Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu xử lý bã thải thạch cao phốtpho 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 Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Bã Thải Thạch Cao Phốtpho 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. CHƯƠNG 1: Công nghệ sản xuất axit phốtphoric
• 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
• 3.2. Thành phần hóa học bã thải thạch cao nhà máy DAP1 và DAP2
• 3.3. Các dạng phốtpho đồng kết tủa
• 3.4. Thành phần nguy hại trong bã thải PG
• 3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ tạp chất với axit sunphuric
• 3.6. Nghiên cứu loại bỏ phốtpho
• 3.7. Nghiên cứu quá trình và kĩ thuật rửa bã thải thạch cao
• 3.8. So sánh khả năng loại bỏ oxit kim loại của các kĩ thuật rửa
• 3.9. Khảo sát hiệu quả loại bỏ tạp khác
• 3.10. Các dạng tồn tại của thạch cao
• 3.11. Đánh giá hoạt độ phóng xạ tự nhiên của PG
• 3.12. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình loại bỏ P2O5
• 3.13. Nghiên cứu thu nhận CaCO3 kích thước hạt nano/micromet
• 3.14. Nghiên cứu thu nhận CaCO3 NPs/MPs
• 3.15. Nhận diện tồn tại peak của CaCO3 trên Phổ hấp thụ UV
• 3.16. Nhận diện CaCO3 trên nhiễu xạ tia X
• 3.17. Kích thước hạt CaCO3 trên DLS
• 3.18. Kết quả đo SEM
• 3.19. Hiệu suất thu nhận CaCO3 và tiềm năng giữ CO2 của bã thải PG
• 3.20. Cacbonat hóa PG mới đồng thời tách tạp chất
• 3.21. Thành phần hóa học của PG mới trước và sau xử lý
• 3.22. So sánh mẫu sau xử lý cacbonat hóa/không cacbonat hóa PG mới
• 3.23. Các phản ứng xảy ra khi trung hòa và cacbonat hóa PG mới có mặt NaOH, CO2
• 3.24. Bước đầu nghiên cứu thủy hóa vữa xi măng
• 3.25. 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. Giới thiệu về bã thải thạch cao phốtpho

Bã thải thạch cao phốtpho (PG) là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất axit phốtphoric từ quặng apatit. Sự phát sinh của PG đã tạo ra một lượng lớn chất thải, gây áp lực lên môi trường và tài nguyên thiên nhiên. Tại Việt Nam, hơn 10 triệu tấn PG đang tồn đọng tại các bãi chứa, trong khi mỗi năm có khoảng 3 triệu tấn PG được thải ra từ các nhà máy phân bón. Việc xử lý và tái chế PG trở thành một nhiệm vụ cấp bách nhằm giảm thiểu ô nhiễm và tận dụng tài nguyên. PG chứa nhiều tạp chất như axit H2SO4, H3PO4 tự do, và các muối phốt phát, làm hạn chế khả năng sử dụng của nó trong sản xuất xi măng. Do đó, nghiên cứu về quy trình xử lý PG để loại bỏ tạp chất và cải thiện tính chất của nó là rất cần thiết.

1.1. Tình hình phát thải và xử lý bã thải thạch cao

Tình hình phát thải PG tại Việt Nam đang ở mức báo động. Các nhà máy sản xuất phân bón như DAP Đình Vũ và DAP Lào Cai thải ra một lượng lớn PG mỗi năm. Việc xử lý PG không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu tái chế cho ngành xây dựng. Tuy nhiên, do sự có mặt của các tạp chất, việc tái sử dụng PG trong sản xuất xi măng gặp nhiều khó khăn. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả để loại bỏ tạp chất, nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng cho phụ gia xi măng.

II. Quy trình xử lý bã thải thạch cao phốtpho

Quy trình xử lý bã thải thạch cao phốtpho (PG) bao gồm nhiều bước quan trọng nhằm loại bỏ tạp chất và cải thiện tính chất của PG. Đầu tiên, PG được xử lý bằng axit sunphuric để phá vỡ các liên kết của tạp chất. Sau đó, quá trình trung hòa với CaO hoặc cacbonat hóa với NaOH và CO2 được thực hiện để chuyển hóa PG thành nano/micro CaCO3. Việc thu nhận CaCO3 từ PG không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ lý của xi măng mà còn tạo ra một sản phẩm có giá trị trong ngành xây dựng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xử lý PG có thể đạt hiệu quả cao trong việc loại bỏ phốtpho và các tạp chất khác, từ đó nâng cao khả năng tái chế PG.

2.1. Phương pháp xử lý và loại bỏ tạp chất

Phương pháp xử lý PG chủ yếu sử dụng axit sunphuric để loại bỏ các tạp chất như phốtpho và các muối không mong muốn. Sau khi xử lý, PG cần được trung hòa để loại bỏ axit dư thừa, điều này rất quan trọng để đảm bảo không ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa của xi măng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các tác nhân axit có thể giúp loại bỏ hiệu quả các tạp chất, tuy nhiên cần phải kiểm soát chặt chẽ để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

III. Ứng dụng bã thải thạch cao phốtpho trong sản xuất xi măng

Bã thải thạch cao phốtpho sau khi được xử lý có thể được sử dụng làm phụ gia trong sản xuất xi măng. Việc sử dụng PG không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra một nguồn nguyên liệu tái chế có giá trị. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thêm PG vào xi măng có thể cải thiện tính chất cơ lý của sản phẩm, như độ bền nén và khả năng chống thấm. Tuy nhiên, cần phải thực hiện thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa tỷ lệ sử dụng PG trong các công thức xi măng khác nhau, nhằm đạt được hiệu quả tốt nhất.

3.1. Tính chất và hiệu quả của xi măng sử dụng PG

Xi măng được sản xuất từ PG đã qua xử lý cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội so với xi măng truyền thống. Các thử nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng PG có thể làm tăng cường độ nén và độ bền của xi măng. Hơn nữa, PG còn giúp cải thiện khả năng chống thấm và độ ổn định của sản phẩm. Tuy nhiên, cần phải chú ý đến hàm lượng phốtpho trong PG, vì nếu vượt quá giới hạn cho phép sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của xi măng. Do đó, việc kiểm soát chất lượng PG trước khi đưa vào sản xuất là rất quan trọng.