ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Bùi Thị Huế

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ NUNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH ỔN ĐỊNH HÓA RẮN BÙN ĐỎ SẢN XUẤT
VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN MẠNH KHẢI

Hà Nội - 2013

1


MỤC LỤC
Mở đầu ........................................................................................................................... 1
Chƣơng 1 - Tổng quan .................................................................................................. 3
1.1. Bauxite và tiềm năng bauxite ................................................................................... 3
1.2. Công nghệ sản xuất alumin .................................................................................... 10
1.3. Thành phần và tính chất của Bùn đỏ ...................................................................... 21
1.4. Độc tính của bùn đỏ ............................................................................................... 26
1.5. Các phương hướng sử dụng bùn đỏ trên thế giới và Việt Nam ............................. 27

alumin đầu tiên, công suất 600.000 tấn/năm: nhà máy alumin Tân Rai và nhà máy
alumin Nhân Cơ. Nhà máy đầu tiên đi vào hoạt động thử nghiệm cuối năm 2012 và
nhà máy thứ hai theo kế hoạch sẽ bắt đầu hoạt động sản xuất vào năm 2014. Tuy
nhiên, vấn đề bất cập lớn nhất khi triển khai các dự án nhôm ở Tây Nguyên là vấn
đề môi trường và sinh thái. Các chuyên gia của các nước thành viên Hội đồng tương
trợ kinh tế khi xem xét dự án nhôm ở Việt Nam trong khuôn khổ hợp tác đa
phương và song phương đều cho rằng dự án sẽ có ảnh hưởng tiêu cực đến môi
trường và sinh thái của khu vực trên một diện rộng [50].
Một vấn đề quan trọng mà hiện nay tất cả các nước sản xuất alumin đều quan
tâm là vấn đề bùn thải trong quá trình chế biến quặng, còn gọi là bùn đỏ. Đặc trưng
của bùn đỏ là có pH cao và có kích thước hạt mịn, nhỏ hơn 1mm. Do đó, bùn thải
khi khô dễ phát tán bụi vào trong không khí gây ô nhiễm, tiếp xúc với bụi này gây
ra các bệnh về da, mắt.
Một số thành phần hóa học chính trong bùn đỏ: Fe2O3, Al2O3, SiO2 và TiO2,
Na2O, K2O, CaO...và một số nguyên tố kim loại có giá trị như: V, Ga.... Bên cạnh
đó, bùn đỏ còn chứa một số nguyên tố phóng xạ, kim loại nặng, các chất thải nguy
hại, oxalate gây tác động xấu cho sức khỏe con người và môi trường [8].
Xuất phát từ thực tế trên, đề tài: ―Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ
nung đến quá trình ổn định hóa rắn bùn đỏ sản xuất vật liệu xây dựng” là rất
cần thiết để có thể tận dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng.

3


Chƣơng 1 - TỔNG QUAN
1.1. Bauxite và tiềm năng bauxite
1.1.1. Bauxite
1.1.2. Quá trình hình thành bauxite
1.1.3. Thành phần khoáng vật của bauxite
Bauxite tồn tại ở 3 dạng cấu trúc chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước

2009: 6,75 tỷ tấn quặng nguyên khai (1,62 tỷ tấn quặng tinh),



2010: 6,91 tỷ tấn quặng nguyên khai (3,088 tỷ tấn quặng tinh),

4


1.2. Công nghệ sản xuất alumin
1.2.1. Công nghệ làm giàu và chế biến quặng bauxite
1.2.2. Công nghệ sản xuất alumin
1.2.3. Công nghệ sản xuất nhôm khu vực Tây Nguyên

Chất thải rắn, tiếng ồn
Nước chứa soda

Đập, vận
chuyển quặng
Nghiền ướt

Khí
thải, bụi

Tiền khử silic,
pha loãng
Hòa tách

Nồi
hơi

bụi


1.3.

Thành phần và tính chất của bùn đỏ

1.3.1. Vấn đề bùn thải - bùn đỏ
1.3.2. Thành phần bùn đỏ
Khi phân tích thành phần hóa học của bùn đỏ thì tất cả các mẫu bùn đỏ đều
chứa các nguyên tố: Si, Al, Fe, Ca, Ti…
Bảng 1.6. Thành phần bùn đỏ của một số nhà máy alumin trên thế giới [22]
Nguyên tố % Mẫu 1(Kaiser) Mẫu 2(Alcoa) Mẫu 3(Alcoa) Mẫu 4(Reynolds)
Al

2-4

5 - 10

3–8

1,3

B

< 0,005

0,005

0,005


20 – 40

Co

0,01



Bùn đỏ

-

Phụ gia cát

-

Cao lanh
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trên quy mô phòng thí
nghiệm đối và quy mô thực tế tại nhà máy gạch tuynel.

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xây dựng
2.2.2. Phương pháp ngâm chiết xác định độ an toàn môi trường của vật liệu
2.2.3. Phương pháp xác định thành phần khoáng vật của vật liệu
2.2.4. Phương pháp thử nghiệm vật lý
Để gạch có thể được sử dụng vào thực tế, cần có các đặc tính phù hợp với
các tiêu chuẩn cho gạch xây dựng, quan trọng nhất là các đặc tính: chịu uốn, chịu
nén, hút nước [37].
2.2.5. Phương pháp xác định độ co ngót của gạch nung
Thể tích viên gạch trước nung được xác định: H1 = l1 x r1 x h1 và sau nung là
H2 = l2 x r2 x h2. Độ co ngót của gạch được tính toán: K = H1/H2 .100%
2.2.6. Phương pháp phân tích, đánh giá tổng hợp
2.2.7. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

7



49,58

47,7

SiO2

2,68

2,46

5,9

Fe2O3

21,1

17,3

18,9

TiO2

2,62

2,69

2,9

M.K.N



31,7

TiO2

2,58

Al2O3

15,6

CaO

3,51

MgO

0,27

K2 O

0,11

Na2O

3,14

8



Quặng bauxite

1,53

8,03

0,042

0,26

Bùn đỏ

1,27

7,22

0,045

0,23

1 mSv/năm

Liều hiệu dụng hàng năm của quặng bauxite và bùn đỏ do phông bức xạ
gamma gây ra nhỏ hơn liều hiệu dụng hằng năm đối với dân chúng (1mSv/năm)
(theo TCVN 6866:2001) [1] và nhỏ hơn liều hiệu dụng trung bình hàng năm do
phông gamma tự nhiên gây ra (0,5mSv/năm) (UNSCEAR).
3.1.2.3. Thành phần kim loại nặng trong mẫu bùn đỏ
Bảng 3.6. Hàm kim loại nặng trong bùn đỏ
TT Kim loại nặng Đơn vị



599,01

300

4

Cd

mg/kg

3,09

10

9


Ở vật liệu mới này sẽ được xem xét để đánh giá có đủ điều kiện để sử dụng
trong xây dựng dân dụng được không, trước hết cần đạt yêu cầu về độ an toàn cho
môi trường và sinh thái, các chỉ tiêu kim loại nặng phải nằm trong ngưỡng an toàn
đối với các quy định về chất thải nguy hại.
3.1.2.4. Thành phần cơ giới của mẫu bùn đỏ
Thành phần cơ giới của bùn đỏ phân loại theo hình tam giác đều là thịt pha
cát (cát chiếm 57,056%, limon 33,814%, và sét 9,13%).
Bảng 3.7. Thành phần cấp hạt mẫu bùn đỏ
Cát (0,05
Khi nung mẫu đến nhiệt độ cao, sắt trong các khác của của bùn đỏ: limonite
FeO(OH).nH2O, goethite (FeOOH) bị khử hidrat để chuyển về dạng oxit Fe2O3, làm
cho hàm lượng Fe2O3 tăng lên khi đưa nhiệt độ nung lên cao.
Ở nhiệt độ cao, cấu trúc các khoáng thay đổi theo nhiệt độ, sự biến đổi thù
hình, hình thành các khoáng mới, sự hình thành pha lỏng, biến đổi thành phần pha,
sự hình thành vi cấu trúc mới của vật liệu, hoặc có thể tồn tại ở dạng silicate vô định
hình gọi là silicate nhân tạo, nên kết quả phân tích XRD cho thấy thành phần này bị
giảm đáng kể.
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến dịch chiết mẫu
3.2.2.1. Kết quả xác định dung môi chiết

Hình 3.8. Sự thay đổi pH dịch lắc trƣớc và sau khi thêm axit HCl
Như vậy, sau khi cho thêm HCl vào và đun dung dịch này lên thì pH của tất
cả các dịch lắc của mẫu (ở nhiệt độ khác nhau) đều có giá trị pH
3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến độ cứng vật liệu
Gạch sau nung được xác định các đặc tính như khả năng chịu uốn, chịu nén,
độ hút nước theo TCVN 6355:2009.
Bảng 3.13. Kết quả phân tích các đặc tính vật lý của gạch [13,14,15]

STT

Tên chỉ tiêu

Đơn vị

Kết quả

Phƣơng pháp thử

1

Cường độ nén

Mpa

7,7

TCVN 6355-2:2009

2

Cường độ uốn

Mpa

mẫu sau có pH thấp hơn dịch chiết mẫu đầu tiên và càng về sau pH ổn định,
nhưng pH giữa các lần chiết không chênh lệch nhiều. Còn khi thay đổi nhiệt
độ nung mẫu, tăng nhiệt độ nung lên thì pH của dịch chiết có xu hướng giảm
nhưng không nhiều.
3. Lấy dịch chiết cuối cùng của mẫu ở nhiệt độ nung khác nhau để đo các chỉ
tiêu kim loại nặng Cu, Zn, Pb, Cd cho thấy, đối với chỉ tiêu Pb và Cd, hầu
như ở tất cả các nhiệt độ nung đều không phát hiện được, còn chỉ tiêu Zn và
Cu đều ở mức thấp, nằm dưới ngưỡng cho phép của chất thải nguy hại và
nồng độ trung bình trong môi trường tự nhiên.
4. Khi đưa nhiệt độ nung gạch lên cao độ co ngót của vật liệu càng lớn, ở nhiệt
độ nung 600oC gạch bị giảm 10,5% về thể tích và ở 1000oC là 21,11%.
5. Đưa nguyên liệu vào sản xuất gạch theo quy trình sản xuất gạch công
nghiệp: kích cỡ 230mm x 110mm x 63mm nung theo nhiệt độ lò nung công
nghiệp (1000oC) để xác định tính chất vật lý của gạch. Gạch có độ chịu nén
đạt tiêu chuẩn gạch M75 và cường độ chịu uốn đạt M150. Tuy nhiên, khi so
sánh với yêu cầu kĩ thuật về độ hút nước, thì gạch đạt độ hút nước là 19,5%,
còn yêu cầu kĩ thuật là dưới 16%. Đây là do nguyên liệu có hàm lượng huyền
phù cao, lưu giữ nước tốt, nên gạch nung lên sẽ có độ rỗng cao, tăng khả
năng hút nước. Nếu so sánh với gạch đất sét nung thông thường cùng kích cỡ

15


thì gạch tự bùn đỏ có khối lượng nhỏ hơn nhiều (>0,6 kg/viên, với kích cỡ
như nhau).
KIẾN NGHỊ
1. Với các kết quả nghiên cứu cho thấy, do các ưu khuyết điểm về tính chất vật
lý nên loại gạch từ bùn đỏ có thế sử dụng để xây dựng trong nhà, ít chịu tác
động của thời tiết, nhưng cần có các nghiên cứu thêm để có thể tăng cường
các ưu điểm của loại gạch này: nhẹ, chịu uốn, chịu nén và khắc phục nhược

6. Lưu Đức Hải (2012), ―Thu thập các số liệu, tư liệu về công nghệ sản xuất
alumin, thành phần và tính chất của bùn đỏ trong các tư liệu trong và ngoài
nước‖, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh
trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại Học Quốc gia Hà Nội
7. Lê Thanh Hải (2007), ―Nghiên cứu xử lý và tái sử dụng một số loại bùn thải
chứa kim loại nặng bằng ứng dụng quá trình ổn định hóa rắn‖, Tạp chí phát
triển Khoa học và Công nghệ, 10(1), tr. 55-60.
8. Nguyễn Mạnh Khải (2012), ―Nghiên cứu tác động độc hại và nguy cơ gây tác
động môi trường của bùn đỏ‖, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây
dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên,
Đại Học Quốc gia Hà Nội.

17


9. Nguyễn Ngọc Minh (2012), ―Thu thập và phân tích phương pháp và quy trình
công nghệ sử dụng bùn đỏ để sản xuất vật liệu xây dựng‖, Nghiên cứu khả
năng chế tạo vật liệu xây dựng TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản
xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại Học Quốc gia Hà Nội.
10. Minh Quang (2009), ―Dự án khai thác bauxite ở Đăk Nông – Cơ hội cho địa
phương thoát nghèo‖, Tài nguyên và Môi trường, (9), tr.28.
11. Trần Văn Sơn (2012), ―Thiết lập quy trình công nghệ sử dụng bùn đỏ để sản
xuất gạch xây gốm nung‖, Nghiên cứu khả năng chế tạo vật liệu xây dựng
TF bùn đỏ phát sinh trong công nghệ sản xuất alumin ở Tây Nguyên, Đại
Học Quốc gia Hà Nội.
12. TCVN 1451:1998 - Gạch đặc đất sét nung
13. TCVN 6355-2:2009 - Xác định cường độ nén
14. TCVN 6355-3:2009 - Xác định cường độ uốn
15. TCVN 6355-4:2009 - Xác định độ hút nước
16. TCVN 6476:1999 - Gạch bê tông tự chèn

Recycling, (52), pp. 1307–1314.
28. Édith Poulin , Jean-François Blais, Guy Mercier (2008), ―Transformation of red
mud from aluminium industry into a coagulant for wastewater treatment‖,
Hydrometallurg, (92), pp. 16–25.
29. Hanifi Binic, Orhan Aksogan, Derya Bakbak (2009), ―Sound insulation of fibre
reinforced mud brick walls‖, Construction and Building Materials, (23), pp.
1035–1041.
30. Houda Mekki, Michael Anderso, Mourad Benzina (2008), ―Valorization of
olive mill wastewater by its incorporation in building bricks‖, Journal of
Hazardous Materials, 158), pp. 308–315.

19


31. Hülya Genç-Fuhrman, Jens Christian Tjell (2004), ―Increasing the arsenate
adsorption capacity of neutralized red mud‖, Journal of Colloid and
Interface Science, (271), pp. 313–320.
32. Li Zhong, Yifei Zhang Yi Zhang (2009), ―Extraction of alumina and sodium
oxide from red mud by a mild hydro-chemical process‖, Journal of
Hazardous Materials, (172), pp. 1629–1634.
33. LIU Chang-jun, LI Yan-zhong, LUAN Zhao-kun (2007), ―Adsorption removal
of phosphate from aqueous solution by active red mud‖, Journal of
Environmental Sciences, (19), pp. 1166–1170.
34. M. Giugliano and A. Paggi j' (1985), ―Use of tannery sludge in brick
production‖, Waste Management & Research, (3), pp. 361 -368.
35. Mária Omastová, Jan Proken (2007), ―Synthesis and characterization of red
mud/polyaniline composites: Electrical properties and thermal stability‖,
European Polymer Journal, (43), pp. 2471–2480.
36. Ran Zhang, Shili Zheng, Shuhua Ma, Yi Zhang (2011), ―Recovery of alumina
and alkali in Bayer red mud by the formation of andradite - grossular

investigation relating to the cementitious activity of bauxite residue — Red
mud‖, Cement and Concrete Research, (41), pp. 847– 853.
46. Yanju Liu, Ravi Naidu, Hui Ming (2011), ―Red mud as an amendment for
pollutants in solid and liquid phases‖, Geoderma, (163), pp. 1 –12.
47. Ying Zhao, Jun Wang, Zhaok un Luan (2009), ―Removal of phosphate from
aqueous solution by red mud using a factorial design‖, Journal of
Hazardous Materials, (165), pp. 1193–1199.

21


48. Ying Zhao , Lie-yu Zhang, Fan Ni, Beidou Xi (2011), ―Evaluation of a novel
composite inorganic coagulant prepared by red mud for phosphate
removal‖, Desalination, (273), pp. 414 –420.

Trang web
49. />50. />533&langid=1
51. />52. />53. />
22