Nghiên cứu quá trình xử lý bã thải thạch cao phốt pho và ứng dụng làm phụ gia xi măng

• Tác giả: Đặng Ngọc Phượng
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Kim Chi
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu quá trình xử lý bã thải thạch cao phốt pho và bước đầu ứng dụng để làm phụ gia xi măng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Công nghệ sản xuất axit phốtphoric
• 2. CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Địa điểm lấy mẫu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp xác định hàm lượng P2O5 hòa tan
• 2.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng P2O5 tổng số
• 2.3.3. Phương pháp xác định hàm ẩm
• 2.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng nước liên kết
• 2.3.5. Phương pháp xác định hàm lượng SO3 tổng số
• 2.3.6. Phương pháp xác định tổng chất hữu cơ TOC
• 2.3.7. Phương pháp xác định hàm lượng kim loại vết trên ICP-OES
• 2.3.8. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X
• 2.3.9. Phương pháp xác định hình thái kích thước hạt nano/micromet
• 2.3.10. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 2.3.11. Phương pháp xác định độ an toàn phóng xạ
• 2.3.12. Phương pháp kiểm tra thử nghiệm mẫu vật liệu xây dựng
• 2.3.13. Phương pháp nghiên cứu khác
• 2.3.14. Phương pháp thực nghiệm
• 2.3.15. Phương pháp nghiên cứu quá trình xử lý P2O5 và tạp chất
• 2.3.16. Quy hoạch thực nghiệm xử lý P2O5 trong PG làm vật liệu xây dựng
• 2.3.17. Phương pháp thu nhận CaCO3 NPs/MPs
• 2.3.18. Phương pháp cacbonat hóa thạch cao phốtpho
• 2.3.19. Phương pháp nghiên cứu thử nghiệm trên vữa xi măng
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích thành phần hóa học bã thải thạch cao
• 3.1.1. Thành phần hóa học bã thải thạch cao nhà máy DAP1 và DAP2
• 3.1.2. Các dạng phốtpho đồng kết tủa
• 3.1.3. Thành phần nguy hại trong bã thải PG
• 3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ tạp chất với axit sunphuric
• 3.2. Nghiên cứu loại bỏ phốtpho
• 3.3. Nghiên cứu quá trình và kĩ thuật rửa bã thải thạch cao
• 3.3.1. So sánh khả năng loại bỏ oxit kim loại của các kĩ thuật rửa
• 3.3.2. Khảo sát hiệu quả loại bỏ tạp khác
• 3.4. Các dạng tồn tại của thạch cao
• 3.5. Đánh giá hoạt độ phóng xạ tự nhiên của PG
• 3.6. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình loại bỏ P2O5
• 3.7. Nghiên cứu thu nhận CaCO3 kích thước hạt nano/micromet
• 3.7.1. Nghiên cứu thu nhận CaCO3 NPs/MPs
• 3.7.2. Nhận diện tồn tại peak của CaCO3 trên Phổ hấp thụ UV
• 3.7.3. Nhận diện CaCO3 trên nhiễu xạ tia X
• 3.7.4. Kích thước hạt CaCO3 trên DLS
• 3.7.5. Kết quả đo SEM
• 3.8. Hiệu suất thu nhận CaCO3 và tiềm năng giữ CO2 của bã thải PG
• 3.9. Cacbonat hóa PG mới đồng thời tách tạp chất
• 3.10. Thành phần hóa học của PG mới trước và sau xử lý
• 3.11. So sánh mẫu sau xử lý cacbonat hóa/không cacbonat hóa PG mới
• 3.12. Các phản ứng xảy ra khi trung hòa và cacbonat hóa PG mới có mặt NaOH, CO2
• 3.13. Bước đầu nghiên cứu thủy hóa vữa xi măng
• 3.14. Thử nghiệm thạch cao sau xử lý trên vữa xi măng
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý bã thải thạch cao phốt pho

Nghiên cứu xử lý bã thải thạch cao phốt pho (PG) đang trở thành một chủ đề nóng trong ngành xây dựng. PG là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất axit phốtphoric, và việc xử lý nó không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu tái chế cho ngành xi măng. Việc tận dụng PG làm phụ gia xi măng có thể cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng, đồng thời giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường.

1.1. Đặc điểm và thành phần hóa học của bã thải thạch cao

Bã thải thạch cao phốt pho chứa nhiều tạp chất như axit H2SO4, H3PO4 và các muối phốt phát. Những tạp chất này ảnh hưởng đến khả năng sử dụng PG trong sản xuất xi măng. Việc phân tích thành phần hóa học của PG là cần thiết để xác định phương pháp xử lý hiệu quả.

1.2. Tình hình phát thải bã thải thạch cao tại Việt Nam

Tại Việt Nam, lượng bã thải thạch cao phốt pho thải ra hàng năm lên tới gần 3 triệu tấn. Sự tồn đọng này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn làm giảm diện tích sử dụng của các nhà máy. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý PG là rất cần thiết.

II. Thách thức trong việc xử lý bã thải thạch cao phốt pho

Việc xử lý bã thải thạch cao phốt pho gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc loại bỏ các tạp chất có hại. Các tạp chất này không chỉ làm giảm chất lượng của phụ gia xi măng mà còn ảnh hưởng đến quá trình sản xuất. Do đó, cần có các phương pháp hiệu quả để xử lý và tái chế PG.

2.1. Các tạp chất ảnh hưởng đến chất lượng PG

Các tạp chất như axit H2SO4 và H3PO4 có thể làm chậm quá trình đông kết của xi măng. Việc loại bỏ những tạp chất này là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

2.2. Khó khăn trong việc tái chế bã thải thạch cao

Tỷ lệ tái chế bã thải thạch cao hiện nay chỉ đạt dưới 15% trên toàn thế giới. Điều này cho thấy cần có những nghiên cứu sâu hơn để phát triển các công nghệ tái chế hiệu quả hơn.

III. Phương pháp xử lý bã thải thạch cao phốt pho hiệu quả

Để xử lý bã thải thạch cao phốt pho, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp loại bỏ tạp chất mà còn cải thiện khả năng tái chế PG thành phụ gia xi măng.

3.1. Phương pháp hóa học trong xử lý PG

Sử dụng axit sunphuric để loại bỏ các tạp chất trong PG là một trong những phương pháp hiệu quả. Phương pháp này giúp phá vỡ liên kết của tạp chất và thạch cao, từ đó cải thiện chất lượng của PG.

3.2. Cacbonat hóa bã thải thạch cao

Cacbonat hóa PG với NaOH và khí CO2 là một phương pháp tiềm năng để chuyển hóa PG thành nano/micro CaCO3. Phương pháp này không chỉ giúp loại bỏ tạp chất mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị cao cho ngành xây dựng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bã thải thạch cao phốt pho trong xây dựng

Bã thải thạch cao phốt pho sau khi được xử lý có thể được ứng dụng làm phụ gia trong sản xuất xi măng. Việc này không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ lý của xi măng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4.1. Tác động của PG đến tính chất xi măng

Việc sử dụng PG làm phụ gia có thể cải thiện độ bền và khả năng chống thấm của xi măng. Nghiên cứu cho thấy rằng PG có thể thay thế một phần xi măng truyền thống mà không làm giảm chất lượng.

4.2. Kết quả nghiên cứu ứng dụng PG trong thực tế

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng PG trong sản xuất xi măng có thể đạt được hiệu suất cao. Các thử nghiệm thực tế cho thấy rằng PG có thể cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu xử lý bã thải thạch cao phốt pho mở ra nhiều cơ hội cho ngành xây dựng. Việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu tái chế có giá trị.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong ngành xây dựng

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa trong việc xử lý chất thải mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng. Việc tái chế PG sẽ giúp giảm thiểu áp lực lên tài nguyên thiên nhiên.

5.2. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu xử lý PG

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để tối ưu hóa quá trình xử lý PG. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả tái chế và mở rộng ứng dụng của PG trong ngành xây dựng.