghiên cứu phối hợp phát triển công nghệ và đào tạo nhân lực để ứng dụng rộng rãi sản phẩm.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm sản xuất quy mô lớn, hoàn thiện quy trình công nghệ và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm đưa sản phẩm thạch cao nhân tạo vào sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng Việt Nam.