Nghiên Cứu Xử Lý Xỉ Thải Photpho Làm Phụ Gia Phân Bón Hóa Học

Luận văn tốt nghiệp hóa học nghiên cứu khóa luận tốt nghệp chuyên ngành hóa vô cơ tên đề tài nghiên cứu xử lý xỉ thải photpho làm phụ gia, điều tra thực trạng, phân tích số liệu,

• Tác giả: Giang Thị Hương
• Người hướng dẫn: Th.S. Phan Thị Quyên
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Xỉ Thải Photpho Làm Phụ Gia Phân Bón Hóa Học
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHOTPHO VÀ XỬ LÝ XỈ THẢI
• 1.1. Một số vấn đề về nguyên lý điều chế photpho vàng
• 1.2. Yêu cầu về nguyên liệu
• 1.3. Xử lý quặng vụn
• 1.4. Các quá trình xảy ra trong lò điện
• 2. CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SILIC HỮU HIỆU TRONG PHÂN BÓN
• 2.1. Thiết bị dụng cụ
• 2.2. Chuẩn bị mẫu
• 2.3. Cách tiến hành
• 2.4. Phép đo phổ hấp thụ UV-vis
• TÀI LIỆU KHAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Xử Lý Xỉ Thải Photpho

Nghiên cứu xử lý xỉ thải photpho là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp hóa học. Xỉ thải photpho không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn chứa nhiều thành phần có giá trị. Việc tái chế và sử dụng xỉ thải này làm phụ gia phân bón hóa học có thể giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp xử lý xỉ thải và ứng dụng của chúng trong sản xuất phân bón.

1.1. Tầm quan trọng của photpho trong phân bón

Photpho là một trong ba nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng. Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp và phát triển rễ. Việc sử dụng photpho từ xỉ thải có thể giúp cải thiện hiệu quả của phân bón.

1.2. Tình hình xỉ thải photpho hiện nay

Xỉ thải photpho từ quá trình sản xuất có thể gây ô nhiễm môi trường. Hiện nay, lượng xỉ thải này đang gia tăng, đòi hỏi các giải pháp xử lý hiệu quả để giảm thiểu tác động tiêu cực.

II. Vấn đề và Thách thức trong Xử Lý Xỉ Thải Photpho

Xử lý xỉ thải photpho gặp nhiều thách thức, bao gồm thành phần hóa học phức tạp và khả năng tái chế thấp. Các tạp chất trong xỉ thải có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết để tối ưu hóa quy trình sản xuất phân bón.

2.1. Các tạp chất trong xỉ thải

Xỉ thải photpho thường chứa nhiều tạp chất như oxit nhôm, sắt và silic. Những tạp chất này có thể làm giảm hiệu quả của phân bón và gây khó khăn trong quá trình xử lý.

2.2. Tác động của xỉ thải đến môi trường

Xỉ thải photpho có thể gây ô nhiễm đất và nước. Việc không xử lý đúng cách có thể dẫn đến sự tích tụ các chất độc hại trong môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh thái.

III. Phương Pháp Xử Lý Xỉ Thải Photpho Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp xử lý xỉ thải photpho, bao gồm tái chế hóa học và sinh học. Những phương pháp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị. Việc áp dụng công nghệ hiện đại trong xử lý xỉ thải là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất.

3.1. Công nghệ tái chế hóa học

Công nghệ tái chế hóa học giúp chuyển đổi xỉ thải thành các sản phẩm có giá trị như phân bón. Quá trình này bao gồm các phản ứng hóa học để tách các thành phần có lợi từ xỉ thải.

3.2. Công nghệ sinh học trong xử lý xỉ thải

Công nghệ sinh học sử dụng vi sinh vật để xử lý xỉ thải. Vi sinh vật có khả năng phân hủy các tạp chất và chuyển đổi chúng thành các hợp chất hữu ích cho cây trồng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Xử Lý Xỉ Thải Photpho

Việc xử lý xỉ thải photpho không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra các sản phẩm phân bón chất lượng cao. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng xỉ thải làm phụ gia phân bón có thể cải thiện năng suất cây trồng. Điều này mở ra cơ hội mới cho ngành nông nghiệp bền vững.

4.1. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của phân bón từ xỉ thải

Nghiên cứu cho thấy rằng phân bón được sản xuất từ xỉ thải photpho có thể cung cấp đầy đủ dinh dưỡng cho cây trồng. Điều này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn giảm chi phí sản xuất.

4.2. Các mô hình ứng dụng thực tiễn

Nhiều mô hình nông nghiệp đã áp dụng phân bón từ xỉ thải và đạt được kết quả khả quan. Việc này không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn bảo vệ môi trường.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Xử Lý Xỉ Thải Photpho

Nghiên cứu xử lý xỉ thải photpho là một lĩnh vực tiềm năng với nhiều cơ hội phát triển. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại trong xử lý xỉ thải sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón và bảo vệ môi trường. Tương lai của ngành nông nghiệp bền vững phụ thuộc vào khả năng tái chế và sử dụng hiệu quả xỉ thải.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ xử lý xỉ thải

Công nghệ xử lý xỉ thải đang ngày càng phát triển với nhiều giải pháp mới. Việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Tương lai của ngành nông nghiệp bền vững

Ngành nông nghiệp bền vững sẽ phụ thuộc vào khả năng sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên, bao gồm cả xỉ thải. Việc phát triển các sản phẩm phân bón từ xỉ thải sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp hóa chất vô cơ tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực Khu công nghiệp (KCN) Tằng Loỏng (huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai), hiện là trung tâm sản xuất photpho vàng trọng điểm của cả nước. Quy trình nhiệt điện sản xuất photpho vàng từ quặng apatit, đá thạch anh (quaczit) và than cốc phát sinh một lượng chất thải rắn rất lớn. Cứ sản xuất 1 tấn photpho vàng thành phẩm sẽ thải ra môi trường từ 8 đến 11 tấn xỉ thải. Với 6 nhà máy đang hoạt động tại KCN Tằng Loỏng đạt tổng công suất 93.800 tấn/năm, lượng xỉ phát sinh lên tới khoảng 750.000 tấn/năm (tương đương 493.815 m³/năm). Lượng xỉ này chủ yếu được lưu trữ tại bãi thải của các doanh nghiệp, tỷ lệ tái chế thực tế chỉ đạt khoảng 10% (làm phụ gia xi măng và sản xuất gạch không nung), dẫn đến nguy cơ rửa trôi flo, hợp chất photpho và kim loại nặng vào nguồn nước suối Đường Đô, gây ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường và sản xuất nông nghiệp địa phương.

Ngược lại, ngành phân bón trong nước có nhu cầu tiêu thụ hàng năm khoảng 11 triệu tấn, trong đó phân lân nung chảy đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dinh dưỡng P₂O₅ cùng các thành phần trung lượng như canxi, magie và silic cho các loại đất chua phèn, đất bạc màu. Thành phần xỉ thải photpho chứa hàm lượng silic dioxit (SiO₂) cao (47,11%), có bản chất silicat tương đồng với các cấu tử phối liệu trong sản xuất phân bón. Do đó, việc nghiên cứu tận dụng xỉ thải photpho làm phụ gia cung cấp silic hữu hiệu cho phân bón là một định hướng công nghệ cấp thiết.

Khóa luận xác định các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

1. Tổng quan công nghệ sản xuất photpho vàng, đánh giá các thông số nhiệt động, các phản ứng trong lò điện và hiện trạng phát sinh xỉ thải tại KCN Tằng Loỏng, Lào Cai.
2. Tổng quan công nghệ sản xuất phân lân nung chảy trong lò cao, phân tích các vấn đề ô nhiễm môi trường phát sinh từ hai quy trình sản xuất.
3. Xây dựng quy trình hóa nghiệm xác định hàm lượng silic hữu hiệu trong các mẫu xỉ photpho nguyên bản và mẫu đã qua xử lý hóa lý (rửa nước, xử lý bằng dung dịch kiềm NaOH, xử lý bằng dung dịch axit HCl) bằng phương pháp đo phổ hấp thụ phân tử UV-Vis.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Xỉ thải rắn từ quá trình sản xuất photpho vàng của Công ty Cổ phần Hóa chất Đức Giang (KCN Tằng Loỏng) và quy trình sản xuất phân lân nung chảy.
• Phạm vi không gian: Thu thập mẫu và khảo sát tại KCN Tằng Loỏng, tỉnh Lào Cai; thực nghiệm phân tích hóa học tại Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội.
• Phạm vi thời gian: Khóa luận được hoàn thành vào tháng 03 năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về cơ sở lý thuyết, quá trình sản xuất photpho vàng dựa trên phản ứng khử canxi photphat trong lò điện hồ quang ở nhiệt độ 1400 - 1600 °C theo phương trình: 6Ca₃(PO₄)₂ + 18SiO₂ + 30C → 18CaSiO₃ + 3P₄ + 30CO

Quá trình xảy ra theo cơ chế khuếch tán trong hệ nóng chảy CaO - P₂O₅ - SiO₂. Điểm eutectic của hệ nằm ở 1350 °C với 15% mol P₂O₅, được đặc trưng bởi môđun axit Ma = SiO₂/CaO. Khi vận hành lò công suất 24 MW, giá trị Ma tối ưu là 0,85 - 1,0; với lò 48 MW, Ma tối ưu là 0,85 - 0,9. Hoạt tính của chất khử giảm dần theo thứ tự: than gỗ, than cốc, graphit, antraxit, cốc dầu mỏ.

Đối với phân lân nung chảy, nguyên lý cốt lõi là chuyển đổi canxi photphat kết tinh không tan trong quặng apatit thành dạng thủy tinh vô định hình silicat photphat canxi magie 4(Ca,Mg)O.SiO₂ bằng phương pháp nung phối liệu (apatit, đá secpentin, đá sa thạch) ở 1400 - 1500 °C trong lò cao, sau đó tôi lạnh đột ngột bằng nước áp lực cao (1,5 - 5 atm, tỷ lệ nước/sản phẩm đạt 15 - 20 lần thể tích). Quá trình này giúp nâng cao độ hòa tan của lân lên tới 98% trong dung dịch axit xitric 2%.

Văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng trong nghiên cứu gồm có:

• Quyết định số 452/QĐ-TTg ngày 12/4/2017 của Thủ tướng Chính phủ quy định mục tiêu xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao đảm bảo lượng tồn trữ tại bãi chứa nhỏ hơn tổng lượng phát thải của 2 năm sản xuất.
• Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 1140:2019 về phương pháp xác định hàm lượng silic hữu hiệu trong phân bón.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

• Phương pháp phân tích tài liệu và khảo sát công nghệ: Khảo sát cân bằng vật chất, cân bằng pha và sơ đồ dây chuyền sản xuất photpho vàng và phân lân nung chảy.
• Phương pháp tiền xử lý mẫu xỉ: Nghiền mẫu lọt qua rây đường kính lỗ 0,3 mm. Tiến hành xử lý mẫu theo 4 điều kiện: mẫu xỉ nguyên bản; mẫu xỉ rửa nước (tỷ lệ 30 g xỉ / 60 mL nước, khuấy 1 giờ, sấy 120 °C); mẫu xỉ biến tính bằng kiềm (10 g xỉ trong 150 mL NaOH 0,1 M, pH = 13, khuấy 1 giờ); mẫu xỉ biến tính bằng axit (10 g xỉ trong 150 mL HCl 0,1 M, pH = 1, khuấy 1 giờ).
• Phương pháp chiết hóa học: Chiết silic hữu hiệu bằng hệ đệm Na₂CO₃ 0,1 mol/L và NH₄NO₃ 0,2 mol/L (điều chỉnh về pH = 9,4 bằng NH₄OH 10%), lắc với vận tốc 140 r/min trong 60 phút ở 25 ± 3 °C và ngâm tĩnh trong 5 ngày.
• Phương pháp trắc quang phổ UV-Vis: Tạo phức axit molybdosilicic giữa silic tan và amoni molipdat tetrahydrat trong môi trường axit H₂SO₄; sử dụng axit tactaric 200 g/L để triệt tiêu ảnh hưởng cản trở của ion photphat; sử dụng axit ascorbic 3 g/L làm chất khử tạo màu xanh molypden (molybdenum blue). Đo độ hấp thụ quang tại bước sóng λ = 660 nm trên thiết bị UV-Vis có dải bước sóng 400 - 850 nm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Công nghệ sản xuất photpho, phân lân nung chảy và các vấn đề môi trường

Chương này trình bày chi tiết về nhiệt động học, cấu tạo thiết bị và hiện trạng phát sinh chất thải trong hai ngành công nghiệp vô cơ:

1. Công nghệ nhiệt điện photpho vàng: Lò điện vận hành chia làm 4 khu vực phản ứng (zôn). Zôn 1 xảy ra quá trình truyền nhiệt và các phản ứng phụ do ẩm và cacbonat; Zôn 2 xảy ra quá trình nóng chảy khoáng chất photphat - silic; Zôn 3 (zôn cacbon) là vùng điện trở biến đổi điện năng thành nhiệt năng, thực hiện phản ứng khử chính; vùng xỉ và pherophotpho thực hiện quá trình lắng phân tách pha. Khi mức độ khử CO₂ trong nguyên liệu đạt 50%, thời gian làm việc của bộ lọc điện tăng 1,5 lần, tiêu hao than cốc giảm hơn 10% và giảm tiêu hao điện năng 1.500 kWh/tấn sản phẩm. Quá trình ngưng tụ photpho ướt thực hiện theo 2 cấp: ngưng tụ nóng (nước phun 55 °C, hiệu suất thu hồi 99%) và ngưng tụ lạnh (nước phun 7 - 12 °C, khí lò làm lạnh đến 17 °C, tổn thất photpho còn 0,05%).
2. Thực trạng xỉ thải tại KCN Tằng Loỏng: 6 nhà máy tại KCN Tằng Loỏng phát sinh lượng xỉ hàng tháng như sau:

Tên nhà máy	Ký hiệu	Lượng phát sinh xỉ (tấn/tháng)
Công ty CP Phốt pho vàng Lào Cai	PP1	8.250
Công ty CP Phốt pho Việt Nam	PP2	4.500
Công ty TNHH Đông Nam Á Lào Cai	PP3	14.250
Công ty CP Hóa chất Đức Giang Lào Cai	PP4	14.250
Công ty TNHH Phốt pho vàng Việt Nam	PP5	15.675
Công ty CP Nam Tiến	PP6	8.250

Kết quả phân tích thành phần hóa học mẫu xỉ của Công ty CP Hóa chất Đức Giang cho thấy: 47,11% SiO₂; 38,5% CaO; 3,86% Al₂O₃; 3,51% MgO; 1,08% Fe₂O₃; 1,5 - 2,3% F; 0,21 - 0,9% P₂O₅; 0,52% (K₂O + Na₂O); 0,23% TiO₂; 0,1 - 0,5% MnO và tồn dư lưu huỳnh dạng sulffit (đến 0,1%), cùng các kim loại chì, crôm, asen, đồng. 3. Công nghệ sản xuất phân lân nung chảy: Quá trình sử dụng quặng apatit (loại I có P₂O₅ từ 28 - 40%, hoặc loại II có P₂O₅ từ 18 - 25%), đá secpentin (3MgO.2SiO₂.2H₂O), đá sa thạch (SiO₂ > 90%) và nhiên liệu than cốc hoặc than antraxit (tro < 12%). Lò cao vận hành qua 4 giai đoạn nhiệt: sấy phối liệu đỉnh lò (150 - 650 °C), phân giải cacbonat (730 - 1150 °C), hóa mềm và chảy lỏng (800 - 1200 °C) và khu vực quá nhiệt (1300 - 1500 °C). Phối liệu lỏng được tôi nước áp lực 1,5 - 5 atm, sau đó sấy trong máy sấy thùng quay ở 600 - 700 °C đưa độ ẩm về < 1%, nghiền mịn đạt độ mịn 50 - 70%. Bụi khí thải lò cao chứa apatit, HF, SiF₄, CO, SO₂ được thu hồi qua thiết bị lọc bụi xyclon và hấp thụ trung hòa bằng sữa vôi Ca(OH)₂.

Chương II: Hóa chất, dụng cụ, thiết bị và phương pháp phân tích silic hữu hiệu

Chương này thiết lập toàn bộ quy trình phân tích định lượng silic hữu hiệu bằng phương pháp quang phổ UV-Vis:

1. Chuẩn bị hóa chất và thiết bị: Sử dụng cân phân tích chính xác ±0,0001 g, máy đo pH, thiết bị đo phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (bước sóng 400 - 850 nm, độ phân giải < 2 nm), tủ sấy 105 ± 5 °C, rây lỗ 0,3 mm. Các dung dịch gồm: amoni hydroxit NH₄OH 10%, dung dịch Na₂CO₃ 0,1 mol/L, dung dịch NH₄NO₃ 0,2 mol/L, dung dịch chiết pH = 9,4, dung dịch axit ascorbic 3 g/L (dùng trong ngày), dung dịch amoni molipdat tetrahydrat trong H₂SO₄ đậm đặc (d = 1,84 g/mL), axit tactaric 200 g/L và dung dịch chuẩn silic 50 mg/L pha từ dung dịch gốc 1000 mg/L. Toàn bộ quá trình chứa và định mức dung dịch đều thực hiện bằng bình nhựa chuyên dụng nhằm tránh nhiễm silic từ dụng cụ thủy tinh.
2. Xây dựng đường chuẩn silic: Pha dãy dung dịch chuẩn làm việc có nồng độ 0; 0,25; 0,5; 1,0 và 2,0 mg Si/L. Lấy 20 mL mỗi dung dịch, bổ sung 2 mL dung dịch amoni molipdat trong axit, để yên 10 phút; thêm tiếp 2 mL axit tactaric 200 g/L, lắc đều trong 5 phút; bổ sung 2 mL axit ascorbic 3 g/L và để yên trong 60 phút để phát triển màu ổn định. Tiến hành đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 660 nm sau khi khởi động thiết bị UV-Vis 15 phút.
3. Quy trình phân tích mẫu xỉ:

• Mẫu xỉ nguyên bản: Cân 0,2 g mẫu xỉ đã nghiền qua rây 0,3 mm (chính xác đến 0,0001 g), chiết bằng 200 mL dung dịch đệm pH = 9,4, lắc máy 60 phút (tốc độ 140 r/min), để lắng 5 ngày ở 25 ± 3 °C. Hút 10 mL dịch nổi pha loãng thành 250 mL dung dịch A. Lấy 20 mL dung dịch A đem hiện màu tương tự dãy chuẩn.
• Mẫu xỉ rửa nước: Cân 30 g xỉ nghiền, thêm 60 mL nước, khuấy 1 giờ, lọc tách phần rắn và lỏng. Pha rắn sấy 120 °C trong 20 phút rồi chiết ngâm 5 ngày. Pha lỏng lấy 2 mL xác định trực tiếp.
• Mẫu xỉ - NaOH: Cân 10 g xỉ, thêm 150 mL NaOH 0,1 M (pH = 13), khuấy 1 giờ, lọc tách hai pha. Phần rắn sấy 120 °C trong 20 phút, ngâm chiết 5 ngày; hút 5 mL dịch chiết định mức lên 250 mL thu dịch A trước khi hiện màu. Phần lỏng lấy 2 mL phân tích tương tự.
• Mẫu xỉ - HCl: Cân 10 g xỉ, thêm 150 mL HCl 0,1 M (pH = 1), khuấy 1 giờ, lọc tách và tiến hành các bước ngâm chiết, hiện màu như mẫu xỉ - NaOH.
• Hàm lượng SiO₂ hữu hiệu được tính theo công thức: $$% \text{SiO}_2 = \frac{(A - B) \times 200}{m \times 10^4} \times k \times 2{,}14$$ Trong đó: $A$ là nồng độ silic mẫu thử (mg/L); $B$ là nồng độ mẫu trắng (mg/L); $m$ là khối lượng mẫu cân (g); $k$ là hệ số pha loãng; 200 là thể tích dịch chiết (mL); 2,14 là hệ số chuyển đổi từ Si sang SiO₂; $10^4$ là hệ số quy đổi đơn vị về %.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã tổng hợp và chuẩn hóa được hệ thống số liệu công nghệ cũng như quy trình phân tích thực nghiệm đối với xỉ thải photpho:

• Tổng hợp toàn diện thành phần khoáng hóa của xỉ thải photpho Lào Cai với hàm lượng cấu tử chính: SiO₂ (47,11%) và CaO (38,5%), khẳng định xỉ photpho có tiềm năng thay thế phụ gia silicat trong sản xuất phân bón.
• Phản ánh chính xác hiện trạng phát sinh chất thải rắn tại KCN Tằng Loỏng với tổng lượng xỉ phát sinh đạt khoảng 750.000 tấn/năm từ 6 cơ sở sản xuất, trong đó nhà máy PP5 có phát thải lớn nhất (15.675 tấn/tháng) và PP2 thấp nhất (4.500 tấn/tháng).
• Xây dựng thành công quy trình chuẩn bị mẫu và phương pháp đo quang phổ UV-Vis ở bước sóng 660 nm theo TCVN 1140:2019, loại trừ được ion gây nhiễu photphat bằng axit tactaric và sử dụng hoàn toàn dụng cụ bằng vật liệu nhựa nhằm đảm bảo tính chính xác cho phép phân tích silic vết.
• Thiết lập phương án xử lý thực nghiệm trên 4 dạng trạng thái mẫu (nguyên bản, rửa nước, biến tính kiềm NaOH 0,1 M, biến tính axit HCl 0,1 M), tạo cơ sở kỹ thuật so sánh mức độ giải phóng silic hữu hiệu phục vụ định hướng sản xuất phân bón.

So với các nghiên cứu trước đây vốn chỉ tập trung vào việc tái chế xỉ photpho làm cốt liệu cho gạch không nung hoặc phụ gia xi măng (mới tiêu thụ được khoảng 10% lượng phát sinh), khóa luận đã đặt nền móng tiếp cận việc thu hồi giá trị dinh dưỡng silic trong xỉ phục vụ ngành sản xuất phân bón hóa học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận có một số hạn chế gắn liền với phạm vi văn bản:

• Tài liệu dừng lại ở việc hoàn thiện phương pháp và các bước tiến hành thực nghiệm chiết mẫu; văn bản chưa cung cấp bảng số liệu mật độ quang thực đo và kết quả tính toán phần trăm SiO₂ hữu hiệu cuối cùng của các mẫu xỉ trên thiết bị UV-Vis.
• Chưa tiến hành thử nghiệm phối trộn xỉ thực tế vào lò cao nung chảy phân lân hoặc đánh giá độ thôi nhiễm của các tạp chất độc hại (như flo, chì, asen) vào đất và cây trồng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được xác định:

• Tiến hành đo đạc thực nghiệm toàn bộ dãy mẫu theo quy trình đã xây dựng để xác định cụ thể hiệu suất chiết silic hữu hiệu của từng phương pháp xử lý (nguyên bản, nước, kiềm, axit).
• Đánh giá hàm lượng flo và kim loại nặng hòa tan trong dịch chiết nhằm kiểm soát các chỉ tiêu an toàn môi trường của phụ gia phân bón theo quy chuẩn hiện hành.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Hóa học vô cơ, Kỹ thuật Hóa học và Quản lý Môi trường công nghiệp.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

• Bản thuyết minh chi tiết về cơ chế phản ứng khử trong 4 phân vùng của lò điện hồ quang sản xuất photpho vàng và lò cao sản xuất phân lân nung chảy.
• Số liệu thống kê chi tiết về lượng phát thải xỉ của từng nhà máy tại KCN Tằng Loỏng và bảng phân tích thành phần hóa học của xỉ photpho Đức Giang.
• Hướng dẫn thực hành thao tác pha chế thuốc thử, khử nhiễu photphat và kỹ thuật phân tích trắc quang xác định silic hữu hiệu tuân thủ TCVN 1140:2019.

Câu hỏi thường gặp

1. Lượng xỉ thải phát sinh từ quá trình sản xuất photpho vàng tại KCN Tằng Loỏng là bao nhiêu và phân bố như thế nào giữa các nhà máy? Theo số liệu thống kê trong khóa luận, cứ sản xuất 1 tấn photpho vàng phát sinh từ 8 đến 11 tấn xỉ thải. Với tổng công suất 93.800 tấn photpho/năm của 6 nhà máy, lượng phát sinh đạt khoảng 750.000 tấn xỉ/năm. Lượng phát thải hàng tháng của các nhà máy gồm: PP1 (8.250 tấn), PP2 (4.500 tấn), PP3 (14.250 tấn), PP4 (14.250 tấn), PP5 (15.675 tấn) và PP6 (8.250 tấn).

2. Thành phần hóa học chính của xỉ photpho vàng từ Công ty CP Hóa chất Đức Giang gồm những cấu tử nào? Thành phần xỉ gồm: SiO₂ (47,11%), CaO (38,5%), Al₂O₃ (3,86%), MgO (3,51%), Fe₂O₃ (1,08%), F (1,5 - 2,3%), P₂O₅ (0,21 - 0,9%), K₂O + Na₂O (0,52%), TiO₂ (0,23%), MnO (0,1 - 0,5%), S dạng sulffit (đến 0,1%) cùng hàm lượng vết của chì, crôm, asen và đồng.

3. Tại sao trong sản xuất phân lân nung chảy phối liệu lỏng phải được làm lạnh đột ngột bằng nước áp lực cao? Quá trình làm lạnh đột ngột bằng nước áp lực cao (1,5 - 5 atm, lượng nước gấp 15 - 20 lần sản phẩm) nhằm phá vỡ mạng tinh thể quặng kết tinh bền vững khó tiêu, đưa hợp chất photphat silicat về trạng thái thủy tinh vô định hình, giúp P₂O₅ hòa tan tốt trong axit yếu (đạt độ hòa tan tới 98% trong dung dịch axit xitric 2% do rễ cây tiết ra).

4. Nguyên tắc xác định hàm lượng silic hữu hiệu bằng phương pháp UV-Vis theo TCVN 1140:2019 trong khóa luận là gì? Dung dịch chiết silic ở pH = 9,4 được phản ứng với amoni molipdat tetrahydrat trong môi trường axit H₂SO₄ để tạo phức màu vàng axit silicomolipdic. Dung dịch được bổ sung axit tactaric 200 g/L nhằm che chắn, loại trừ ảnh hưởng của ion photphat, sau đó khử bằng axit ascorbic 3 g/L để tạo phức màu xanh molypden bền vững, đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 660 nm.

5. Vì sao tất cả dụng cụ chứa đựng và định mức trong quy trình phân tích silic đều phải sử dụng vật liệu nhựa? Tác giả quy định sử dụng hoàn toàn bình tam giác, bình định mức, pipet và phễu bằng vật liệu nhựa vì dung dịch chiết có tính kiềm (pH = 9,4) hoặc mẫu xử lý kiềm (NaOH) có thể hòa tan một lượng silic đioxit từ thành các dụng cụ thủy tinh thông thường, làm sai lệch đáng kể kết quả phân tích nồng độ silic vết trong mẫu.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Giang Thị Hương đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết công nghệ sản xuất photpho vàng và phân lân nung chảy, đồng thời làm rõ hiện trạng ô nhiễm môi trường do xỉ thải rắn tại KCN Tằng Loỏng, Lào Cai. Đề tài đã xây dựng thành công quy trình hóa nghiệm xác định hàm lượng silic hữu hiệu trong các mẫu xỉ photpho nguyên bản và mẫu qua xử lý hóa lý (nước, NaOH, HCl) bằng phương pháp đo phổ UV-Vis theo tiêu chuẩn TCVN 1140:2019. Kết quả này cung cấp cơ sở khoa học thiết thực để nghiên cứu thu hồi và chuyển hóa xỉ thải công nghiệp photpho thành nguồn phụ gia silic giàu giá trị cho phân bón hóa học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Phân bón là thức ăn cho cây trồng giúp cây trồng tăng trưởng và phát triển và tăng năng suất và sản lượng thiếu phân cây không thể sinh trưởng cho năng suất thấp. Như vậy, phân bón có vai trò rất quan trọng trong việc thâm canh và trồng trọt, bảo vệ cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất. Qua nhiều quy trình về chuẩn bị và tuyển chọn quặng, nhiên liệu và nguyên liệu, sau đó được tuyển và trộn thành phối liệu đầu vào. Phối liệu đầu vào được đưa đi nung bằng nhiều phương pháp khác nhau, qua nhiều giai đoạn sản xuất cho ra bán thành phẩm, sau đó bán thành phẩm được làm lạnh nhanh để cho ra được sản phẩm theo yêu cầu về kích thước, hàm lượng… Trong bài báo cáo thực tập này em sẽ nêu rõ về quy trình, phương pháp, nguyên liệu, phối liệu đầu vào… Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu em đã phát hiện ra sự tương đồng của quá trình sản xuất phân bón và quá trình sản xuất photpho vàng Lào Cai về chế độ nung, nhiệt độ nung, và nguyên liệu đầu vào.

Bên cạnh đó quá trình sản xuất photpho vàng gây ra các vấn đề môi trường thải ra một lượng lớn xỉ thải. Khi phân tích hàm lượng và thành phần xỉ thải em thấy có sự giống nhau về thành phần trong phân bón và xỉ thải đó là thành phần silic. Như vậy, trong bài báo cáo này em sẽ làm rõ các nội dung sau: –Quá trình sản xuất photpho vàng và phân lân. –Các vấn đề môi trường trong sản xuất photpho vàng và phân lân.

–Đưa ra phương pháp phân tích hàm lượng silic hữu hiệu trong phân bón. Công nghệ sản xuất photpho và xử lý xỉ thải 1. Một số vấn đề về nguyên lý điều chế photpho vàng Bản chất của quá trình thăng hoa photpho từ nguyên liệu photphat là dùng cacbon để khử photpho trong quặng photphat thông qua hợp chất nóng chảy (gọi là photpho - silic) ở nhiệt độ khoảng 1450 oC. Nhưng để xỉ dễ chảy người ta phải nâng nhiệt độ tới 1600oC.

Vì vậy công nghệ sản xuất phốtpho vàng là một trong những công nghệ tiêu hao nhiều năng lượng nhất. Để giảm tiêu hao nhiệt năng cần quan tâm tới những vấn đề chính sau: - Đảm bảo nhiệt độ nóng chảy của hệ ở mức thấp - Tốc độ khử photpho cao - Đạt mức độ khử cao nhất Trong hệ CaO - P2O5 - SiO2, điểm etecti có nhiệt độ 1350oC, tương ứng với thành phần (% mol): P2O5 – 15. Tỷ lệ SiO2: CaO = 0. Tỷ lệ này gọi là mođun axit, ký hiệu là Ma.

Hệ apatit-quaczit đã được nghiên cứu khá đầy đủ. Mối quan hệ giữa hàm lượng P 2O5 và Ma với nhiệt độ nóng chảy được thể hiện ở các Hình 1 và 2. Hình 1: Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp apatit-quaczit 6 Hình 2: Nhiệt độ nóng chảy của xỉ phottpho Người ta cũng đã xác định rằng cơ chế của quá trình khử phốtpho là cơ chế mang đặc trưng khuếch tán. Theo cơ chế khuếch tán thì tốc độ chuyển phần tử hoạt tính đến bề mặt tác nhân phản ứng phụ thuộc vào độ nhớt của môi trường, nghĩa là trong trường hợp này phụ thuộc vào môđun axit và nhiệt độ (Hình 3).

Hình 3: Độ nhớt của hỗn hợp nóng chảy photphat-silic phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng P2O5, khi Ma =0.8 Mức độ khử phốtpho cũng phụ thuộc vào nhiệt độ (Hình 4), còn tốc độ của quá trình khử chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hạt của các cấu tử, số lượng và loại chất khử.