Luận án Nghiên cứu quá trình xử lý bã thải thạch cao phốtpho và bước đầu ứng dụng để làm phụ gia xi măng

Năm2023

Lĩnh vựcKhoa học tự nhiên

Ngôn ngữTiếng Anh, Tiếng Việt

Mô tả tài liệu

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BÃ THẢI THẠCH CAO PHỐTPHO VÀ BƯỚC ĐẦU ỨNG DỤNG ĐỂ LÀM PHỤ GIA XI MĂNG

Ngành:

Kĩ thuật hóa học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu quá trình xử lý bã thải thạch cao phốtpho (PG) và ứng dụng làm phụ gia xi măng, nhằm giải quyết vấn đề môi trường do lượng lớn PG tồn đọng tại Việt Nam (hơn 10 triệu tấn) và thải ra hàng năm (gần 3 triệu tấn). PG, sản phẩm phụ từ sản xuất H3PO4, chứa nhiều tạp chất như axit H2SO4, H3PO4, muối phốt phát, florid và chất hữu cơ, gây kéo dài thời gian đông kết của xi măng và không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cho vật liệu xây dựng. Lượng PG tồn đọng tại bãi thải và các nhà máy gây thiếu diện tích sản xuất và khả năng gây sự cố môi trường.

Nghiên cứu đã khảo sát đặc điểm thành phần hóa học bã thải PG cũ lấy trên bãi chôn lấp và PG mới phát sinh trên dây chuyền lọc của nhà máy phân bón DAP1 và DAP2. Kết quả cho thấy PG Việt Nam có hàm lượng thạch cao CaSO4.2H2O trung bình 75,8% và chứa nhiều tạp chất như P2O5 tổng số (1,32%), P2O5 không tan (0,78%), F tổng số (1,13%) và SiO2 (11,11%), cao hơn mức trung bình toàn cầu. Đặc biệt, P2O5 khó tan chiếm tỷ lệ lớn (61,45%) so với P2O5 hòa tan.

Luận án đã tối ưu hóa quá trình loại bỏ phốtpho và tạp chất khỏi PG cũ bằng axit sunphuric 10%, tỉ lệ lỏng/rắn 3, khuấy 350 vòng/phút ở 29°C, đạt hiệu quả loại bỏ phốtpho 72,218% và thu hồi thạch cao nhân tạo trên 50% khối lượng PG đầu vào. Thạch cao sau xử lý đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 11833:2017 về phụ gia xi măng, với cường độ nén vữa xi măng đạt 25.18 MPa (3 ngày) và 49,94 MPa (28 ngày) khi thử nghiệm tại công ty Thạch cao Đình Vũ. PG cũ sau xử lý với axit sunphuric 10% có thể dùng trong công nghiệp xi măng.

Nghiên cứu cũng thành công trong việc thu nhận nano/micro CaCO3 từ PG đã xử lý thông qua quá trình cacbonat hóa Ca(OH)2 tạo thành từ PG khi có mặt NaOH và CO2. Các hạt CaCO3 thu nhận được có hình thái canxit, kích thước nano/micromet. Hiệu suất thu nhận nano CaCO3 là 14,8% và micromet CaCO3 là 45,08% (tính theo PG đã xử lý). Bước đầu nghiên cứu cho thấy quá trình cacbonat hóa trong xử lý bã PG mới thải ra trên dây chuyền có vai trò tăng cứng vữa xi măng tốt hơn so với mẫu xử lý không có quá trình cacbonat hóa.

Mục lục chi tiết:

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Công nghệ sản xuất axit phốtphoric

1.2. Vai trò của thạch cao, nghiên cứu ứng dụng PG vào vật liệu xây dựng

1.3. Các nghiên cứu về loại bỏ tạp chất trong bã thải PG

1.4. Yêu cầu quy định thạch cao nhân tạo và giới thạn quy định phốtpho

1.5. Dạng tồn tại và ảnh hưởng của phốtpho trong PG tới xi măng

1.6. Nghiên cứu trong nước về xử lý PG

1.7. Cacbonat hóa PG thu nhận nano/micro CaCO3

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp xác định P2O5 hòa tan
2.2.2. Phương pháp xác định P2O5 tổng số
2.2.3. Phương pháp xác định hàm ẩm
2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng nước liên kết
2.2.5. Phương pháp xác định hàm lượng SO3 tổng số
2.2.6. Phương pháp xác định hàm lượng tổng chất hữu cơ TOC
2.2.7. Phương pháp xác định hàm lượng kim loại vết trên ICP-OES
2.2.8. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
2.2.9. Phương pháp xác định hình thái kích thước hạt nano/micromet
2.2.10. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
2.2.11. Phương pháp xác định độ an toàn phóng xạ
2.2.12. Phương pháp kiểm tra thử nghiệm mẫu vật liệu xây dựng
2.2.13. Phương pháp nghiên cứu khác.

2.3. Phương pháp thực nghiệm

2.3.1. Phương pháp nghiên cứu quá trình xử lý P2O5 và tạp chất khác

2.3.1.1. Khảo sát hòa tách tạp chất trong PG với tác nhân axit sunphuric
2.3.1.2. Đánh giá tạp chất con lại và hiệu suất thu nhận thạch cao
2.3.1.3. Khảo sát quá trình rửa, trung hòa

2.3.2. Quy hoạch thực nghiệm xử lý P2O5 trong PG làm vật liệu xây dựng
2.3.3. Phương pháp thu nhận nano/micro CaCO3
2.3.4. Phương pháp cacbonat hóa thạch cao phốtpho
2.3.5. Phương pháp nghiên cứu thử nghiệm trên vữa xi măng

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả phân tích thành phần 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 trong PG
3.1.3. Kết quả phân tích thành phần nguy hại trong bã thải PG

3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình loại bỏ tạp chất với axit sunphuric

3.2.1. Nghiên cứu loại bỏ phốtpho

3.2.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn đến hiệu quả loại bỏ phốtpho
3.2.1.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy
3.2.1.3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
3.2.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit
3.2.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và quá trình loại bỏ P bằng axit sunphuric

3.2.2. Nghiên cứu quá trình và kĩ thuật rửa bã thải thạch cao

3.2.2.1. Khảo sát quá trình rửa
3.2.2.2. Quá trình trung hòa.

3.2.3. So sánh khả năng loại bỏ oxit kim loại của các kĩ thuật rửa
3.2.4. Khảo sát hiệu quả loại bỏ tạp khác
3.2.5. Các dạng tồn tại của thạch cao
3.2.6. Đánh giá hoạt độ phóng xạ tự nhiên của PG
3.2.7. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình loại bỏ P2O5

3.2.7.1. Thiết lập mô hình và xây dựng ma trận kế hoạch thực nghiệm
3.2.7.2. Kiểm tra sự có ý nghĩa của mô hình
3.2.7.3. Tối ưu hóa quá trình loại bỏ P2O5 trong bã PG

3.3. Nghiên cứu thu nhận CaCO3 kích thước nano/micromet

3.3.1. Nghiên cứu thu nhận CaCO3 NPs/MPs
3.3.2. Nhận diện tồn tại peak của CaCO3 trên phổ hấp thụ UV
3.3.3. Nhận diện CaCO3 trên nhiễu xạ tia X
3.3.4. Kích thước hạt CaCO3 trên DLS
3.3.5. Kết quả đo SEM
3.3.6. Hiệu suất thu nhận CaCO3 và tiềm năng giữ CO2 của PG

3.4. Cacbonat hóa PG mới đồng thời tách tạp chất

3.4.1. Thành phần hoá học PG mới trước và sau xử lý
3.4.2. So sánh mẫu xử lý có cacbonat hóa/không cacbonat hóa PGmới
3.4.3. Các phản ứng xảy ra khi trung hòa và cacbonat hóa PGmới có mặt NaOH, CO2
3.4.4. Bước đầu nghiên cứu thủy hóa vữa xi măng