Khoá luận tốt nghiệp Xử lý bã thải GYPS bằng lưu huỳnh

  • Số trang: 59 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 39 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27372 tài liệu

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s u PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ HUẾ XỬ LÝ BÃ THẢI GYPS BẰNG LƯU HUỲNH KHÓA LUẬN TỔT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • • C huyên ngành: H óa học vô cơ HÀ NỘI, 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THỊ HUẾ XỬ LÝ BÃ THẢI GYPS BẰNG LƯU HUỲNH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI • • • HỌC • C huyên ngành: H óa học vô cơ Người hướng dẫn khoa học Th.s NGUYỄN VĂN QUANG HÀ NỘI, 2015 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nỗ lực nghiên cún em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Th.s Nguyễn Văn Quang, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa học của trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ các chất Vô cơ - Viện Kỹ Thuật Hóa Học - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã rất nhiệt tình giúp đỡ về mọi cơ sở vật chất và chỉ bảo em trong quá trình tiến hành thí nghiệm. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn sự trao đổi và đóng góp ý kiến thắng thắn của các bạn sinh viên lớp K37C - Hóa Học Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên NGUYỄN THỊ HUẾ Sinh viên: Nguyễn Thị Huế Lớp: K37C - Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT PG : Phosphogypsum pu : phản ứng gyps : gypsum Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. ứ ng dụng của gyps làm tấm ốp (vật liệu xây dựng) Hình 1.2. Sự phụ thuộc của AGt(cp) vào nhiệt độ T Hình 1.3. Cân bằng các cấu tử lưu huỳnh với nhiệt độ tương ứng Hình 1 .4. Sự phụ thuộc của AGt phản ứng1-16 vào nhiệt độ Hình 1 .5. Sự phụ thuộc của AGt phản ứng1-17 vào nhiệt độ Hình 1.6. Sự phụ thuộc của AGt phản ứng1-15 vào nhiệt độ Hình 1.7. Sự phụ thuộc của AGt phản ứng1-26 vào nhiệt độ Hình 1.8. Sự phụ thuộc của AGt phản ứng1-27 vào nhiệt độ Hình 2.1. Hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể chất rắn, tính tuần hoàn dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ Hình 2.2. Phương pháp nhiễu xạ bột Hình 3.1. Kết quả chụp XRD mẫu bã thải gyps ban đầu Hình 3.2. Ánh hưởng của nhiệt độ đến quá trình phân hủy canxi sunfat Hình 3.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu suất phân hủy canxi sunfat Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất quá trình phân hủy canxi sunfat Hình 3.5. Ảnh hưởng của tạp chất đến hiệu suất quá trình phân hủy canxi sunfat Hình 3.6. Khảo sát hiệu suất phản ứng ở nhiệt độ 600°c Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 . 1 . Một số dữ kiện thông số của CaSƠ 4, CaO, SƠ2, O2 Bảng 1.2. Tỷ lệ các dạng lưu huỳnh ở các nhiệt độ khác nhau Bảng 1.3. Một số dữ liệu nhiệt động của các chất Bảng 1.4. Các thông số nhiệt động của c và CO2 Bảng 1.5. So sánh năng lượng entapy phản ứng của 2 phương pháp khác nhau Bảng 3.1. Ket quả phân tích hàm lượng một số chất trong bã thải gyps (% khối lượng) Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỤC LỤC MỞ Đ Ầ U ................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................ 3 1.1. Bã thải phosphogypsum (PG) ........................................................................3 1.1.1. Tính chất vật lý..............................................................................................3 1.1.2. Tính chất hóa học......................................................................................... 3 1.2. Các phương pháp tận dụng bã thải phosphogypsum..................................4 1.2.1. Tận dụng PG để thu hồi gốc lun huỳnh......................................................4 1.2.2. Sử dụng làm vật liệu xây dựng:.................................................................. 7 1.2.3. ứng dụng trong nông nghiệp..................................................................... 11 1.3. Phân huỷ phosphogypsum.......................................................................... 13 1.3.1. Nhiệt động học quá trình phân hủy nhiệt gyps khan.......................... 13 1.3.2. Phân hủy gyps khan trong môi trường có chất khử.............................. 17 1.3.3. So sánh kết quả sử dụng chất khử là lưu huỳnh (S) với các kết quả sử dụng chất khử là cacbon (C) để phân hủy canxi sunfat..................................... 24 1.4. ứng dụng của việc phân hủy nhiệt phosphogypsum..................................29 1.4.1. ứ ng dụng của C a O .................................................................................... 29 1 .4.2. ứ ng dụng của SƠ2 ..................................................................................... 31 1.5. Mục tiêu của nghiên cứu............................................................................... 31 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỤC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT Q U Ả .............................................................................................................................32 2.1. Nguyên liệu và thành phần nguyên liệu.......................................................32 2.1.1. Hàm lượng nước tự do ..............................................................................32 2.1.2. Hàm lượng nước kết tinh ......................................................................... 32 2 . 1.3. S1O2 và các chất không tan khác .............................................................. 33 2.1.4. Nhôm oxit và sắt oxit ................................................................................33 2.1.5. Canxi oxit (CaO) ....................................................................................... 34 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 2.1.6 . Magiê oxit (MgO) .................................................................................... 34 2.1.7. Liru huỳnh trioxit (SO 3) ............................................................................34 2.1.8. Xác định hàm lượng ion c r ......................................................................35 2 . 1 .9. Xác định H 3 PO 4 tự do (hay P 2 O 5 ) ............................................................ 35 2.2. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 36 2.3. Phương pháp phân tích X R D .......................................................................37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................. 40 3.1. Ket quả phân tích mẫu ban đầu................................................................... 40 3.1.1. Ket quả phân tích thành phần mẫu ban đầu............................................ 40 3.1.2. Ket quả phân tích mẫu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)....... 41 3.2. Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất phân h ủ y ............................................42 3.3. Ánh hưởng của kích thước hạt bã thải gyps................................................43 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phân hủy canxi sunfat.................45 3.5. Ảnh hưởng của tạp chất đến hiệu suất phân hủy........................................46 3.6. Khảo sát nhiệt độ bắt đầu phân hủy canxi sunfat....................................... 47 KẾT LUẬN......................................................................................................... 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................ 50 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỞ ĐẦU Hiện nay quá trình công nghiệp hóa ở Việt Nam đang diễn ra mạnh mẽ với sự hình thành, phát triển của các ngành nghề sản xuất, sự gia tăng nhu cầu tiêu dùng hàng hóa, nguyên vật liệu, năng lượng... làm động lực thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của công nghiệp hóa và đô thị hóa, nhiều loại chất thải khác nhau sinh ra từ các hoạt động của con người đang có xu hướng tăng lên về số lượng. Một trong số đó là chất thải (bã thải) rắn gây ô nhiễm môi trường và chứa đựng nguy cơ tiềm ẩn nguy hại đối với sức khỏe con người cũng như hệ sinh thái. Vì vậy việc xử lý chất thải rắn là một vấn đề cực kỳ quan trọng. Tuỳ theo thành phần, tính chất, khối lượng chất thải rắn và tuỳ theo điều kiện cụ thế của tùng địa phương mà có công nghệ xử lý chất thải rắn thích hợp. Trong đó phương pháp xử lý, tái chế, thu hồi sản phẩm - vật liệu trong chất thải rắn thành nguồn nguyên vật liệu phục vụ cho quá trình sản xuất hoặc ngành công nghiệp khác là một phương pháp được đặc biệt quan tâm. Bởi lẽ xử lý, tái chế không những giải quyết được yêu cầu bảo vệ môi trường mà còn giải quyết yêu cầu kinh tế, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên. Đang là một vấn đề nóng về môi trường ở Việt Nam, bã thải Gypsum (phosphogypsum) từ nhà máy phân bón DAP tại Đình Vũ - Hải Phòng được biết đến là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất axit photphoric theo phương pháp ướt. Trong thành phần của nó chiếm chủ yếu là CaS 0 4 .2 H 2Ơ, CaSƠ4.0 ,5 H2 0 hay CaSƠ4 khan, dạng canxi sunfat này chủ yếu ở dạng không tan và chứa nhiều tạp chất. Cho nên bã thải phosphogypsum hầu như không Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 1 Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 có giá trị sử dụng, đã và đang tạo ra những tác động không nhỏ tới sản xuất và sinh hoạt của người dân. Nhà máy phân bón DAP sau một thời gian hoạt động đã thải ra lượng lớn phế thải phosphoypsumn gây ô nhiễm không khí, nước, gây hại cho sức khỏe con người. Đứng trước tình hình đó, việc nghiên cứu xử lý bã thải gyps nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường và tái chế thành nguồn nguyên liệu là một vấn đề ngày càng trở nên cấp thiết. Khóa luận này lựa chọn đối tượng nghiên cún là bã thải gyps (phosphogypsum) của nhà máy DAP Đình Vũ, hướng nghiên cún phân hủy nhiệt canxi sunfat để tạo ra CaO và SƠ 2 là rất khả quan. Lượng SO 2 được tạo ra sẽ được quay lại và được đưa đi sản xuất axit suníìưic, ngoài ra lượng CaO thu hồi sẽ là phụ gia cho ngành sản xuất xi măng. Đây đều là hai họp chất hóa học có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Đe đạt được các mục tiêu trên cần tiến hành nghiên cún thành phần, tính chất của bã thải phosphogypsum; nghiên cứu tận dụng bã thải phosphogysum; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (nhiệt độ, kích thước hạt, thời gian...) đến hiệu suất phản ứng; đề xuất hướng công nghệ xử lý bã thải Gyps. Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 2 Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Bã thải phosphogypsum (PG) [20] Phosphogypsum là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất photphoric theo phương pháp ướt khi cho quặng apatit phản ứng với axit sunfuric. Trung bình cứ 1 tấn axit photphoric sản xuất ra, thì ta sẽ thu được 5 tấn phosphogypsum. Trong ứng dụng thương mại, phosphogypsum được ứng dụng để sản xuất phụ gia cho xi măng. Tuy nhiên nhu cầu sử dụng chúng là không cao, nên phosphogypsum thường được chất thành đống ở các nhà máy sản xuất axit photphoric. Việc chất đống ngày càng nhiều phosphogypsum gây ảnh hưởng lớn đến vấn đề môi trường và gây lãng phí 1 lượng lớn các họp chất hóa học có thể thu hồi từ phosphogypsum. Cho nên cần có các phương pháp thu hồi, tái sử dụng phosphogypsum hiệu quả nhất. Đe giảm thiểu vấn đề môi trường và làm tăng thêm các nguồn lợi cho các nhà máy sản xuất axit photphoric. 1.1.1. Tính chất vật lý Phụ thuộc vào nhiệt độ được sử dụng khi phân hủy quặng apatit bằng axit suníuric mà ta có thể thu được các dạng khác nhau của canxi sunfat (hemihydrat hay dihydrat). Sản phẩm sau khi lọc có độ ẩm từ 25 - 30 %. Với lượng nước tự do như vậy, dạng hemihydrat nhanh chóng chuyển sang dạng dihydrat. Dạng dihydrat thu được tương đối mềm ở dạng bùn có kích thước hạt < 0,075mm. Các tính chất của dihydrat thu được như khối lượng riêng, độ nén, độ thấm... phụ thuộc vào loại quặng apatit đem phân hủy và quá trình phản ứng. 1.1.2. Tính chất hóa học Phosphogypsum có thành phần chính là canxi dihydrat với 1 lượng silica (thường là thạch anh) và không phản ứng với axit phosphoric. Ngoài ra Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 3 Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 trong đó còn chứa các nguyên tố phóng xạ như radium và uranium và các kim loại nặng như Ba, Cd, Pb, Cr, Hg, Se... Nồng độ của các nguyên tố phóng xạ cũng như kim loại nặng phụ thuộc vào loại quặng apatit. 1.2. Các phương pháp tận dụng bã thải phosphogypsum Trong công nghệ sản xuất axit phosphoric theo phương pháp ướt thì trung bình cứ 1 tấn P2O5 của H 3PO4 tạo ra 4,5 - 5,0 tấn bán thành phẩm PG (tính theo trọng lượng khô). Sản lượng axit photphoric sản xuất theo phương pháp trích ly trung bình hàng năm của thế giới là 40 triệu tấn P 2O5 sẽ tạo ra mỗi năm trên 150 triệu tấn PG, trong đó chỉ khoảng 15% được tái sử dụng. Việc tận dụng PG trong công nghiệp hiện vẫn còn rất hạn chế, chủ yếu PG được xử lý bằng phương pháp chôn lấp. Riêng tại châu Âu khoảng 2% được sử dụng cho các ngành kinh tế. Việc tận dụng PG có thể chia các hướng sử dụng PG theo 3 nhóm sau đây: - Tận dụng PG để thu hồi gốc liru huỳnh - Sử dụng làm vật liệu xây dựng - ứng dụng trong nông nghiệp 1.2.1. Tận dụng PG đễ thu hồi gốc lun huỳnh a) Sử dụng đế sản xuất amoni sunfat (NH4)2SƠ4 PG được sử dụng như một dạng nguyên liệu đầu để sản xuất amoni sunfat (SA) theo phương trình phản ứng sau: C aS0 4.2H20 + 2 NH 3 + CO 2 + H20 CaCC>3 + (NH4)2S 0 4 Quá trình sản xuất amoni sunfat theo công nghệ này chủ yếu được áp dụng tại Ấn Độ, Nga v.v... Nhìn chung amoni sunfat sản xuất theo phương pháp này ít hiệu quả kinh tế, do phải tiêu tốn một lượng lớn hơi nước để cô đặc dung dịch amoni sunfat loãng thành dạng 1'ắn. b) Sử dụng trong sản xuất axit suníuric và clinker Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 4 Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Axit sunfuric có thể sản xuất từ gyps (gyps tự nhiên hoặc PG), quá trình này có xi măng porlan là sản phẩm phụ. Quá trình sản xuất được tiến hành trong lò quay tương tự như lò quay xi măng. Phối liệu cho vào lò quay gồm gyps hoặc PG (đã nung ở dạng khan), than cốc, sa thạch, các khoáng chứa oxyt sắt và nhôm. Phối liệu phải được tính toán sao cho thành phần các oxyt CaO, S 1O2, AI2O 3 và Fe 2Ũ3 phù họp để đảm bảo chất lượng xi măng tốt, nhiệt độ lò nung khoảng 1400°c. Clinker được làm nguội, nghiền mịn và trộn với 5% thạch cao (làm chất chậm đông kết). Khí lò quay có hàm lượng SO2 khoảng 5,5% được đưa vào dây chuyền để sản xuất axit sunfuric tương tự như lun trình điều che axit sunfuric từ quặng pyrit. Axit sunfuric sản phấm có hàm lượng từ 96 đến 98% H 2SO4. Phản ứng tổng cộng của quá trình tạo SO2 như sau: 2CaS0 4 + c 2CaO + 2 SO2 + CO 2 Phản ứng trên tiến hành theo hai giai đoạn. Đầu tiên, một phần canxi sunfat phản ứng với cacbon (than) tạo thành canxi sunfua, theo phương trình phản ứng sau: CaS0 4 + 2C -► CaS + 2 CO 2 Tiếp theo ở nhiệt độ cao, CaS phản ứng với phần CaS0 4 còn lại tạo SO 2: 3CaS0 4 + CaS 4CaO + 4S02 Ở nhiệt độ cao hơn, CaO kết họp các thành phần khác trong phối liệu để tạo thành các thành phần của clinker xi măng porlan. Một số nhà máy sản xuất axit sunfuric trên cơ sở sử dụng gyps đã được xây dựng ở một vài nước châu Âu và Nam Phi, nhung hiện nay các nhà máy này đã bị đóng cửa do không hiệu quả kinh tế. c) Tận dụng PG để thu hồi lưu huỳnh nguyên tố Theo tính toán, cứ 6 tấn PG thì có thể thu hồi 1 tấn s. Tận dụng PG thu hồi s ở những nước phải nhập khẩu s có thể mang lại lợi ích cao. Kẻ từ năm Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 5 Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 1984, Công ty “Petrofertil” ở Brazil đã quan tâm tới hệ thống tận dụng PG làm nguyên liệu thu hồi s nguyên tố. Công nghệ Natron của Brazil là một trong số các công nghệ thu hồi s nguyên tố từ PG mang tính khả thi cao. Mục tiêu công nghệ này nhằm tạo ra lưu huỳnh lỏng và CaCC>3 từ PG và than đá. Nguyên lý công nghệ gồm các bước sau: - Tiền xử lý, trộn nguyên liệu PG - Khử CaSC>4 bằng than đá thành CaS trong lò quay - Thủy phân CaS thành H 2S nhờ axit - Cacbonat hóa hỗn hợp bang CO 2 để tạo ra CaC 0 3 và H2S dạng khí - Sản xuất lun huỳnh theo công nghệ thông thường đi từ H2S d) Xử lý đồng bộ Nhìn chung các hướng xử lý PG đều không mang lại hiệu quả kinh tế cao (ví dụ: axit H2SO4 sản xuất từ PG đắt hơn so với từ quặng pirit từ 1 ,5 1,7 lần). Gần đây năm 1999 viện công nghệ hóa học Ucraila đã đưa ra công nghệ phối họp đồng bộ sản xuất cả (NH4)2S0 4 lẫn NH4NO3 - CaCŨ3 (amoni canxi sunfat) đem lại hiệu quả kinh tế cao hon đồng thời lại thu được nguyên tố hiếm, làm cho hiệu quả xử lý nguyên liệu đạt gần như tuyệt đối không còn phế thải. Quy trình công nghệ này gồm các công đoạn chính sau: - Xử lý PG ngay từ cơ sở sản xuất axit photphoric bằng (NH4)2C 0 3 để thu được amoni sunfat (NỈỈ4)2S0 4 - Phần sau khi đã tách (NtLị^SCU còn chứa CaCC>3 được cho xử lý với axit nitric (HNO 3) để thu nguyên tố hiếm - Bã sau khi tách nguyên tố hiếm cùng với CaCŨ 3 lại được cho xử lý tiếp với NH4NO 3 để tạo hỗn hợp muối nitrat (có chứa 60% NH4NO 3 + 40% C aC 03) Nếu sản xuất đồng bộ như trên, giá thành (NH4)2S0 4 sản phẩm đi từ PG tận dụng sẽ rẻ hơn so với sản xuất với H2SO4 đi từ s đến Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 6 80%. Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 1.2.2. Sử dụng làm yật liệu xây dựng a) sử dụng làm vữa hoặc các cấu kiện xây dựng Khoảng 70% gyps thiên nhiên được chế biến thành vữa thạch cao, gyps xốp để sản xuất tấm ốp hoặc tấm vách.Vữa thạch cao có thành phần chủ yếu là gyps đã được khử bớt nước thành dạng chứa nửa phân tử nước (CaS 0 4 .0 ,5 íỈ 2 0 ) và sẽ tái hydrat hóa nhanh chóng khi trộn với nước. Đe sử dụng cho mục đích này thì PG nhất thiết phải được loại bỏ các tạp chất (axit tự do, các muối photphat tan, v.v.. Quá trình này phụ thuộc vào hàm lượng và đặc tính của tạp chất cũng như mục đích sử dụng của vữa thạch cao. Hình 1.1: ứng dụng của gyps làm tấm ốp (vật liệu xây dựĩĩg) Khi gyps được sử dụng làm chất trát tường bên trong nhà thì phải có màu trắng sáng. Các tạp chất hữu cơ chứa trong quặng photphat ban đầu thường gây ra màu tối không mong muốn của PG, vì vậy người ta làm sạch PG. Có một vài loại PG có thể làm sạch tạp chất loại này tương đối hiệu quả bằng cách đưa bùn PG qua thủy xiclon để thu hồi phần thô chưa phân hủy. Khi PG tương đối sạch thì chỉ càn rửa để loại bỏ axit dư. Phần dư axit còn lại có thể trung hòa bằng vôi và tách nước rủa bằng cách lọc. Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 1 Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Đe sản xuất tấm vách thì quá trình đông cứng nhanh đặc biệt cần thiết, PG với hàm lượng P 2 O 5 cao không thích hợp cho mục đích này. PG được sản xuất bằng phương pháp hemihydrat thường có hàm lượng P2O5 thấp phù hợp với mục đích sử dụng này. Bên cạnh vấn đề tạp chất thì một trong những nhược điểm chính của PG chỉ dùng làm vữa thạch cao là có độ ẩm cao gây tiêu hao nhiều nhiên liệu cho quá trình sấy khô. Do vậy, tại các nước có nguồn gyps tự nhiên phong phú thì chế biến PG làm vật liệu trong xây dựng ít được sử dụng. Tại Nhật Bản, nước không có nguồn gyps thiên nhiên nên đã từ lâu PG được dùng để chế tạo vữa thạch cao và chất phụ gia cho xi măng. Hiện nay, Nhật Bản là nước hàng đầu thế giới tận dụng gyps nhân tạo nói chung (một phần là PG) sản xuất vữa trát xuất khẩu. Nguồn gyps nhân tạo của Nhật Bản chủ yếu là từ các nhà máy phát điện (thu hồi SO2 từ khói nhà máy và chuyển thành gyps), các cơ sở sản xuất từ nguyên liệu đầu vào là photphat, các nhà sản xuất titan, flo v.v... Mức tiêu thụ gyps nói chung ở Nhật Bản cũng cao hơn so với các nước Đông Nam Á khác (với con số ước tính 9,65 triệu tấn vào năm 1997). Từ lâu, Nhật Bản phải nhập khẩu cả gyps tự nhiên lẫn gyps nhân tạo từ các nước Đông Nam Á (Thái Lan, Ôxtrâylia, Philippin), các nước Nam Mỹ (Mexico), châu Phi (Ma rốc .v.v...). Ngoài việc phục vụ sản xuất vữa trát, Công ty Yoshino Nhật Bản còn tận dụng PG để sản xuất các hợp chất kết gắn trong ngành xây dựng, chất kết dính trong ngành công nghiệp, sản phẩm nông nghiệp, khuôn trang trí, phụ gia thực phẩm v.v... Theo hiệp hội “Gypsum Board Association” Nhật Bản, mức sản xuất gyps nhân tạo ở Nhật Bản tăng từ 5,5 triệu tấn, (1996) lên 5,8 triệu tấn (1999) chủ yếu dành cho sản xuất vữa trát phục vụ thị trường. Các công ty ƯSG (Mỹ) và CGC (Canada) hàng năm cũng sử dụng hơn 1 triệu tấn gyps nhân tạo để làm nguyên liệu sản xuất vữa trát thạch cao. Công Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 8 Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 ty “National Gypsum” hàng đầu thế giới của Mỹ đã xây dựng các nhà máy sản xuất vữa trát lớn ở Pensylvania sử dụng 100% gyps nhân tạo từ năm 1997, dự kiến vận hành vào năm 2000. PG còn được sử dụng để sản xuất một số vật liệu xây dựng đặc biệt. Chẳng hạn các nhà khoa học Mỹ đã tiến hành nghiên cứu sản xuất và ứng dụng các hỗn hợp composit có vai trò PG làm chat on định dành cho các công trình biển. Composit PG là hỗn họp đa dạng PG vói tro nhẹ (là cặn than hoặc dầu đốt thải các nhà máy phát điện có hàm lượng Canxi cao) và xi măng porlan loại II có thể cạnh tranh về mặt kinh tế với các nguồn nguyên liệu xây dựng khác. Một số loại vữa trên cơ sở PG trong đó có chất kết dính anhydrite cũng đã được các công ty ở Nga sản xuất và tiêu thụ. Bùn quặng, vôi, PG, nước với thành phần hợp lý đem nung, nghiền, làm nguội (clinker anhydrit). Một số quá trình sản xuất các sản phẩm vữa thạch cao từ PG đã được biết đến. Nhà máy chế tạo vách ngăn theo công nghệ c & F Chemie công suất 130.000 tấn/ năm tại Pháp. PG được sàng ướt để loại các phần hạt lớn như thạch anh và được rủa để loại các tạp chất tan và chất hũu cơ, sau đó được trung hòa với nước vôi và lọc. Tiếp theo gyps được sấy khô và nung trong một dãy 3 xiclon bằng không khí nóng và nghiền thành dạng bột mịn. Một số công nghệ khác do Công ty Rhone - Poulenc phát triển hiện đang được sử dụng tại 2 nhà máy ở Pháp với công suất 300.000 tấn/ năm. Hàng năm có khoảng 14 triệu tan gyps nhân tạo được sử dụng làm vữa thạch cao hoặc các sản phẩm trên cơ sở vữa thạch cao (tấm ốp, vách ngăn .V.V.). b) Sừ dụng làm chất phụ gia cho xi măng: Khoảng 19% lượng gyps sử dụng làm chất phụ gia xi măng. Thực tế người ta thêm 3 - 5 % gyps để làm chậm thời gian đông kết của xi măng, chống nhăn, làm xi măng bền chắc hơn và giảm sự ăn mòn sunfat. Đe sử dụng PG làm phụ gia xi măng thì cần phải xử lý để loại bỏ các tạp chất như các Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 9 Lớp: K 37C -H óa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 muối photphat tan, các muối florua và các tạp chất hũu cơ khác có ảnh hưởng đến chất lượng xi măng. Các kết quả thực nghiệm thu được ở một số nước cho thấy PG có tác dụng làm thời gian đóng rắn cho xi măng nhanh hơn so với gyps tự nhiên. Ở Nga, Uzơbêkistan, Nhật Bản, Anh, Pháp, Hà Lan, Đức, Phần Lan phế thải PG đã được sử dụng rộng rãi làm phụ gia xi măng, c)Sừ dụng làm một số loại xi măng đặc biệt PG đã được nghiên cún sử dụng để sản xuất một số loại xi măng đặc biệt: - Sản xuất xi măng alitosunfoaluminat: Công nghệ sản xuất xi măng truyền thống tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Nhờ tĩnh chất đặc biệt của canxi sunfoaluminat (4 Ca 0 .3 Al203 .CaS0 4 ) tạo thành từ phế thải PG mà có thể sản xuất được loại xi măng alitosunfoaluminat (xi măng sunfo) tiêu tốn ít năng lượng, độ bền cao (giảm tiêu tốn năng lượng 16%, năng suất lò tăng 2 0 %, giảm năng lượng nghiền 40%) thời gian đông cứng nhanh. - Sản xuất xi măng belito sunfoaluminat: Neu thay alito (3 Ca0 .Si0 2 ) bằng belito (2 Ca 0 .Si0 2 ) nhờ thay đổi thành phần phối liệu cũng có thể tạo ra clinker belito sunfoaluminat có độ bền cao hon nữa trong khi tiêu tốn năng lượng thấp hon nữa (tương đương với việc tăng sử dụng lượng PG). - Sản xuất xi măng anhydrit II từ PG - apatit (Technical Ưniversity Cracow - Ba Lan) Yêu cầu trước hết khi sử dụng PG để sản xuất xi măng anhydrit là phải giảm hàm lượng hợp chất photphat và flo xuống (0,08% P 2 O 5 và 0,2% F) đồng thời tạo hạt kích thước họp lý. Trong trường họp PG còn chứa cả nguyên tố hiếm, quy trình công nghệ của Ba Lan nói trên được chia thành hai giai đoạn: Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 10 Lớp: K37C - Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 + Ngâm PG trong axit sunfuric loãng 12% để rửa thu hồi nguyên tố hiếm. + Biến đổi PG thành anhydrit II bằng cách xử lý với H 2SO4 50%. Rửa sản phẩm cho tới khi pH= 7 và nung ở 180°c. Xi măng sản xuất từ anhydrit có cường độ chịu nén tối đa là 40 MPa sau 28 ngày. - Sản xuất xi măng siêu sunfat hóa từ PG (University Mais - Thổ Nhĩ Kỳ). - Xi măng siêu sunfat hóa được sản xuất từ quá trình nghiền lẫn xỉ lò cao, anhydrit thạch cao và clinker xi măng porlan hoặc vôi. Độ chịu nén của xi măng siêu sunfat hóa đạt mức tối đa (với thành phần trộn hỗn họp như sau: xỉ lò cao 85%, anhydrit thạch cao 10% và clinker porlan 5%) sau 28 - 90 ngày hydrat hóa. Đây là loại xi măng độ bền rất cao phù hợp các công trình ngoài biển. 1.2.3. ứng dụng trong nông nghiệp PG là chất cải tạo tốt cho nhiều loại đất trồng và nguồn phân bón chứa lưu huỳnh và canxi. a) Chất cải tạo đất PG từ lâu được sử dụng để cải tạo đất chua cho các mục đích nông nghiệp hoặc để giảm thiểu độ chua của đất ở nhũng nơi nước tưới chứa một lượng nhỏ muối. Thí dụ tại Hà Lan người ta đã sử dụng PG để cải tạo độ chua của các vùng đất lấn biển dùng trong nông nghiệp. PG đẩy nhanh quá trình lọc muối từ đất. Ngoài ra PG còn được sử dụng để giảm hàm lượng một số kim loại trong đất (hoặc là bằng cơ chế cố định hoặc cải thiện các điều kiện lọc các ion kim loại này khỏi đất), b) Phân bón Từ lâu người ta đã xác định rằng lưu huỳnh là một nguyên tố dinh dưỡng rất cần thiết cho cây trồng, xếp hàng sau nitơ, photpho và kali. Trước Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 11 Lớp: K37C - Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 đây phân súc vật là một nguồn bổ sung lưu huỳnh đáng kể nhất cho cây trồng, sau đó ngoài ra việc đốt than trong sinh hoạt (cũng như để phát điện) cũng là một nguồn bổ sung lun huỳnh cho đất. Đen nay người ta cho rằng PG cũng là một nguồn chứa lun huỳnh khá lý tưởng. Đa số các loại muối sunfat sử dụng làm phân bón đều có độ hòa tan lớn nên có thể bị rửa trôi khỏi đất trước khi được cây trồng hấp thụ. Lun huỳnh trong PG hòa tan rất ít trong nước do đó tồn tại khá lâu trong đất. Lưu huỳnh ở duới dạng sunfat nên thực vật có thể hấp thụ trực tiếp. Ngoài ra PG còn chứa canxi cũng là một nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Trong các cây trồng thì PG đặc biệt tốt khi bón cho cây lạc vì loài này có nhu cầu canxi và lưu huỳnh cao. Vì PG thường ở dạng ướt do đó không thuận tiện cho việc bốc dỡ chuyên chở cũng như bón cho cây trồng. Một lượng nhỏ PG được sử dụng làm chất bọc hoặc phụ gia trong sản xuất phân bón NPK. Trong một số trường hợp, bột PG đã sấy khô được cho thêm vào trong quá trình tạo hạt nhằm tăng độ bền của hạt. Tại một số nước, PG còn được tạo hạt để làm nguyên liệu trong sản xuất phân trộn (như một nguồn bổ sung lun huỳnh và canxi). Mặc dù có một số ứng dụng nêu trên, xong hiện nay trên quy mô thế giới mới chỉ một lượng nhỏ PG được sử dụng trong thực tiễn. Trong đại đa số trường hợp thì kinh tế hơn là thải (lưu) PG ở các bãi chứa, hoặc là đổ xuống biển. Trên cơ sở các vấn đề đã trình bày về PG chúng ta thấy: Vấn đề tận dụng PG không chỉ nhằm đạt mục tiêu kinh tế trước mắt mà còn phải phục vụ mục tiêu môi trường về lâu dài. Đe phù hợp với xu hướng bảo vệ môi trường toàn cầu hiện nay, nếu như bắt đầu thiết kế nhà máy mới sản xuất H 3PO 4 theo công nghệ ướt từ quặng photphat, chúng ta nên cố gắng đầu tư họp lý xây dựng khu sản xuất đồng bộ từ “A-Z” để tránh các hao phí Sinh viên: Nguyễn Thị Huế 12 Lớp: K37C - Hóa học
- Xem thêm -