Bùn đỏ có thành phần các ôxyt như ở bảng 1. Nhận thấy trong thành phần % các oxyt của bùn đỏ còn chứa một lượng đáng kể Al2O3 (từ 10 – 16%) và Fe2O3 (53,23%). Sau khi được lọc tách phần rắn không tan dạng vữa nhão, dung dịch chứa bùn đỏ có độ pH 11- 12. Kích thước hạt đường kính d< 13,25 μm chiếm 68%, d từ 13,25 – 51,47 μm chiếm 28,2% và d>51,47 μm chiếm 3,3%[8]. Nhìn chung kích thước hạt bùn đỏ tương đương với kích thước hạt xi măng.Thành phần hóa học và cơ giới của bùn đỏ thuận lợi cho quá trình polymer hóa theo cơ chế Geopolymer vì những lý do sau :
- Môi trường pH cao ( pH=11 - 12) phù hợp với môi trường trong quy trình đóng rắn theo cơ chế Geopolymer.
- Kích thước hạt khá mịn, thuận lợi cho phản ứng thủy nhiệt để hình thành những pha vô định hình. Đây là vấn đề cơ bản của quá trình polymer hóa.
Trong quy trình sản xuất alumina theo công nghệ Bayer, thường kết hợp với một nhà máy nhiệt điện để cung cấp cho quá trình thủy luyện. Quá trình đốt sẽ thải ra một lượng tro bay và xỉ, chúng sẽ được xử lý và tái sử dụng triệt để nhờ kết hợp với bùn đỏ để sản xuất ra những sản phẩm bê tông geopolymer. Ở đây, bùn đỏ và tro xỉ là những nguồn nguyên liệu chính. Sự kết hợp này được trình bày theo một quy trình nửa khép kín như sơ đồ 1 dưới đây.
Sơ đồ1: Quy trình sản xuất alumina kế hợp với quy trình xử lý bùn đỏ.
Tro bay được sử dụng trong thí nghiệm có thành phần các ôxyt thể hiện trong bảng 2 :
Bảng 2 : Phần trăm các thành phần của tro bay.
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | Na2O | K2O | TiO2 | MgO | P2O5 | SO3 | H2O | LOI* |
| 43.39 | 29.92 | 10.28 | 2.59 | 0.46 | 0.55 | 1.32 | 1.19 | 1.34 | 0.12 | - | 2.97 |
(*)LOI : Mất khi nung
Dung dịch hoạt tính kiềm sử dụng trong thí nghiệm là dung dịch dạng sol gel có khả năng hoạt hóa các thành phần trong tro bay.
Đất tạp là lớp phủ bề mặt có hàm lượng sét gần 20%, còn lại là thành phần cát hạt thô.
Mẫu được phối trộn theo tỷ lệ thích hợp, độ ẩm 18%. Sau khi phối trộn được ép nhẹ để tạo hình theo khuôn 5 x 5 x 5 cm, và 5 x5 x 20 cm để thí nghiệm cường độ kháng uốn.
Sau khi tháo khuôn, mẫu được sấy ở nhiệt độ 100oC trong 8 giờ và để ở nhiệt độ phòng đến 28 ngày tuổi. Mẫu sau 28 ngày được đem đi thử cường độ kháng nén, độ thấm nước, cường độ kháng uốn.
Kết quả thử nghiệm về cường độ kháng nén, cường độ kháng uốn và độ hút nước của các mẫu được tổng hợp trong bảng 4.
Bảng 4 : Kết quả thử nghiệm về các đặc tính cơ lý của mẫu.
Ký hiệu mẫu | Cường độ kháng nén (kg/Cm2) | Cường độ kháng uốn (Kg/Cm2) | Độ hút nước (%) |
BX01 | 150 | 45 | 16 |
BX02 | 256 | 40 | 8 |
Bảng kết quả trên cho thấy mẫu thử làm từ bùn đỏ dựa vào chất kết dính geopolymer có những cơ tính đạt tiêu chuẩn để sử dụng làm vật liệu xây không nung.
KẾT LUẬN
Việc xử lý bùn đỏ bằng công nghệ geopolymer theo một quy trình kết hợp trong quá trình khai thác alumina là hoàn toàn khả thi. Sản phẩm chủ yếu là xi măng geopolymer phục vụ cho công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng không nung. Việc xử lý kết hợp như thế này có ý nghĩa quan trọng đối với việc bảo vệ môi trường và kinh tế.
Cần đầu tư nghiên cứu kỹ hơn về các đặc tính của sản phẩm xử lý như xi măng geopolymer, vật liệu xây dựng sản xuất từ xi măng này và những yếu tố tác động môi trường liên quan trong quá trình xử lý để có được kết quả như mong muốn.
Xử lý chất thải bùn đỏ theo công nghệ geopolymer chỉ mới giải quyết được phần rắn, còn phần lỏng cần phải kết hợp với một công nghệ xử lý nước trước khi thải ra môi trường xung quanh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. ALI ALLAHVERDI et all, 2005, Sulfuric acid attack on hardened paste of geopolymer cements- part 1. Mechanism of corrosion at relatively high concentrations, College of Chemical Engineering, Iran University of Science and technology, Narmak 16846, Tehran, Iran.
2. AMAT DI SAN FILIPO P., 1989, Zem. Kalk Gips, 11, 584 – 586.
3. B. VIJAYA RANGAN, 2006, Studies on low-calcium fly ash – based geopolymer concrete, ICI journal, Australia.
4. BURAEV M.I. et al., 1983, Komplsn. Ispol’z Miner., Syr’ya 10, 66 – 9, Chem. Abst. 100 – 038710.
5. CASANOVA J., 1972, French Patent, 7031781.
6. DASS A. et al, 1979, J. Nat. Building Orgn. (India), pp. 24, 29 – 33.
7. DASS A. et al, 1990, Materials and Structures, vol 23, pp. 136, 252 – 255.
8. ĐỖ QUANG MINH, 2010, Chế Tạo Gạch Không Nung Từ Bùn Đỏ, Hội nghị Quốc tế về vật liệu xây không nung năm 2010.
9. DOUGLAS C. COMRIE et all, 2004, Composite cold ceramic geopolymer in a refractory application, Catawba Resources Inc., 4281 Meadowlark Trail, Stow, Ohio 44224, USA.
10. IKEDA K.O., 1986, Symposium on cement chemistry, Rio, 6, pp. 389 – 394.
11. J. DAVIDOVITS, 1994, Global WarningImpact on the Cement and Aggregates Industries, published in World Resource Review, vol.6, No.2, pp. 263 – 278, 1994.
12. J. DAVIDOVITS, 1994, Properties of geopolymer cements, Geopolymer institute, 02100 Saint-Quentin, France.
13. J. DAVIDOVITS, 1997, Geopolymers: inorganic polymeric new materials, Journal of thermal analysis, vol.37, pp. 1633 – 1656 (1991).
14. KANAZAWA H. et al., 1989, Japanese Patent 89261253, Chem. Abst., 112 – 239695.
15. KANE J., 1979, US Patent, 4146573 derwent 79-29434.
16. KAWAI M., 1993, Japanese Patent 93139727, Chem. Abst. 119 – 145310.
17. KNEIDINGER W., 1989, Austria Patent, AT 381299, Chem. Abst. 105 – 213393.
18. M.D.J. SUMAJOUW & B.V. RANGAN, 2006, Low-calcium fly ash-based geopolymer concrete: Reinforced beams and columns, Research report GC3, Curtin University of Technology, Perth, Australia.
19. RICHARD E. LYON et all, 1996, Fire respone of geopolymer structural composites, Proceeding of the First International conference on Fiber Composites in Infrastructure (ICCI’96), Tucson, Jannuary 15 – 17, 1996, Dept. Civil Eng, University of Arizona, pp. 972 – 981.
20. RIVERA F. G. et al., 1993, Spanish Patent ES 2040640, Chem. Abst. 120 – 115129.
21. SASVARI J. et al, 1994, Material Sicence Forum, vols 166/69, pp.695 – 698.
22. SATISH CHANDRA, 1997, Waste Materials Used in Concrete Manufacturing, pp.290 – 305.
23. SETO H. et al., 1986, Japanese Patent, 8614159, Chem. Abst. 105 – 047963.
24. TONAK T. et al., 1994, Cimento Bul. 31, pp.1 – 6.
25. TRẦN MINH HUÂN, 2006, Công nghệ sản xuất alumina, , tạp chí Công nghiệp, trang 23 – 24.
26. TRẦN MINH HUÂN, 2006, Suy nghĩ về phát triển bô xít ở Việt Nam, tạp chí Công nghiệp, trang 7
27. VAQUIER A.,1981, Annales de l’institut Technique du Batiment et des Travaux Publics, pp. 391
28. ZAMBO J., 1979, Travaux 15, p. 265.