Tên luận án:
NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN PHẾ THẢI PHOTPHOGIP LÀM PHÂN BÓN VÀ PHỤ GIA XI MĂNG
Ngành:
Kỹ thuật hóa học (Mã số: 62520301)
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp chế biến phế thải photphogip (PG) - một sản phẩm phụ lớn từ quá trình sản xuất axit phosphoric, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do chứa axit, các nguyên tố phóng xạ và kim loại nặng. Hàng năm, trên thế giới có khoảng 100-280 triệu tấn PG thải ra, trong đó chỉ dưới 15% được tái chế. Tại Việt Nam, nhà máy DAP Đình Vũ (Hải Phòng) đã thải ra gần một triệu tấn PG, tạo thành những bãi thải cao đến 30 mét.
Đồng thời, vấn đề thiếu hụt lưu huỳnh trong đất nông nghiệp là một thách thức toàn cầu, đặc biệt ở Châu Á, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Việc bổ sung lưu huỳnh đã được chứng minh làm tăng đáng kể năng suất thu hoạch nhiều loại cây trồng.
Mục tiêu của nghiên cứu là tổng hợp ammonium sulfate làm phân bón và thu hồi phụ phẩm CaF2 làm phụ gia xi măng từ nguồn phế thải photphogip. Nghiên cứu sử dụng các phương pháp trao đổi ion để chuyển hóa gốc sulfate và các tác nhân khử (lưu huỳnh, than hoạt tính, than gỗ, than đá) để thu hồi lưu huỳnh dưới dạng hợp chất có ích (SO2, CaS). Các phương pháp phân tích hóa học và vật lý (IR, XRD, phân tích nhiệt, ICP-MS) được sử dụng để đánh giá.
Kết quả cho thấy, luận án đã thành công trong việc tổng hợp ammonium sulfate từ PG và NH4F với hiệu suất 82,75% ở điều kiện tối ưu (30°C, 500 vòng/phút, 1 giờ). Hiệu suất này có thể nâng cao lên trên 93% khi có sự bổ sung phụ gia NH3 hoặc ure. Nghiên cứu cũng xây dựng được quan hệ thế nhiệt động của phản ứng phân hủy canxisulfate và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất khử PG. Đặc biệt, hiệu suất khử PG bằng lưu huỳnh đạt 97,07% ở 1173K và bằng than đá đạt 85,2% ở 1273K.
Luận án đã xây dựng quy trình công nghệ chế biến PG thành ammonium sulfate và thu hồi CaF2, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế và cung cấp giải pháp thiết thực cho việc xử lý phế thải công nghiệp tại nhà máy DAP Đình Vũ.
Mục lục chi tiết:
- Chương 1. Tổng quan
- 1.1. Thành phần hóa học của photphogip
- 1.2. Tình hình phát sinh và sử dụng photphogip
- 1.2.1.Tình hình phát sinh và sử dụng photphogip trên thế giới
- 1.2.1.1. Tình hình phát sinh
- 1.2.1.2. Các phương pháp tận dụng PG
- 1.2.1.3. Các hướng xử lý PG
- 1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ photphogip ở Việt Nam
- 1.4. Ứng dụng của các sản phẩm sau xử lý
- Chương 2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
- 2.1. Phương pháp nghiên cứu
- 2.2. Thực nghiệm
- 2.2.1. Dùng phản ứng trao đổi ion để chuyển hóa gốc sulfate của bã thải photphogip thành muối sulfate hòa tan
- 2.2.2. Phản ứng ứng pha rắn
- Chương 3. Kết quả và thảo luận
- 3.1. Phân tích thành phần photphogip ban đầu
- 3.1.1. Thành phần hóa học học chính của photphogip
- 3.1.2. Hàm lượng các nguyên tố khác trong mẫu photphogip
- 3.1.3. Thành phần pha
- 3.2. Nghiên cứu phản ứng chuyển hóa gốc sulfate của PG trong dung dịch
- 3.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng
- 3.2.1.1. Ảnh hưởng tốc độ khuấy
- 3.2.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
- 3.2.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ PG/H2O
- 3.2.1.4. Ảnh hưởng lượng NH4F sử dụng đến hiệu suất phản ứng
- 3.2.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng
- 3.2.1.6. Ảnh hưởng của NH3 đến hiệu suất phản ứng
- 3.2.1.7. Ảnh hưởng của ure đến hiệu suất phản ứng
- 3.2.1.8. So sánh ảnh hưởng của NH3 và ure đến hiệu suất phản ứng
- 3.2.2. Phân tích thành phần sản phẩm
- 3.2.2.1. Phân tích thành phần hóa học
- 3.2.2.2. Thành phần pha của sản phẩm
- 3.2.2.3. Kết quả chụp phổ hồng ngoại của các sản phẩm
- 3.2.2.4. Thành phần các nguyên tố khác trong sản phẩm ammonium sulfate
- 3.2.4. Sơ đồ điều chế ammonium sulfate từ photphogip
- 3.3. Nghiên cứu quá trình khử photphogip bằng phản ứng pha rắn
- 3.3.1. Nhiệt động học quá trình phân hủy photphogip
- 3.3.2. Ảnh hưởng các yếu tố đến hiệu suất khử canxi sulfate bằng lưu huỳnh
- 3.3.2.1. Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng
- 3.3.2.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt
- 3.3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng
- 3.3.2.4. Ảnh hưởng của tạp chất đến hiệu suất phản ứng
- 3.3.2.5. Khảo sát nhiệt độ bắt đầu phân hủy canxi sulfate
- 3.3.3. Ảnh hưởng các yếu tố đến hiệu suất khử PG bằng than hoạt tính
- 3.3.3.1. Ảnh hưởng khối lượng than hoạt tính và thời gian nung đến quá trình khử photphogip khi nung mẫu ở 700°C
- 3.3.3.2. Ảnh hưởng khối lượng than hoạt tính và thời gian nung đến quá trình khử photphogip khi nung mẫu ở 900°C
- 3.3.3.3. Ảnh hưởng khối lượng than hoạt tính và thời gian nung đến quá trình khử photphogip khi nung mẫu ở 1000°C
- 3.3.3.4. Phân tích thành phần pha một số mẫu sản phẩm thu được sau khi nung ở 700°C, 900°C,1000°C bằng nhiễu xạ XRD
- 3.3.3.6. Quá trình khử photphogip bằng than hoạt tính kết hợp với silic đioxide ở nhiệt độ cao
- 3.3.4. Ảnh hưởng các yếu tố đến hiệu suất khử PG bằng than gỗ
- 3.4.4.1. Ảnh hưởng khối lượng than gỗ và thời gian nung đến quá trình khử photphogip khi nung mẫu ở 700°C
- 3.4.4.3. Ảnh hưởng khối lượng than gỗ và thời gian nung đến quá trình khử photphogip khi nung mẫu ở 900°C
- 3.4.4.4. Ảnh hưởng khối lượng than gỗ và thời gian nung đến quá trình khử photphogip khi nung mẫu ở 1000°C
- 3.4.4.5. Phân tích thành phần pha một số mẫu sản phẩm thu được sau khi nung bằng nhiễu xạ XRD với các mẫu khử bằng than gỗ
- 3.3.5. Ảnh hưởng các yếu tố đến hiệu suất khử PG bằng than đá
- 3.3.5.1. Ảnh hưởng khối lượng than đá và thời gian nung đến quá trình khử photphogip bằng than đá khi nung mẫu ở 700°C
- 3.3.5.2. Ảnh hưởng khối lượng than đá và thời gian nung đến quá trình khử photphogip khi nung mẫu ở 900°C
- 3.3.5.4. Ảnh hưởng khối lượng than đá và thời gian nung đến quá trình khử photphogip khi nung mẫu ở 1000°C
- 3.3.5.5. Phân tích thành phần pha một số mẫu sản phẩm thu được sau khi nung mẫu khử bằng than đá bằng nhiễu xạ XRD
- 3.3.6. Nhận xét
- 3.4. Nhận xét chung